物料干燥操作（化工单元操作技术课件）

物料干燥操作干燥过程认知一、干燥过程案例在化工、制药、纺织、造纸、食品、农产品加工等行业，常常需要将固体物料中的湿分除去，以便于贮藏、运输及进一步加工，达到生产规定的要求。

除去固体物料中湿分的方法称为去湿。去湿的方法很多，包括机械去湿法、吸附去湿法、热能去湿法，其中用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，除去固体物料中湿分的操作，称为固体的干燥。干燥法耗能较大，工业上往往将机械分离法与干燥法联合起来除湿，即先用机械方法尽可能除去湿物料中的大部分湿分，然后在利用干燥方法继续除湿。干燥过程在化工生产中的应用1、聚氯乙烯的生产聚氯乙烯悬浮聚合的典型工艺流程如图所示。反应并脱水后的树脂具有一定含水量，经螺旋输送器送入气流干燥管，140~150℃热风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量小4%；再送入以120℃热风为载体的沸腾床干燥器中进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯树脂。再经筛分、包装后入库。一、干燥过程案例2、洗衣粉的生产高塔喷雾干燥法生产洗衣粉的工艺流程如图所示。配制好的料浆用高压泵1以3~8MPa的压力通过喷嘴在喷粉塔4内雾化成微小的液滴，而干净的空气经热风炉3加热后送至喷粉塔4的下部，液滴和热空气在塔内相遇进行热交换而被干燥成颗粒状洗衣粉，再经风送老化，由振动筛9筛分后作为基础粉去后配料。

图5-3高塔喷雾干燥法生产洗衣粉工艺流程1-高压泵；2-二次风机；3-热风炉；4-喷粉塔；5-旋风分离器；6-尾风机；7、10-皮带输送机；8-风送分离器；9-振动筛；11-袋式过滤器；12-引风机一、干燥过程案例二、固体去湿从物料中脱除湿分的过程称为去湿。湿分不仅指水分！去湿方法机械去湿法沉降、过滤、离心、挤压加热去湿法---干燥加热汽化化学去湿法 吸湿剂干燥方法

——工业上利用热能去湿的方法。干燥过程：利用热能除去固体物料中的湿分（水或其他溶剂）的单元操作。二、固体去湿热能去湿：热能法及干燥法，向湿物料供热以汽化其中的水分，借助于抽吸或气流将蒸气移走而达到去湿的目的。一般情况下，干燥操作费用比机械法高，比化学法低。因此为使去湿过程更为经济有效，常采用机械法与热能法相组合的联合操作。三、干燥分类

传导干燥：热传导，间接干燥

辐射干燥：电磁波（红外线）

介电干燥：高频电场交变（微波）

对流干燥：对流传热热能利用较好；物料易局部过热

冷冻干燥：固体升华生产能力强,干燥产物均匀；能耗大干燥迅速，产品均匀而洁净；成本高产品的含水量均匀；热利用率低教学案例：（1）一级尿素含湿量要求‹5kg水/100kg物料；（2）聚氯乙烯含湿量要求‹3kg水/100kg物料；（3）食品行业；如超市某些食品的包装；（4）制药行业如颗粒剂、胶囊剂、片剂、丸剂及生物制品的制备。图3-1碳酸氢铵的生产流程示意图1-碳化塔；2-离心机；3-风机；4-气流干燥器；5-缓冲器；6-旋风分离器；7-袋滤器碳酸氢铵的生产流程四、对流干燥流程对流干燥流程示意图典型的对流干燥流程：风机预热器干燥器空气蒸气湿物料干燥产品

对流干燥流程示意图对流干燥流程

利用热空气和湿物料作相对运动，气体的热量传递给湿物料，使湿物料的湿分汽化并传递到气体中，并被带走。说明：对流干燥是动量、热量、质量传递同时进行的传递过程。 对流干燥过程

图9-2对流干燥过程质热传递示意图传热、传质过程

气体将热量传给物料 ----传热过程物料将湿气传给气体 ----传质过程五、热空气与湿物料间的传热和传质六、对流干燥是兼具传热和传质的过程

干燥速率与传热和传质速率有关干燥过程的必要条件: 物料所产生湿分的分压大于气体中湿气的分压干燥介质： 干燥过程中的气体称为干燥介质， 它既是载热体又是载湿体干燥过程： 物料的去湿（水）过程 介质的降温增湿过程七、干燥操作应掌握的知识和能力1、湿空气的有关性质及其对干燥过程的影响；2、湿物料中水分的性质及其对干燥过程的影响；3、干燥速率及其影响因素，提高干燥速率的方法；4、干燥器的基本计算；5、干燥操作分析6、干燥设备的结构、特点及操作技术。物料干燥操作干燥工艺条件的确定一、湿空气的状态参数１、空气的湿度（湿含量）H（humidity）每

kg绝干空气所带有的水汽量，（kg水/kg干气）空气总压水气分压当pS≤P时，当pS＞P时，同温度饱和水蒸汽压空气总压P一定，t一定，pw与可能的最大值之比

２、相对湿度（relativehumidity）相对湿度代表湿空气的不饱和程度；=1，湿空气达到饱和，不能作为干燥介质。越小，表明空气距饱和状态越远，接纳水分能力越大３、湿空气的焓

湿空气中1kg绝干空气的焓与所带Hkg水汽的焓之和。

（kJ/kg干空气）cpg－干气比热容，空气1.01kJ/(kg℃)cpV－蒸气比热容，水汽1.88kJ/(kg℃)r0－0℃时水汽化热，2500kJ/kg空气-水系统：（kJ/kg干空气）湿比热容：4、湿空气的比体积（湿比容）vH

湿空气中，1kg绝干空气体积和所带的Hkg水汽体积之和，又称湿比容。(m3/kg干气)常压，1kg干空气体积：Hkg水汽体积：常压，t，H，湿空气比体积：（m3/kg干气）５、干球温度t

在湿空气中，用普通温度计所测得的温度称为干球温度。６、露点td

湿空气等压等湿降温，结露时（达到饱和）的温度湿球温度计测得的温度。tw空气不饱和水向空气主体传递蒸发需要热量水自身降温空气向水传递热量湿球温度7、湿球温度tw（wettemperature）水分干球温度在一定的总压下，测定t、tw能确定H，并t＞tW空气-水蒸气系统，气速＞5m/s时：气相传质系数tw下空气饱和湿度tw下水的气化热气体对流传热系数空气湿度饱和湿空气，，t=tW。二、水分在气-固两相间的平衡1、水分与物料的结合方式 ①表面附着水分 ②毛细管水分 ③溶胀水分

④结晶水2、平衡水分与自由水分①平衡水分X*

在某种空气状态下,物料中所含的无法用对流干燥的方法再去除的水分。

与物料的种类、温度及空气的相对湿度有关

物料中的平衡水分随空气温度升高而减小，随空气湿度的增加而增加。

②自由水分X

物料中所含的大于平衡水分的那一部分水分。(可用对流干燥的方法去除)3、结合水分和非结合水分①结合水分Xmax：

与物料之间有物理化学作用，因而产生的蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。包括溶涨水分和小毛细管中的水分，难于除去

②非结合水分：

机械地附着在物料表面，产生的蒸汽压与纯水无异。包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分，容易除去总水分=结合水分+非结合水分三、干燥过程的物料衡算(一)水分蒸发量若不计干燥过程中物料损失量，则在干燥前后物料中绝对干料的质量不变，即

干燥器的总物料衡算为若以干基含水量表示，则水分蒸发量可用下式计算，也可得出：干燥器物料衡算（二）干空气消耗量

蒸发1Kg水分所消耗的干空气量,称为单位空气消耗量,其单位为Kg绝干空气/Kg水分,用L表示,则

如果以H0表示空气预热前的湿度,而空气经预热器后,其湿度不变,故H0＝H1,则有由上可见,单位空气消耗量仅与H2、H0有关，与路径无关。

三、干燥过程的物料衡算物料干燥操作干燥器的操作一、干燥器的结构及应用工业生产上被干燥物料的性质，干燥程度的要求、生产能力的大小各不相同。因此，所采用的干燥器型式和干燥操作的组合也是多种多样的。对于干燥器有下列要求：1、保证产品的工艺要求；2、干燥速率快；3、干燥器的热效率高；4、干燥系统的流体阻力要小；5、操作控制方便，劳动条件良好，附属设备简单等。（一）干燥器的性能要求及选用原则（二）工业常用干燥器1、盘式干燥器(厢式干燥器)是一种间歇式的干燥器，可以同时干燥多种不同的物料，一般为常压操作，也有在真空下操作的，这种设备一般生产强度小，但构造简单，设备投资少。厢式干燥器1-空气入口2-空气出口3-风扇4-电动机5-加热器6-挡板7-盘架8-移动轮一、干燥器的结构及应用2、洞道式干燥器

洞道干燥器是厢式干燥器的自然发展。洞道式干燥器示意图1一加热器2风扇3一装料车4排气口一、干燥器的结构及应用3、带式干燥器带式干燥器

为一长方形干燥器，内有透气的传送带，物料置于带上，热气体穿过物料层，物料与气体形成复杂的错流。一、干燥器的结构及应用4、转筒干燥器

干燥器的主体是一个略呈倾斜的旋转圆筒。物料从较高一端进入干燥器，热空气可以与物料呈逆流或并流。物料在圆筒中一方面被安装在内壁的抄板升举起来，在升举到一定高度后又抛洒下来与空气密切接触，另一方面由于圆筒是倾斜的，物料逐渐由进口端运动至出口端。转筒式干燥器示意图其优点是生产能力大，操作稳定可靠，流体阻力小，缺点是结构复杂，传动部分需要经常维修，生产强度低(与气流和流化干燥比较)。

转筒式干燥器示意图一、干燥器的结构及应用5、气流干燥器气流干燥器的主体是气流干燥管，湿物料由管的底部加入，高速的热气体也由底部进入，物料受到气流的冲击，以粉粒状分散于气流之中呈悬浮状态，被气流输送而向上运动，并在输送过程中进行干燥。优点：生产强度高、热能利用好、干燥时间短、设备简单、操作方便。二段气流式干燥器示意图缺点：流体阻力大、物料对器壁的磨损较大、细粉物料收尘比较困难。

二段气流式干燥器示意图6、流化床干燥器在流化床干燥器中，粒子运动激烈，气固相接触良好，因而传质速率高。床层内温度均匀便于准确控制，不致发生局部过热。流化干燥器结构简单、紧凑、容易连续化，所以应用比较广泛。单层圆筒流化床干燥器一、干燥器的结构及应用7、喷雾干燥器喷雾干燥是一种处理液状物料，将物料喷成细雾，分散在热气流中，使水份蒸发而得粉状产品的一种干燥方法。

优点：能处理多种液态物料，由料液直接得到粉粒产品；干燥面积极大；干燥过程进行很快；干燥成品质量好。

缺点：干燥设备庞大，容积汽化强度小，热效率较低，介质及能量的消耗也较大。YPG-II型压力式喷雾造粒干燥工艺流程图1-高位槽2-隔膜泵3-空气过滤器4-送风机5-蒸气加热器6-电加热器5-喷嘴8-干燥塔9-旋风分离器10-引风机11-尾气过过滤器12-高压风机13-空气过滤器一、干燥器的结构及应用一、干燥器的结构及应用（三）干燥器的比较和选则不同类型的干燥器各有优缺点，为保证干燥任务的完成，在选用干燥器时，应根据以下几方面加以考虑：1、产品的质量要求；2、物料的性质和形态；3、经济合理性；4、生产能力；5、劳动条件。选择干燥器时还应考虑劳动强度、设备制造、操作、维修，排放物及噪声是否满足环保要求等因素。二、干燥技术的发展随着生产不断的发展，开发出许多高科技干燥技术，如对撞流干燥、声波干燥、过热蒸汽干燥、热泵干燥、超临界流体干燥等新技术。（一）热泵干燥

热泵干燥机是利用逆卡诺原理，吸收空气的热量并将其转移到房内，实现烘干房的温度提高，配合相应的设备实现物料的干燥。二、干燥操作条件的确定（一）干燥介质的选择干燥介质的选择，决定于干燥过程的工艺及可利用的热源。在对流干燥介质可采用空气、惰性气体、烟道气和过热蒸汽。当干燥操作温度不太高、且氧气的存在不影响被干燥物料的性能时，可采用热空气作为干燥介质。对某些易氧化的物料，或从物料中蒸发出易爆的气体时，则宜采用惰性气体作为干燥介质。烟道气适用于高温干燥，但要求被干燥的物料不怕污染，而且不与烟气中的SO2和CO2等气体发生作用。由于烟道气温度高，故可强化干燥过程，缩短干燥时间。此外还应考虑介质的经济性及来源。

（二）流动方式的选择在逆流操作中，物料移动方向和介质的流动方向相反，整个干燥过程中的干燥推动力较均匀，适用于：（1）物料含水量高时，不允许采用快速干燥的场合；（2）耐高温的物料；（3）要求干燥产品的含水量很低时。在错流操作中，干燥介质与物料间运动方向互相垂直。各个位置上的物料都与高温、低湿的介质相接触，因此干燥推动力比较大，又可采用较高的气体速度，所以干燥速度很高，适用于：（1）无论在高或低的含水量时，都可以进行快速干燥的场合；（2）耐高温的物料；（3）因阻力大或干燥器构造的要求不适宜采用并流或逆流操作的场合。

二、干燥操作条件的确定（三）干燥介质进入干燥器时的温度

为了强化干燥过程和提高经济效益，干燥介质的进口温度宜保持在物料允许的最高温度范围内，但也应考虑避免物料发生变色、分解等理化变化。对于同一种物料，允许的介质进口温度随干燥器型式不同而异。（四）物料离开干燥器时的温度

物料出口温度θ2与很多因素有关，但主要取决与物料的临界含水量Xc及干燥第二阶段的传质系数。Xc值愈低，物料出口温度θ2也愈低；传质系数愈高，θ2愈低。二、干燥操作条件的确定三、典型干燥器的操作（一）流化干燥器的操作1、开炉前首先检查送风机和引风机，检查其有无摩擦和碰撞声，轴承的润滑油是否充足，风压是否正常。2、对流化干燥器投料前应先打开加热器疏水阀、风箱室的排水阀和炉底的放空阀，然后渐渐开大蒸汽阀门进行烤炉，除去炉内湿气，直到炉内石子和炉壁达到规定的温度结束烤炉操作。3、停下送风机和引风机，敞开人空孔，向炉内铺撒物料，料层高度约250mm，此时已完成开炉的准备工作。8、经常检查引风机出口带料情况和尾气管线副食程度，问题严重应及时解决。4、再次开动送风机和引风机，关闭有关阀门，向炉内送热风，并开动给料机抛撒潮湿物料，要求进料由少渐多，物料分布均匀。5、根据进料量，调节风量和热风温度，保证成品干湿度合格。6、经常检查卸出的物料有无结块，观察炉内物料面的沸腾情况，调节各风箱室的进风量和风压大小。7、经常检查风机的轴承温度、机身有无振