干燥计算.ppt

1、第五章 干 燥,一、 定义 机械法，沉降、过滤 除湿方法 物理化学法，吸附 热能法，即干燥，一种利用热能的除湿方法 二、 分类 常压干燥 真空干燥 连续干燥 间歇干燥 传导干燥，间接干燥 对流干燥，直接干燥 辐射干燥，电磁波 介电干燥，高频电场 联合干燥 第一节 湿空气的性质及湿度图 5-1-1 湿空气的性质 一、 湿度H（绝对湿度，湿含量）： 单位质量干空气所带的水汽质量，即 (1),空气饱和时， 。 二、相对湿度： 水汽分压与水的饱和蒸汽压之比，即 代入式(1)，得 。 三、比容vH: 单位质量干空气所具有的湿空气体积，即 由 得 所以 所以 四、比热cH（湿热）： 常压下1kg干空气和其

2、所带的Hkg水汽升高1C所需的热量，即,五、 焓I： 1kg干空气和其所带的Hkg水汽的焓，即 六、干球温度t和湿球温度tw 干球温度：真实温度 将湿球温度计置于大量不饱和空气(t，H)中，设开始时水分与空气温度相同，因空气不饱和，水分必然汽化，汽化所需热量只能由水分本身温度下降放出显热而供给。 水温下降后，与空气间出现温度差，空气又传递显热给水分，当空气传给水分的显热等于水分汽化所需的潜热时，水温维持稳定，该温度即为空气的湿球湿度tw。 此时 解之 七、 绝热饱和温度tas 不饱和空气(t，H)在绝热饱和器中与大量的水充分接触，设开始时水与空气温度相同，因空气不饱和，水必然汽化，汽化所需热量

3、来自空气温度的下降，以及水温的下降。当气温下降放出的显热等于水分汽化所需潜热时，出口气温和水温维持稳定，该温度即为空气的绝热饱和温度。,稳定后，汽化所需潜热完全来自气温下降放出的显热， 同时水汽又以潜热的形式将显热带回气相，所以过程等焓 或近似等焓。 该过程也称为绝热降温增湿过程。 由等焓，得 一般情况下， 解之 对水空气 ， 所以 八、 露点td： 不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度。 由 所以露点就是以水汽分压作为饱和蒸汽压来确定的温度，即,得 所以 不饱和空气 饱和空气,5-1-2 湿空气的H-I图（湿焓图）,湿空气的状态由两个独立的性质确定，其他性质可以计算，但计算繁琐，有时还要式差

4、 。工程上为了计算方便，常用算图来表示湿空气各性质之间的关系。下面讨论常用的湿焓图(H-I图)。 一、 等H线：与纵轴平行 二、 等I线：与斜轴平行 三、 等t线 由 得 上式是以t为参数的直线方程， 且t，斜率， 所以等t线为一族非平行直线。 四、等线 由 知当P一定时，给定时， 所以是一族曲线 五、水汽分压线 由 得 ，(P一定时) 是一条近似直线(H0.622),六、 H-I 图的说明与应用 1已知空气状态点A，求其他参数 2已知一对独立参数，求状态点 (1) t 和tw (2) t 和td (3) t 和,第二节 干燥过程的物料衡算与热量衡算5-2-1 湿物料中含水量的表示方法,一、

5、湿基含水量w 二、 干基含水量X X 显然 ， 5-2-2 干燥系统的物料衡算 一、 水分蒸发量W 设L干空气消耗量，kg干空气/s； G干物料流量，kg干物料/s； W水分蒸发量，kg/s； G1、G2湿物料进出干燥器时的流量，kg湿物料/s。 对干燥器进行水分的物料衡算 则,二、 空气消耗量 由上式得： 或 ，单位空气消耗量，kg干空气/kg水分。 三、 干燥产品流量G2 对干燥器进行干物料衡算 则 所以 5-2-3 干燥系统的热量衡算 一、 热量衡算的基本方程 对预热器进行焓衡算 则 对干燥器进行焓衡算 则,所以 所以 为方便，假定 (1) 新鲜空气中水汽的焓等于废气中水汽的焓 即 (2

6、) 湿物料进出干燥器时的比热相等，并可取其平均值 即 而 由 相减并代入假定(1)，得 又由 相减，并代入假定(2)，得 所以 二、干燥系统的热效率,而 所以 5-2-4 空气通过干燥器时的状态变化 由 得 一、等焓干燥过程 当 (1) (2) (3) ，时 二、 非等焓干燥过程 1操作线在等焓线的下方 当 (1) (2) (3) 时 2操作线在等焓线的上方 当 时 3操作线为等温线 当QD足够多时，可使干燥过程沿等温线进行。,第三节 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系,物料衡算与热量衡算可以确定空气消耗量，水分蒸发量和热能消耗量，但要确定干燥极限和干燥时间，则要讨论平衡关系与速率关系。

7、 5-3-1 物料中的水分 一 、平衡水分及自由水分 1平衡水分：物料在不饱和空气中不能汽化的水分。 当物料中水分的蒸汽压降至空气中水汽分压时，水分不再蒸发(汽化)。 2自由水分：物料在不饱和空气中能汽化的水分，即总水分与平衡水分之差。 二、结合水分与非结合水分 1结合水分：物料中细胞壁内的水分、毛细管中的水分以及结晶水。 由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，所以分离较困难。 2非结合水分：物料表面的水分以及较大孔隙中的水分。 由于结合力弱，其蒸汽压等于同温度下纯水的饱和蒸汽压，所以分离较容易。 5-3-2 干燥时间的计算 恒定干燥： 按空气状态的变化 变动干燥： 一、 恒定干

8、燥条件下干燥实验和干燥时间 1干燥实验和干燥曲线 干燥实验：与恒定干燥条件相近的间歇干燥实验。 干燥曲线：由间歇干燥实验测出的X与及与之间关系曲线。 2干燥速率曲线,干燥速率：单位时间内在单位干燥面积上汽化的水量，U，kg/(m2s) 即 而 所以 式中 W一批操作中汽化的水分量，kg； G一批操作中干物料的质量，kg。 干燥速率曲线：U与X之间的关系曲线。 由干燥速率曲线，可以将干燥过程分为两个阶段： 物料预热阶段 (1) 恒速干燥阶段 恒速干燥阶段 第一降速阶段 (2) 降速干燥阶段 第二降速阶段 干燥机理： (1) 物料预热阶段， ：空气传给物料的热量大于水分汽化所需热量，物料表面温度上

9、升到空气的湿球温度， 。 (2) 恒速干燥阶段， ：空气传给物料的热量等于水分汽化所需的热量，物料表面温度维持稳定，干燥速率维持恒定，表面维持润湿。 (3) 第一降速干燥阶段， ：水分的内部扩散速率小于水分的表面汽化速率，物料表面不能维持全润湿，出现部分“干区”，在干区空气传给物料的热量大于水分汽化所需的热量，平均表面温度缓慢上升。虽然单位润湿表面上的干燥速率不变，但由于实际汽化面积减少，从而以物料全部外表面积计算的干燥速率下降。该阶段可能是整个降速阶段，或根本不存在。,(4） 第二降速干燥阶段， ：表面水分完全汽化后，水分的汽化面由表面向内部移动，空气传给物料的热量大于水分汽化所需的热量，表面温度加速上升，直至空气的温度，干燥速率加速下降，直至为零。此时物料含水量降到平衡水分。 显然，预热、恒速阶段为表面汽化控制阶段； 降速阶段为内部迁移控制阶段 3临界含水量 可通过减低物料层的厚度，来减小Xc。 二、 恒定干燥条件下干燥时间的计算 1恒速阶段 由恒速阶段的干燥速率等于临界干燥速率， 及 得 定积分 解之 Uc也可通过对流传热系数计算。 2降速阶段 由 定积分,若U与X呈非线性关系，则可用数值积