化工原理之固体干燥概述课件

第七章 固体干燥第一节 概述第二节 湿空气的性质与湿度图第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算第四节 物料的平衡含水量与干燥速率第五节 干燥设备9/16/20231第一节 概述一、 固体物料去湿方法二、 湿物料的干燥方法三、 对流干燥过程的传热与传质9/16/20232去湿:湿分从物料中去除的过程。去湿目的:1）工艺要求；2）贮存；3）运输。去湿的方法:机械去湿物理去湿加热去湿（干燥）一、 固体物料去湿方法9/16/20233二、 湿物料的干燥方法（1）热传导干燥法对流传热干燥法红外线辐射干燥法微波加热干燥法冷冻干燥法干燥过程的分类：常压干燥真空干燥按操作压力分9/25/20234连续式间歇式传导干燥（间接加热干燥）对流干燥（直接加热干燥）辐射干燥介电加热干燥按操作方式分按供热方式分9/25/20235传热、传质同时，但方向相反；介质是热载体，有是湿载体。1-鼓风机；2-预热器；3-气流干燥管；4-加料斗；5-螺旋加料器；6-旋风分离器；7-卸料阀；8-引风机。三、对流干燥过程的传热与传质δHtQWtippiδM干燥过程进行必要条件：物料表面水汽压力大于干燥介质 中水汽分压；干燥介质要将汽化的水分及时带走。9/25/202369/25/20237第二节 湿空气的性质与湿度图一、 湿空气的性质二、湿空气的湿度图及其应用一、 湿空气的性质（一）湿空气中湿含量的表示方法湿空气中水汽分压pV相对湿度φ定义：一定T、P，pV与同温度下pS之比的百分数。9/25/202383.

湿度（湿含量）H定义：1kg干空气所携带的水汽质量。H

=Kg水汽Kg干空气=nVMVng

Mg=18.02nV28.95ng饱和空气，

pV

=

ps，

φ

=1，不可作为干燥介质；不饱和空气，

pV

<

ps

，φ

<1，可作为干燥介质。9/25/20239当P为一定值时，pV=ps时，H=Hs即：H与φ的关系：H

表示空气中水汽含量的绝对值，而φ反映湿空气水气含量的相对大小，不饱和程度，吸收水汽的能力，φ↓→能力↑。9/25/202310（二）湿空气的比体积、比热容和焓1.

湿空气的比体积υH

[m3湿空气/kg干气]定义：1kg绝干空气为基准，湿空气的总体积。9/25/202311P一定，2.

湿空气的比热容cH定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水汽升高温度1K所需的热量。[kJ/kg干气•K]3.

湿空气的焓I9/25/202312[kJ/kg干气]定义：湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。（三）湿空气的温度1.

干球温度t

t：是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。9/25/202313定义：一定压力，不饱和空气等湿降温至饱和的温度。pS：td下的饱和蒸汽压。3.

湿球温度twtw:

湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。2.

露点td气流ttw9/25/202314湿球温度计工作原理讨论：1）α、kH∝u0.8，α与kH之比与物性有关。空气—水系统，u

>5m/s

：物系一定，QN对流传热αkH对流传质气体t,

H气膜液滴表面

tw

,Hw9/25/2023159/25/202316饱和空气：tw=t；不饱和空气：tw<t

。测定tw的意义：1）测定H

；2）确定物料表面的温度。4.

绝热饱和温度tas定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。空气变化过程：1）t↓；2)H↑；3）I不变。9/25/202317tw

与tas

的关系：tw

：大量空气与少量水接触，空气t、H的不变；tas

：大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。tw

：传热与传质速率均衡结果，属动平衡；•tas

：热量衡算与物料衡算导出，属静平衡。tw

与tas

数值上的差异取决于α/kH

与cH两者之间的差别。，空气—水体系：空气—甲苯体系：>，tw

>

tas9/25/202318

当空气为不饱和状态：t

>tw

(tas)>td；当空气为饱和状态：t

=tw

(tas)=td。二、湿空气的焓湿图及其应用P一定，F=2，两个独立参数确定空气状态、性质。9/25/202319（一）I-H图的构造坐标；5根线。等湿线等焓线等温线等相对湿度线p-H线9/25/202320（二）焓湿图的应用1.已知两个独立参数，定空气状态点，求其它性能参数例1

已知t=30

℃，φ=60%求：H、td、tasAt=30CD等焓线tH=0.016kg/kg干气9/25/202321as=23td=21例2

已知t、

tW

，定状态。9/25/202322A例3

已知t、

td

，定状态。tdA9/25/2023239/25/202324第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算一、干燥过程的物料衡算二、干燥过程的热量衡算（一）物料中含水量表示方法（1）湿基含水量w

[kg水/kg湿物料]一、干燥过程的物料衡算（2）干基含水量X[kg水/kg干物料]9/25/202325（3）两者关系（二） 物料衡算（1）干燥产品流量L2湿物料L

,

w1

1干燥产品L2,

w2热空气G,H1湿废气体G,H2（2）水分蒸发量W9/25/202326（3）空气消耗量9/25/202327二、干燥过程的热量衡算湿物料L1,

X1

,

θ1,

I1’热气体G,H1,

t1,

I1湿废气体G,H2,

t2,

I2湿气体G,H0,

t0,

I09/25/202328QpQD干燥产品L2,

X2

,

θ2,

I2’QL预热器干燥器（1）预热器的加热量（2）干燥器的热量衡算9/25/2023299/25/202330第四节 物料的平衡含水量一、物料的干燥实验曲线

二、物料的平衡含水量曲线三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间一、物料的干燥实验曲线（一）干燥实验曲线湿含量XXctwDCBACA

BDX*t物料表面温度θ干燥时间τ预热段恒速段降速段恒定干燥条件：空气温度湿度流速与物料接触状况干燥曲线：X、θ与τ

的关系曲线。9/25/2023319/25/202332预热段：物料升温，X变化不大。恒速干燥段：物料温度恒定在tw，X~τ

呈直线，气体传给物料热量全部用于湿份汽化。降速干燥段

：物料开始升温，

X

变化减慢，气传给物料的热量仅部分用于湿份汽化，其余用于物料升温，当X=X*

，θ=t。（二）干燥过程的三阶段二、物料的平衡含水量曲线（一）物料的平衡含水量曲线平衡水分（X*）：不能用干燥方法除去的水分。X*

=

f（物料种类、空气性质）吸水性弱的

小9/25/2023339/25/202334（二）自由水分与平衡水分自由水分（X－X*）:可用干燥方法除去的水分。(三)结合水分与非结合水分结合水分——水与物料有结合力，pw<ps。非结合水分——水与物料无结合力，pw＝ps。9/25/202335注意：

1）结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，而与空气的状态无关，这是与平衡水分的主要区别。

2）平衡水分是指定空气，干燥的极限，与空气和物料有关，且一定是结合水分。3）X低，φ高，可能吸湿。三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间（一）间歇干燥过程和干燥速率曲线干燥速率:单位时间、单位干燥面积汽化水分量。[kg水/m2•s]9/25/202336ABC段：恒速干燥阶段

AB段：预热段BC段：恒速段CDE段：降速干燥阶段C点：临界点

XC：临界含水量

E点：平衡点

X*：平衡水分9/25/202337（二）恒速干燥阶段物料表面湿润，X>Xc，汽化的是非结合水分。[kg水/m2•s]——恒速干燥速率9/25/202338恒速干燥特点：1.

u＝uC＝const.物料表面温度为tw；去除的水分为非结合水分；uC——干燥条件决定，表面汽化控制；影响u的主要因素：t、H、u、空气与物料接触方式恒速阶段干燥时间计算uC的来源：

（1）由干燥速率曲线查得9/25/202339（三）降速阶段影响u的因素：实际汽化表面减小（CD，除非结合、结合水分）汽化面向内部移动（DE，除结合水分）u因素：与物料性质、结构、尺寸、形状、堆积厚度有关，与空气状态关系不大。降速阶段干燥时间计算9/25/202340方法：（1）图解积分法（2）解析计算法X*XCuCX29/25/202341当X*=0时，总干燥时间：9/25/2023429/25/202343（四）临界含水量XC吸水性强的物料XC>吸水性弱的物料XC物料层越薄、分散越细，XC

越低干燥条件：t↑,H↓,u↑。uC

越大，XC

越高。X9/25/202344第五节 干燥设备一、 常用对流干燥器简介二、 干燥的选用一、常用对流干燥器简介（一）厢式干燥器(盘架式干燥器)小型的称为烘箱，大型的称为烘房，可同时处理多种物料。通常在常压或真空下间歇操作。厢内设有支架，湿物料放在矩形浅盘内，或悬挂在支架上(板状物料)，空气经加热器预热并均匀分配后，平行掠过物料表面，离开物料表面的湿废气体，部分排空，部分循环，与新鲜空气混合后用作干燥介质。9/25/2023459/25/202346优点：结构简单，装卸灵活、方便，适应性强，适用于小批量、多品种物料的干燥；缺点：分散差，劳动强度大，干燥时间长，设备体积大。9/25/202347（二）转筒式干燥器主体:沿轴向装抄板圆筒,略倾斜，齿轮机构驱动作旋转运动；物料由转筒较高一端送，由较低端出，热风由转筒低端入，由高端出，气固两相呈逆流接触；随着圆筒旋转，物料被炒板抄起然后洒下，改善传热传质，提高干燥速率；物料湿含量较低，产品能承受高温，宜采用逆流干燥。物料湿含量较高、产品湿含量不是很低的场合宜采用并流干燥。特点:(1)

机械化程度较高，生产能力较大；9/25/202348干燥介质通过转筒的阻力较小；对物料的适应性较强，操作稳定方便，运行费用较低；装置比较笨重，金属耗材多，传动机构复杂，维修量较大；设备投资高，占地面积大。 国内现有转筒干燥器的直径一般为

0.5-3m ，长度为

2-27

m

，长径比为4-10，物料在转筒内的装填量约为筒体容积的8-13%，物料沿转筒轴向前进的速度为0.01-0.08m/s，其停留时间一般为1h左右。（三）流化床干燥器加料口加入，热气体穿过

流化床底部多孔分布板，

形成许多小气流射入物料

层。气速控制，形成沸腾

状流化床。产品经床侧出

料管卸出，湿废气体由引

风机从床层顶部抽出排空，旋风分离器分离所夹带少

量细微粉。单层流化床干燥器9/25/202349固体在每一层完全混合，但层与层之间不相混。改善了物料停留时间的分布，层数越多，产品湿含量愈均匀。国内使用五层流化床干燥涤纶切片，效果很好。气固两相逆流流动，有利于降低产品的湿含量，且可使热量的利用更加充分。多层流化床特别适合于产品湿含量较低、冷物料不能承受强烈干燥而干物料可以耐高温的场合。多层床其结构复杂，气体的流动阻力也较大，因而限制了多层流化床的应用。主要问题：控制物料顺利流至下一层的量，且不使气体沿溢流管短路跑掉。在应用中常因操作不当而不能正常生产。9/25/202350多层流化床干燥器9/25/202351卧式多室流化床干燥器床为矩形截面，用挡板将床分为多个室，挡板与气体分布板间有间隙使物料逐室通过。最后一室通入冷空气。特点：产品含水量均匀；各室气温和流量可调节，热量利用充分；物料和气体错流，流动阻力小，动力消耗少；最后一室冷却便于包装。（四）气流干燥器特点：

干燥速度快，两传热传质面积。热气体速度高, 相对速度很大，体积小。

并流，使用高温气体作为干燥介质不会烧坏物料。

时间短，气流干燥又称为快速干燥或闪蒸干燥，特别适合于热敏性物料干燥。

物料呈活塞流流动，干燥产品湿含量均匀。

结构简单，投资少，占地面积小，操作方便，性能稳定，维修量小。9/25/2023529/25/202353问题：

物料停留时间短，只适合于干燥非结合水分的干燥，故常被用作物料的预干燥；

颗粒破碎现象比较严重，颗粒之间以及颗粒与器壁之间的碰撞与摩擦。故不适合于干燥晶形不允许破坏的物料；

气固两相分离任务很重，固体产品的放空损失较大，粉料排空对环境造成一定污染；

气固两相接触时间短，传热不充分，气体放空损失大，热效率较低；

气体通过干燥系统的流动阻力较大，因而风机的动力消耗较高，故总能耗较高。（五）喷雾干燥器用于干燥溶液、浆液或悬浮液。液状物料由雾化器喷成雾状细滴并分散于热气流中，使水分迅速汽化而获得微粒状干燥产品。雾滴直径为30~60

μm，每升料液100~600m

2

的蒸发面积，需干燥时间很短（约为5~30s）。特别适合于干燥热敏性物料，如牛奶、蛋制品、血浆、洗衣粉、抗菌素、酵母和染料等。