(下)第5章干燥課件

本章主要內(nèi)容1.掌握濕度和相對濕度的定義；2.掌握干球溫度、濕球溫度、露點溫度和絕熱飽和溫度；3.重點掌握焓濕圖，利用它來判斷濕空氣的狀態(tài)；4.了解物料的平衡水分和自由水分以及結(jié)合水和非結(jié)合水；5.掌握干燥過程的質(zhì)量衡算和能量衡算；6.了解干燥過程的效率，提高該效率的手段；7.重點掌握干燥曲線、干燥動力學(xué)曲線；8.了解干燥時間的計算。干燥：用加熱的方法使水分或其它溶劑汽化，并將產(chǎn)生的蒸氣排除，藉此來降低固體物料中濕含量的單元操作。干燥的兩個步驟：能量從周圍環(huán)境傳遞至物料；物料中的水分被蒸發(fā)。

I、物料表面水分的蒸發(fā)；

II、物料內(nèi)部水分的蒸發(fā)。概述被干燥物料表面所產(chǎn)生蒸汽的壓力大于干燥介質(zhì)中蒸汽的分壓;壓差越大，干燥過程進行越快;干燥介質(zhì)較高的溫度和較大的流速有利于干燥過程保持一定的傳質(zhì)推動力。干燥進行的條件5.1濕空氣的性質(zhì)和濕焓圖5.1.1濕空氣的性質(zhì)1、濕度H2、相對濕度

相對濕度的意義：說明濕空氣偏離飽和空氣的程度，用于判定該濕空氣能否作為干燥介質(zhì)，值越小，則濕空氣的吸濕能力越大。當pv=0時，=0，表示濕空氣不含水分，即為絕干空氣。當pv=ps時，=1，表示濕空氣為飽和空氣。相對濕度與絕對濕度的關(guān)系：4、比熱容cH

在0~200oC的溫度范圍內(nèi)5、焓I

3、比體積vH

假設(shè)空氣體積無窮大，在水的蒸發(fā)過程中，空氣的溫度和濕度都保持不變。穩(wěn)定傳質(zhì)傳熱時：傳熱速率：傳質(zhì)速率：能量衡算：C、濕球溫度tw

D、絕熱飽和冷卻溫度tas

在不飽和空氣絕熱增濕過程中，空氣失去的是顯熱，而得到的是汽化水帶來的潛熱;

空氣的溫度和濕度雖隨過程的進行而變化，但其總焓值是不變的，空氣傳給水分的顯熱恰好等于水分汽化所需的潛熱。等濕度線(等H線)

等焓線(等I線)

等溫線(等t線)

等相對濕度線（等線）

水蒸汽分壓線5.1.2濕空氣的濕－焓圖與應(yīng)用焓濕圖的應(yīng)用（1）ttwtd

=1

HI已知空氣的濕度和相對濕度，確定干球溫度t、露點td、濕球溫度tw（或絕熱飽和溫度tas）

H已知濕空氣的干球溫度t和濕球溫度tw確定濕空氣的狀態(tài)點：焓濕圖的應(yīng)用（2）ttw

=100％HI

I

H根據(jù)已知濕空氣的干球溫度t和露點td確定濕空氣的狀態(tài)點：焓濕圖的應(yīng)用（3）ttd

=100％HI

I

H已知濕空氣的干球溫度t和相對濕度;已知濕空氣的絕熱飽和溫度tas和相對濕度;已知濕空氣的干球溫度t和濕度H;已知濕空氣的水蒸汽分壓pv和相對濕度。2、濕基含水量1、干基含水量5.2.1濕物料的性質(zhì)5.2干燥過程的物料衡算和熱量衡算

3、濕物料的比熱容4、濕物料的焓在一連續(xù)干燥器中鹽類結(jié)晶，每小時處理濕物料為1000kg，經(jīng)干燥后物料的含水量由40%減少至5%（均為濕基），以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始濕度H1為0.009kg水/kg絕干氣，離開干燥器時濕度H2為0.039kg水/kg絕干氣，假定干燥過程中無物料損失，試求：（1）水分蒸發(fā)量W（kg水/h）；368.4（2）空氣消耗量L（kg絕干氣/h），原濕空氣消耗量L′（kg原空氣/h）;12280，12390.5（3）干燥產(chǎn)品量。631.65.2.3熱量衡算1）預(yù)熱器消耗的熱量1、熱量衡算的基本方程式干燥系統(tǒng)需要加熱量的近似計算假設(shè)：(1)Iv,0=Iv,2(2)濕物料進出干燥器時的比定壓熱容取平均值Cp,m。則：2、干燥系統(tǒng)的熱效率提高熱效率的措施注意干燥設(shè)備和管路的保溫隔熱，減少干燥系統(tǒng)的熱損失；降低干燥器的熱負荷；提高熱空氣進口溫度（注意熱敏性物料）降低出口廢氣溫度；廢氣回收或循環(huán)，利用其預(yù)熱冷空氣或冷物料。1、等焓（絕熱）干燥過程條件：（1）qD=0;（2）qL=0；（3）qm,c(I2’-I1’)=0干燥器出口空氣狀態(tài)的確定5.2.4空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化

B

C

At1t2HIt0012ABH0H2t0t2IHMtmt1(1)質(zhì)量、熱量衡算方法；(2)杠桿規(guī)則。確定干燥器入口空氣狀態(tài)點方法：MN例采用常壓氣流干燥器干燥某種濕物料。在干燥器內(nèi)，濕空氣以一定的速度吹送物料的同時并對物料進行干燥。已知的操作條件均標于本例附圖中。試求：（1）新鮮空氣消耗量；（2）單位時間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量，忽略預(yù)熱器的熱損失；（3）干燥器的熱效率。

解:(1)絕干物料：(3)預(yù)熱器熱量衡算：(2)蒸發(fā)水量：qm,w=qm,c（X1-X2）=248(0.15-0.01)=34.7(kg/h)(4)干燥系統(tǒng)熱量衡算：5.3.1物料中的水分1、平衡水分和自由水分平衡水分隨物料的種類及空氣的狀態(tài)（t，）不同而異。平衡水分是物料在一定空氣狀況下通過干燥除去水分的限度值。物料中除平衡水分以外的所有水分稱為自由水分，該水分能通過干燥除去。

5.3固體物料在干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系2、結(jié)合水分與非結(jié)合水分

根據(jù)物料與水分結(jié)合力的狀況，可將物料中所含水分分為結(jié)合水分(boundwater)與非結(jié)合水分(unboundwater)。結(jié)合水分籍化學(xué)力或物理化學(xué)力與物料相結(jié)合的，由于結(jié)合力強，其蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，致使干燥過程的傳質(zhì)推動力降低，故除去結(jié)合水分較困難。干燥只能除去部分結(jié)合水分。非結(jié)合水分物料中非結(jié)合水分與物料的結(jié)合力弱，其蒸汽壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓相同，干燥過程中除去非結(jié)合水分較容易。注意：物料的結(jié)合水分和非結(jié)合水分的劃分只取決于物料本身的性質(zhì)，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)無關(guān)；而平衡水分與自由水分則還取決于干燥介質(zhì)的狀態(tài)。干燥介質(zhì)狀態(tài)改變時，平衡水分和自由水分的數(shù)值將隨之改變?？諝庀鄬穸圈湛偹肿杂伤制胶馑址墙Y(jié)合水分結(jié)合水分x*x0x1100%物料的含水量0物料的總水分、平衡水分、自由水分、結(jié)合水分、非結(jié)合水分之間的關(guān)系見圖示。1恒定干燥條件下干燥時間的計算ABCDEX表面溫度干燥時間τABCDE5.3.2干燥時間的計算干燥曲線：物料含水量與干燥時間、物料表面溫度的關(guān)系曲線。1）干燥實驗和干燥曲線干燥速率曲線：物料干燥速率與物料含水量的關(guān)系曲線。ABCDEXUX*X02）干燥速率曲線干燥速率：單位時間內(nèi)單位干燥面積上汽化的水分質(zhì)量。整個物料表面都有充分的非結(jié)合水分，物料表面的蒸汽壓與同溫度下水的蒸汽壓相同；

物料內(nèi)部水分擴散速率大于表面水分汽化速率，過程屬于表面汽化控制階段。空氣傳給物料的熱量等于水分汽化所需的熱量，物料表面的溫度始終保持為空氣的濕球溫度；（1）外部條件控制過程（恒速干燥階段）該階段干燥速率的大小，主要取決于空氣的性質(zhì)，而與濕物料性質(zhì)關(guān)系很?。灰獜娀撾A段的干燥速率，主要通過提高空氣的溫度，降低相對濕度，改善空氣與物料的接觸和流動情況等手段。水分由物料內(nèi)部向物料表面遷移的速率低于濕物料表面水分氣化的速率，在物料表面出現(xiàn)干燥區(qū)域，表溫逐漸升高，隨著干燥的進行，干燥區(qū)域逐漸增大，干燥速率下降。在降速階段，干燥速率主要取決于水分在物料內(nèi)部的遷移速率，影響干燥

速率的主要因素是物料的結(jié)構(gòu)、形狀和大小等。要強化該階段的干燥速率，必須從改善內(nèi)部擴散著手。（2）內(nèi)部條件控制過程（降速干燥階段）3）臨界含水量4）恒定干燥條件下干燥時間的計算

降速干燥階段恒速干燥階段2變動干燥條件下干燥時間的計算

5.4干燥器

5.4.1干燥器的主要類型1.廂式干燥器(盤式干燥器)優(yōu)點:構(gòu)造簡單、設(shè)備投資少，適應(yīng)性較強。缺點：裝卸物料的勞動強度大，設(shè)備利用率、熱利用率低及產(chǎn)品質(zhì)量不易穩(wěn)定。

適用于小規(guī)模多品種、要求干燥條件變動大及干燥時間長等場合的干燥操作，特別適合作為實驗室或中間試驗的干燥裝置。隧道式干燥器(洞式干燥器)優(yōu)點:設(shè)備的制造和操作簡單、設(shè)備投資少，能量消耗也不大。缺點：物料干燥的時間較長，生產(chǎn)能力較低，勞動強度大，設(shè)備利用率、熱利用率低。

適用于需要較長干燥時間的大件物料和各種散粒狀物料的干燥和煅燒。2.帶式干燥器優(yōu)點：物料在其中翻動較少，可保持物料的形狀，可連續(xù)干燥多種物料。缺點：生產(chǎn)能力及熱效率都低。適用于干燥顆粒狀、塊狀和纖維狀的物料。3、氣流干燥器優(yōu)點：對流傳熱系數(shù)和傳熱溫度差大，干燥器的體積小，干燥速率快，物料停留時間短，可在高溫下干燥；熱利用率高；設(shè)備緊湊，結(jié)構(gòu)簡單；可以完全自動控制。缺點：氣流在系統(tǒng)中壓降較大；干燥管長；在干燥過程中存在摩擦，易將產(chǎn)品磨碎；分離器的負荷大。適用于在潮濕狀態(tài)下仍能在氣體中自由流動的顆粒物料，可利用高速的熱氣流使粉、粒狀的物料懸浮于其中，在氣力輸送過程中進行干燥。4.流化床干燥器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低，活動部件少，操作維修方便。缺點：操作控制要求高。而且由于顆粒在床中高度混合，可能引起物料的反混和短路，從而造成物料干燥不充分。適用于適用于處理粉粒狀物料，而且粒徑最好在30-60μm范圍。5.轉(zhuǎn)筒干燥器優(yōu)點：機械化程度高，生產(chǎn)能力大，流動阻力小，容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均勻，對物料適應(yīng)性強。缺點：設(shè)備笨重，金屬材料耗量多，熱效率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，傳動部件需經(jīng)常維修。6.噴霧干燥優(yōu)點：物料干燥時間短，改變操作條件即可控制或調(diào)節(jié)產(chǎn)品指標，流程較短。缺點：經(jīng)常發(fā)生粘壁現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量，對氣體的分離要求高，體積傳熱系數(shù)較小，對于不能用高溫載熱體干燥的物料所需要的設(shè)備龐大。適用于溶液、懸浮液、膠體溶液等流動性物料或熱敏性和有生物活性物質(zhì)的干燥。7.滾筒干燥器優(yōu)點：動力消耗低，投資少，維修費用省，干燥時間和干燥溫度容易調(diào)節(jié)。缺點：生產(chǎn)能力、勞動強度和條件等方面不如噴霧干燥器。適用于溶液、懸浮液、膠體溶液等流動性物料的干燥。8、干燥器的選型和發(fā)展方向1）干燥器的選型被干燥物料的性質(zhì)對干燥產(chǎn)品的要求物料的干燥速度曲線與臨界含水量回收問題干燥熱源干燥器的占地面積、排放物及噪聲

2）干燥器的發(fā)展方向干燥器的大型化提高效率、節(jié)約能源5.4.2干燥器的設(shè)計從濕空氣的角度，濕物料中

水份能通過干燥除去，從物料的角度，

水份能通過干燥完全除去。2.已知某物料含水量X1＝0.4kg水/kg絕干料，從該物料干燥速率曲線可知：臨界含水量X0＝0.25kg水/kg絕干料，平衡含水量X*＝0.05kg水/kg絕干料，則物料的非結(jié)合水分為

，結(jié)合水分為

，自由水分為

，可除去的結(jié)合水分為

。[單位為：kg水/kg絕干料]3.濕空氣的干球溫度、濕球溫度、露點在

情況下相等。4.干燥操作中既有傳熱過程，也有傳質(zhì)過程，其中傳熱推動力是

，傳質(zhì)推動力是

。自由非結(jié)合0.150.250.350.20飽和空氣濕空氣與物料表面的溫度差；物料表面的水汽分壓與濕空氣的水汽分壓差。1、同一物料，如恒速段的干燥速率增加，則臨界含水量

。

(A)減??；(B)不變；(C)增大；(D)不一定。2、下列哪些因素對恒速干燥速率有較大的影響。（）

(A)、濕空氣的溫度；(B)、濕空氣的濕度；

(C)、濕空氣與物料的接觸方式；(D)、濕物料