第4讲干燥的物理过程及设备

1、第六章第六章 干燥过程与设备干燥过程与设备第第4 4讲讲 干燥的物理过程及设干燥的物理过程及设备备学习要学习要点点1、干燥的物理、干燥的物理2、干燥设备、干燥设备隧道干燥器喷雾干燥器物料中水分的性质物料(制品)的干燥过程干燥器的分类及对干燥器的要求回转烘干机传送带式干燥器一、干燥的物理过程一、干燥的物理过程6-5 6-5 干燥的物理过程及其干燥设备干燥的物理过程及其干燥设备( (一一) ) 物料中水分的性质物料中水分的性质化学结合水化学结合水：通常以结晶水的形态存在于物料的矿物分子组成中，如高岭土(Al2O32SiO22H2O)中的结晶水。化学结合水与物料结合得很牢固，一般需要300-600C

2、才能分解，超出干燥温度范围。1 1、水分与物料结合的方式、水分与物料结合的方式化学结合水化学结合水物理化学结合水物理化学结合水机械结合水机械结合水物理化学结合水物理化学结合水吸附水吸附水：物料表面吸附作用形成的水膜、水与物料颗粒形成的多分子和单分子吸附层水膜。渗透水渗透水吸附水吸附水毛细管水和结构水毛细管水和结构水吸附水在物理化学结合水中以吸附水与物料的结合最强。吸附水中单分子水膜与物料的结合最牢固，其次是多分子水膜和表面吸附水膜。渗透水渗透水：由于物料组织壁内外间水分浓度差产生的渗透压造成的，如纤维皮壁所含的水分。微毛细管水微毛细管水：由于毛细作用使物料所含的水分。其牢固程度随毛细管半径的减

3、小而加强。结构水结构水：存在于物料组织内部，如胶体中的水分。物理化学结合水物理化学结合水物理化学水的结合强度弱于化学结合水，在干燥过程中可以排除。大气吸附水大气吸附水黏土质物料和制品在干燥过程中排除物理化学结合水阶段基本上不产生收缩，可以用较高的干燥速率干燥，不会使制品开裂。物理化学水产生的蒸气压小于同温度下自由液面的饱和蒸气压。机械结合水排除，物料颗粒相互靠拢，体积收缩。故机械结合水又称为收缩水。机械结合水机械结合水：包括物料的润湿水、孔隙水及粗孔(半径大于10-5cm)毛细管水等。机械结合水在蒸发时，物料表面的水蒸气分压等于同温度下饱和水蒸气压。机械结合水与物料的结合最弱，在干燥过程中首先

4、被排除。其蒸发与物料表面温度下自由液面上水的蒸发一样。陶瓷和耐火材料等黏土质制品在干燥初期干燥速度不能过大，否则会产生较大的收缩应力而变形或开裂。影响平衡水分的因素平衡水分和可排除水分平衡水分和可排除水分湿物料在干燥过程中，其表面的水蒸气分压与干燥介质中的水蒸气分压达到动态平衡时，物料中的水分就不会继续减少，此时物料中的干基水分就称为平衡水平衡水分分，高于平衡水分的水称为可排除水分可排除水分。2 2、平衡水分和可排除水分、平衡水分和可排除水分干燥介质的湿度干燥介质的温度如图是某种黏土在不同温度的空气中的平衡水分曲线。当介质温度为75C，相对湿度=60%时，黏土的平衡水分为3%。若黏土的干基水分

5、在3%以上时，则在该介质中可以内干燥至3%的含水率，含水率低于3%的黏土在此介质中不仅不能脱水，反而会从空气中吸收水分。若欲使该黏土的含水率低于2.5%而介质的温度不变介质的温度不变，则必须减小空气的相对湿必须减小空气的相对湿度度到40%。当干燥介质的状态一定时，物料的平衡水分是干燥所能达到的最低含水率。当干燥介质达到饱和状态(=100%)时，物料的平衡水分称为最大可能最大可能平衡水分平衡水分。物料中高于最大可能平衡水分的水分称为自由自由水分或非结合水分水分或非结合水分，主要是机械结合水。物料中低于最大可能平衡水分的水称为大气吸附水大气吸附水或结合水或结合水，主要是物理化学结合水。在加热阶段，

6、因介质在单位时间内传给物料的热量大于物料表面水分蒸发所消耗的热量，物料表面温度不断升高，水分蒸发量也不断增大。在A点，介质传给物料的热量等于物料表面水分蒸发所消耗的热量，故物料表面温度不再升高并等于介质的湿球温度。( (二二) ) 物料物料( (制品制品) )的干燥过程的干燥过程1、加热阶段、加热阶段外扩散外扩散：物料表面的水分的蒸发同自由液面上水的蒸发一样，其水蒸气分压等于湿球温度下的饱和水蒸气压。2、等速干燥阶段、等速干燥阶段内扩散内扩散：物料内部的水分在水分浓度差的推动下，扩散到物料表面，使物料表面始终保持有自由水。外扩散控制阶段外扩散控制阶段：扩散速度取决于水蒸气的外扩散速度。该干燥阶

7、段随着自由水的排除，物料(制品)发生体积收缩。K点表示物料表面的自由水开始消失。外扩散外扩散：物料表面的水蒸气分压低于同温度下水的饱和水蒸气压，蒸发面积小于物料或制品的几何面积，甚至移至物料内部。3、降速干燥阶段、降速干燥阶段内扩散内扩散：物料内部的水分减少，以致物料表面不再维持连续的水膜。内扩散控制阶段内扩散控制阶段：干燥速度受内扩散速度控制。该阶段水分蒸发所需的热量逐渐减少，物料表面温度逐渐升高。高燥速率逐渐下降直至为零，干燥过程结束。二、干燥设备二、干燥设备( (一一) ) 干燥器的分类及对干燥器的要求干燥器的分类及对干燥器的要求在保证物料或制品干燥质量的前提下，具有较高的干燥速度和单位

8、容积蒸发强度；具有较低的单位耗能，即蒸发1kg水所消耗的燃料或电能要低；易于调整介质参数，改变干燥作业制度；在干燥器的容积空间内物料或制品干燥的均匀性要好；干燥作业便于实现机械化和自动化；卫生条件符合环保要求。1 1、对干燥器的要求、对干燥器的要求2、干燥的种类、干燥的种类间歇式干燥连续式干燥作业循环传导传热式干燥辐射传热式干燥对流-辐射传热式干燥对流传热式干燥直接烟气干燥电流干燥水蒸气干燥器热空气干燥块状物料干燥砖瓦制品干燥陶瓷与耐火材料干燥颗粒状物料干燥室式干燥器传送带式干燥器流态化式干燥器炕式干燥器结构和物料在其中移动特点回转式干燥器喷雾式干燥器( (二二) ) 室式室式( (厢式厢式)

9、 )干燥器干燥器( (三三) ) 回转烘干机回转烘干机也称转筒式干燥器，用于连续干燥砂子、矿渣、黏土等颗粒状或小块状物料的干燥设备。1、回转烘干机的结构和型式、回转烘干机的结构和型式主体结构：主体结构： 一个电动机带动，做回转运动的金属圆筒，筒体由锅炉钢板焊接而成。钢 板 厚 度：10-20mm；筒 体 直 径：1-3m；筒体长径比：5-8；筒 体 转 速：2-7r/min；筒体倾斜度：3%-6%。图2 回转烘干机的筒体回转烘干机的内部结构回转烘干机的内部结构内部结构内部结构传动装置：传动装置：电动机通过变阻箱、小齿轮带动筒体上的大齿轮，使筒体转动。干燥介质：干燥介质：燃料在燃烧室中燃烧生成的

10、热烟气与冷空气的混合气体。辅助设备：辅助设备：皮带运输机，风机，收尘器，烟囱等辅助设备。回转烘干机的规格：回转烘干机的规格： 以筒体的内直径长度。如：1.2 8， 2.2 12回转烘干的负荷率回转烘干的负荷率 ： 或称为物料的填充系数，是指物料的体积与回转烘干机的容积之比。一般为10%-25%。 在烘干机的出料端加设挡料圈可提高物料填充系数，延长物料在转筒内的停留时间，但电动机的拖动功率也要相应增大。2、回转烘干机的加热方式及流程、回转烘干机的加热方式及流程烘干机的类型加热方式复式加热间接加热直接加热气流方向逆流式顺流式O温度, t(C)气体物料图3 顺流式回转烘干机内物料与干燥介质的温度变化

11、顺流式回转烘干机： 物料与干燥介质同向流动。干燥初期：干燥初期：物料：水分高、温度低介质：湿度低、温度高干燥过程中：干燥过程中：物料：水分降低、温度升高介质：湿度增大、温度降低干燥速率逐渐降低干燥结束：干燥结束：物料的温度低于介质温度，物料的水分与介质的终湿度有关。优点：优点：物料脱水强烈，干燥速率大。缺点：缺点：干燥速率不均匀，物料终了水分受介质终湿度限制，介质中含尘高适用范围：适用范围：适宜干燥初始水分高并允许强烈脱水及对高温敏感，易燃的物料，如黏土，矿渣、煤等图4 逆流式回转烘干机内物料与干燥介质的温度变化逆流式回转烘干机： 物料与干燥介质逆向流动。干燥初期：干燥初期：物料：水分高、温度

12、低介质：湿度高、温度低干燥过程中：干燥过程中：物料：水分降低、温度升高介质：湿度降低、温度升高干燥速率逐渐增大干燥结束：干燥结束：与同等条件下的顺流式干燥相比，物料的终了温度高，终了水分低。优点：优点：干燥速率均匀，物料终了水分低，热效率高。适用范围：适用范围：适宜干燥要求终了水分很低而又不能强烈脱水的物料或对高温不敏感的物料，如砂子，石灰石等。O温度, t(C)气体物料干燥介质的类型和参数干燥介质的类型和参数 干燥介质的类型和参数根据物料的性质与要求而定。在硅酸盐工业中常采用由专设燃烧室产生的高温烟气作为干燥介质。但是高温烟气不能直接用来干燥，要与冷空气混合后进入烘干机。 下表是硅酸盐工业中

13、常见的一些原料和燃料在回转烘干机中烘干所需要的介质温度参考值。被干燥物料烟煤无烟煤 黏土 矿渣砂子石灰石 高岭土进烘干机的介质温度(C)400-700500-700600-800700-800800-900800-1000800-1000废气温度废气温度 废气出回转烘干机的温度一般为100-150C。介质流速介质流速 提高干燥介质在烘干机内的流速会提高传热和干燥速率，但介质中的含尘量也会增高，增加收尘设备和排风设备的负荷。通常回转烘干机的出口风速为1.5-3m/s。物料温度物料温度 物料终了温度低于废气温度，为80-120C。1、隧道干燥器的构成与工作原理、隧道干燥器的构成与工作原理n由3-8

14、条隧道并列组成，长度：24-38m，内宽：1mn隧道内有铁轨，轨距为600mm，轨面至干燥器顶的净高约1.65m。n待干燥的制品或坯体按照一定的装码原则放在彼此相连的小车上，小车长1.2m-1.4 m，宽度与隧道配合。n小车自隧道的端由推车机构推入干燥器内，干燥后的制品由另一端推出。干燥介质直接进干燥器内。( (四四) ) 隧道干燥器隧道干燥器特点：特点：用于化工粉体、稀土材用于化工粉体、稀土材料、矿石粉体的烧结料、矿石粉体的烧结 RKD-系列锟道式煅烧炉系列锟道式煅烧炉 RSJ系列静态煅烧隧道炉系列静态煅烧隧道炉 将物料通过布料机构分布在网状输送带上，输送带通过一个或几个加热单元组成的通道，

15、每个加热单元均配有空气加热和循环系统，每个通道有一个或几个排湿系统，在输送带通过时，热空气从上往下或从下往上通过输送带上的物料，从而使物料能均匀干燥。传送带可做成多层，带宽1-3m，长为4-50m，干燥时间为5-120分钟( (五五) ) 带式干燥器带式干燥器 采用雾化器将稀的料液分散为雾滴，在热气流(空气、氮气或过热水蒸气)中自由沉降并迅速蒸发，最后被干燥为固体颗粒与气流分离。雾滴直径为10 60um，每升溶液具有100 600m2的蒸发面积。干燥时间一般为3 10S。 ( (六六) ) 喷雾干燥器喷雾干燥器优点优点： 物料停留时间短，适于热敏性物料；所得产品为空心颗粒，操作稳定；能连续、自动化生产；由料液直接获得粉末产品，省去了蒸发、结晶、分离和粉碎操作。缺点缺点：传热系数低；设备体积庞大；操作弹性较小，热利用率低、能耗大。压力喷雾压力喷雾离心喷雾离心喷雾气流喷雾器气流喷雾器( (七七) ) 气流干燥器气流干燥器优点：(1) 干燥速度快，主要用于干燥晶体和小颗粒，物料分散悬浮在气流中，传热传质面积大。热气体进口速度高(10-40m/s)，气固两相间(尤其是加速段)相对速度很大，平均传热系数比其它类型干燥器高几倍至几十倍，体积小(2) 气固并流操作，符合干