設(shè)備管理_干燥概述及設(shè)備知識(shí)教材

2015 化工單元操作 模塊六干燥 任務(wù)一干燥概述及設(shè)備 干燥應(yīng)用 一 干燥在化工中的應(yīng)用 尿素的干燥 防止其吸濕而結(jié)塊 便于貯藏和運(yùn)輸 提高產(chǎn)品質(zhì)量和有效成分 木材 陶瓷坯料 原料礦的干燥 奶粉 餅干 藥劑 滿足后序工藝要求 干燥定義 向物料供熱以汽化其中的濕分的單元操作 機(jī)械去濕 過濾 沉降 吸附去濕 干燥劑硅膠等 干燥分類 1 2 3 常壓干燥 真空干燥 熱敏性物料如維生素 抗菌素等 操作壓力分 間歇干燥 連續(xù)干燥 操作方式分 傳導(dǎo)干燥 對(duì)流干燥 輻射干燥 傳熱方式分 二 干燥過程的分類 介電加熱干燥 熱能以對(duì)流方式加入物料 產(chǎn)生的蒸氣被干燥介質(zhì)所帶走 干燥介質(zhì) 熱空氣濕分 水 輻射能以電磁波形式達(dá)到物料表面 從而使?jié)穹制?例用紅外線干燥法將自行車表面油漆干燥 將需要干燥的電解質(zhì)物料置于高頻電場(chǎng)中 電能在潮濕的電介質(zhì)中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?例如微波干燥食品 熱能通過傳熱壁面以傳導(dǎo)方式傳給物料 例 紙制品可以鋪在熱滾筒上進(jìn)行干燥 對(duì)流干燥 三 對(duì)流干燥過程分析 圖1對(duì)流干燥流程示意圖1 鼓風(fēng)機(jī) 2 預(yù)熱器 3 干燥器 1 傳熱過程 干燥介質(zhì) 濕物料表面 濕物料內(nèi)部 2 傳質(zhì)過程 濕物料內(nèi)部 濕物料表面 干燥介質(zhì) 干燥設(shè)備 四 常用工業(yè)干燥器 優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適用性強(qiáng) 缺點(diǎn)干燥不均勻干燥時(shí)間長(zhǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度大 四 常用工業(yè)干燥器 優(yōu)點(diǎn) 干燥速率大干燥時(shí)間短可連續(xù)操作價(jià)格便宜 缺點(diǎn) 不適用粘著力強(qiáng)的物料操作要求高 氣流速率的控制 干燥設(shè)備 四 常用工業(yè)干燥器 優(yōu)點(diǎn) 顆粒在干燥器內(nèi)停留時(shí)間比氣流干燥器時(shí)要長(zhǎng) 可得到較低的最終含水量 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 干燥不均勻 系統(tǒng)的流動(dòng)阻力大 要求的廠房高 對(duì)除塵設(shè)備要求嚴(yán) 干燥設(shè)備 四 常用工業(yè)干燥器 優(yōu)點(diǎn) 干燥過程進(jìn)行很快 操作穩(wěn)定 連續(xù)和自動(dòng)化控制 缺點(diǎn) 傳熱系數(shù)小 能量消耗大 投資大 操作彈性小 干燥設(shè)備 四 常用工業(yè)干燥器 優(yōu)點(diǎn) 生產(chǎn)能力大 氣體流動(dòng)阻力小 操作彈性大 方便 缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 投資費(fèi)用大 干燥設(shè)備 四 常用工業(yè)干燥器 干燥設(shè)備 五 干燥器選擇考慮因素 干燥設(shè)備 2015 化工單元操作 模塊六干燥 任務(wù)二濕空氣的性質(zhì)與濕度圖 一 濕空氣的性質(zhì) 濃度 比熱 比容 密度 焓 溫度等 濕空氣是由水蒸汽和絕干空氣構(gòu)成 通常用兩個(gè)參數(shù)來表征空氣中所含水分的大小 濕度H及相對(duì)濕度 濕度 濕含量 H 濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕干空氣質(zhì)量之比 Hs 飽和濕度 kg水汽 kg干氣Ps 純水的飽和蒸汽壓 Pa P 濕空氣的總壓 Pa Pv 水蒸氣的分壓 Pa 濕空氣性質(zhì) 相對(duì)濕度 在一定T及總壓下 pw與同T下水的ps之比的百分?jǐn)?shù) 即 結(jié)論 濕度H只能表示出水汽含量的絕對(duì)值 而相對(duì)濕度卻能反映出濕空氣吸收水汽的能力 當(dāng) 1時(shí) pw ps 濕空氣達(dá)飽和 不可作為干燥介質(zhì) 當(dāng) 1時(shí) pw ps 濕空氣未達(dá)飽和 可作為干燥介質(zhì) 越小 濕空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn) 干燥能力越大 居室里比較舒適的氣象條件是 室溫達(dá)25 時(shí) 相對(duì)濕度控制在40 50 為宜 室溫達(dá)18 時(shí) 相對(duì)濕度應(yīng)控制在30 40 濕空氣性質(zhì) 相對(duì)濕度 與濕度H的關(guān)系 濕空氣的濕比熱 濕熱 cH kJ kg干氣 常壓下 將1kg干空氣和其所帶有的Hkg水汽升高溫度1 所需的熱量 濕空氣性質(zhì) 濕空氣的焓 熱含量 I kJ kg干氣 濕空氣的焓為干空氣的焓與水汽的焓之和 計(jì)算基準(zhǔn) 以0 干空氣及0 液態(tài)水的焓值為0作基準(zhǔn) 式中 I 溫度為t 濕度為H的濕空氣的焓值 kJ kg干氣 Ig 干空氣的焓值 kJ kg干氣 Iv 水汽的焓值 kJ kg水汽 r0 0 時(shí)水的汽化潛熱 r0 2492kJ kg水汽 濕空氣性質(zhì) 濕空氣的比容 濕容積 H m3濕空氣 kg干氣 每單位質(zhì)量絕干空氣中所具有的濕空氣 絕干空氣和水蒸汽 的總體積 濕空氣性質(zhì) 濕度H與露點(diǎn)td的關(guān)系 露點(diǎn)td 一定壓力下 將不飽和空氣等濕降溫至飽和 出現(xiàn)第一滴露珠時(shí)的溫度 干球溫度t 干球溫度t是用普通溫度計(jì)測(cè)得的濕空氣的真實(shí)溫度 濕球溫度tw 濕球溫度計(jì)在空氣中所達(dá)到的平衡或穩(wěn)定的溫度 濕球溫度計(jì) 溫度計(jì)的感溫球用紗布包裹 紗布用水保持濕潤(rùn) 這支溫度計(jì)為濕球溫度計(jì) 不飽和空氣的濕球溫度tw低于干球溫度t 當(dāng)空氣為不飽和狀態(tài) t tw tas td 當(dāng)空氣為飽和狀態(tài) t tw tas td 濕空氣性質(zhì) 例6 1 已知濕空氣的總壓為101 325kPa 相對(duì)濕度為50 干球溫度為20 試求 濕度 水蒸氣分壓pw 露點(diǎn)td 焓IH 如將500kg h干空氣預(yù)熱至117 求所需熱量Q 每小時(shí)送入預(yù)熱器的濕空氣體積V 解 101 325kPa t 20 由飽和水蒸氣表查得 水在20 時(shí)的飽和蒸汽壓為ps 2 34kPa 濕度H 水蒸氣分壓 w w ps 0 50 2 34 1 17kPa 濕空氣性質(zhì) 露點(diǎn) 露點(diǎn)是空氣在濕度H或水蒸氣分壓 w不變的情況下 冷卻達(dá)到飽和時(shí)的溫度 所以可由 w 1 17kPa查飽和水蒸氣表 得到對(duì)應(yīng)的飽和溫度td 9 td 焓IHIH 1 01 1 88H t 2492H 1 01 1 88 0 00727 20 2492 0 00727 38 6 J g干空氣 熱量QQ 500 1 01 1 88 0 00727 117 20 49647 J h 13 8kW 濕空氣體積V 濕空氣性質(zhì) 二 空氣的濕度圖及其應(yīng)用 1 濕度圖 五條線 1 等H線 2 等I線 3 等t線 4 等 線 5 水蒸氣分壓線 濕度圖應(yīng)用 H I圖 等I線群 0 680 等H線群 0 0 2 等t線群 0 250 等 線群 5 100 蒸汽分壓線群 濕度圖應(yīng)用 2 H I圖的應(yīng)用 濕空氣狀態(tài)點(diǎn)的確定 濕度圖應(yīng)用 結(jié)論 因此 提高濕空氣溫度t 不僅提高了濕空氣的焓值 使其作為載熱體外 也降低了相對(duì)濕度使其作為載濕體 濕度圖應(yīng)用 例6 2 已知濕空氣總壓為101 3kPa 溫度為40 濕度為0 02kg 水氣 kg 干空氣 試用濕度圖求取相對(duì)濕度 焓IH 濕球溫度tw和露點(diǎn)td 解 溫度為40 的等 線與濕度為0 02kg 水氣 kg 干空氣 的等H線 在I H圖中的交點(diǎn)A 即為空氣的狀態(tài)點(diǎn) 由A點(diǎn)可讀得 43 IH 92kJ kg 干空氣 由A點(diǎn)沿等焓線與飽和空氣線交于B點(diǎn) B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度即為濕球溫度 tw 28 由A點(diǎn)引垂直線與飽和空氣線交于C點(diǎn) C點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度為露點(diǎn) td 25 濕度圖應(yīng)用 舊知回顧 二 濕空氣性質(zhì) 一 干燥過程的定義及常見干燥器 三 濕度圖的應(yīng)用 供熱方式除去物料濕份 對(duì)流干燥 箱式 氣流 流化床 噴霧 轉(zhuǎn)筒 滾筒干燥器等 濕度 相對(duì)濕度 焓 比容 比熱 干球溫度 濕球溫度 露點(diǎn) H I圖 等I線群 0 680 等H線群 0 0 2 等t線群 0 250 等 線群 5 100 蒸汽分壓線群 2013 化工單元操作 主講人佘媛媛 模塊六干燥 任務(wù)三干燥的工藝計(jì)算 任務(wù)三干燥的工藝計(jì)算 干燥過程的熱量衡算 干燥過程的物料衡算 濕物料中含水量的表示方法 目錄 1 物料與水分結(jié)合方式 吸附水分 濕物料的粗糙外表面附著的水分 毛細(xì)管水分 多孔性物料的孔隙中所含的水分 溶脹水分 物料組成一部分 可透入物料細(xì)胞壁內(nèi) 使物料體積增大 2 平衡水分與自由水分 平衡水分 X 不能用干燥方法除去的水分 自由水分 X X 可用干燥方法除去的水分 X f 物料種類 空氣性質(zhì) 物料水分性質(zhì) 3 結(jié)合水分與非結(jié)合水分 結(jié)合水分 水與物料結(jié)合力強(qiáng) pw ps 非結(jié)合水分 水與物料結(jié)合力弱 pw ps 結(jié)合水分與非結(jié)合水分只與物料的性質(zhì)有關(guān) 而與空氣的狀態(tài)無關(guān) 這是與平衡水分的主要區(qū)別 平衡水分一定是結(jié)合水分 物料水分性質(zhì) 物料水分性質(zhì) 1 濕基含水量 濕物料中所含水分的質(zhì)量分率 物料水分表示 2 干基含水量X 濕物料中的水分的質(zhì)量與絕對(duì)干料質(zhì)量之比 不含水分的物料通常稱為絕對(duì)干料 兩者的關(guān)系 工業(yè)中常用濕基含水量 但由于干燥過程中濕物料的總質(zhì)量因干燥失出水分而不斷減少 而絕干物料的質(zhì)量不變 因此 干燥計(jì)算中 以干基含水量表示較為方便 物料水分表示 1 水分蒸發(fā)量 以s為基準(zhǔn) 對(duì)水分作物料衡算 物料衡算 2 空氣消耗量 L 單位時(shí)間內(nèi)消耗的絕干空氣量 kg絕干氣 s l 每蒸發(fā)1kg水分時(shí)消耗的絕干空氣量 稱為單位空氣消耗量 kg絕干空氣 kg水分 選擇通風(fēng)機(jī)時(shí) 應(yīng)以全年中最大空氣消耗量為依據(jù) 夏季濕度大 消耗的空氣量最多 因此風(fēng)量V計(jì)算如下 物料衡算 3 干燥產(chǎn)品量 例6 3 用空氣干燥某含水量為40 濕基 的物料 每小時(shí)處理濕物料量為1000 干燥后產(chǎn)品含水量為5 濕基 空氣的初溫為20 相對(duì)濕度為60 經(jīng)加熱至120 后進(jìn)入干燥器 離開干燥器時(shí)的溫度為40 相對(duì)濕度為80 試計(jì)算 水分蒸發(fā)量 絕干空氣消耗量和單位空氣消耗量 如鼓風(fēng)機(jī)安裝在進(jìn)口處 風(fēng)機(jī)的風(fēng)量是多少 干燥產(chǎn)品的產(chǎn)量 物料衡算 解 水分蒸發(fā)量 查飽和水蒸所表得 20時(shí) S0 3 334kPa 40 時(shí) S2 7 375kPa 則 物料衡算 鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量 干燥產(chǎn)品的量 物料衡算 1 熱量衡算的基本方程 干燥器 預(yù)熱器 QD L I2 I1 G I2 I1 QL T 單位為 如用K 計(jì)算時(shí)以 t 273 代入 總能耗 Q Qp QD 熱量衡算 整理后 空氣升溫所需熱量 蒸發(fā)水份所需熱量 物料升溫所需熱量 干燥器熱量損失 熱量衡算 2 干燥系統(tǒng)的熱效率 熱效率越高表示熱利用率愈好 若空氣離開干燥器的溫度較低 而濕度較高 則水分氣化量大 可提高干燥操作的熱效率 熱量衡算 1 空氣H 帶出水分增多 所需L 但 X 出口空氣H不能太高 2 吸水性物料 空氣出口t2應(yīng)高些 H應(yīng)低些 即 要低些 3 空氣離開干燥器溫度t2需比進(jìn)入時(shí)溫度高20 50 否則產(chǎn)品返潮 易造成管路的堵塞和設(shè)備材料的腐蝕 4 廢氣中熱量的回收對(duì)提高干燥熱效率有實(shí)際意義 此外還應(yīng)注意干燥設(shè)備和管道的保溫隔熱 減少熱損失 提高熱效率 提高干燥效率措施 1 干燥速率單位時(shí)間 單位干燥面積汽化的水分量 2 干燥曲線與干燥速率曲線 干燥曲線 恒定干燥條件下 物料的含水率X與時(shí)間 的關(guān)系 干燥速率 AB段 預(yù)熱階段BC段 恒速 濕物料表面溫度為空氣的濕球溫度CDE段 降速干燥階段C點(diǎn) 臨界含水量E點(diǎn) E點(diǎn)的干燥速率為零 即為操作條件下的平衡含水量 干燥速率 空氣狀態(tài) 物料種類 結(jié)構(gòu) 形狀及尺寸 1 保證產(chǎn)品質(zhì)量2 干燥速率大 干燥時(shí)間短3 熱效率高4 干燥介質(zhì)流動(dòng)阻力小5 勞動(dòng)強(qiáng)度低 濕物料性質(zhì) 物料的性質(zhì)與結(jié)構(gòu) 物料的形狀與大小 物料的厚薄 物料本身的溫度 物料的含水量 提高干燥介質(zhì)的出口