中山大學(xué)化工原理課件-第9章-干燥

干燥Drying丁楠2023/7/31干燥Drying丁楠2023/7/311序言一、去濕及其方法二、干燥方法三、對(duì)流干燥的傳熱傳質(zhì)過程2023/7/31序言一、去濕及其方法2023/7/312一、去濕及其方法1、何為去濕？從物料中脫除濕分的過程稱為去濕。濕分：不一定是水分！2、去濕方法機(jī)械去濕法：擠壓（擰衣服、過濾）物理法：濃硫酸吸收,分子篩吸附,膜法脫濕化學(xué)法：利用化學(xué)反應(yīng)脫除濕分（CaO）干燥法：加熱2023/7/31一、去濕及其方法1、何為去濕？從物料中脫除濕分的過程稱為去濕3二、干燥方法

1、傳導(dǎo)干燥熱能通過傳熱壁面以傳導(dǎo)的方式傳給濕物料被干燥的物料與加熱介質(zhì)不直接接觸，屬間接干燥優(yōu)點(diǎn)：熱能利用較多缺點(diǎn)：與傳熱壁面接觸的物料易局部過熱而變質(zhì)，受熱不均勻。例如紙制品可以鋪在熱滾筒上進(jìn)行干燥。

2023/7/31二、干燥方法1、傳導(dǎo)干燥2023/7/3142、輻射干燥熱能以電磁波的形式由輻射器發(fā)射到濕物料表面，被物料吸收轉(zhuǎn)化為熱能，而將水分加熱汽化。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力強(qiáng)，干燥產(chǎn)物均勻缺點(diǎn)：能耗大例如用紅外線干燥自行車表面油漆3、介電加熱干燥將需干燥的物料置于交頻電場(chǎng)內(nèi)，利用高頻電場(chǎng)的交變作用將濕物料加熱，水分汽化，物料被干燥。優(yōu)點(diǎn)：干燥時(shí)間短，干燥產(chǎn)品均勻而潔凈。缺點(diǎn)：費(fèi)用大。例如微波干燥食品2023/7/312、輻射干燥2023/7/3154、對(duì)流干燥熱能以對(duì)流給熱的方式由熱干燥介質(zhì)（通常熱空氣）傳給濕物料，使物料中的水分汽化。物料內(nèi)部的水分以氣態(tài)或液態(tài)形式擴(kuò)散至物料表面，然后汽化的蒸汽從表面擴(kuò)散至干燥介質(zhì)主體，再由介質(zhì)帶走的干燥過程稱為對(duì)流干燥。優(yōu)點(diǎn)：受熱均勻，所得產(chǎn)品的含水量均勻。缺點(diǎn)：熱利用率低。

討論以熱空氣為干燥介質(zhì)，以水為濕分的對(duì)流干燥2023/7/314、對(duì)流干燥討論以熱空氣為干燥介質(zhì)，以水為濕分的對(duì)流干燥26三、對(duì)流干燥原理溫度為t、濕份分壓為p的濕熱氣體流過濕物料的表面，物料表面溫度ti低于氣體溫度t。1、傳熱過程由于溫差的存在，氣體以對(duì)流方式向固體物料傳熱，使水分汽化；2、傳質(zhì)過程在分壓差的作用下，水分由物料表面向氣流主體擴(kuò)散，并被氣流帶走。干燥介質(zhì)Q濕物料表面Q濕物料內(nèi)部濕物料內(nèi)部水分濕物料表面

水分干燥介質(zhì)

2023/7/31三、對(duì)流干燥原理溫度為t、濕份分壓為p的濕熱氣體流過濕7物料QNTtwpwp干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體干燥過程：物料的去濕過程介質(zhì)的降溫增濕過程注意：只要物料表面的水分分壓高于氣體中水分分壓，干燥即可進(jìn)行，與氣體的溫度無關(guān)。氣體預(yù)熱并不是干燥的充要條件，其目的在于加快水分汽化和物料干燥的速度，達(dá)到一定的生產(chǎn)能力。干燥是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過程2023/7/31物料QNTtwpwp干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體注意：只8第一節(jié)濕空氣的性質(zhì)和濕度圖一、濕空氣的性質(zhì)二、濕度圖及其應(yīng)用2023/7/31第一節(jié)濕空氣的性質(zhì)和濕度圖一、濕空氣的性質(zhì)2023/79一、濕空氣的性質(zhì)1、

水汽分壓pw

P（總壓）=pa（干空氣）+pw（水汽）空氣中水汽分壓越大，水汽含量就越高。摩爾量之比：（一）空氣中水蒸氣含量的表示方法2023/7/31一、濕空氣的性質(zhì)1、

水汽分壓pw空氣中水汽分壓越大，102、濕度H（humidity）濕空氣中水汽的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比，又稱濕含量。對(duì)于水蒸氣~空氣系統(tǒng)：

2023/7/312、濕度H（humidity）濕空氣中水汽的質(zhì)量與絕干空氣11當(dāng)濕空氣中水汽分壓pw等于該空氣溫度下的飽和蒸汽壓ps時(shí)，其濕度稱為飽和濕度，用Hs表示。2023/7/31當(dāng)濕空氣中水汽分壓pw等于該空氣溫度下的飽和蒸汽壓ps123、相對(duì)濕度百分?jǐn)?shù)φ（relativehumidity）

在總壓P一定的條件下，濕空氣中水蒸氣分壓pw與同溫度下的飽和蒸汽壓ps之比。相對(duì)濕度代表濕空氣的不飽和程度，φ愈低，表明該空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn)，干燥能力越大。Φ=1，濕空氣達(dá)到飽和，不能作為干燥介質(zhì)。2023/7/313、相對(duì)濕度百分?jǐn)?shù)φ（relativehumidity13將

代入

在總壓一定時(shí)1、比容

在濕空氣中，1kg絕干空氣體積和相應(yīng)水汽體積之和，又稱濕容積。

（二）濕比容單位為m3濕空氣

?kg干空氣2023/7/31將代入在總壓一定時(shí)1、比容在濕空氣中，114取1Kmol，29Kg，22.4m3,2023/7/31取1Kmol，29Kg，22.4m3,2023/7/31151、比熱

常壓下，將濕空氣1Kg絕干空氣及相應(yīng)水汽的溫度升高（或降低）1℃所需要（或放出）的熱量，稱為濕比熱。

（三）濕空氣的熱參數(shù)2023/7/311、比熱常壓下，將濕空氣1Kg絕干空氣及相162、濕空氣的焓濕空氣中1kg絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之和。

Iw=r0+cwt焓是相對(duì)值，00C的干空氣和液態(tài)水的焓為基準(zhǔn)態(tài)（0），水汽包括00C時(shí)的汽化潛熱和00C以上的顯熱，干空氣只包括顯熱，Ia=cat2023/7/312、濕空氣的焓濕空氣中1kg絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之17(四)濕空氣的溫度1）干球溫度t用普通溫度計(jì)測(cè)得的濕空氣的真實(shí)溫度2）濕球溫度濕球溫度計(jì)在溫度為t，濕度為H的不飽和空氣流中，達(dá)到平衡或穩(wěn)定時(shí)所顯示的溫度。2023/7/31(四)濕空氣的溫度1）干球溫度t2023/7/3118t大量的濕空氣t,Htw水2023/7/31t大量的濕空氣tw水2023/7/3119t大量的濕空氣t,H水表面水的分壓高N,kH水向空氣主體傳遞Q,自身降溫，吸熱t(yī)w水溫不再下降，達(dá)到平衡2023/7/31t大量的濕空氣水表面水的分壓高N,kH水向空氣Q,自身降溫20對(duì)于空氣~水蒸氣系統(tǒng)而言

在一定的總壓下，已知t、tw能否確定H?事實(shí)上，不論水溫如何，最終必將達(dá)到此動(dòng)態(tài)平衡2023/7/31對(duì)于空氣~水蒸氣系統(tǒng)而言在一定的總壓下，已知t、tw能否確213、絕熱飽和冷卻溫度

水分向空氣中汽化

空氣降溫增濕飽和絕熱焓不變與外界無熱量交換，既無熱量補(bǔ)充，又無熱量損失。

2023/7/313、絕熱飽和冷卻溫度水分向空氣中汽化空氣降溫增濕飽和絕熱22對(duì)絕熱飽和器作焓衡算，即可求出絕熱飽和溫度

一般H及Has

值均很小

2023/7/31對(duì)絕熱飽和器作焓衡算，即可求出絕熱飽和溫度一般H及Ha23

是濕空氣在絕熱、冷卻、增濕過程中達(dá)到的極限冷卻溫度。對(duì)于空氣~水系統(tǒng)，

注意：絕熱飽和溫度于濕球溫度的區(qū)別和聯(lián)系！2023/7/31

24

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)過接觸后達(dá)到的穩(wěn)定溫度，空氣增濕、降溫。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。不同之處：1、濕空氣均為等焓變化、2、均為空氣狀態(tài)（t、H）的函數(shù)3、對(duì)于空氣水體系,tw

tas，

相同之處：2023/7/311、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254、露點(diǎn)

t,pwt1,pwt2,pw

=Ps,d

將不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度2023/7/314、露點(diǎn)t,pwt1,p26

對(duì)于水蒸汽~空氣系統(tǒng)，干球溫度、絕熱飽和溫度和露點(diǎn)間的關(guān)系為：

不飽和空氣：

飽和空氣：

2023/7/31對(duì)于水蒸汽~空氣系統(tǒng)，干球溫度、絕熱飽和溫度27二.氣體濕度圖（Humiditychart）濕氣體參數(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。2023/7/31二.氣體濕度圖（Humiditychart）濕氣體參數(shù)的計(jì)28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。橫坐標(biāo)：空氣的干球溫度，所有縱線為等溫線。右側(cè)縱坐標(biāo)：空氣的濕度，所有的橫線為等濕度線。(1)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)。(2)絕熱冷卻線（等tas線）對(duì)給定的tas：t

=f(H)2023/7/31空氣濕度圖的繪制（Humiditychart）對(duì)于空氣-29(3)濕熱-濕度線(cH-H)

總壓P=101.325kPa時(shí)：

濕比熱是濕度的函數(shù)，在圖中的溫度范圍內(nèi)與溫度無關(guān)。(4)濕比容-溫度線(H

-H)對(duì)于P=101.325kPa的飽和空氣：

若已知濕度和溫度，即可由對(duì)應(yīng)直線查得氣體濕比容。由于Has=f(t)，故Has

=f(t)。2023/7/31(3)濕熱-濕度線(cH-H)總壓P=30tdIcH三.濕度圖的應(yīng)用ttas=twVH2023/7/31tdIcH三.濕度圖的應(yīng)用ttas=twVH2023/731過P點(diǎn)的絕熱冷卻線與=100%的等相對(duì)濕度線的交點(diǎn)在橫坐標(biāo)上對(duì)應(yīng)的值即為絕熱飽和溫度。讀得

tas=52℃，即tw=

tas=52

℃；解：由t=62℃的等溫線和H=0.092的等濕度線可以確定一個(gè)交點(diǎn)P：過P點(diǎn)的等

線上讀得=60%；空氣濕度圖的用法（Useofhumiditychart）【例1】已知t=62℃，H=0.092，求、tas、tw、td、cH和iH。cH~H=60%1.18cH

kJ/(kg絕干氣體·K)

0.092濕度H絕熱冷卻線tdtas62℃溫度tP過P點(diǎn)的等濕度線（H=0.092）與=100%的等相對(duì)濕度線的交點(diǎn)，在橫坐標(biāo)上對(duì)應(yīng)的值即為露點(diǎn)溫度，讀得

td=51℃；過P點(diǎn)的等濕度線與

cH-H

線的交點(diǎn)在頂部橫軸上的讀數(shù)即為

cH

，讀得

cH

=1.18

kJ/(kg絕干氣體·K)；=100%52℃51℃2023/7/31過P點(diǎn)的絕熱冷卻線與=100%的等相對(duì)濕度線的交點(diǎn)在橫坐32空氣濕度圖的用法（Useofhumiditychart）在橫軸上作t=52℃的等溫線與=100%的等相對(duì)濕度線相交，作過此交點(diǎn)的絕熱冷卻線，與t=62℃的等溫線的交點(diǎn)即為空氣狀態(tài)P點(diǎn)。【例2】測(cè)得空氣的干球溫度t=62℃，濕球溫度tw=52℃，試求空氣的H、、tas、td。

解：tw=tas=52℃；先確定tas=52℃的絕熱冷卻線。=60%0.092濕度H絕熱冷卻線tdtas62℃溫度tP=100%52℃51℃由氣體狀態(tài)P

點(diǎn)，用上例中類似的方法可以查出H=0.092，=60%，td=51℃2023/7/31空氣濕度圖的用法（Useofhumiditychar33空氣濕度圖的用法（Useofhumiditychart）【例3】已知空氣的露點(diǎn)溫度

td=51℃，相對(duì)濕度

=60%，試求

t、H、tas、tw。解：由

t=51℃的等溫線與=100%的等相對(duì)濕度線的交點(diǎn)作過該點(diǎn)的等濕度線(H=0.092)，該線與

=60%的等相對(duì)濕度線交于

P

點(diǎn)。=60%0.092濕度H絕熱冷卻線tdtas62℃溫度tP=100%52℃51℃由氣體狀態(tài)P點(diǎn)，用上例中類似的方法可以讀出

P點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空氣參數(shù)：t=62℃，H=0.092，tas=tw=52℃2023/7/31空氣濕度圖的用法（Useofhumiditychar342．表示濕空氣的狀態(tài)變化過程兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，確定空氣狀態(tài)點(diǎn)，

j=100%H

j=100%H

AB

t

t

(a)加熱過程

(b)冷卻過程

ABC2023/7/312．表示濕空氣的狀態(tài)變化過程兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，確定空氣狀態(tài)點(diǎn)，35

j=100%

H

B絕熱飽和線

A

t

(c)絕熱增濕、降溫過程

2023/7/31j36ABCDΦ＝1tH濕空氣在t－H圖上經(jīng)歷如右圖示A→B→C→D→A的封閉循環(huán)。試說明：（1）各部分的作用；（2）B、C兩點(diǎn)所代表的空氣何者接受水份的能力較強(qiáng)。答：

A→B等濕增溫B→C降溫增濕

C→D等濕降溫至飽和D→A維持飽和降溫降濕B點(diǎn)的相對(duì)濕度小,B點(diǎn)接受水分能力強(qiáng)2023/7/31ABCDΦ＝1tH濕空氣在t－H圖上經(jīng)歷如右圖示A→B→C→37將不飽和濕空氣冷卻至露點(diǎn)，再維持飽和度不變降溫，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)兩個(gè)可行的過程（每一個(gè)過程有一個(gè)參數(shù)不變）將空氣恢復(fù)到原狀態(tài)，指出不變的參數(shù)，并在t-H圖上定性畫出該循環(huán)過程.①—等濕升溫①—等濕升溫②—等溫增濕②—φ不變升溫增濕

2023/7/31將不飽和濕空氣冷卻至露點(diǎn)，再維持飽和度不變降溫，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)兩個(gè)可382023/7/312023/7/3139Hkg水/kg絕干氣IkJ/kg絕干氣t℃

φpkPa橫坐標(biāo)H，

等濕線（平行于縱坐標(biāo)）

縱坐標(biāo)I，

等焓線（45℃于橫坐標(biāo)）等溫線t等相對(duì)濕度線φ等分壓線p總壓一定H＝0.622φps/(P-φps)p＝PH/(0.622+H)，一般H很小2023/7/31Hkg水/kg絕干氣IkJ/kg絕干氣t℃φ40A由測(cè)出的參數(shù)確定濕空氣的狀態(tài)a）水與空氣系統(tǒng)，已知空氣的干球溫度

t和濕球溫度

tw，確定該空氣的狀態(tài)點(diǎn)

A(t,H)。2023/7/31A由測(cè)出的參數(shù)確定濕空氣的狀態(tài)a）水與空氣系統(tǒng)，已知空氣的干41tdAb）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和td，求原始狀態(tài)點(diǎn)

A(t,H)。2023/7/31tdAb）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和td，求原始狀態(tài)點(diǎn)42Ac）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和φ，求原始狀態(tài)點(diǎn)A

的位置2023/7/31Ac）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和φ，求原始狀態(tài)點(diǎn)43已知濕空氣某兩個(gè)可確定狀態(tài)的獨(dú)立變量，求該濕空氣的其他參數(shù)和性質(zhì)

例：已知濕空氣的干球溫度t=30℃，相對(duì)濕度φ=0.6，求濕空氣的濕度H，露點(diǎn)td、tas。t=30AH=0.016kg/kg干氣D等焓線Ctas=23td=21℃2023/7/31已知濕空氣某兩個(gè)可確定狀態(tài)的獨(dú)立變量，求該濕空氣的其他參數(shù)和44一、濕物料中含水量的表示方法二、干燥系統(tǒng)的物料衡算三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算四、干燥過程的圖解第二節(jié)干燥過程的物料與熱量衡算2023/7/31一、濕物料中含水量的表示方法第二節(jié)干燥過程的物料與熱量衡45一、濕物料中含水量的表示方法1、濕基含水量w

2、干基含水量X3、換算關(guān)系

2023/7/31一、濕物料中含水量的表示方法1、濕基含水量w2、干基含水量46干燥過程干燥室預(yù)熱器二、干燥系統(tǒng)的物料衡算空氣預(yù)熱的作用？2023/7/31干燥過程干燥室預(yù)熱器二、干燥系統(tǒng)的物料衡算空氣預(yù)熱的作用？247求解：干燥介質(zhì)用量，蒸發(fā)的水分量等預(yù)熱器L,t0,H0L,t1,H1干燥室L,t2,H2濕物料G1,w1,(X1)產(chǎn)品G2,w2,(X2)新鮮空氣廢氣L——絕干空氣質(zhì)量流量，[kg干氣/hr]；G1、G2——物料進(jìn)出干燥器總量，[kg物料/hr]。w1(X1)，w2(X2)：干燥前后濕物料的濕（干）基含水量；H1，H2：干燥前后濕空氣的濕度。2023/7/31求解：干燥介質(zhì)用量，蒸發(fā)的水分量等預(yù)熱器L,t0,H0481、水分蒸發(fā)量

＝濕物料中水分減少量＝濕空氣中水分增加量絕對(duì)干物料質(zhì)量2023/7/311、水分蒸發(fā)量＝濕物料中水分減少量絕對(duì)干物料質(zhì)量2023/492、空氣消耗量L單位空氣消耗量l

（每蒸發(fā)1kg水分時(shí)，消耗的絕干空氣數(shù)量）因?yàn)椋篐1=H0

2023/7/312、空氣消耗量L單位空氣消耗量l（每蒸發(fā)1kg水分時(shí)，消50夏季要比冬季空氣的消耗量大?？諝獾墓娘L(fēng)機(jī)等裝置要以全年最熱月份的空氣消耗量來決定濕空氣的體積流量。3、干燥產(chǎn)品流量G2

對(duì)干燥器作絕干物料的衡算

2023/7/31夏季要比冬季空氣的消耗量大?？諝獾墓娘L(fēng)機(jī)等裝置要以全年最熱月51例：在一連續(xù)干燥器中，每小時(shí)處理濕物料1000kg，經(jīng)干燥后物料的含水量由10%降至2%（wb）。以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始濕度H1=0.008kg水/kg絕干氣，離開干燥器時(shí)濕度為H2=0.05kg水/kg絕干氣，假設(shè)干燥過程中無物料損失.試求：水分蒸發(fā)量、空氣消耗量以及干燥產(chǎn)品量。解:1）水分蒸發(fā)量：將物料的濕基含水量換算為干基含量，即:2023/7/31例：在一連續(xù)干燥器中，每小時(shí)處理濕物料1000kg，經(jīng)干52（2）空氣消耗量進(jìn)入干燥器的絕干物料為GC

=G1(1－w1)=1000(1－0.1)=900kg絕干料/h

水分蒸發(fā)量為W=GC(X1－X2)=900(0.111－0.0204)=81.5kg水/h2023/7/31（2）空氣消耗量進(jìn)入干燥器的絕干物料為2023/7/3153（3）干燥產(chǎn)品量原濕空氣的消耗量為：

L?=L(1+H1)=1940(1+0.008)=1960kg濕空氣/h

單位空氣消耗量（比空氣用量）為：2023/7/31（3）干燥產(chǎn)品量原濕空氣的消耗量為：2023/7/3154三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算

1、熱量衡算的基本方程QP：預(yù)熱器內(nèi)加入的熱量，[kJ/h]；QD：干燥器內(nèi)補(bǔ)充的熱量，[kJ/h]；QL：干燥器的熱損失，[kJ/h]。QDQLG1,X1,G2,X2,QP2023/7/31三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算1、熱量衡算的基本方程QP：預(yù)熱器55忽略預(yù)熱器的熱損失，對(duì)預(yù)熱器列焓衡算：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量為：對(duì)干燥器列焓衡算，以1s為基準(zhǔn)單位時(shí)間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量為單位時(shí)間內(nèi)干燥系統(tǒng)消耗的總熱量為——連續(xù)干燥系統(tǒng)熱量衡算的基本方程式2023/7/31忽略預(yù)熱器的熱損失，單位時(shí)間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量為：對(duì)干燥器56(1)預(yù)熱器的加熱量若忽略熱損失，則(2)干燥室的熱量衡算輸入量1）濕物料帶入熱量（焓值）cm：濕物料的平均比熱，[kJ/kg濕料℃]；cw：水的比熱，[kJ/kg水℃]。2023/7/31(1)預(yù)熱器的加熱量若忽略熱損失，則(2)干燥室的熱量衡572）空氣帶入的焓值3）干燥器補(bǔ)充加入的熱量輸出量1）干物料G2帶出焓值：2）廢氣帶出焓值：3）熱損失：2023/7/312）空氣帶入的焓值3）干燥器補(bǔ)充加入的熱量輸出量1）干物料G58Σ輸入＝Σ輸出所需外加總熱量Q：加熱空氣蒸發(fā)水分加熱物料熱損失2023/7/31Σ輸入＝Σ輸出所需外加總熱量Q：加熱空氣蒸發(fā)水分加熱物料熱592023/7/312023/7/31602、干燥系統(tǒng)的熱效率蒸發(fā)水分所需的熱量為忽略物料中水分帶入的焓2023/7/312、干燥系統(tǒng)的熱效率蒸發(fā)水分所需的熱量為忽略物料中水分帶61影響熱效率的因素因此，t2不能過低，一般規(guī)定t2比進(jìn)入干燥器時(shí)空氣的濕球溫度tw高20~50℃。3.回收廢氣中熱量4.加強(qiáng)管道保溫，減少熱損失1.一定時(shí)，傳熱推動(dòng)力傳質(zhì)推動(dòng)力2.一定時(shí)，2023/7/31影響熱效率的因素因此，t2不能過低，一般規(guī)定t262等焓干燥過程（絕熱干燥過程或理想干燥過程）——空氣在進(jìn)、出干燥室的焓值不變。規(guī)定：不向干燥室中補(bǔ)充熱量QD=0；忽略干燥室向周圍散失的熱量QL=0；實(shí)際干燥過程——在非絕熱情況下進(jìn)行的干燥過程。四、干燥過程的圖解2023/7/31等焓干燥過程（絕熱干燥過程或理想干燥過程）——空氣在進(jìn)、出干631.過程分析：令則有：2023/7/311.過程分析：令則有：2023/7/3164：外界補(bǔ)充的熱量及濕物料中被汽化水分帶入的熱量；補(bǔ)充熱：熱損失及濕物料在干燥室獲得的熱量。損失熱即：△=補(bǔ)充熱﹣損失熱2023/7/31：外界補(bǔ)充的熱量及濕物料中被汽化水分：熱損失及濕物料在干燥室651）等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況：空氣放出的顯熱完全用于蒸發(fā)水分所需的潛熱，而水蒸汽又把這部分潛熱帶回到空氣中，所以空氣焓值不變。濕物料中水分帶入的熱量及干燥器補(bǔ)充的熱量正好與熱損失及物料升溫所需的熱量相抵消，此時(shí)，空氣的焓值也保持不變。IHt2Ct1BH0t0A2023/7/311）等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況：空氣放66H0t0AIHt1Bt2C2）實(shí)際干燥過程：a.補(bǔ)充熱量小于損失的熱量理想操作線BC:過點(diǎn)B的等焓線C1下方b.補(bǔ)充熱量大于損失的熱量即C2上方補(bǔ)充的熱量足夠多，恰使干燥過程在等溫下進(jìn)行,操作線為過B點(diǎn)的等溫線

BC3C3實(shí)際操作線BC1:在等焓線的下方實(shí)際操作線BC2:在等焓線的上方2023/7/31H0t0AIHt1Bt2C2）實(shí)際干燥過程：a.補(bǔ)充熱量小672.空氣出口狀態(tài)的確定方法——確定H2、I2a.計(jì)算法b.圖解法102ABCI1

t2

t0

t1

I0H0H1H2(H2、I2)2023/7/312.空氣出口狀態(tài)的確定方法——確定H2、I2a.計(jì)算法68

例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進(jìn)行干燥,濕物料的流量為1kg/s，初始濕基含水量為3.5%,干燥產(chǎn)品的濕基含水量為0.5%?？諝鉅顩r為：初始溫度為25℃，濕度為0.005kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)干燥器的溫度為140℃,若離開干燥器的溫度選定為60℃和40℃，試分別計(jì)算需要的空氣消耗量及預(yù)熱器的傳熱速率。又若空氣在干燥器的后續(xù)設(shè)備中溫度下降了10℃，試分析以上兩種情況下物料是否返潮？假設(shè)干燥器為理想干燥器。2023/7/31例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進(jìn)行干燥,濕69解：因在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過程，

℃℃2023/7/31解：因在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過程，℃℃2023/7/3170絕干物料量：絕干空氣量：2023/7/31絕干物料量：絕干空氣量：2023/7/3171預(yù)熱器的傳熱速率℃2023/7/31預(yù)熱器的傳熱速率℃2023/7/3172分析物料的返潮情況當(dāng)t2=60℃時(shí)，干燥器出口空氣中水汽分壓為t=50℃時(shí)，飽和蒸汽壓ps=12.34kPa，即此時(shí)空氣溫度尚未達(dá)到氣體的露點(diǎn)，不會(huì)返潮。2023/7/31分析物料的返潮情況當(dāng)t2=60℃時(shí)，干燥器出口空氣中水汽分73t=30℃時(shí)，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，物料可能返潮。當(dāng)t2=40℃時(shí)，干燥器出口空氣中水汽分壓為2023/7/31t=30℃時(shí)，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，物料可能返潮74第三節(jié)干燥速度和干燥時(shí)間一、物料中所含水分的性質(zhì)二、固體物料的干燥機(jī)理三、干燥曲線和干燥速率曲線四、干燥時(shí)間的計(jì)算2023/7/31第三節(jié)干燥速度和干燥時(shí)間一、物料中所含水分的性質(zhì)20275一、物料中所含水分的性質(zhì)干燥過程，就是物料的濕份由物料內(nèi)部遷至外部，再由外部汽化進(jìn)入空氣主體的過程。干燥速率取決于：濕空氣的性質(zhì)、物料所含水份的性質(zhì)。2023/7/31一、物料中所含水分的性質(zhì)干燥過程，就是物料的濕份由物料內(nèi)部遷76一、物料中所含水分的性質(zhì)

1、平衡水分與自由水分1）平衡水分（X*）

用某種空氣無法再去除的水分。

與物料的種類、溫度及空氣的相對(duì)濕度有關(guān)

物料中的平衡水分隨溫度升高而減小隨濕度的增加而增加。PwPS干燥推動(dòng)力：時(shí)，物料中還存在的水分；不能用干燥方法除去的X*=f（物料種類、空氣性質(zhì)）2023/7/31一、物料中所含水分的性質(zhì)1、平衡水分與自由水分PwPS干燥772）自由水分

在干燥過程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分。木材與，的空氣接觸時(shí)，；與，的空氣接觸時(shí)，2023/7/312）自由水分木材與，78結(jié)合水分：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，pw<ps。包括溶漲水分和小毛細(xì)管中的水分。水與物料結(jié)合力強(qiáng)，難于除去非結(jié)合水分

:機(jī)械地附著在物料表面，產(chǎn)生的蒸汽壓與純水無異，pw＝ps。包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。水與物料結(jié)合力弱，容易除去。

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。2、結(jié)合水分和非結(jié)合水分2023/7/31結(jié)合水分：與物料之間有物理化學(xué)作用，因而產(chǎn)生的蒸汽壓79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：物料細(xì)胞壁或纖維皮壁內(nèi)的水分。結(jié)合水：包括溶漲水分和小毛細(xì)管中的水分。非結(jié)合水：包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。平衡水分一定是結(jié)合水分；自由水分包括了全部非結(jié)合水分和一部分結(jié)合水分。

2023/7/31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。結(jié)80將圖中各線延長(zhǎng)，與相交，交點(diǎn)以左的為結(jié)合水分。交點(diǎn)以右的為非結(jié)合水分。濕含量XX相對(duì)濕度非結(jié)合水分結(jié)合水分01.00.52023/7/31將圖中各線延長(zhǎng)，與相交，交81平衡水分一定是結(jié)合水分；自由水分包括了全部非結(jié)合水分和一部分結(jié)合水分。1.02023/7/31平衡水分一定是結(jié)合水分；1.02023/7/3182

在橫坐標(biāo)是φ，縱坐標(biāo)是X的圖中，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?？偹肿杂伤制胶馑址墙Y(jié)合水分結(jié)合水分x*x0x1空氣相對(duì)濕度φ100%物料的含水量02023/7/31在橫坐標(biāo)是φ，縱坐標(biāo)是X的圖中，物料的總水分、83【練習(xí)】在常壓25℃下，水分在ZnO與空氣間的平衡關(guān)系為：相對(duì)濕度φ＝100%，平衡含水量X*＝0.2kg水/kg干料?，F(xiàn)ZnO的含水量為0.25kg水/kg干料，令其與25℃，φ＝40%的空氣接觸，平衡含水量X*＝0.07kg水/kg干料，求物料的自由水分、平衡水分、結(jié)合水分和非結(jié)合水分。X=0.25X*＝0.07＝40﹪0總含水量平衡水分自由水分結(jié)合水分非結(jié)合水分0.21.0平衡水分=0.07自由水分=0.25-0.07=0.18結(jié)合水分=0.2非結(jié)合水分=0.25-0.2=0.05解：2023/7/31【練習(xí)】在常壓25℃下，水分在ZnO與空氣間的平衡關(guān)系為：X84二、固體物料的干燥機(jī)理1．表面汽化控制：表面汽化速率內(nèi)部擴(kuò)散速率當(dāng)濕物料（其含水量大于平衡含水量）與干燥介質(zhì)（熱空氣）接觸，其表面水分汽化，形成表面與內(nèi)部的濕度差，水分由內(nèi)部向表面擴(kuò)散。在干燥的不同時(shí)期，其控制機(jī)理不同：內(nèi)部水分能迅速到達(dá)表面，物料表面足夠濕潤(rùn)，其表面溫度可取tW，干燥速率受表面汽化速率控制，此類干燥操作完全受干燥介質(zhì)性質(zhì)而定。如：紙、皮革的干燥——恒速干燥階段2023/7/31二、固體物料的干燥機(jī)理1．表面汽化控制：表面汽化速率內(nèi)部擴(kuò)852．內(nèi)部擴(kuò)散控制：表面汽化速率內(nèi)部擴(kuò)散速率內(nèi)部水分不能迅速到達(dá)表面，物料表面不能完全濕潤(rùn)，蒸發(fā)面向物料內(nèi)部移動(dòng)。這種情況必須想法增加內(nèi)部擴(kuò)散速率，或降低表面汽化速率。如：木材常用濕空氣干燥，否則表面干燥，內(nèi)部潮濕，將引起表面干燥收縮而發(fā)生繞曲?！邓俑稍镫A段2023/7/312．內(nèi)部擴(kuò)散控制：表面汽化速率內(nèi)部擴(kuò)散速率內(nèi)部水分不能迅速86三、干燥曲線和干燥速率曲線干燥曲線：恒定干燥條件下，物料的含水率X與表面溫度θ與干燥時(shí)間τ的關(guān)系

干燥速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位干燥面積上汽化的水分量

2023/7/31三、干燥曲線和干燥速率曲線干燥曲線：恒定干燥條件下，物料的87天平毫伏表濕物料干燥介質(zhì)熱電偶1、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線——測(cè)定物料含水量與溫度隨時(shí)間的關(guān)系隨干燥時(shí)間的延續(xù)，水分不斷汽化，濕料的質(zhì)量不斷下降，直至恒值。此時(shí)為動(dòng)態(tài)平衡，含水量為平衡含水量。將物料放入電烘箱烘干到恒重，即為物料的絕干質(zhì)量Gc記錄：時(shí)間～物料質(zhì)量～物料溫度～

2023/7/31天平毫伏表濕物料干燥介質(zhì)熱電偶1、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線——測(cè)88恒定干燥條件下，用于描述物料含水量X、干燥時(shí)間θ及物料表面溫度t之間的關(guān)系曲線。干燥曲線：空氣的溫度、濕度、流速及物料接觸方式不變X-

線t-

線ABCDEX1物料含水量X

物料表面溫度

t

t1干燥時(shí)間

XcX*0t2tW0為了比較不同物料在相同條件下的干燥速率，還可以把干燥曲線轉(zhuǎn)化成干燥速率曲線。2023/7/31恒定干燥條件下，用于描述物料含水量X、干燥時(shí)間θ及物料891）干燥速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位干燥面積上汽化的水分量。2、干燥速率曲線ABC段：恒速干燥階段

AB段：預(yù)熱段

BC段：恒速段CDE段：降速干燥階段C點(diǎn)：臨界點(diǎn)

XC：臨界含水量E點(diǎn)：平衡點(diǎn)

X*：平衡水分2023/7/311