單元六 塑料干燥

單元六塑料的干燥◆一、塑料的干燥方法◆二、干燥基本原理◆三、干燥設(shè)備及其工作原理◆四、塑料干燥實(shí)例2023/2/51一、塑料的干燥方法（一）鼓風(fēng)烘箱干燥鼓風(fēng)烘箱干燥主要用于小批量生產(chǎn)或塑料成型加工實(shí)驗(yàn)，是將塑料原料放入烘箱格盤中，開(kāi)啟鼓風(fēng)烘箱，加熱空氣，用熱空氣與格盤中原料進(jìn)行熱交換，以此將原料中的水分帶走，從而起到干燥的作用。2023/2/52熱風(fēng)干燥料斗（料斗干燥機(jī)）

2023/2/53（二）真空干燥真空干燥又稱負(fù)壓干燥，是讓塑料原料處于負(fù)壓狀態(tài)下進(jìn)行加熱干燥，通過(guò)抽真空產(chǎn)生負(fù)壓，使揮發(fā)組分的沸點(diǎn)降低，從而使水分迅速變成水蒸氣，從固體原料中分離出來(lái)快速脫離。對(duì)塑料進(jìn)行真空干燥的設(shè)備主要有靜置真空干燥箱、回轉(zhuǎn)真空干燥器及真空干燥料斗。2023/2/54美奎塑料真空干燥機(jī)塑料真空干燥機(jī)2023/2/55（三）沸騰床干燥塑料粒子在沸騰室內(nèi)借循環(huán)熱空氣在多孔板上下形成壓力差而懸浮在熱空氣中進(jìn)行水分氣化傳質(zhì)干燥。由于塑料粒子全表面都接觸熱空氣流,而且氣化的水汽不斷被熱空氣流帶走,大大有效地增大塑料粒子內(nèi)部水分向表面氣化的推動(dòng)力,因而具有高效快速干燥之功能。2023/2/56（四）除濕干燥塑料粒子靜止堆積在料筒中，由分子篩除濕加熱后的熱空氣由下往上對(duì)流通過(guò)塑料粒子層,，吸濕后的分子篩通過(guò)加熱再生可重復(fù)使用。塑料粒子除濕干燥裝置原理圖1-風(fēng)嘴；2-塑料原料；3-關(guān)閉閥；4-加熱器；5、11-方向閥；6、14-鼓風(fēng)機(jī)；7、13-微型過(guò)濾器；8-再生加熱器；9-出風(fēng)管；10、12-分子篩吸濕罐；15-料筒2023/2/57（一）塑料干燥過(guò)程的分類二、干燥基本原理2023/2/581.傳導(dǎo)干燥熱能通過(guò)傳熱壁面以傳導(dǎo)方式傳給物料，產(chǎn)生的濕分蒸汽被氣相(又稱干燥介質(zhì))帶走，或用真空泵排走。例如紙制品可以鋪在熱滾筒上進(jìn)行干燥。

2.對(duì)流干燥使干燥介質(zhì)直接與濕物料接觸，熱能以對(duì)流方式加入物料，產(chǎn)生的蒸汽被干燥介質(zhì)帶走。

2023/2/593.輻射干燥由輻射器產(chǎn)生的輻射能以電磁波形式達(dá)到物體的表面，為物料吸收而重新變?yōu)闊崮?，從而使?jié)穹謿饣?。例如用紅外線干燥法將自行車表面油漆烘干。

4.介電加熱干燥將需要干燥電解質(zhì)物料置于高頻電場(chǎng)中，電能在潮濕的電介質(zhì)中變?yōu)闊崮?，可以使液體很快升溫氣化。這種加熱過(guò)程發(fā)生在物料內(nèi)部，故干燥速率較快，例如微波干燥食品。

2023/2/5105、冷凍干燥

物料冷凍后，用干燥器抽成真空，并使再熱體循環(huán)，對(duì)物料提供必要的升華熱。冷凍干燥常用于醫(yī)藥品、生物制品及食品的干燥。真空干燥的特點(diǎn)：（1）操作溫度低，干燥速度快，熱的經(jīng)濟(jì)性好；（2）適用于維生素、抗菌素等熱敏性產(chǎn)品以及在空氣中易氧化、易燃易爆的物料；2023/2/511（3）適用于含有溶劑或有毒氣體的物料，溶劑回收容易；（4）在真空下干燥，產(chǎn)品含水量可以很低，適用于要求低含水量的產(chǎn)品；（5）由于加料口與產(chǎn)品排除口等處的密封問(wèn)題，大型化、連續(xù)化生產(chǎn)有困難。2023/2/512干燥介質(zhì)：用來(lái)傳遞熱量（載熱體）和濕分（載濕體）的介質(zhì)。由于溫差的存在，氣體以對(duì)流方式向固體物料傳熱，使?jié)穹制?；在分壓差的作用下，濕分由物料表面向氣流主體擴(kuò)散，并被氣流帶走。對(duì)流干燥過(guò)程原理溫度為t、濕分分壓為p的濕熱氣體流過(guò)濕物料的表面，物料表面溫度ti低于氣體溫度t。注意：只要物料表面的濕分分壓高于氣體中濕分分壓，干燥即可進(jìn)行，與氣體的溫度無(wú)關(guān)。氣體預(yù)熱并不是干燥的充要條件，其目的在于加快濕分汽化和物料干燥的速度，達(dá)到一定的生產(chǎn)能力。HtqWtippiM干燥是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過(guò)程2023/2/513干燥過(guò)程熱空氣流過(guò)濕物料表面熱量傳遞到濕物料表面濕物料表面水分汽化并被帶走表面與內(nèi)部出現(xiàn)水分濃度差內(nèi)部水分?jǐn)U散到表面?zhèn)鳠徇^(guò)程傳質(zhì)過(guò)程傳質(zhì)過(guò)程干燥過(guò)程推動(dòng)力：傳質(zhì)推動(dòng)力：物料表面水分壓P表水>熱空氣中的水分壓P空水傳熱推動(dòng)力：熱空氣的溫度t空氣>物料表面的溫度t物表對(duì)流干燥過(guò)程實(shí)質(zhì)2023/2/514除水分量空氣消耗量干燥產(chǎn)品量熱量消耗干燥時(shí)間物料衡算能量衡算涉及干燥速率和水在氣固相的平衡關(guān)系涉及濕空氣的性質(zhì)干燥過(guò)程基本問(wèn)題解決這些問(wèn)題需要掌握的基本知識(shí)有：(1)濕分在氣固兩相間的傳遞規(guī)律；(2)濕氣體的性質(zhì)及在干燥過(guò)程中的狀態(tài)變化；(3)物料的含水類型及在干燥過(guò)程中的一般特征；(4)干燥過(guò)程中物料衡算關(guān)系、熱量衡算關(guān)系和速率關(guān)系。本章主要介紹運(yùn)用上述基本知識(shí)解決工程中物料干燥的基本問(wèn)題，介紹的范圍主要針對(duì)連續(xù)穩(wěn)態(tài)的干燥過(guò)程。2023/2/515濕氣體的熱力學(xué)性質(zhì)濕空氣：指絕干空氣與水蒸汽的混合物。在干燥過(guò)程中，隨著濕物料中水份的汽化，濕空氣中水份含量不斷增加，但絕干空氣的質(zhì)量保持不變。因此，濕空氣性質(zhì)一般都以1kg絕干空氣為基準(zhǔn)。操作壓強(qiáng)不太高時(shí)，空氣可視為理想氣體。一、濕空氣的性質(zhì)常壓下濕空氣可視為理想氣體，根據(jù)道爾頓分壓定律，

1、水氣分壓ｐv

（一）濕空氣中濕含量的表示方法2023/2/516系統(tǒng)總壓P

：濕空氣的總壓（kN/m2），即P干空氣與P水之和。干燥過(guò)程中系統(tǒng)總壓基本上恒定不變。且干燥操作通常在常壓下進(jìn)行，常壓干燥的系統(tǒng)總壓接近大氣壓力，熱敏性物料的干燥一般在減壓下操作。表明濕空氣被水汽飽和。2023/2/517對(duì)于空氣-水蒸氣系統(tǒng)：Mv=18.02kg/kmol，Mg=28.95kg/kmol濕空氣中水氣的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比。若濕分蒸汽和絕干空氣的摩爾數(shù)(nv,ng)和摩爾質(zhì)量(Mv,Mg)絕對(duì)濕度(濕度)H（Humidity）總壓一定時(shí)，濕空氣的濕度只與水蒸汽的分壓有關(guān)。Kg水蒸汽/kg絕干空氣當(dāng)pV

=ps時(shí)，濕度稱為飽和濕度，以Hs表示。2023/2/518相對(duì)濕度（Relativehumidity）濕度只表示濕空氣中所含水份的絕對(duì)數(shù)，不能反映空氣偏離飽和狀態(tài)的程度（即氣體的吸濕能力）。值說(shuō)明濕空氣偏離飽和空氣或絕干空氣的程度，值越小吸濕能力越大；

=0

，pv=0時(shí)，表示濕空氣中不含水分，為絕干空氣。

=1

，pv=ps時(shí)，表示濕空氣被水汽所飽和，不能再吸濕。對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：相對(duì)濕度：在總壓和溫度一定時(shí)，濕空氣中水汽的分壓pV與系統(tǒng)溫度下水的飽和蒸汽壓ps之比的百分?jǐn)?shù)。2023/2/519相對(duì)濕度（Relativehumidity）若t<總壓下濕空氣的沸點(diǎn)，0100%；若t>總壓下濕空氣的沸點(diǎn)，最大(空氣全為水汽)<100%。故工業(yè)上常用過(guò)熱蒸汽做干燥介質(zhì)；若t>濕分的臨界溫度，氣體中的濕分已是真實(shí)氣體，此時(shí)=0，理論上吸濕能力不受限制。=f(H,t)

ps

隨溫度的升高而增加，H不變,提高t，，氣體的吸濕能力增加，故空氣用作干燥介質(zhì)應(yīng)先預(yù)熱。H不變而降低t，，空氣趨近飽和狀態(tài)。當(dāng)空氣達(dá)到飽和狀態(tài)而繼續(xù)冷卻時(shí)，空氣中的水份將呈液態(tài)析出。2023/2/5201.比體積H(Humidvolume)或濕比容(m3/kg絕干氣體)比容：1kg絕干空氣和相應(yīng)水汽體積之比。濕空氣的比體積、比熱容和焓2023/2/5212.比熱cH(Humidheat)或比熱容kJ/(kg·℃)比熱：1kg絕干空氣及相應(yīng)水汽溫度升高1℃所需要的熱量式中：cg

—絕干空氣的比熱，kJ/(kg·℃)；

cv—水汽的比熱，kJ/(kg·℃)。對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：溫度在273~393K范圍內(nèi)，cg=1.01kJ/(kg·℃)，cv=1.88kJ/(kg·℃)2023/2/5223、焓I

(Totalenthalpy)焓：1kg絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之和。由于焓是相對(duì)值，計(jì)算焓值時(shí)必須規(guī)定基準(zhǔn)狀態(tài)和基準(zhǔn)溫度，一般以0℃為基準(zhǔn)，且規(guī)定在0℃時(shí)絕干空氣和液態(tài)水的焓值均為零，則對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：顯熱項(xiàng)汽化潛熱項(xiàng)2023/2/523當(dāng)熱、質(zhì)傳遞達(dá)平衡時(shí)，氣體對(duì)液體的供熱速率恰等于液體汽化的需熱速率時(shí)：（三）濕空氣的溫度

(1)干球溫度t：濕空氣的真實(shí)溫度，簡(jiǎn)稱溫度(℃或K)。將溫度計(jì)直接插在濕空氣中即可測(cè)量。(2)空氣的濕球溫度（Wet-bulbtemperature）a.定義qN對(duì)流傳熱hkH氣體t,H氣膜對(duì)流傳質(zhì)液滴表面tw,Hw液滴——濕球溫度tw定義式2023/2/524(2)空氣的濕球溫度（Wet-bulbtemperature）因流速等影響氣膜厚度的因素對(duì)α

和kH有相同的作用，可認(rèn)為kH/α與速度等因素?zé)o關(guān)，而僅取決于系統(tǒng)的物性。飽和氣體:H=Hs，tw=t，即飽和空氣的干、濕球溫度相等。不飽和氣體:H<Hs，tw<t。對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：結(jié)論：tw=f(t,H)，氣體的t和H一定，tw為定值。2023/2/525濕球溫度計(jì)測(cè)定濕球溫度的條件是保證純對(duì)流傳熱，即氣體應(yīng)有較大的流速和不太高的溫度，否則，熱傳導(dǎo)或熱輻射的影響不能忽略，測(cè)得的濕球溫度會(huì)有較大的誤差。通過(guò)測(cè)定氣體的干球溫度和濕球溫度，可以計(jì)算氣體的濕度：氣體ttw濕球溫度的測(cè)定2023/2/526物料充分濕潤(rùn)，濕分在物料表面的汽化和在液面上汽化相同。物料經(jīng)過(guò)預(yù)熱，很快達(dá)到穩(wěn)定的溫度，由于對(duì)流傳熱強(qiáng)烈，物料溫度接近氣體的濕球溫度tw。對(duì)于空氣-水系統(tǒng)，tw<100℃。當(dāng)氣體的濕度一定時(shí)，氣體的溫度越高，干、濕球溫度的差值越大。結(jié)論：當(dāng)物料充分濕潤(rùn)時(shí)，可以使用高溫氣體做干燥介質(zhì)而不至于燒毀物料。例如，可以使用500℃的氣體烘干淀粉。對(duì)初始溫度為20℃、相對(duì)濕度為80%的常壓空氣濕球溫度的測(cè)定2023/2/527注注意：(1

濕球溫度tw為濕空氣溫度t和濕度H的函數(shù)，tw≤t，濕度越大，濕球溫度tw越高，越接近濕空氣溫度t，當(dāng)空氣達(dá)到飽和濕度時(shí)，tw=t。(2測(cè)量濕球溫度時(shí)，空氣速度一般需大于5m/s，使對(duì)流傳熱起主要作用，相應(yīng)減少熱輻射和傳導(dǎo)的影響，使測(cè)量較為精確。2023/2/528(3)絕熱飽和冷卻溫度tas2023/2/529高溫不飽和空氣與水在絕熱條件下進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)并達(dá)到平衡狀態(tài)的過(guò)程。達(dá)到平衡時(shí)，空氣與水溫度相等，空氣被水的蒸汽所飽和。絕熱飽和過(guò)程設(shè)塔與外界絕熱，在不飽和空氣與大量水充分接觸的過(guò)程中，水分會(huì)不斷汽化進(jìn)入空氣中，汽化所需的熱量由空氣溫度下降放出顯熱供給，水汽又將這部分熱量以汽化潛熱的形式帶回至空氣中。隨著過(guò)程的進(jìn)行，空氣的溫度沿塔高逐漸下降、濕度逐漸升高，若兩相有足夠長(zhǎng)的接觸時(shí)間，最終空氣為水汽所飽和，而溫度降到與循環(huán)水溫相同?？諝庠谒?nèi)的狀態(tài)變化是在絕熱條件下降溫、增濕直至飽和的過(guò)程，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度就是初始濕空氣的絕熱飽和冷卻溫度，與之相應(yīng)的濕度稱為絕熱飽和濕度，以Has表示。2023/2/530由于ras和Has是tas的函數(shù)，故絕熱飽和溫度tas是氣體溫度t和濕度H的函數(shù)。已知t和H，可以試差求解tas。對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：絕熱飽和冷卻溫度：不飽和的濕空氣等焓降溫到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度。2023/2/531tas

tw大量空氣與少量濕物料接觸大量濕物料與空氣接觸空氣的t，H不變空氣的t，H變化動(dòng)態(tài)平衡靜態(tài)平衡濕球溫度與絕熱飽和溫度對(duì)于空氣-水蒸汽系統(tǒng)，在數(shù)值上相等。但濕球溫度和絕熱飽和溫度是兩個(gè)完全不同的概念，區(qū)別如下：2023/2/532(4)露點(diǎn)td溫度為t的不飽和空氣在等濕下冷卻至溫度等于td的飽和狀態(tài)，此時(shí)H=Hs,td。露點(diǎn)：不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度，以td表示；相應(yīng)的濕度為飽和濕度，以Hs,td表示。處于露點(diǎn)溫度的濕空氣的相對(duì)濕度=

1，空氣濕度達(dá)到飽和濕度，濕空氣中水汽分壓等于露點(diǎn)溫度下水的飽和蒸氣壓，則水蒸氣-空氣系統(tǒng)：不飽和空氣t>tas

（或

tw）>td；飽和空氣t=tas=td

2023/2/533二、氣體濕度圖濕空氣參數(shù)的計(jì)算比較繁瑣，甚至需要試差。為了方便和直觀，通常使用濕度圖。 等濕線等焓線等溫線飽和空氣線p-H線2023/2/534空氣濕度圖的繪制（Humiditychart）對(duì)于空氣-水系統(tǒng)，tas

tw，等tas線可近似作為等tw線。每一條絕熱冷卻線上所有各點(diǎn)都具有相同的tas。物理意義：以絕熱冷卻線上所有各點(diǎn)為始點(diǎn)，經(jīng)過(guò)絕熱飽和過(guò)程到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，所有各狀態(tài)的氣體的溫度都變?yōu)橥粶囟?。橫坐標(biāo)：空氣的濕度，所有的縱線為等濕度線。左側(cè)縱坐標(biāo)：空氣的干球溫度，所有橫線為等溫線。(1)等濕度線(等H線)(2)等焓線（等I線）對(duì)給定的tas：t=f(H)在同一條等濕線上不同點(diǎn)所代表的濕空氣狀態(tài)不同，但H相同，露點(diǎn)是將濕空氣等H冷卻至=

1時(shí)的溫度。2023/2/535(3)等干球溫度線(等t線)I與H呈直線關(guān)系，t越高，等t線的斜率越大，讀數(shù)0-250oC。(4)等相對(duì)濕度線(等線)總壓P一定，對(duì)給定的：因

ps=f(t)，故

H=f(t)。(5)蒸氣分壓線總壓P一定，

ps=f(H)，p-H

近似為直線關(guān)系。2023/2/536空氣濕焓圖的用法（Useofhumiditychart）兩個(gè)參數(shù)在曲線上能相交于一點(diǎn)，即這兩個(gè)參數(shù)是獨(dú)立參數(shù)，這些參數(shù)才能確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)。=100%，空氣達(dá)到飽和，無(wú)吸濕能力。<100%，屬于未飽和空氣，可作為干燥介質(zhì)。越小，干燥條件越好。1.確定空氣的干燥條件2.確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)，查找其它參數(shù)3.確定絕熱飽和冷卻溫度1）等I干燥過(guò)程等焓干燥過(guò)程又稱絕熱干燥過(guò)程。a.不向干燥器重補(bǔ)充熱量，即QD=0.b.忽略干燥器向周圍散失的熱量，即QL=0.c.物料進(jìn)出干燥器的焓相等，即G(I2’_I1’)=0沿等I線，空氣t1、t2已知，即可確定H1、H2。2）等H干燥過(guò)程恒壓下，加熱或冷卻過(guò)程。2023/2/537根據(jù)

圖上濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)，可方便地查出濕空氣的其它性質(zhì)參數(shù)。如圖片所示，已知空氣的狀態(tài)點(diǎn)為A，由通過(guò)A點(diǎn)的等ｔ、等H、等I線可確定A點(diǎn)的溫度、濕度和焓。因?yàn)槁饵c(diǎn)是在空氣等濕冷卻至飽和時(shí)的溫度，所以等Ｈ線與

=100%的飽和空氣線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的等ｔ線所示的溫度即為露點(diǎn).絕熱飽和溫度是空氣等焓增濕至飽和時(shí)的溫度，因此，由等I

線與

=100%的飽和空氣線交點(diǎn)的等t線所示的溫度即為絕熱飽和溫度tas，對(duì)于水蒸汽～空氣系統(tǒng)，它也是濕球溫度tw。由等H

線與蒸汽分壓線的交點(diǎn)可讀出濕空氣中水汽的分壓值。2023/2/538A2023/2/539若已知濕空氣的兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)分別為：t–tw、t–td、t–Φ

，濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)Ａ的確定方法分別示于圖5-5（ａ）、（ｂ）及（ｃ）中。2023/2/540干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算

濕物料水分含量的表示方法濕物料是絕干固體與液態(tài)濕分的混合物。濕基含水量w：水分在濕物料中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。干基含水量X：濕物料中的水分與絕干物料的質(zhì)量比。換算關(guān)系：工業(yè)生產(chǎn)中，物料濕含量通常以濕基含水量表示，但由于物料的總質(zhì)量在干燥過(guò)程中不斷減少，而絕干物料的質(zhì)量不變，故在干燥計(jì)算中以干基含水量表示較為方便。2023/2/541干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算（一）物料衡算（Massbalance）G1—濕物料進(jìn)口的質(zhì)量流率，kg/s；G2—產(chǎn)品出口的質(zhì)量流率，kg/s；

Gc—絕干物料的質(zhì)量流率，kg/s；

w1—物料的初始濕含量；

w2—產(chǎn)品濕含量；

L

—絕干氣體的質(zhì)量流率，kg/s；

H1—?dú)怏w進(jìn)干燥器時(shí)的濕度；

H2—?dú)怏w離開(kāi)干燥器時(shí)的濕度；

W

—單位時(shí)間內(nèi)汽化的水分量，kg/s。濕物料G1,

w1干燥產(chǎn)品G2,

w2熱空氣L,H1濕廢氣體L,H2水分蒸發(fā)量：2023/2/542

絕干空氣消耗量絕干空氣比消耗作絕干物料的衡算：--干燥產(chǎn)品，與絕干物料是有區(qū)別的。2023/2/543（二）熱量衡算Qp——預(yù)熱器向氣體提供的熱量，kW；QD——向干燥器補(bǔ)充的熱量，kW；QL—干燥器的散熱損失，kW。濕物料G1,

w1,1,I’1干燥產(chǎn)品G2,

w2,2,I’2熱氣體L,H1,t1,I1濕廢氣體L,H2,t2,I2濕氣體L,H0,t0,I0QpQDQL預(yù)熱器干燥器2023/2/544整個(gè)干燥系統(tǒng)的熱量衡算在連續(xù)穩(wěn)定操作條件下，系統(tǒng)無(wú)熱量積累，單位時(shí)間內(nèi)(以1秒鐘為基準(zhǔn))：氣體焓變物料焓變氣體焓變：2023/2/545整個(gè)干燥系統(tǒng)的熱量衡算汽化濕分所需要的熱量：物料焓變：加熱固體產(chǎn)品所需要的熱量：加熱空氣：總熱量衡算：

2023/2/546預(yù)熱器的熱量衡算預(yù)熱器的作用在于加熱空氣。根據(jù)加熱方式可分為兩類：直接加熱式：如熱風(fēng)爐。將燃燒液體或固體燃料后產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯佑米鞲稍锝橘|(zhì)；間接換熱式：如間壁換熱器。空氣預(yù)熱器傳給氣體的熱量為如果空氣在間壁換熱器中進(jìn)行加熱，則其濕度不變，H0=H1，即通過(guò)預(yù)熱器的熱量衡算，結(jié)合傳熱基本方程式，可以求得間壁換熱空氣預(yù)熱器的傳熱面積。立筒式金屬體燃煤間接加熱熱風(fēng)爐2023/2/547干燥器的熱量衡算理想干燥過(guò)程：氣體放出的顯熱全部用于濕分汽化。多數(shù)工業(yè)干燥器無(wú)補(bǔ)充加熱，如果散熱損失可視為零，且物料的初始溫度與產(chǎn)品溫度相同，則加熱物料所消耗的熱量為零；或當(dāng)干燥器的補(bǔ)充加熱量恰等于加熱物料和散熱損失的熱量，則干燥過(guò)程可視為理想干燥過(guò)程。理想干燥過(guò)程的熱量衡算式為理想干燥過(guò)程可近似為等焓過(guò)程，對(duì)空氣-水系統(tǒng)：2023/2/548干燥器的熱量衡算熱氣體在干燥器中冷卻而放出的熱量：物理意義：氣體在干燥器中放出的熱量和補(bǔ)充加熱的熱量用于汽化濕分、加熱產(chǎn)品和補(bǔ)償設(shè)備的散熱損失。2023/2/549干燥系統(tǒng)的熱效率和干燥效率熱效率的定義：用于汽化濕分和加熱物料的熱量與外界向干燥系統(tǒng)提供的總熱量之比，即Ql’,Ql

，h。干燥任務(wù)一定，氣體用量，QL’↓，或氣體用量，

QD

，可以提高干燥系統(tǒng)的熱效率。干燥系統(tǒng)熱量衡算式若

QL=QD=02023/2/550干燥系統(tǒng)的熱效率和干燥效率干燥效率：汽化濕分所需熱量與氣體在干燥器中放出的熱量之比值。（因?yàn)槠瘽穹值臒崃坎攀怯行崃浚└稍锵到y(tǒng)的總效率：對(duì)理想干燥過(guò)程：Qg=Qw，d,max=100%2023/2/551空氣通過(guò)干燥器的狀態(tài)變化一.理想干燥過(guò)程（絕熱干燥過(guò)程）若干燥過(guò)程中忽略設(shè)備的熱損失和物料進(jìn)出干燥器的溫度的變化,而且不向干燥器補(bǔ)充熱量,此時(shí)干燥器內(nèi)空氣放出的顯熱全部用于蒸發(fā)濕物料中的水分,最后水分又將潛熱帶回空氣中,此時(shí)I1=I2,這種干燥過(guò)程稱為理想干燥過(guò)程,又稱絕熱干燥或是等焓干燥.

2023/2/5522023/2/553二.實(shí)際干燥過(guò)程在實(shí)際干燥過(guò)程中,干燥器有一定的熱量損失,而且濕物料本身也要被加熱,即θ1≠θ2,因此空氣的狀態(tài)不是沿著絕熱冷卻線變化,這種情況比較復(fù)雜，大體可以分為以下幾種：1、操作線在過(guò)點(diǎn)B等焓線的下方

此過(guò)程的條件：（1）不向干燥器補(bǔ)充熱量；（2）不能忽略干燥器向周圍散失的熱量；（3）物料進(jìn)出干燥器時(shí)的焓不相等。2023/2/5542、操作線在過(guò)點(diǎn)B的等焓線的上方

若向干燥器補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量和加熱物料消耗的熱量總和：得：3、操作線在過(guò)點(diǎn)B的等溫線若向干燥器補(bǔ)充的熱量足夠多，恰使干燥過(guò)程在等溫下進(jìn)行，即空氣在干燥過(guò)程中維持恒定的溫度。2023/2/5552023/2/556固體物料在干燥過(guò)程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系濕分的傳遞方向(干燥或吸濕)和限度(干燥程度)由濕分在氣體和固體兩相間的平衡關(guān)系決定。pXpsXh平衡狀態(tài)：當(dāng)濕含量為X的濕物料與濕分分壓為p的不飽和濕氣體接觸時(shí)，物料將失去自身的濕分或吸收氣體中的濕分，直到濕分在物料表面的蒸汽壓等于氣體中的濕分分壓。平衡含水量：平衡狀態(tài)下物料的含水量。不僅取決于氣體的狀態(tài)，還與物料的種類有很大的關(guān)系。X*p2023/2/557物料中的水分1.結(jié)合水分與非結(jié)合水分一定干燥條件下，水分除去的難易，分為結(jié)合水與非結(jié)合水。非結(jié)合水分：與物料機(jī)械形式的結(jié)合，附著在物料表面的水，具有和獨(dú)立存在的水相同的蒸汽壓和汽化能力。濕含量XXh相對(duì)濕度非結(jié)合水分結(jié)合水分自由水分平衡水分X*01.00.52023/2/558結(jié)合水分按結(jié)合方式可分為：吸附水分、毛細(xì)管水分、溶漲水分(物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分)和化學(xué)結(jié)合水分(結(jié)晶水)?；瘜W(xué)結(jié)合水分與溶漲水分以化學(xué)鍵形式與物料分子結(jié)合，結(jié)合力較強(qiáng)，難汽化；吸附水分和毛細(xì)管水分以物理吸附方式與物料結(jié)合，結(jié)合力相對(duì)較弱，易于汽化。結(jié)合水分：與物料存在某種形式的結(jié)合，其汽化能力比獨(dú)立存在的水要低，蒸汽壓或汽化能力與水分和物料結(jié)合力的強(qiáng)弱有關(guān)。2023/2/5592.平衡水分和自由水分一定干燥條件下，按能否除去，分為平衡水分與自由水分。平衡水分：低于平衡含水量X*的水分，是不可除水分。自由水分：高于平衡含水量X*的水分，是可除水分。吸濕過(guò)程：若X<Xh

，則物料將吸收飽和氣體中的水分使?jié)窈吭黾又翝窈縓h，即最大吸濕濕含量，物料不可能通過(guò)吸收飽和氣體中的濕分使?jié)窈砍^(guò)Xh。欲使物料增濕超過(guò)Xh，必須使物料與液態(tài)水直接接觸。干燥過(guò)程：當(dāng)濕物料與不飽和空氣接觸時(shí)，X向X*接近，干燥過(guò)程的極限為X*。物料的X*與濕空氣的狀態(tài)有關(guān)，空氣的溫度和濕度不同，物料的X*不同。欲使物料減濕至絕干，必須與絕干氣體接觸。2023/2/5602023/2/561物料的吸濕性物料濕含量的平衡曲線有兩種極端情況。強(qiáng)吸濕性物料：與水分的結(jié)合力很強(qiáng)，平衡線只是漸近地與=100%接近，平衡濕含量很大。如某些生物材料。非吸濕性物料：與水結(jié)合力很弱，平衡線與縱坐標(biāo)基本重合，X*=Xh0，如某些不溶于水的無(wú)機(jī)鹽(碳酸鹽、硅酸鹽)等。00.20.40.60.81.00.10.20.3煙葉木材氯化鋅優(yōu)質(zhì)紙濕含量X相對(duì)濕度一般物料的吸濕性都介于二者之間。2023/2/562兩種分類方法的不同：自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的劃分除與物料有關(guān)外，還決定于空氣的狀態(tài)。非結(jié)合水分是在干燥中容易除去的水分，而結(jié)合水分較難除去。是結(jié)合水還是非結(jié)合水僅決定于固體物料本身的性質(zhì)，與空氣狀態(tài)無(wú)關(guān)。2023/2/563對(duì)流干燥的基本規(guī)律恒定干燥條件下的間歇干燥實(shí)驗(yàn):（一）干燥實(shí)驗(yàn)曲線在恒定條件下（空氣溫度、濕度、流速及其與物料的接觸狀況保持恒定），定時(shí)測(cè)定物料的質(zhì)量變化，并記錄每一時(shí)間間隔內(nèi)物料質(zhì)量變化及物料表面溫度，直至物料的質(zhì)量恒定為止。2023/2/564對(duì)一定干燥任務(wù)，干燥器尺寸取決于干燥時(shí)間和干燥速率。由于干燥過(guò)程的復(fù)雜性，通常干燥速率不是根據(jù)理論進(jìn)行計(jì)算，而是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。為了簡(jiǎn)化影響因素，干燥實(shí)驗(yàn)都是在恒定干燥條件下進(jìn)行的，即在一定的氣－固接觸方式下，固定空氣的溫度、濕度和流過(guò)物料表面的速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為保證恒定干燥條件，采用大量空氣干燥少量物料，以使空氣的溫度、濕度和流速在干燥器中恒定不變。實(shí)驗(yàn)為間歇操作，物料的溫度和含水量隨時(shí)間連續(xù)變化。干燥曲線和干燥速率曲線2023/2/565恒速干燥段(Constant-rateperiod)BC：物料溫度恒定在tw，X~變化呈直線關(guān)系，氣體傳給物料的熱量全部用于濕分汽化。預(yù)熱段(Pre-heatperiod)AB：初始含水量X1和溫度

1變?yōu)閄和tw。物料吸熱升溫以提高汽化速率，但濕含量變化不大。干燥曲線：物料含水量X與干燥時(shí)間的關(guān)系曲線。干燥曲線和干燥速率曲線降速干燥段(Falling-rateperiod)CDE：物料開(kāi)始升溫，X變化減慢，氣體傳給物料的熱量?jī)H部分用于濕分汽化，其余用于物料升溫，當(dāng)X=X*，=t。2023/2/5662023/2/567恒定干燥條件下的干燥速率與干燥時(shí)間干燥速率u：干燥器單位時(shí)間內(nèi)單位干燥表面積上的汽化的水分量(kg水分/(m2s))。微分形式為：式中：u——干燥器的干燥速率，kg/(m2s)；

W——汽化水份量，kg；

Gc——絕干物料的質(zhì)量，kg；

如果物料形狀是不規(guī)則的，干燥面積不易求出，則可使用干燥速率進(jìn)行計(jì)算。

一、間歇干燥過(guò)程的干燥速率曲線2023/2/568干燥曲線和干燥速率曲線干燥速率曲線：干燥速率u與濕含量X的關(guān)系曲線。干燥過(guò)程的特征在干燥速率曲線上更為直觀。u2023/2/569設(shè)物料的初始濕含量為X1，產(chǎn)品濕含量為X2：當(dāng)X1＞Xc

和X2＜Xc時(shí)，干燥有兩個(gè)階段；當(dāng)X1＜Xc

或X2＞Xc時(shí)，干燥都只有一個(gè)階段，即降速干燥或恒速干燥段。由于物料預(yù)熱段很短，通常將其并入恒速干燥段；以臨界濕含量Xc

為界，可將干燥過(guò)程只分為恒速干燥和降速干燥兩個(gè)階段。ABCD干燥速率u或NABCD物料溫度twXcX*濕含量XIIIC’2023/2/570理論解釋1、恒速干燥段：物料表面濕潤(rùn)，其狀況與濕球溫度計(jì)的濕棉布表面的狀況類似。物料表面的溫度等于空氣的濕球溫度（假設(shè)濕物料受輻射傳熱的影響可忽略）。

X>Xc，汽化的是非結(jié)合水。恒定干燥條件下α和kH不變由物料內(nèi)部向表面輸送的水分足以保持物料表面的充分濕潤(rùn)，干燥速率由水分汽化速率控制(取決于物料外部的干燥條件)，故恒速干燥段又稱為表面汽化控制階段。濕物料與空氣間的q

和N

恒定2023/2/571由于物料表面和空氣間的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程與測(cè)濕球溫度時(shí)的情況基本相同：一批操作中空氣傳給物料的總熱量，kJ。在恒定干燥階段，空氣傳給濕物料的顯熱恰等于水分汽化所需的汽化熱：2023/2/572恒速干燥的特點(diǎn)：（1）u=uc=const.（2）物料表面溫度為tw；（3）在該階段除去的水分為非結(jié)合水分。（4）恒速干燥階段的干燥速率只與空氣的狀態(tài)有關(guān)，而與物料的種類無(wú)關(guān)。2023/2/573物料的結(jié)構(gòu)和吸濕性降速段干燥速率曲線的形狀因物料的結(jié)構(gòu)和吸濕性而異。A多孔性物料(Porousmedia)：濕分主要是藉毛細(xì)管作用由內(nèi)部向表面遷移。B非吸濕性物料(Nonhygroscopicmedia)：依靠毛細(xì)管力的作用使水分向表面?zhèn)鬟f。C吸濕性物料(Hygroscopicmedia)：與水分的親合能力大。D非多孔性物料(Nonporousmedia)：借助擴(kuò)散作用向物料表面輸送濕分，或?qū)穹窒仍趦?nèi)部汽化后以汽態(tài)形式向表面擴(kuò)散遷移。如肥皂、木材、皮革等。不同物料的干燥機(jī)理不同，濕分內(nèi)擴(kuò)散機(jī)理不同，干燥速率曲線的形狀不同，情況非常復(fù)雜，故干燥曲線應(yīng)由實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。2023/2/5742、降速干燥段：X<Xc物料實(shí)際汽化表面變小(出現(xiàn)干區(qū))，第一降速段；隨著干燥過(guò)程的進(jìn)行，物料內(nèi)部水分遷移到表面的速率已經(jīng)小于表面水分的汽化速率。物料表面不能再維持全部潤(rùn)濕，而出現(xiàn)部分“干區(qū)”，即實(shí)際汽化表面減少。去除的水分為結(jié)合、非結(jié)合水分。汽化表面內(nèi)移，第二降速段；當(dāng)物料全部表面都成為干區(qū)后，水分的汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動(dòng)，傳熱是由空氣穿過(guò)干料到汽化表面，汽化的水分又從濕表面穿過(guò)干料到空氣中，降速干燥階段又稱為物料內(nèi)部遷移控制階段。

2023/2/5752023/2/576降速干燥階段特點(diǎn)：（1）隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，干基含水量X減小，干燥速率降低；（2）物料表面溫度大于濕球溫度；（3）除去的水分為非結(jié)合、結(jié)合水分；（4）降速干燥階段的干燥速率與物料種類、結(jié)構(gòu)、形狀及尺寸有關(guān)，而與空氣狀態(tài)關(guān)系不大。2023/2/5773、臨界濕含量（Criticalmoisturecontent）物料在干燥過(guò)程中經(jīng)歷了預(yù)熱、恒速、降速干燥階段，用臨界含水量Xc加以區(qū)分，Xc越大，越早地進(jìn)入降速階段，使完成相同的干燥任務(wù)所需的時(shí)間越長(zhǎng)，Xc的大小不僅與干燥速率和時(shí)間的計(jì)算有關(guān)，同時(shí)由于影響兩個(gè)階段的因素不同，因此確定Xc值對(duì)強(qiáng)化干燥過(guò)程也有重要意義。

Xc

決定兩干燥段的相對(duì)長(zhǎng)短，是確定干燥時(shí)間和干燥器尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)制定干燥方案和優(yōu)化干燥過(guò)程十分重要。注意：Xc

與物料的厚度、大小以及干燥速率有關(guān)，所以不是物料本身的性質(zhì)。一般需由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。2023/2/5782023/2/579第四節(jié)干燥過(guò)程的計(jì)算物料的停留時(shí)間應(yīng)大等于給定條件下將物料干燥至指定的含水量所需的干燥時(shí)間，并由此確定干燥器尺寸。若已知物料的初始濕含量X1

和臨界濕含量Xc，則恒速段的干燥時(shí)間為恒速干燥段的干燥時(shí)間若傳熱干燥面積S為已知，則由上式求干燥時(shí)間的問(wèn)題歸結(jié)為氣固對(duì)流給熱系數(shù)α的求取。1.恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算2023/2/580恒速干燥段的干燥時(shí)間(1)空氣平行流過(guò)靜止物料層的表面L’—濕氣體質(zhì)量流速，kg/(m2·h)；(2)空氣垂直流過(guò)靜止物料層的表面適用條件：L’=2450~29300kg/(m2·h)，氣體溫度45~150℃。適用條件：L’=3900~19500kg/(m2·h)(3)氣體與運(yùn)動(dòng)著的顆粒間的傳熱注意：利用上述方程計(jì)算給熱系數(shù)來(lái)確定干燥速率和干燥時(shí)間，其誤差較大，僅能作為粗略估計(jì)。2023/2/581降速干燥段的干燥時(shí)間(1)圖解積分法降速段的干燥時(shí)間可以從物料干燥曲線上直接讀取。計(jì)算上通常是采用圖解法或解析法。當(dāng)降速段的u~X呈非線性變化時(shí)，應(yīng)采用圖解積分法。在X2~

Xc之間取一定數(shù)量的X值，從干燥速率曲線上查得對(duì)應(yīng)的u，計(jì)算Gc/Su；作圖Gc/Su~X，計(jì)算曲線下面陰影部分的面積。XoXcX2Gc/Su2023/2/582降速干燥段的干燥時(shí)間(2)解析法當(dāng)降速段的u~X呈線性變化時(shí)，可采用解析法。降速段干燥速率曲線可表示為ABCD干燥速率uXuXcX*濕含量Xuc當(dāng)缺乏平衡水分的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可以假設(shè)X*=0，則有干燥時(shí)間為：τ=τ1+τ22023/2/583三、干燥設(shè)備及其工作原理（一）鼓風(fēng)烘箱干燥器及其原理

廂式干燥器1-空氣入口；2-空氣出口；3-風(fēng)機(jī)；4-電動(dòng)機(jī)；5-加熱器；6-擋板；7-盤架；8-移動(dòng)輪2023/2/584

廂式干燥器是用數(shù)顯儀表與溫度傳感器的連接來(lái)控制工作室的溫度,采用熱風(fēng)循環(huán)送風(fēng)來(lái)干燥物料，熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)分為水平送風(fēng)和垂直送風(fēng)，均經(jīng)過(guò)專業(yè)設(shè)計(jì)，風(fēng)源是由電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)送風(fēng)風(fēng)輪，使吹出的風(fēng)吹在電熱管上，形成了熱風(fēng)，將熱風(fēng)由風(fēng)道送入廂式干燥器的工作室，且將使用后的熱風(fēng)再次吸入風(fēng)道成為風(fēng)源再度循環(huán)加熱，大大提高了溫度均勻性。如箱門使用中被開(kāi)關(guān)，可借此送風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)迅速恢復(fù)操作狀態(tài)溫度值。2023/2/585（二）網(wǎng)帶烘干干燥設(shè)備網(wǎng)帶烘干干燥設(shè)備

網(wǎng)帶式烘干機(jī)主要原理是將物料均勻的平鋪在網(wǎng)帶上，網(wǎng)帶采用12-60目的鋼絲網(wǎng)帶，由傳動(dòng)裝置拖動(dòng)在干燥機(jī)內(nèi)往返移動(dòng)，熱風(fēng)在物料間穿流而過(guò)，水蒸氣從排濕孔中排出，從而達(dá)到干燥的目的。2023/2/586（三）鼓風(fēng)干燥料斗

鼓風(fēng)干燥料斗及其結(jié)構(gòu)示意圖2023/2/587進(jìn)風(fēng)2023/2/588（四）氣流式干燥器氣流干燥器1-料斗2-螺旋加料器3-空氣過(guò)濾器4-風(fēng)機(jī)5-預(yù)熱器2023/2/589（四）氣流式干燥器2023/2/590（五）沸騰床干燥器（a）單層流化床（b）多層流化床（c）臥式多式流化床

流化床干燥器1-多孔分布板；2-加料口；3-出料口；4-擋板；5-物料通道（間隙）；6-出口堰板2023/2/591（六）紅外干燥器2023/2/592（七）微波干燥器2023/2/593四、塑料干燥實(shí)例（一）PC注射成型前的干燥聚碳酸酯的吸水曲線2023/2/594聚碳酸酯注射成型時(shí)允許的水分含量為0.02-0.03%，為了達(dá)到PC水分含量要求，在注射成型前可對(duì)PC樹(shù)脂進(jìn)行鼓風(fēng)干燥或真空干燥，對(duì)于大批量的PC樹(shù)脂干燥還可采用沸騰床干燥。當(dāng)