第五章 固體干燥

第五章固體干燥第1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月教學要求重點：干燥介質(zhì)的濕、熱性質(zhì)，干燥過程的物、熱衡算，干燥過程的平衡及速率關(guān)系。

基本概念：干燥介質(zhì)的九個性質(zhì)；干基濕含量；濕基濕含量；等焓干燥過程；絕熱干燥過程；熱效率與干燥效率；結(jié)合濕份、非結(jié)合濕份、平衡濕份、自由濕份、最大吸濕濕含量；恒定干燥條件；恒速段、降速段、臨界濕含量。第2頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月教學要求基本公式：干燥介質(zhì)九個性質(zhì)的計算；干燥過程的物料衡算；預熱器、干燥器的熱衡算；恒定干燥條件下干燥時間的計算。第3頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月教學要求理解分析：干燥介質(zhì)的作用；提高干燥過程的熱效率與干燥效率的措施；干燥過程的平衡關(guān)系；傳質(zhì)方向與限度的確定；恒定干燥條件下的干燥曲線及干燥速率曲線及測定方法；恒速段、降速段出現(xiàn)的原因及影響因素。第4頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-0

概述1.干燥——利用熱能，使固體物料中的濕分汽化除去的方法。其它除去固體中濕分的方法？2.分類按操作壓強常壓干燥真空干燥為什么不加壓？按操作方式連續(xù)干燥間歇干燥第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-0

概述按傳熱方式傳導干燥（滾筒干燥）對流干燥流化床干燥噴霧干燥輻射干燥（紅外干燥）介電干燥（微波干燥）干燥介質(zhì)作用：載熱體、載濕體物料：熱空氣、過熱水蒸汽、煙道氣常壓連續(xù)對流干燥轉(zhuǎn)筒干燥器第6頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-0

概述干燥過程——熱、質(zhì)同時傳遞的綜合過程。tWptwpwQ濕物料干燥介質(zhì)傳熱過程：Q=αS(t-tW)傳質(zhì)過程：NA=kG(pW-p)當傳熱達到平衡而傳質(zhì)不平衡會出現(xiàn)什么情況？第7頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-0

概述特點：1.傳熱、傳質(zhì)不可能單獨達到平衡。

2.過程可能發(fā)生逆轉(zhuǎn)tw1tw2t1t2p2p1pW2pW1QWW第8頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖一、干燥介質(zhì)的性質(zhì)討論前提：常壓——氣體視為理想氣體。單位質(zhì)量絕干氣為基準。1.干球溫度t℃干燥介質(zhì)的真實溫度——反映介質(zhì)熱方面的性質(zhì)2.濕度Hkg濕分/kg干氣單位質(zhì)量絕干氣所攜帶濕分的質(zhì)量——反映介質(zhì)濕方面的性質(zhì)。第9頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖3.相對濕度φH~p關(guān)系？第10頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖①φ的意義——介質(zhì)的載濕能力絕干氣：飽和氣：Φ數(shù)值？介質(zhì)的載濕能力大如何提高介質(zhì)的載濕能力？②H~φ的關(guān)系——φ是介質(zhì)濕、熱方面的性質(zhì)第11頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖③特殊情況時的φ如t>tb例：常壓下140℃的熱空氣的相對濕度。已知20℃其相對濕度為80％。20℃時水的飽和蒸汽壓2338.59Pa140℃時，363.0kPa第12頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖4.露點td

℃一定總壓下，介質(zhì)等濕降溫至飽和時的溫度露點求取的實際意義？確定干燥介質(zhì)離開干燥器的溫度t2露點反映介質(zhì)哪方面性質(zhì)？第13頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖5.濕球溫度tW

℃一定總壓下，大量介質(zhì)與濕球溫度計感溫球接觸，達到傳熱、傳質(zhì)均衡時感溫球的溫度ttWppW大量介質(zhì)的意義？試分析t<tWt=tWt>tW在保持傳質(zhì)進行時，傳熱會怎樣進行？第14頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖tW反映介質(zhì)哪方面性質(zhì)？如何根據(jù)已知的t,H求取tW？tW求取的實際意義？第15頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖6.濕比熱cpkJ/kg絕干氣體·℃

1kg絕干氣及其所帶的Hkg濕分升（降）溫1℃所需要（或放出）的熱量，稱為比熱容，又稱濕比熱cH反映介質(zhì)哪方面性質(zhì)？7.焓IHkJ/kg絕干氣體1kg絕干氣及其所帶的Hkg濕分所具有的焓（以0℃為基準）第16頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖IH反映介質(zhì)哪方面性質(zhì)？如何提高介質(zhì)的載熱能力？第17頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖8.絕熱飽和溫度tas一定總壓下，大量液態(tài)濕分與一定量的介質(zhì)絕熱接觸，達到傳熱、傳質(zhì)平衡時，介質(zhì)的溫度。tastas條件：水溫tas絕熱Ql=0第18頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖tas反映介質(zhì)哪方面性質(zhì)？tas求取的實際意義？對水－空氣系統(tǒng)，tas≈tW對水－空氣系統(tǒng)，t、tas、tW、td之間有什么關(guān)系？第19頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖9.濕比容vHm3/kg干氣1kg絕干氣及其所帶的Hkg濕分所具有的容積。vH求取的實際意義？vH反映介質(zhì)哪方面性質(zhì)？第20頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖例1.N2與苯蒸汽體系。在系統(tǒng)總壓為102.4kPa、溫度為293K時，系統(tǒng)中苯蒸汽的分壓為7.32kPa?，F(xiàn)擬采用加壓冷卻的方法回收混合氣體中的苯。問：須將混合氣體加壓至多少壓強，并同時冷卻到283K，才能回收75%的苯？若維持恒壓冷卻，且使苯的回收率達到75％，則需要冷卻至多少溫度？第21頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖解：如何才能回收到氣態(tài)的苯？第22頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖若維持恒壓冷卻使回收率達到75%，則：H0=0.21447kg(苯）/（kg絕干氮氣）H1=0.05362kg(苯）/（kg絕干氮氣）第23頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月例題第24頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖二、濕空氣的濕焓圖掌握5條主線的走向，能確定空氣的狀態(tài)點，并查取空氣性質(zhì)。能畫出干燥過程在圖上變化的示意圖。1.濕空氣的濕焓圖簡介第25頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖等H線等φ線等IH線等t線等p線第26頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖2.濕空氣狀態(tài)點的確定需要已知什么條件？我們能夠得到哪些條件？（1）已知H,t（2）已知tw,t（3）已知t,φ（4）已知t,td第28頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月濕度圖第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

干燥介質(zhì)的性質(zhì)及濕焓圖A100%30%0.01130℃50℃HIH15℃200kJ/kg第30頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算計算內(nèi)容：絕干氣的用量Lkg干氣/h

除去的濕分量Wkg/h

介質(zhì)離開干燥器的溫度t2,濕度H2

預熱器的供熱速率一、物料中濕分含量的表示1.濕基濕含量（濕分的質(zhì)量百分率）第31頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算2.干基濕含量（濕分的質(zhì)量比）關(guān)系二、物料衡算干燥器介質(zhì)G2,X2物料t2,H2t1,H1G1,X1干燥產(chǎn)品第32頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算1.絕干物料質(zhì)量Gc2.物料衡算已知什么條件？我們能夠解出哪些參數(shù)？第33頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算三、熱量衡算干燥器預熱器介質(zhì)物料t1,H1L,t0,H0t2,H2G1,X1，θ1產(chǎn)品G2,X2，θ2G2,X2，θ1W，θ1L,t2,H1W，t2QpQDQl1.預熱器我們能夠求解嗎？第34頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算2.干燥器物料輸入輸出介質(zhì)LIH1=L(cH1t1+r0H1)LIH1=L(cH1t2+r0H1)濕分WcWθ1W(r0+cvt2)產(chǎn)品Gc

csθ1+GcX2cW

θ1Gc

csθ2+GcX2cW

θ2外界QDQl第35頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算QD+LcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2-cWθ1)+

Gccs(θ2-θ1)+GcX2cW(θ2-θ1)+Ql外界補充熱量＋介質(zhì)放熱用于三個方面：1.汽化濕分；2加熱產(chǎn)品；3.熱損失QD+LcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2-cWθ1)+

Gccm(θ2-θ1)+Ql

cm=cs+X2cW

我們能夠求解嗎？第36頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算已知：t1,H1,G1,X1,X2,θ1

待求：t2,H2,L,θ2方程：物料衡算、熱量衡算、t2~θ2經(jīng)驗公式方法：試差假設(shè)：H2，t2經(jīng)驗式計算：θ2熱衡算式計算：L物衡算式驗證假設(shè)第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算3.熱衡算式的簡化（1）絕熱干燥過程條件：QD=0,Ql=0,θ1=θ2=twLcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2-cWθ1)（2）等焓干燥過程條件：QD=0,Ql=0,WcWθ1=Gccm(θ2-θ1)LcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2)IH1=IH2在t1,H1,t2,H2四個參數(shù)中已知三個求另一個第38頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算四、干燥系統(tǒng)熱量衡算干燥器預熱器介質(zhì)物料t1,H1L,t0,H0t2,H2G1,X1，θ1產(chǎn)品G2,X2，θ2G2,X2，θ2W，θ2L,t2,H1W，t2QpQDQlQD+QP=LcH1(t2-t0)+W(r0+cvt2-cWθ1)+

Gccm(θ2-θ1)+Ql

系統(tǒng)供熱用于四個方面：1.汽化濕分；2加熱產(chǎn)品；3.熱損失；4.放出廢熱第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算系統(tǒng)供熱用于四個方面：1.汽化濕分；2加熱產(chǎn)品；3.放出廢熱；4.熱損失QD+QP=Q1+Q2+Q3+Ql1.干燥過程的熱效率討論：如何提高熱效率？第40頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算2.干燥過程的干燥效率討論：如何提高干燥效率？第41頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算例：如圖所示常壓下空氣在如下循環(huán)系統(tǒng)中作為干燥介質(zhì)，試求：（1）空氣離開冷卻器的溫度、濕度（2）空氣離開加熱器的相對濕度；（3）作出空氣狀態(tài)變化過程的(I-H)示意圖加熱器干燥器冷卻器t3=60℃Vs=100m3/ht1=30℃td1=20℃t2=?℃W=2.5kg/h第42頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-3

干燥過程的平衡及速率關(guān)系一、幾個概念將物料中的濕分分類1.按除去的難易非結(jié)合濕分結(jié)合濕分2.按能否除去自由濕分平衡濕分二、等溫線t一定，由實驗測定濕分在物料和介質(zhì)間的平衡關(guān)系只與物料性質(zhì)有關(guān)與物料性質(zhì)及介質(zhì)狀態(tài)有關(guān)第43頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-3

干燥過程的平衡及速率關(guān)系濕含量

XXh相對濕度

非結(jié)合濕分結(jié)合濕分01.00.5X1X*平衡濕分自由濕分

Xh——最大吸濕濕含量X*——平衡濕含量第44頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-3

干燥過程的平衡及速率關(guān)系討論：當介質(zhì)的，t一定時，物料與之接觸，哪部分濕分是能夠被除去的？三、干燥曲線及干燥速率曲線1.恒定干燥條件恒定介質(zhì)流量恒定介質(zhì)溫度恒定介質(zhì)濕度恒定介質(zhì)與物料接觸方式第45頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-3

干燥過程的平衡及速率關(guān)系2.干燥曲線預熱段恒速段降速段注意溫度變化情況第46頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-3

干燥過程的平衡及速率關(guān)系3.干燥速率曲線干燥速率——單位時間、單位面積除去的濕分量干燥速率曲線：U~X曲線注意：只適用于特定的干燥條件，特定的物料。第47頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-3

干燥過程的平衡及速率關(guān)系X*X1XCUCUX2降速段預熱段恒速段XC——臨界濕含量討論：1.恒速段除去的是什么濕分？影響因素為何？2.降速段呢？3.干燥希望的階段？介質(zhì)條件是影響恒速段速率的主要因素物料性質(zhì)是影響降速速段速率的主要因素Uc越小、物料越分散Xc越小。第48頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-3

干燥過程的平衡及速率關(guān)系四、干燥時間的計算1.恒速段2.降速段第49頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-3

干燥過程的平衡及速率關(guān)系（1）圖解積分X2XC（2）計算（當U~X為直線時）第50頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月例2.常壓下擬用溫度為20℃、濕度為0.008kg水/kg干氣的空氣干燥某種濕物料?？諝庠陬A熱器中被加熱到90℃后送入干燥室，離開時的溫度為45℃、濕度為0.022kg水/kg干氣?，F(xiàn)要求每小時將1200kg的濕物料由含水率3%（濕基）干燥至0.2%（濕基），已知物料進、出口溫度分別為20℃和60℃，在此溫度范圍內(nèi)，絕干物料的比熱為3.5kJ/(kg·℃)，水的平均比熱為4.19kJ/(kg

℃)。干燥設(shè)備熱損失可按預熱器中加熱量的5%計算。試求：1）新鮮空氣用量，kg/h；2）預熱器的加熱量QP，kW；3）干燥室內(nèi)補充的熱量Qd，kW；4）熱效率

。第51頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§8-2

干燥過程的物料衡算和熱量衡算例3.現(xiàn)將例1流程改為廢氣循環(huán)流程設(shè)計，如圖所示。將出口廢氣中的50%引到新鮮空氣處與新鮮空氣混合?；旌蠚饨?jīng)預熱器仍加熱至90℃后，再送入干燥室，出干燥室的廢氣溫度仍為45℃，干燥室加熱量Qd不變，仍為40.3kW，被干燥的物料及干燥要求不變，熱損失仍可取為QP的5%。試計算：(1)新鮮空氣的用量，kg/h；(2)預熱器的加熱量QP，kW；(3)熱效率

；(4)畫出濕空氣狀態(tài)變化，并與例2對比。第52頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月§8-3

固體物料在干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系物料空氣條件臨界濕含量品種厚度mm速度m/s溫度℃相對濕度%kg水/kg干料粘土6.41.0370.100.11粘土15.91.0320.150.13粘土25.410.6250.400.17高嶺土302.1400.400.181鉻革101.549-1.25砂＜0.044mm252.0540.170.210.044~0.074mm253.4530.140.100.074~0.177mm253.5530.150.0530.208~0.295mm253.5550.170.053新聞紙-0190.351.00鐵杉木254.0220.341.28