化工原理干燥

1、7.1 概述概述7.2 湿空气的性质湿空气的性质7.3 固体物料的干燥平衡固体物料的干燥平衡7.4 干燥器过程的计算干燥器过程的计算7.5 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间(shjin)7.6干燥器干燥器7.7固体干燥过程的强化与展望固体干燥过程的强化与展望化工原理化工原理精品资料第第7章章 固体固体(gt)干燥干燥1、掌握的内家、掌握的内家干燥过程原理、目的及实施；湿空气性质及计算、湿度干燥过程原理、目的及实施；湿空气性质及计算、湿度图构成及应用；水分在气固相间的平衡；干燥过程的图构成及应用；水分在气固相间的平衡；干燥过程的物料衡算；干燥过程中空气状态的确定；结合物料衡算；干燥过程中空气

2、状态的确定；结合(jih)水水分、平衡水分和临界水分的概念及相互关系；恒速干燥分、平衡水分和临界水分的概念及相互关系；恒速干燥与降速干燥的特点。与降速干燥的特点。2、熟悉的内容、熟悉的内容干燥过程的热量衡算；干燥器的热效率及提高干燥过程干燥过程的热量衡算；干燥器的热效率及提高干燥过程经济性的途径；恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间计经济性的途径；恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间计算；干燥过程的强化途径。算；干燥过程的强化途径。精品资料3、了解、了解(lioji)内容内容常用干燥器的性能特点及选用原则；各种干燥方常用干燥器的性能特点及选用原则；各种干燥方法的基本原理、特点及应用。法的基本原理、特点

3、及应用。第第7章章 固体固体(gt)干燥干燥精品资料7.1 概述概述(i sh)1、物料去湿的方法、物料去湿的方法（1）干燥工程目的：去湿）干燥工程目的：去湿去除去除(q ch)固体固体物料中含有的湿分（水或有机溶剂）物料中含有的湿分（水或有机溶剂）（2）去湿方法）去湿方法机械去湿：离心过滤、压滤、抽滤等机械去湿：离心过滤、压滤、抽滤等吸附去湿吸附去湿 用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaCl2、硅胶等）与湿物料并存，使物料种的水、硅胶等）与湿物料并存，使物料种的水分相继经气相而转入干燥剂内。分相继经气相而转入干燥剂内。精品资料 热能热能(rnng)去湿去湿

4、彻底，但能耗大去湿去湿彻底，但能耗大 向物料供热以汽化其中的水分。这种利用热向物料供热以汽化其中的水分。这种利用热能能(rnng)除去固体物料中湿分和单元操作称为除去固体物料中湿分和单元操作称为干燥（干燥（drying）。）。2、物料的干燥方法、物料的干燥方法（1）传导干燥，热能）传导干燥，热能(rnng)以传导方式通过传以传导方式通过传热壁面加热物料，使其中的湿分汽化。热壁面加热物料，使其中的湿分汽化。（2）对流干燥，干燥介质与湿物料直接接触，）对流干燥，干燥介质与湿物料直接接触，以对流方式给物料供热使湿分汽化。以对流方式给物料供热使湿分汽化。7.1 概述概述(i sh)精品资料(3)辐射干

5、燥，热能以电磁波形式由辐射器发射辐射干燥，热能以电磁波形式由辐射器发射到湿物料表面，被物料吸收并转化为热能，使湿到湿物料表面，被物料吸收并转化为热能，使湿分汽化。分汽化。（4）介电加热干燥，将需要干燥的物料置于高）介电加热干燥，将需要干燥的物料置于高频频(o pn)电场中，利用高频电场中，利用高频(o pn)电场的交电场的交变作用将湿物料加热，并汽化湿分。变作用将湿物料加热，并汽化湿分。 本章讨论以空气为干燥介质，湿分为水的对本章讨论以空气为干燥介质，湿分为水的对流干燥过程。流干燥过程。7.1 概述概述(i sh)精品资料3、对流干燥过程的特点、对流干燥过程的特点传热：传热：t i(物料表面温

6、度物料表面温度i低低于气流温度于气流温度t)：气体：气体(qt)固固体体传质：传质： P水汽水汽 Pi（气流中的（气流中的水汽分压水汽分压P水汽水汽固体表面水固体表面水分的分压分的分压Pi）：湿物料内部的）：湿物料内部的水水表面表面气相。气相。特点：热、质反向传递过程。特点：热、质反向传递过程。 HtqWiP水汽水汽(shu q)pi M7.1 概述概述精品资料4、对流干燥流程及经济性、对流干燥流程及经济性（1）对流干燥流程：）对流干燥流程：间歇：湿物料被成批间歇：湿物料被成批(chn p)放入干燥器内，特干燥到放入干燥器内，特干燥到指定的含湿要求后一次取出。指定的含湿要求后一次取出。连续：湿

7、物料被连续地加入与排出（并流与逆连续：湿物料被连续地加入与排出（并流与逆流）。流）。经济性：主要经济性：主要(zhyo)取决于能耗和热的利用率。取决于能耗和热的利用率。损固温升废利用加QQQQQ7.1 概述概述精品资料7.2 湿空气的性质湿空气的性质(xngzh)与湿度图与湿度图7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质7.2.2 湿空气的湿度湿空气的湿度(shd)图及其应用图及其应用精品资料7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质(xngzh)一、空气中水分含量的表示一、空气中水分含量的表示(biosh)方法方法1、水汽分压、水汽分压p水汽与露点水汽与露点td 在总压在总压p=const，将水汽分压为

8、，将水汽分压为p的空气等湿冷却的空气等湿冷却至饱和状态，此时的温度称为露点至饱和状态，此时的温度称为露点td dtfpp水汽,const可根据可根据td查手册得查手册得p水汽水汽2、空气的湿度、空气的湿度H 空气的湿度空气的湿度H定义为每定义为每kg干空气所带有的水干空气所带有的水汽量，单位是汽量，单位是kg/kg干气，即干气，即水汽水汽水汽水汽气水ppppppMMH622. 0精品资料3、相对湿度、相对湿度(xingdu shd) 定义：空气中的水汽分压定义：空气中的水汽分压p水汽与一定总压及一定温水汽与一定总压及一定温度下空气中水汽分压可能达到的最大值之比定义为相度下空气中水汽分压可能达到

9、的最大值之比定义为相对湿度对湿度(xingdu shd)，以表示，以表示 。pp s当spp水汽pp s当pp水汽7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质(xngzh)精品资料说明：说明：(1) 值说明湿空气偏离饱和空气或绝干空气的程值说明湿空气偏离饱和空气或绝干空气的程度，度， 值越小吸湿能力越大；值越小吸湿能力越大；(2) = 0 ，p=0时，表示时，表示(biosh)湿空气中不含水湿空气中不含水分，为绝干空气。分，为绝干空气。(3) = 1 ，p=ps时，表示时，表示(biosh)湿空气被水汽湿空气被水汽所饱和，不能再吸湿。所饱和，不能再吸湿。(4)对于空气对于空气-水系统水系统sspppH

10、622. 07.2.1 湿空气的性质湿空气的性质(xngzh)精品资料(5)若若 t 总压下湿空气的沸点，湿份总压下湿空气的沸点，湿份 ps P，最大，最大 (空气全为水汽空气全为水汽) 湿份的临界温度，气体中的湿份已是真湿份的临界温度，气体中的湿份已是真实气体，此时实气体，此时 =0，理论上吸湿能力不受限制。，理论上吸湿能力不受限制。7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质(xngzh)精品资料4、四种温度、四种温度(wnd)(1)干球温度干球温度(wnd) t ：湿空气的真实温度：湿空气的真实温度(wnd)，简称温度，简称温度(wnd)( 或或 K)。将温度。将温度(wnd)计直接插在湿空气中

11、即可测量。计直接插在湿空气中即可测量。(2) 空气的湿球温度空气的湿球温度(wnd)t w（Wet-bulb temperature） 定义定义qN对流传对流传(lichun)热热hkH气体气体t, H气膜气膜对流传质对流传质液滴表液滴表面面tw , Hw液滴液滴当热、质传递达平衡时，当热、质传递达平衡时，气体对液体的供热速率恰气体对液体的供热速率恰等于液体汽化的需热速率等于液体汽化的需热速率时：时：)(wwHwHHrktt7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质精品资料 湿球温度是大量空气与少量水长期接触后水湿球温度是大量空气与少量水长期接触后水面的温度面的温度(水温变化的极限温度水温变化的极限

12、温度)。 结论结论(jiln)： tw = f (t, H) ，气体的，气体的 t 和和 H 一一定，定，tw 为定值。为定值。当当t不太高，流速不太高，流速5m/s时，时，Air-H2O系统系统09. 1Hk)(09. 1,HHrttwtswwa.饱和气体：饱和气体：H = Hs，tw = t，即饱和空气，即饱和空气(kngq)的干、湿的干、湿球温度相等。球温度相等。b.不饱和气体：不饱和气体：H Hs，tw tw(或或tas)td 饱和空气饱和空气(kngq)： t=tw(或或tas)=td二、与过程计算有关的参数二、与过程计算有关的参数1、湿空气、湿空气(kngq)的焓的焓I 定义：湿空

13、气定义：湿空气(kngq)的焓为每的焓为每kg干空气干空气(kngq)及其所带及其所带kg水汽所具有的焓，水汽所具有的焓，kJ/kg 。 以以0的气体为基准，水汽的焓以的气体为基准，水汽的焓以0的液态水的液态水为基准，故有为基准，故有7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质(xngzh)精品资料对于空气对于空气(kngq)-(kngq)-水系统：水系统：HrtcHrtHccIHvg00)(HtHI2490)88. 101. 1 (显热项显热项汽化汽化(qhu)潜潜热项热项7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质精品资料2、湿空气的比体积、湿空气的比体积H 定义：指定义：指1kg干气及所带的干气及所带的

14、kg水汽水汽(shu q)所占的所占的总体积，总体积，m3/kg 。PtHPtHvH55100133. 1273273)244. 1772. 0(100133. 12732734 .2218291 除特殊需要外，用绝干空气除特殊需要外，用绝干空气(kngq)的比体积的比体积代替湿空气代替湿空气(kngq)的比体积所选成的误差并不大。的比体积所选成的误差并不大。7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质精品资料7.2.2 湿空气湿度湿空气湿度(shd)图及其应用图及其应用等湿线等湿线等焓线等焓线等温线等温线等相对湿等相对湿度线度线水蒸汽分水蒸汽分压线压线(y (y xin)xin)精品资料一、湿空气的

15、状态一、湿空气的状态(zhungti)点点1、已知湿空气的状、已知湿空气的状态态(zhungti)点：点：H、p、td、tw、t、I等等2、已知两个独立参、已知两个独立参数，确定状态数，确定状态(zhungti)点。点。练习：已知练习：已知p =100kpa,t=30,H=0.024kg水水/kg干气，求：干气，求：、td、 I、p水汽水汽td=28I=98=98%P水汽水汽(shu q)=3.6kpa7.2.2 湿空气湿度图及其应用湿空气湿度图及其应用精品资料二、加热与冷却过程二、加热与冷却过程 若不计换热器的流动阻力，湿空气的加热或冷若不计换热器的流动阻力，湿空气的加热或冷却属于却属于(s

16、hy)等压过程。等压过程。1、等压加热、等压加热 p一定，一定，p=const，H=const。见下图。见下图AB线。线。t接纳接纳(jin)水汽的能力水汽的能力7.2.2 湿空气湿度图及其应用湿空气湿度图及其应用精品资料2、等压冷却、等压冷却(lngqu)P=const，ps(t)(1) P水汽水汽(shu q) ps(t) ，H不变，不变，AC线。线。(2) P水汽水汽(shu q) = ps(t) ，t=td,D点点(3)ttd ps(t) H,DE线。线。7.2.2 湿空气湿度图及其应用湿空气湿度图及其应用精品资料三、绝热增湿过程：三、绝热增湿过程：Q损损=0 空气给水的显热全部变为水

17、分空气给水的显热全部变为水分(shufn)汽化汽化的潜热返回空气，称为绝热增湿过程。的潜热返回空气，称为绝热增湿过程。 工程上，常将等焓线近似地看成既是绝热增工程上，常将等焓线近似地看成既是绝热增湿线，又是等湿球温度线。湿线，又是等湿球温度线。7.2.2 湿空气湿度湿空气湿度(shd)图及其应用图及其应用精品资料7.3 固体物料的干燥固体物料的干燥(gnzo)平衡平衡7.3.1 物料中水分含量的表示方法物料中水分含量的表示方法(fngf)7.3.2水分在气固两相间的平衡水分在气固两相间的平衡精品资料7.3.1 物料中水分含量物料中水分含量(hnling)的表示方法的表示方法(1)湿基含水量湿基

18、含水量w湿物料总质量湿物料中水分的质量w(2)干基干基(n j)含水量含水量Xt湿物料中绝干料的质量湿物料中水分的质量X两者关系：两者关系：wwX1XXw1精品资料7.3.2水分水分(shufn)在气固两相间的平衡在气固两相间的平衡一、结合水与非结合水一、结合水与非结合水1、结合水：借化学力或物理化学力与固体相结、结合水：借化学力或物理化学力与固体相结合的水。包括：结晶水、毛细管水和吸附水。难合的水。包括：结晶水、毛细管水和吸附水。难通过通过(tnggu)干燥去除。干燥去除。2、非结合水：水分只是机械地附着于固体表面或颗粒堆、非结合水：水分只是机械地附着于固体表面或颗粒堆积层的大空隙中的水。积

19、层的大空隙中的水。易通过干燥去除易通过干燥去除。基本区别基本区别：表现的平衡蒸汽压：表现的平衡蒸汽压pe不同。不同。非结合水：非结合水： pe= ps (pe p水汽水汽)大大结合水：结合水：petw1+(2050)3、 t1I1 V Q3 但是升高受下面两种情况限制：但是升高受下面两种情况限制： 1)加热加热(ji r)物介质温位太高物介质温位太高 2)物料不允许接触高温气流物料不允许接触高温气流4、废气再循环、废气再循环(V)或中间加热或中间加热(ji r)(t1 )流程流程 优点：优点：1)避免使用高温加热避免使用高温加热(ji r)介质介质 2)保证物料不直接接触高温气流保证物料不直接

20、接触高温气流 3)减少新鲜空气用量减少新鲜空气用量Q3 5、良好的保温措施、良好的保温措施Q损损 7.4.3 干燥干燥(gnzo)系统的热效率系统的热效率精品资料7.5 干燥干燥(gnzo)速率与干燥速率与干燥(gnzo)时间时间7.5.1 干燥速率干燥速率7.5.2 恒定干燥条件恒定干燥条件(tiojin)下干燥时间的计算下干燥时间的计算精品资料7.5.1 干燥干燥(gnzo)速率速率一、干燥一、干燥(gnzo)曲线曲线干燥干燥(gnzo)曲线：物料含水量曲线：物料含水量 X 与干燥与干燥(gnzo)时间时间 的关系的关系曲线。曲线。A湿含量湿含量XXctwDCBADCBtX*物料表面温度物

21、料表面温度 干燥时间干燥时间 预热段预热段恒速段恒速段降速段降速段预热阶段预热阶段AB恒速干燥阶段恒速干燥阶段BC降速干燥阶段降速干燥阶段CD 在降速阶段干燥速率的变化在降速阶段干燥速率的变化规律与物料性质及其内部结构规律与物料性质及其内部结构有关。降速的原因大致有如下有关。降速的原因大致有如下四个。四个。(1)实际汽化表面减少；实际汽化表面减少；(2)汽化面的内移；汽化面的内移；(3)平衡蒸汽压下降；平衡蒸汽压下降；(4)固体内部水分的扩散极慢固体内部水分的扩散极慢 精品资料二、干燥速率及干燥速率曲线二、干燥速率及干燥速率曲线1、干燥速率、干燥速率U：干燥器单位时间内在物料单位：干燥器单位时

22、间内在物料单位表面积上汽化表面积上汽化(qhu)的湿分量（的湿分量（kg湿分湿分/(m2s)）。微分形式为：）。微分形式为：ddddXAGAWUc2、干燥曲线、干燥曲线 干燥速度干燥速度 U 与湿含量与湿含量 X 的关系的关系(gun x)曲线。曲线。干燥过程的特征在干燥速率曲线上更为直观。干燥过程的特征在干燥速率曲线上更为直观。7.5.1 干燥速率干燥速率精品资料AB段：预热阶段，所需时间很短，段：预热阶段，所需时间很短，干燥计算忽略。干燥计算忽略。三、恒速干燥阶段和降速干燥阶三、恒速干燥阶段和降速干燥阶段段BC段：干燥速率段：干燥速率(sl)保持恒定，保持恒定，即基本上不随物料含水量而变即基本上不随物料含水量而变恒速干燥阶段。恒速干燥阶段。CDE段：在此阶段内干燥速率段：在此阶段内干燥速率(sl)随物料含水量的减少而降随物料含水量的减少而降低低降速阶段。降速阶段。ABCD干燥干燥(gnzo)速率速率 UABCD物料温度物料温度 twXcX*湿含量湿含量 XIIIC7.5.1 干燥速率干燥速率精品资料两个干燥阶段之间的交点两个干燥阶段之间的交点C称为临界点，与该点对称为临界点，与该点对应的物料含水量称为临界含水量应的物料含水量称为临