化工原理课件

第七章干燥第一节概述1干燥的目的、本质及分类1.1目的将湿固体物料除去湿分（水或其他液体）——去湿。去湿的方法：（1）机械去湿，即通过压榨、过滤、离心分离等方法去湿，这是一种低能耗的去湿方法，湿分的除去不完全。（2）热能去湿，即借热能使物料的湿分汽化，并将汽化产生的蒸汽由惰性气体带走或用真空抽吸而除去的方法，简称为干燥。第七章干燥第一节概述1第一节概述1.2本质

本质：水分从物料表面向气相转移的过程。干燥过程是传质和传热相结合的过程（热、质反向传递），干燥速率同时由传热速率和传质速率所支配。

必要条件：被干燥物料表面上的蒸汽压超过空气主体的水汽分压，即pw>pv。Δp=(pw-pv)↑,干燥速率↑

第一节概述1.2本质2第一节概述1.3分类

（1）传导干燥刮刀加料产品加热蒸汽传导干燥—滚筒干燥器能通过传热壁面以传导方式传给与壁面接触的湿物料。优点：热能利用程度较高；缺点：与金属壁面接触的物料在干燥时易形成过热而变质。第一节概述1.3分类刮刀加料产品加热蒸汽传导干燥—滚筒干3第一节概述（2）对流干燥热能以对流方式由热空气传给与其直接接触的湿物料，产生的蒸汽也由热空气带走。优点：热空气的温度调节比较方便，物料不至于被过热。缺点：热空气离开干燥器时尚带有相当大的一部分热能，因此对流干燥的热能利用程度比传导干燥差。出料至分离器加料热空气分布板第一节概述（2）对流干燥出料至分离器加料热空气分布板4第一节概述（3）辐射干燥热能以电磁波的形式由辐射器发射到达湿物料表面，被湿物料吸收后又转变为热能将水分加热汽化而达到干燥的目的。优点：生产强度大，产品干燥均匀而洁净，设备紧凑使用灵活，可以减少占地面积，缩短干燥时间。缺点：电能消耗大。（4）介电加热干燥将需要干燥的物料置于高频电场内，依靠电能加热物料并使湿分汽化。此法由于加热的能量是由高频装置产生的，其所需的费用较大，故在工业上的应用受到限制。第一节概述（3）辐射干燥（4）介电加热干燥5（5）冷冻干燥物料冷冻后，使干燥器抽成真空，并使载热体循环，对物料提供必要的升华热。（5）冷冻干燥6第一节概述2对流干燥流程及其经济性对流干燥流程示意图（并流、连续）预热器湿物料干燥产品空气干燥器废气空气：载热体、载湿体经济性：能耗和热的利用率热第一节概述2对流干燥流程及其经济性对流干燥流程示意图（并7第二节湿空气的性质及湿度图一、湿空气的性质（一）湿空气中湿含量的表示方法1.水蒸汽分压pv（kPa）空气中水蒸汽分压pv↑，水汽含量就越高，根据分压定律，pv与干空气分压pg之比为水汽与干空气的摩尔数之比，其中p为湿空气的总压。第二节湿空气的性质及湿度图一、湿空气的性质为水汽与干空气的8第二节湿空气的性质及湿度图2.湿度定义：单位质量干空气中含有水汽的质量为湿度或湿含量，记为H。（7-4）对理想气体，摩尔比等于分压比，所以湿度又可写成下式：[H]=kg水汽/kg干空气。第二节湿空气的性质及湿度图2.湿度（7-4）对理想气体，9第二节湿空气的性质及湿度图饱和湿度:第二节湿空气的性质及湿度图饱和湿度:10第二节湿空气的性质及湿度图思考：在t、H相同的条件下，提高压强对于干燥操作是否有利？为什么？t相同，ps不变，H相同，p↑，↑，吸收水汽能力↓，不利于干燥。因此干燥操作经常在常压或真空条件下进行。第二节湿空气的性质及湿度图思考：在t、H相11第二节湿空气的性质及湿度图3.相对湿度（7-3）0≤≤1。相对湿度可用来衡量湿空气的不饱和程度。=0，即pv=0，为绝干空气；=1，即pv=ps，此时湿空气中水蒸汽分压达到最大值，为饱和湿空气当总压p一定时，H随及温度t而变，在一定总压p下，只要知道、t就可求H。饱和湿度第二节湿空气的性质及湿度图3.相对湿度（7-3）0≤12第二节湿空气的性质及湿度图（二）湿空气的比体积、比热容和焓1.湿比容：单位质量干空气和其所带的kg水蒸汽的体积之和。

第二节湿空气的性质及湿度图（二）湿空气的比体积、比热容和焓13第二节湿空气的性质及湿度图2.湿空气的比热容cH在常压下将1kg的绝干空气和其所带有的Hkg水蒸汽的温度升高1℃所需的总热量，称为湿空气的比热，简称湿比热。cH=cg+cvHcH——湿空气的比热，kJ/(kg绝干空气·℃)；cg——干空气的比热，kJ/(kg绝干空气·℃)；cv——水蒸汽的比热，kJ/(kg水蒸气·℃);H——湿度，kg水汽/kg绝干空气。在工程计算中，cg、cv通常取为常数，cg=1.01kJ/(kg·℃)，cv=1.88kJ/kg·℃，则cH=1.01+1.88H（kJ/(kg·℃)，SI制）第二节湿空气的性质及湿度图2.湿空气的比热容cHcH—14第二节湿空气的性质及湿度图3.湿空气的焓II=Ig+HIvI——湿空气的焓，kJ/kg绝干空气；Ig

——绝干空气的焓，kJ/kg绝干空气；Iv——水蒸汽的焓，kJ/kg水蒸汽；H——湿度，kg水汽/kg绝干空气。注：由于焓值只有相对量没有绝对量，故存在基准问题，由物化知识可知焓值取物质常态为基准态，即0℃的空气和液体水（非蒸汽）,Ig=cg（t-0）=cgt，Iv=cv（t-0）+r0I=Ig+IvH=cgt+(cvt+r0)H=(cg+cvH)t+r0

H（7-16）第二节湿空气的性质及湿度图3.湿空气的焓II——15I=Ig+IvH=cgt+(cvt+r0)H=(cg+cvH)t+r0

H（13-5a）第二节湿空气的性质及湿度图r0——水在0℃时的汽化潜热，SI制r0=2492kJ/kg，工程制r0=595kcal/kgf。I=（1.01+1.88H）t+2492HkJ/kg（SI制）I=（0.24+0.45H）t+595Hkcal/kgf（工程制）I=Ig+IvH=cgt+(cvt+r0)16第二节湿空气的性质及湿度图（三）湿空气的温度1.干、湿球温度干球温度湿球温度第二节湿空气的性质及湿度图（三）湿空气的温度17第二节湿空气的性质及湿度图（三）湿空气的温度2.露点

例题7-1第二节湿空气的性质及湿度图（三）湿空气的温度18第二节湿空气的性质及湿度图（三）湿空气的温度3.绝热饱和温度绝热饱和过程可近似当作等焓过程处理。循环水tas湿空气H,t补充水tasHas,tas空气饱和器第二节湿空气的性质及湿度图（三）湿空气的温度循环水湿空气补19第二节湿空气的性质及湿度图湿球温度和绝热饱和温度的关系（1）共同点：①湿球温度和绝热饱和温度都不是湿气体本身的温度，但都和湿气体的温度和湿度有关，且都表达了气体入口状态已确定时与之接触的液体温度的变化极限。②对于空气和水的系统，两者在数值上近似相等。第二节湿空气的性质及湿度图湿球温度和绝热饱和温度的关系20第二节湿空气的性质及湿度图湿球温度tw和绝热饱和温度tas的关系（2）不同点：①tas是由热平衡得出的，tw是空气的热力学性质；则取决于气、液两相间的动力学因素——传递速率。②tas是大量水与空气接触，最终达到两相平衡时的温度，过程中气体的温度和湿度都是变化的；tw是少量的水与大量的连续气流接触，传热传质达到稳态时的温度，过程中气体的温度和湿度是不变的。③绝热饱和过程中，气、液间的传递推动力由大变小、最终趋近于零；测量湿球温度时，稳定后的气、液间的传递推动力不变。第二节湿空气的性质及湿度图湿球温度tw和绝热饱和温度tas21对一定状态的空气，它们之间的关系是：

对不饱和空气：t＞tas=tw＞td；对饱和空气：t=tas=tw=td；对一定状态的空气，它们之间的关系是：22二、湿空气的湿度图及其应用（1）等湿度线（2）等焓线（3）等温线（4）等相对温度线100%饱和空气线（5）水蒸汽分压线二、湿空气的湿度图及其应用（1）等湿度线23（二）焓湿图的使用法（二）焓湿图的使用法24通常根据下述条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件：（1）湿空气的干球温度和湿球温度tw，见图（a）。（2）湿空气的干球温度和露点td，见图（b）。（3）湿空气的干球温度和相对湿度，见图（c）

例7-3通常根据下述条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件：

例25第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算

一、干燥过程中的物料衡算（一）物料含水量的表示方法湿基含水量2.干基含水量第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算一、干燥过程中的物料衡26第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算

一、干燥过程中的物料衡算（二）物料衡算例题7-4第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算一、干燥过程中的物料衡27第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算

二、干燥过程中的热量衡算热量衡算例题7-5qmL,t0,H0,I0t1,H1,I1t2,H2,I2qm1,θ1,X1qm2,θ2,X2QLQDQP干燥器物料与热量衡算第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算二、干燥过程中的热量衡28第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算

二、干燥过程中的热量衡算输入热量输出热量

1.湿物料带入的热量干产品带入：qm2cmθ1蒸发水分带入：qmWcwθ11．干产品带出:

qm2cmθ2

2.空气带入：

qmLI1=qmL[(1.01+1.88H1)t1+r0H1]2．空气带出:qmL

I2=qmL[(1.01+1.88H2)t2+r0H2]3．干燥器内补充加热：

Q

D3．干燥器内热损失：

Q

L第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算二、干燥过程中的热量衡29第四节 物料的平衡含水量与干燥速率一、湿物料分类①多孔性物料，如催化剂颗粒，砂子等。主要特征：▲水分存在于物料内部大小不同的细孔和通道中；▲湿分移动主要靠毛细管作用力；▲这类物料的临界含水量较低，降速段一般分为两个阶段。

②非多孔性物料，如肥皂、浆糊、骨胶等。主要特征：▲结合水与固相形成了单相溶液；▲湿分靠物料内部存在的湿分差以扩散的方式进行迁移；▲这类物料的干燥曲线的特点是恒速阶段短，临界含水量较高，降速段为一平滑曲线。在木材的干燥中，常须采用湿空气为干燥介质？第四节 物料的平衡含水量与干燥速率一、湿物料分类在木材的干燥30第四节 物料的平衡含水量与干燥速率二、固体物料的干燥机理（1）液体扩散理论▲主要论点：

在降速干燥阶段中，湿物料内部的水分不均匀，形成了浓度梯度，使水分由含水量较高的物料内部向含水量较低的表面扩散，然后水分在表面蒸发，进入干燥介质。▲干燥速率完全决定于物料内部的扩散速率。此时，除了空气的湿度影响表面上的平衡值外，干燥介质的条件对干燥速率已无影响。▲非多孔性湿物料的降速干燥过程较符合扩散理论。第四节 物料的平衡含水量与干燥速率二、固体物料的干燥机理31第四节 物料的平衡含水量与干燥速率二、固体物料的干燥机理（2）毛细管理论

▲主要论点：多孔性物料具有复杂的网状结构的孔道，水分在多孔性物料中的移动主要依靠毛细管力。多孔性物料的干燥过程较好地符合这一理论。EDCBXRO多孔性陶制平板的干燥速率曲线

ECBXRO非多孔性粘土板的干燥速率曲线第四节 物料的平衡含水量与干燥速率二、固体物料的干燥机理ED32第四节 物料的平衡含水量与干燥速率三、速率控制（一）表面汽化控制某些物料，如纸、皮革等，其内部的水分能迅速地达到物料的表面，因此水分去除为物料表面上水分的汽化速率所限制。（二）内部扩散控制某些物料如木材、陶土等，其内部扩散速率较表面汽化速率小，当表面干燥后，内部水分不能及时扩散到表面，这种情况，必须设法增加内部的扩散速率，或降低表面的汽化速率。第四节 物料的平衡含水量与干燥速率三、速率控制33第四节 物料的平衡含水量与干燥速率四、物料的平衡含水量曲线（一）平衡水分自由水分

（二）结合水分与非结合水分1.结合水分包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分、及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。2.非结合水分包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。第四节 物料的平衡含水量与干燥速率四、物料的平衡含水量曲线（34第四节 物料的平衡含水量与干燥速率五、恒定干燥条件下的干燥速率（一）干燥速率第四节 物料的平衡含水量与干燥速率五、恒定干燥条件下的干燥速35▲干燥曲线及干燥速率曲线

干燥曲线：X~τ关系；干燥速率曲线：R~X之间的关系。AA’CBDEX00.10.20.30.40.50.70.6246810121416τ/h干燥曲线▲干燥曲线及干燥速率曲线干燥曲线：X~36X*X*EDCBAA’恒速阶段降速阶段XCXR0干燥速率曲线(恒定干燥条件)X*X*EDCBAA’恒速阶段降速阶段XCXR0干燥速率曲线37干燥机理a）恒速干燥阶段干燥速度由水的表面汽化速度所控制b）降速干燥阶段

过程速度由水分从物料内部移动到表面的速度所控制。c）临界含水量

临界水分随物料本身性质、厚度和干燥速率的不同而异，通常临界水分随恒速阶段的干燥速度和物料厚度的增加而增大。

注意：干燥曲线或干燥速率曲线是在恒定的空气条件下获得的，对指定的物料，空气的温度、湿度不同，速率曲线的位置也不同。

干燥机理注意：干燥曲线或干燥速率曲线是在恒定的空气条件下获得38第四节 物料的平衡含水量与干燥速率第四节 物料的平衡含水量与干燥速率39第四节 物料的平衡含水量与干燥速率四、恒定干燥条件下干燥时间的计算（一）恒速干燥阶段

第四节 物料的平衡含水量与干燥速率四、恒定干燥条件下干燥时间40第四节 物料的平衡含水量与干燥速率四、恒定干燥条件下干燥时间的计算（二）降速干燥阶段

（1）图解积分法（2）解析计算法第四节 物料的平衡含水量与干燥速率四、恒定干燥条件下干燥时间41第四节 物料的平衡含水量与干燥速率四、恒定干燥条件下干燥时间的计算（二）降速干燥阶段

（2）解析计算法当与呈线性关系时，任一瞬间的与对应的有下列关系。第四节 物料的平衡含水量与干燥速率四、恒定干燥条件下干燥时间42第四节 物料的平衡含水量与干燥速率四、恒定干燥条件下干燥时间的计算（二）降速干燥阶段

物料干燥所需总时间为对于间歇操作的干燥器而言，还应考虑装卸物料所需的时间，则每批物料干燥周期为：例7-6

第四节 物料的平衡含水量与干燥速率四、恒定干燥条件下干燥时间43第五节干燥设备一、对干燥器的基本要求①适应被干燥物料的多样性和不同产品规格要求②设备的生产能力要高③能耗的经济性提高干燥器的热利用率尤其重要，主要途径：▲减少废气带热，干燥器结构应能提供有利的气、固接触，在物料耐热允许的条件下空气的入口温度尽可能高。▲在干燥器内设置加热面，这些措施均可减少干燥空气的用量，减少废气带热损失。▲还有流向问题，在相同的进、出口温度下，逆流操作可获得较大的传热（传质）推动力，设备容积较小。

干燥器除满足上述条件之外，还应便于操作、控制等。第五节干燥设备一、对干燥器的基本要求44第五节干燥设备二、干燥器分类▲按干燥器操作压力，可分为常压式和真空式干燥器；▲按干燥器的操作方式，可分为间歇操作和连续操作干燥器；▲按加热方式，可分为对流干燥器、传导干燥器、辐射干燥器和介电加热干燥器；▲按干燥器的构造，可分为喷雾干燥器、流化床干燥器、回转圆筒干燥器、滚筒干燥器、各种厢式干燥器等。此外，也可按干燥介质的种类、被干燥物料的物理形态等进行分类第五节干燥设备二、干燥器分类45第五节干燥设备二、干燥器分类（一）厢式干燥器（盘架式干燥器）原理：主要是以热风通过湿物料的表面，达到干燥的目的。分类：

水平气流厢式干燥器热风沿物料的表面通过

穿流气流厢式干燥器热风垂直穿过物料

真空厢式干燥器。第五节干燥设备二、干燥器分类原理：主要是以热风通过湿物料46第五节干燥设备二、干燥器分类（二）转筒式干燥器优点：生产能力大，操作稳定可靠，对不同物料的适应性强，操作弹性大，机械化程度较高。第五节干燥设备二、干燥器分类优点：47第五节干燥设备二、干燥器分类（二）转筒式干燥器缺点：设备笨重；结构复杂，传动部分需经常维修；安装、拆卸困难；物料在干燥器内停留时间长，且物料颗粒之间的停留时间差异较大。第五节干燥设备二、干燥器分类缺点：48第五节干燥设备二、干燥器分类（二）转筒式干燥器应用：主要用于处理散粒状物料，但如返混适当数量的干料亦可处理含水量很高的物料或膏糊状物料，也可以在用干料做底料的情况下干燥液态物料，即将液料喷洒在抛洒起来的干料上面。第五节干燥设备二、干燥器分类应用：49第五节干燥设备二、干燥器分类（三）流化床干燥器（沸腾床干燥器）原理：流化床干燥器是流态化原理在干燥中的应用，在流化床干燥器中，颗粒在热气流中上下翻动，彼此碰撞和混合，气、固间进行传热、传质，以达到干燥目的。加料单层圆筒沸腾床干燥器至分离器出料热空气分布盘第五节干燥设备二、干燥器分类原理：加料单层圆筒沸50第五节干燥设备二、干燥器分类（三）流化床干燥器（沸腾床干燥器）结构：湿物料由床层的一侧加入，由另一侧导出。热气流由下方通过多孔分布板均匀地吹入床层，与固体颗粒充分接触后，由顶部导出，经旋风器回收其中夹带的粉尘后排出。流化干燥过程可间歇操作，但大多数是连续操作的。加料单层圆筒沸腾床干燥器至分离器出料热空气分布盘第五节干燥设备二、干燥器分类结构：加料单层圆筒沸51第五节干燥设备二、干燥器分类（三）流化床干燥器（沸腾床干燥器）优点：①传热、传质速率高，因为单位体积内的传递表面积大，颗粒间充分的搅混几乎消除了表面上静止的气膜，使两相间密切接触，传递系数大大增加；②由于传递速率高，气体离开床层时几乎等于或略高于床层温度，因而热效率高；加料单层圆筒沸腾床干燥器至分离器出料热空气分布盘第五节干燥设备二、干燥器分类优点：加料单层圆筒沸52第五节干燥设备二、干燥器分类（三）流化床干燥器（沸腾床干燥器）优点：③由于气体可迅速降温，所以与其他干燥器比，可采用更高的气体入口温度；④设备简单，无运动部件，成本费用低；⑤操作控制容易。加料单层圆筒沸腾床干燥器至分离器出料热空气分布盘第五节干燥设备二、干燥器分类优点：加料单层圆筒沸53第五节干燥设备二、干燥器分类（三）流化床干燥器（沸腾床干燥器）气体出口加料出料床内分离器第一层第二层热空气多层流化床干燥器优点①与其它干燥器相比，传热、传质速率高；②由于传递速率高，气体离开床层时几乎等于或略高于床层温度，因而热效率高；③由于气体可迅速降温，所以与其他干燥器比，可采用更高的气体入口温度；④设备简单，无运动部件，成本费用低；⑤操作控制容易。第五节干燥设备二、干燥器分类气体出口加料出料床内分离器第54第五节干燥设备二、干燥器分类（四）气流式干燥器优点：①气、固间传递表面积很大，体积传质系数很高，干燥速率大。一般体积蒸发强度可达0.003～0.06kg/m3·s；②接触时间短，热效率高，气、固并流操作，可以采用高温介质，对热敏性物料的干燥尤为适宜；第五节干燥设备二、干燥器分类优点：55第五节干燥设备二、干燥器分类（四）气流式干燥器优点：③由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置；④气流干燥器的结构相对简单，占地面积小，运动部件少，易于维修，成本费用低。第五节干燥设备二、干燥器分类优点：56第五节干燥设备二、干燥器分类（四）气流式