化工原理复习必看 枯燥

本文格式为Word版，下载可任意编辑——化工原理复习必看枯燥第14章固体枯燥

知识要点

枯燥是指向物料供热以汽化其中的湿分的操作。本章主要探讨以空气为枯燥介质、湿分为水的对流枯燥过程。学习本章应重点把握湿空气的性质参数与湿度图、湿物料中的水分性质、枯燥过程的物料衡算与热量衡算。一般把握枯燥过程的速率与枯燥时间的计算。了解枯燥器的类型与适用场合，提高枯燥过程的热效率与加强枯燥过程的措施。本章主要知识点间的联系图如下图所示。

枯燥过程物料衡算湿空气的性质枯燥速率与枯燥时间枯燥过程热量衡算物料中水分性质枯燥器枯燥过程加强

图14-1枯燥一章主要知识点联系图

1.概述

对流枯燥的特点：热、质反向传递过程传热：固相←气相推动力：温度差传质：固相→气相推动力：水汽分压差2.枯燥静力学

(1)湿空气的状态参数

①空气中水分含量的表示方法a.绝对湿度(湿度)

H?0.622p水汽

p?p水汽psp?psp水汽/ps(ps?p)b.饱和湿度c.相对湿度

Hs?0.622??p水汽=一定温度、压力下空气中水汽分压可能达到的最大值p水汽/p(ps?p)

②湿空气温度的表示方法

a.干球温度t：简称温度，指空气的真实温度，可直接用普通温度计测量。b.露点温度td：在总压不变的条件下，不饱和湿空气等湿降温至饱和状态时的温度。．．．．

c.绝热饱和温度tas：指少量空气与大量水经长时间绝热接触后达到的稳定温度。d.湿球温度tw：指大量空气与少量水经长时间绝热接触后达到的稳定温度。e.湿空气的四种温度间的关系

不饱和湿空气：t?tW(tas)?td

饱和湿空气：t?tW(tas)?td

③湿空气的比热容(湿比热容)cpH：将1kg干空气和其所带的Hkg水汽的温度升高1℃所需的热量，单位kJ/(kg?℃)。

cpH?1.01?1.88H

④湿空气的焓I：指1kg干气及所带的Hkg水汽所占的总体积，单位m3/kg干气。

I?(1.01?1.88H)t?2500H⑤湿空气的比体积：指1kg干气及所带的Hkg水汽所占的总体积，单位m3/kg干气。

常压下温度为t℃、湿度为H的湿空气的比体积为

vH?(2.83?10?3?4.56?10?3H)(t?273)

(2)湿度图

湿空气的各种性质之间存在着一定的函数关系，这些关系除了可用前面介绍的公式表示外，还可用湿空气的性质图来表示。在总压一定时，湿空气仅有两个独立的性质参数。从形式上看，常用的有焓I—湿度H图、温度t—湿度H图。

(3)水分在气固两相间的平衡①湿物料中水分含量的表示方法

湿基含水量

w?湿物料中水分的质量湿物料总质量kg水/kg湿料

干基含水量

X?w?湿物料中水分的质量湿物料中绝干物料的质量kg水/kg绝干料

二者关系

XwX?1?X1?w②相对湿度曲线

1.0结合水分非结合水分相对湿度φ平衡水分自由水分0X*XmaxXt

图14-2相对湿度曲线

③平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分间的差异(表14-1)

表14-1物料中四种水分间的差异

项目区分标准特点平衡水分自由水分能否被枯燥除去能被枯燥除去不能被枯燥除去结合水分非结合水分枯燥的难易程度难简单pe?pspe?ps影响因素备注湿空气的性质、物料性质平衡水分一定是结合水分物料本身的性质非结合水分一定是自由水分3.枯燥速率与枯燥过程计算(1)物料在定态条件下的枯燥速率

①枯燥速率：指单位时间、单位面积(气固接触界面)被汽化的水量，即

NA?GdXdW??cAd?Ad?式中Gc——试样中绝对枯燥物料的质量，kg；

A——试样暴露于气流中的表面积，m2；

X——物料的自由含水量，X?Xt?X*，kg水/kg干料；

W——汽化的水分量，kg。②枯燥速率曲线

枯燥速率NA(kg.m-2.s-1)降速段恒速段预热段CDBA?A0EXC自由含水量X

图14-3枯燥速率曲线

③各阶段特点a.恒速段?(NA)C??rw(t?tw)?kH(Hw?H)＝常量

?物料表面温度等于湿空气的湿球温度tw；．．

?恒速枯燥阶段为表面汽化控制；?在该阶段除去的水分为非结合水分；

?恒速枯燥阶段的枯燥速率与空气的状态有关，与物料的种类无关。b.降速段

?随着枯燥时间的延长，干基含水量X减小，枯燥速率降低，物料表面温度逐渐升高；?物料表面温度大于湿空气的湿球温度；?除去的水分既有非结合水，也有结合水；

?降速枯燥阶段的枯燥速率与物料种类、结构、形状及尺寸有关，而与空气状态关系不大。④临界含水量

?由恒速阶段转为降速阶段的点称为临界点，所对应湿物料的含水量称为临界含水量；?降低物料厚度，临界含水量Xc↓；?物料越细，Xc↑；

?等速枯燥阶段的枯燥速率(NA)C越大，Xc↑。(2)间歇枯燥过程的计算恒速段降速段

GcX1?Xc?A(NA)CGcX2dX?2???AXcNA?1?降速段的近似计算法

GcXc?X*(NA)C?2?(X——干基含水量)K?lnX**Xc?XAKXX2?XGcX(N)?2?lnc(X——自由含水量)KX?AC

AKXX2Xc(3)枯燥过程的物料衡算与热量衡算

枯燥器预热器空气V,t0,H0,I0QP物料Gc,X1,θ1,I1?产品?Gc,X2,θ2,I2V,t1,H1,I1QD废气V,t2,H2,I2QL

图14-4枯燥流程示意图

①物料衡算绝干物料量

Gc?G1(1?w1)?G2(1?w2)Gc?G1G2?1?X11?X2或

蒸发水分量或

W?Gc(X1?X2)?G1w1?G2w2?G1?G2W?V(H2?H1)?V(H2?H0)

WW?H2?H1H2?H0干空气质量流量V?比空气用量l?V11??WH2?H1H2?H0实际空气(新鲜空气)质量流量风机的风量

V'?V(1?H0)kg湿空气/s

qV?VvH?V(0.773?1.244H)273?t101.3m3湿空气/s?273p式中t、H是风机所在位置空气的干球温度与湿度。

枯燥产品质量流量G2?G1(1?w1)/(1?w2)

②预热器的热量衡算

QP?V(I1?I0)?VcpH1(t1?t0)I1?(1.01?1.88H1)t1?2500H1I0?(1.01?1.88H0)t0?2500H0

H1?H0，cpH1?cpH0

③枯燥器的热量衡算或

??QD?VI2?GcI2??QLVI1?GcI1VI1?Gccp,X1?1?QD?VI2?Gccp,X2?2?QL

式中cp,X——湿物料的比热容，kJ/(kg干物料.℃)cp,X?cp,s?cp,LX，对于水cp,L=4.18kJ/(kg.℃)

④理想枯燥过程，又称为等焓枯燥过程，即I1?I2⑤枯燥系统的热量衡算

??I1?)?QLQP?QD?V(I2?I1)?Gc(I2QP?QD?W(r0?cpVt2?cpL?1)?Gccpm2(?2??1)?VcpH0(t2?t0)?QL参与枯燥系统的热量蒸发水分耗热Q120%~30%物料升温耗热Q25%~30%加热空气耗热Q315%~40%热损失QL8%~30%

⑥枯燥过程的热效率??Q1?Q2

Qp?QDQP?QD?Q3Q3?1?QP?QDQP?QDt1?t2t1?t0忽略热损失

??a.理想枯燥过程

??b.提高热效率的措施

?降低废气的温度t2，但t2应比空气的湿球温度高20~50℃，以避免枯燥的产品返