(下)第5章干燥课件

本章主要内容1.掌握湿度和相对湿度的定义；2.掌握干球温度、湿球温度、露点温度和绝热饱和温度；3.重点掌握焓湿图，利用它来判断湿空气的状态；4.了解物料的平衡水分和自由水分以及结合水和非结合水；5.掌握干燥过程的质量衡算和能量衡算；6.了解干燥过程的效率，提高该效率的手段；7.重点掌握干燥曲线、干燥动力学曲线；8.了解干燥时间的计算。干燥：用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气排除，藉此来降低固体物料中湿含量的单元操作。干燥的两个步骤：能量从周围环境传递至物料；物料中的水分被蒸发。

I、物料表面水分的蒸发；

II、物料内部水分的蒸发。概述被干燥物料表面所产生蒸汽的压力大于干燥介质中蒸汽的分压;压差越大，干燥过程进行越快;干燥介质较高的温度和较大的流速有利于干燥过程保持一定的传质推动力。干燥进行的条件5.1湿空气的性质和湿焓图5.1.1湿空气的性质1、湿度H2、相对湿度

相对湿度的意义：说明湿空气偏离饱和空气的程度，用于判定该湿空气能否作为干燥介质，值越小，则湿空气的吸湿能力越大。当pv=0时，=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。当pv=ps时，=1，表示湿空气为饱和空气。相对湿度与绝对湿度的关系：4、比热容cH

在0~200oC的温度范围内5、焓I

3、比体积vH

假设空气体积无穷大，在水的蒸发过程中，空气的温度和湿度都保持不变。稳定传质传热时：传热速率：传质速率：能量衡算：C、湿球温度tw

D、绝热饱和冷却温度tas

在不饱和空气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得到的是汽化水带来的潜热;

空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化，但其总焓值是不变的，空气传给水分的显热恰好等于水分汽化所需的潜热。等湿度线(等H线)

等焓线(等I线)

等温线(等t线)

等相对湿度线（等线）

水蒸汽分压线5.1.2湿空气的湿－焓图与应用焓湿图的应用（1）ttwtd

=1

HI已知空气的湿度和相对湿度，确定干球温度t、露点td、湿球温度tw（或绝热饱和温度tas）

H已知湿空气的干球温度t和湿球温度tw确定湿空气的状态点：焓湿图的应用（2）ttw

=100％HI

I

H根据已知湿空气的干球温度t和露点td确定湿空气的状态点：焓湿图的应用（3）ttd

=100％HI

I

H已知湿空气的干球温度t和相对湿度;已知湿空气的绝热饱和温度tas和相对湿度;已知湿空气的干球温度t和湿度H;已知湿空气的水蒸汽分压pv和相对湿度。2、湿基含水量1、干基含水量5.2.1湿物料的性质5.2干燥过程的物料衡算和热量衡算

3、湿物料的比热容4、湿物料的焓在一连续干燥器中盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg，经干燥后物料的含水量由40%减少至5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度H1为0.009kg水/kg绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039kg水/kg绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求：（1）水分蒸发量W（kg水/h）；368.4（2）空气消耗量L（kg绝干气/h），原湿空气消耗量L′（kg原空气/h）;12280，12390.5（3）干燥产品量。631.65.2.3热量衡算1）预热器消耗的热量1、热量衡算的基本方程式干燥系统需要加热量的近似计算假设：(1)Iv,0=Iv,2(2)湿物料进出干燥器时的比定压热容取平均值Cp,m。则：2、干燥系统的热效率提高热效率的措施注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的热损失；降低干燥器的热负荷；提高热空气进口温度（注意热敏性物料）降低出口废气温度；废气回收或循环，利用其预热冷空气或冷物料。1、等焓（绝热）干燥过程条件：（1）qD=0;（2）qL=0；（3）qm,c(I2’-I1’)=0干燥器出口空气状态的确定5.2.4空气通过干燥器时的状态变化

B

C

At1t2HIt0012ABH0H2t0t2IHMtmt1(1)质量、热量衡算方法；(2)杠杆规则。确定干燥器入口空气状态点方法：MN例采用常压气流干燥器干燥某种湿物料。在干燥器内，湿空气以一定的速度吹送物料的同时并对物料进行干燥。已知的操作条件均标于本例附图中。试求：（1）新鲜空气消耗量；（2）单位时间内预热器消耗的热量，忽略预热器的热损失；（3）干燥器的热效率。

解:(1)绝干物料：(3)预热器热量衡算：(2)蒸发水量：qm,w=qm,c（X1-X2）=248(0.15-0.01)=34.7(kg/h)(4)干燥系统热量衡算：5.3.1物料中的水分1、平衡水分和自由水分平衡水分随物料的种类及空气的状态（t，）不同而异。平衡水分是物料在一定空气状况下通过干燥除去水分的限度值。物料中除平衡水分以外的所有水分称为自由水分，该水分能通过干燥除去。

5.3固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系2、结合水分与非结合水分

根据物料与水分结合力的状况，可将物料中所含水分分为结合水分(boundwater)与非结合水分(unboundwater)。结合水分籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。干燥只能除去部分结合水分。非结合水分物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水分较容易。注意：物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性质，而与干燥介质的状态无关；而平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。空气相对湿度φ总水分自由水分平衡水分非结合水分结合水分x*x0x1100%物料的含水量0物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分之间的关系见图示。1恒定干燥条件下干燥时间的计算ABCDEX表面温度干燥时间τABCDE5.3.2干燥时间的计算干燥曲线：物料含水量与干燥时间、物料表面温度的关系曲线。1）干燥实验和干燥曲线干燥速率曲线：物料干燥速率与物料含水量的关系曲线。ABCDEXUX*X02）干燥速率曲线干燥速率：单位时间内单位干燥面积上汽化的水分质量。整个物料表面都有充分的非结合水分，物料表面的蒸汽压与同温度下水的蒸汽压相同；

物料内部水分扩散速率大于表面水分汽化速率，过程属于表面汽化控制阶段。空气传给物料的热量等于水分汽化所需的热量，物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度；（1）外部条件控制过程（恒速干燥阶段）该阶段干燥速率的大小，主要取决于空气的性质，而与湿物料性质关系很小；要强化该阶段的干燥速率，主要通过提高空气的温度，降低相对湿度，改善空气与物料的接触和流动情况等手段。水分由物料内部向物料表面迁移的速率低于湿物料表面水分气化的速率，在物料表面出现干燥区域，表温逐渐升高，随着干燥的进行，干燥区域逐渐增大，干燥速率下降。在降速阶段，干燥速率主要取决于水分在物料内部的迁移速率，影响干燥

速率的主要因素是物料的结构、形状和大小等。要强化该阶段的干燥速率，必须从改善内部扩散着手。（2）内部条件控制过程（降速干燥阶段）3）临界含水量4）恒定干燥条件下干燥时间的计算

降速干燥阶段恒速干燥阶段2变动干燥条件下干燥时间的计算

5.4干燥器

5.4.1干燥器的主要类型1.厢式干燥器(盘式干燥器)优点:构造简单、设备投资少，适应性较强。缺点：装卸物料的劳动强度大，设备利用率、热利用率低及产品质量不易稳定。

适用于小规模多品种、要求干燥条件变动大及干燥时间长等场合的干燥操作，特别适合作为实验室或中间试验的干燥装置。隧道式干燥器(洞式干燥器)优点:设备的制造和操作简单、设备投资少，能量消耗也不大。缺点：物料干燥的时间较长，生产能力较低，劳动强度大，设备利用率、热利用率低。

适用于需要较长干燥时间的大件物料和各种散粒状物料的干燥和煅烧。2.带式干燥器优点：物料在其中翻动较少，可保持物料的形状，可连续干燥多种物料。缺点：生产能力及热效率都低。适用于干燥颗粒状、块状和纤维状的物料。3、气流干燥器优点：对流传热系数和传热温度差大，干燥器的体积小，干燥速率快，物料停留时间短，可在高温下干燥；热利用率高；设备紧凑，结构简单；可以完全自动控制。缺点：气流在系统中压降较大；干燥管长；在干燥过程中存在摩擦，易将产品磨碎；分离器的负荷大。适用于在潮湿状态下仍能在气体中自由流动的颗粒物料，可利用高速的热气流使粉、粒状的物料悬浮于其中，在气力输送过程中进行干燥。4.流化床干燥器优点：结构简单、造价低，活动部件少，操作维修方便。缺点：操作控制要求高。而且由于颗粒在床中高度混合，可能引起物料的反混和短路，从而造成物料干燥不充分。适用于适用于处理粉粒状物料，而且粒径最好在30-60μm范围。5.转筒干燥器优点：机械化程度高，生产能力大，流动阻力小，容易控制，产品质量均匀，对物料适应性强。缺点：设备笨重，金属材料耗量多，热效率低，结构复杂，占地面积大，传动部件需经常维修。6.喷雾干燥优点：物料干燥时间短，改变操作条件即可控制或调节产品指标，流程较短。缺点：经常发生粘壁现象，影响产品质量，对气体的分离要求高，体积传热系数较小，对于不能用高温载热体干燥的物料所需要的设备庞大。适用于溶液、悬浮液、胶体溶液等流动性物料或热敏性和有生物活性物质的干燥。7.滚筒干燥器优点：动力消耗低，投资少，维修费用省，干燥时间和干燥温度容易调节。缺点：生产能力、劳动强度和条件等方面不如喷雾干燥器。适用于溶液、悬浮液、胶体溶液等流动性物料的干燥。8、干燥器的选型和发展方向1）干燥器的选型被干燥物料的性质对干燥产品的要求物料的干燥速度曲线与临界含水量回收问题干燥热源干燥器的占地面积、排放物及噪声

2）干燥器的发展方向干燥器的大型化提高效率、节约能源5.4.2干燥器的设计从湿空气的角度，湿物料中

水份能通过干燥除去，从物料的角度，

水份能通过干燥完全除去。2.已知某物料含水量X1＝0.4kg水/kg绝干料，从该物料干燥速率曲线可知：临界含水量X0＝0.25kg水/kg绝干料，平衡含水量X*＝0.05kg水/kg绝干料，则物料的非结合水分为

，结合水分为

，自由水分为

，可除去的结合水分为

。[单位为：kg水/kg绝干料]3.湿空气的干球温度、湿球温度、露点在

情况下相等。4.干燥操作中既有传热过程，也有传质过程，其中传热推动力是

，传质推动力是

。自由非结合0.150.250.350.20饱和空气湿空气与物料表面的温度差；物料表面的水汽分压与湿空气的水汽分压差。1、同一物料，如恒速段的干燥速率增加，则临界含水量

。

(A)减小；(B)不变；(C)增大；(D)不一定。2、下列哪些因素对恒速干燥速率有较大的影响。（）

(A)、湿空气的温度；(B)、湿空气的湿度；

(C)、湿空气与物料的接触方式；(D)、湿物料