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第14章固體干燥
SolidDryness2/3/2023114.1概述除濕方法:(1)機(jī)械去濕,即通過(guò)壓榨、過(guò)濾和離心分離等方法去濕。(2)吸附去濕,即用固體吸附劑,如CaCl2、硅膠等吸去物料中所含的水分。(3)干燥去濕,指利用熱能,使?jié)裎锪现械臐穹謿饣サ姆椒?。濕物料濕分:水分或其它液體2/3/20232西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院1.濕空氣中水分含量的表示方法
(1)水氣分壓p和露點(diǎn)td總壓一定時(shí),空氣在露點(diǎn)狀態(tài)下的水蒸氣分壓成為水氣分壓。在總壓不變的條件下,將不飽和濕空氣冷卻,直至冷凝出水珠為止,此時(shí),濕空氣的溫度稱為露點(diǎn)14.2干燥靜力學(xué)14.2.1濕空氣的狀態(tài)參數(shù)
2/3/20233西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院(2)濕度H空氣水蒸汽P:總壓,pS:飽和水蒸氣壓2/3/20234西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院(3)相對(duì)濕度2.濕比容H單位為m3濕空氣
?kg干空氣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%。2/3/20235西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2/3/20236西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院3.濕比熱cH2/3/20237西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院4.濕空氣的焓IH2/3/20238西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院5.干球溫度t和濕球溫度tw
2/3/20239西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院kH、主要與空氣流速有關(guān),但
卻幾乎與流速無(wú)關(guān)。對(duì)空氣水系統(tǒng),當(dāng)被測(cè)氣體溫度不太高、流速>5m/s時(shí),為一常數(shù),且與cH近似相等,其值約為1.09kJ/(kg·K)。2/3/202310西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院在與外界絕熱情況下,空氣與大量水經(jīng)過(guò)無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間接觸后,空氣溫度與水溫相等,稱這一穩(wěn)定的溫度為濕空氣的絕熱飽和溫度,用tas表示。6.絕熱飽和溫度tas2/3/202311西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2/3/202312西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的異同:2/3/202313西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院(1)、濕球溫度:大量空氣與少量水接觸后的穩(wěn)定的水溫,空氣的狀態(tài)(t,H)不變。絕熱飽和溫度:少量空氣與大量水經(jīng)過(guò)接觸后達(dá)到的穩(wěn)定溫度,空氣增濕、降溫。濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的異同:不同之處:2/3/202314西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院(2)、濕球溫度:傳質(zhì)、傳熱仍在進(jìn)行,因此屬動(dòng)態(tài)平衡范疇。絕熱飽和溫度:沒有凈的質(zhì)量、熱量傳遞進(jìn)行,因此屬靜態(tài)平衡范疇。2/3/202315西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院7.各參數(shù)之間的關(guān)系2/3/202316西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2/3/202317西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院溫濕圖14.2.2濕度圖2/3/202318西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院tdIcH2/3/202319西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2.表示濕空氣的狀態(tài)變化過(guò)程2/3/202320西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2/3/202321西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院四種水0XpTPs平衡水自由水結(jié)合水非結(jié)合水14.2.3水分在氣固兩相間的平衡2/3/202322西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院四種水的定義平衡水:用此種空氣無(wú)法再去除的水;自由水:非結(jié)合水:機(jī)械地附著在物料表面,產(chǎn)生的蒸汽壓與純水無(wú)異;結(jié)合水:與物料之間有物理化學(xué)作用,因而產(chǎn)生的蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓.2/3/202323西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院X-圖四種水如何表示?0
X*2/3/202324西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院14.3干燥過(guò)程的計(jì)算1干燥速率干燥曲線:干燥過(guò)程中物料含水量X與干燥時(shí)間t、物料表面溫度θ的關(guān)系曲線。干燥速率曲線:物料干燥速率u與物料含水量X的關(guān)系曲線。ABCDEX表面溫度干燥時(shí)間τABCDEABCDEXUXc2/3/202325西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2干燥分類恒速干燥階段(CB):除去的水分是非結(jié)合水;屬于表面汽化控制階段;物料表面的溫度始終保持為空氣的濕球溫度;干燥速率的大小,主要取決于空氣的性質(zhì),而與濕物料的性質(zhì)關(guān)系很小。2/3/202326西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院降速干燥階段臨界含水量:Xc越大,則會(huì)過(guò)早的轉(zhuǎn)入降速干燥階段,使在相同的干燥任務(wù)下所需的干燥時(shí)間加長(zhǎng)。臨界含水量與物料的性質(zhì)、厚度、干燥速率有關(guān)。第一降速階段(CD)第二降速階段(DE)
干燥速率主要決定于物料本身的結(jié)構(gòu)、形狀和大小等。而與空氣的性質(zhì)關(guān)系很小。物料表面的溫度不斷上升,而最后接近于空氣的溫度。2/3/202327西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院NA3干燥時(shí)間的計(jì)算(1)、恒速干燥階段干燥時(shí)間1的計(jì)算水固相twt,H,p2/3/202328西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院NA(2)、降速階段干燥時(shí)間2的計(jì)算
若降速階段的干燥曲線可近似為直線,則2/3/202329西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院14.4干燥器2/3/202330西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院常用工業(yè)干燥器廂式干燥器小型的稱為烘箱,大型的稱為烘房,是典型的常壓、間歇式、對(duì)流干燥設(shè)備。優(yōu)點(diǎn):對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn):物料得不到分散,干燥速率低,熱利用率較差、且產(chǎn)品質(zhì)量不均勻。產(chǎn)量不大。適用場(chǎng)合:任何形狀的物料
2/3/202331西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院氣流干燥器優(yōu)點(diǎn):對(duì)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(shí)間短,可在高溫下干燥;熱利用率高;設(shè)備緊湊,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;可以完全自動(dòng)控制。缺點(diǎn):氣流在系統(tǒng)中壓降較大;干燥管長(zhǎng);在干燥過(guò)程中存在摩擦,易將產(chǎn)品磨碎;分離器的負(fù)荷大。適用于在潮濕狀態(tài)下仍能在氣體中自由流動(dòng)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(guò)程中進(jìn)行干燥。2/3/202332西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院濕物料氣流式干燥系統(tǒng)干燥管干物料旋風(fēng)分離器蒸汽冷凝水冷空氣熱空氣板式換熱器廢氣風(fēng)機(jī)2/3/202333西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院沸騰床干燥器(流化床干燥)工作原理:散粒狀物料由床側(cè)加料器加入,熱氣流通過(guò)多孔分布板與物料層接觸,氣流速度保持在臨界流化速度和帶出速度之間,顆粒即能在床層內(nèi)形成流化,顆粒在熱氣流中上下翻動(dòng)與碰撞,與熱氣流進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)而達(dá)到干燥的目的。當(dāng)床層膨脹到一定高度時(shí),床層空隙率增大而使氣流流速下降,顆粒又重新落下而不致被氣流所帶走。經(jīng)干燥之后的顆粒由床側(cè)出料管卸出,氣流由頂部排出,并經(jīng)旋風(fēng)分離器回收其中夾帶的粉塵。優(yōu)點(diǎn):顆粒在干燥器內(nèi)的停留時(shí)間可任意調(diào)節(jié);氣流速度小,物料與設(shè)備的磨損較輕,壓降?。粋鳠崦娲?,物料的最終含水量低;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。缺點(diǎn):因顆粒在床層中高度混合,則可引起物料的短路和返混,物料在干燥器內(nèi)的停留時(shí)間不均勻。2/3/202334西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院流化床式干燥器2/3/202335西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院多室式流化床干燥器2/3/202336西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院噴動(dòng)床干燥器原理及流程:物料從窄截面處加入,被進(jìn)口氣體夾帶并進(jìn)行輸送,同時(shí)使物料沿器壁返回床層,從而使物料形成循環(huán)運(yùn)動(dòng)。在干燥器的擴(kuò)大部分物料呈沸騰狀態(tài)2/3/202337西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院噴動(dòng)床干燥器干物料干物料廢氣風(fēng)機(jī)旋風(fēng)分離器噴動(dòng)床干燥器濕物料2/3/202338西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院噴霧干燥器(spraydryer)原理:用噴霧器將稀料液噴成細(xì)霧滴分散于熱氣流中,使水分迅速蒸發(fā)而達(dá)到干燥的目的。通常霧滴直徑為10~60um,每升溶液具有100~600m2的蒸發(fā)面積。噴霧器的類型:離心噴霧器、壓力噴霧器、氣流噴霧器。優(yōu)點(diǎn):干燥時(shí)間短,適于熱敏性物料;所得產(chǎn)品為空心顆粒,溶解性好,質(zhì)量高;操作穩(wěn)定;能連續(xù)、自動(dòng)化生產(chǎn);由料液直接獲得粉末產(chǎn)品,省去了蒸發(fā)、結(jié)晶、分離和粉碎操作。缺點(diǎn):體積傳熱系數(shù)低;設(shè)備體積龐大;操作彈性較小,熱利用律低、能耗大。2/3/202339西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院廢氣干物料旋風(fēng)分離器蒸汽冷凝水冷空氣熱空氣板式換熱器2/3/202340西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院轉(zhuǎn)筒干燥器主要部件:轉(zhuǎn)筒:呈傾斜狀,在旋轉(zhuǎn)時(shí),借助重力的作用使物料向低端輸送。抄板:將物料抄起后再灑下,增大干燥面積,提高干燥速率;同時(shí)促進(jìn)物料向前運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn):處理量大,適應(yīng)性強(qiáng)
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