化工原理课件4.ppt

1、第5章 干燥 干燥干燥是利用热能除去固体物料中湿分（水分或其它液体）的单元操作 .传导干燥 干燥方法对流干燥 辐射干燥 介电加热干燥 工业中常采用连续操作的对流干燥，以不饱和空气为干燥介质，湿物料的湿分多为水分 。在对流干燥中, 干燥介质不饱和空气既是载热体又是载湿体.*干燥操作的必要条件:物料表面的水汽压强大于干燥介质中水汽的分压，两者差别越大，干燥进行得越快。5.1 湿空气的性质与湿焓图 一. 湿空气的性质 1. 湿度（湿含量）H gvggvvnnnMnMH2918量湿空气中绝干空气的质湿空气中水蒸气的质量vvvpPppPpHv622. 0)(2918ssspPpH622. 0湿空气的饱和

2、湿度 湿空气的湿度，kg/kg绝干气 . 2. 相对湿度(百分数) %100svppsspPpH622. 0相对湿度相对湿度可以用来衡量湿空气的不饱和程度, 表明湿空气偏离饱和程度越远，吸收水气的能力越强。 值愈小， 3比体积（湿容积）vH单位质量绝干空气中所具有的绝干空气及水蒸气的总体积称为湿空气的比体积或湿容积 .常压下 :3127322.42918273HmHtvkg湿空气绝干空气vH-湿空气的比体积，m3/kg绝干气 在常压下,湿空气的比体积随湿度H和温度t的增大而增大。 ptHptHvH55100133. 1273273)244. 1772. 0(100133. 12732734 .

3、2218291 4. 湿空气的比热容CH (湿热)vgHHcccHcH88. 101. 15. 湿空气的焓vgHIIIHtHHrtctcrHtcIHvg2490)88. 101. 1 ()(00cH湿空气的比热容, kJ/(kg绝干气. )*焓是相对值. 规定: 0为基温为基温, 0时绝干空气与液态时绝干空气与液态水的焓值均为水的焓值均为0. 6. 干球温度和湿球温度tw用普通温度计测得的湿空气温度为其真实温度，称为干球温干球温度度，用符号表示，单位为. 在普通玻璃温度计感温体(水银球)用湿纱布包裹，纱布下端浸在水中，以保证纱布一直处于充分润湿状态，这样测得的温度为湿空气的湿球温度湿球温度.湿

4、球温度tw实质上是湿空气与湿纱布之间传质和传热达稳定时湿纱布中水的温度. )(,HHrkttwwtstHw 7、绝热饱和冷却温度ast 绝热饱和温度绝热饱和温度是不饱和的湿空气与大量水相接触，在绝热条件下空气被水汽所饱和时空气的温度。在空气绝热增湿过程中，空气的降温增湿过程是一等焓过程。)(0HHcrttasHas对于空气-水系统有aswtt dddtststspppHH,622. 07. 露点td将不饱和的空气在总压和湿度不变的情况下冷却至饱和状态时对应的温度，称为该空气的露点露点 .对于不饱和湿空气：ttwtd对于饱和湿空气：ttwtdHHppdts622. 0, 例: 已知湿空气的总压为

5、101.3kPa, 相对湿度为50%, t=20 , 试求: (1)湿度; (2)水气分压; (3)露点; (4)焓; (5)如将500kg/h绝干空气预热至117 , 求所需热量; (6)每小时送入预热器的湿空气体积. I-H图的应用 由状态点确定湿空气参数: 由两个独立的参数确定空气状态点: 例例: :在常压下湿空气由在常压下湿空气由40,40,相对湿度相对湿度60%60%一直冷却到一直冷却到10,10,其流量为其流量为1kg1kg绝干空气绝干空气/h/h，求可析出多少水，求可析出多少水分。分。5.2干燥过程的物料衡算与热量衡算 一. 湿物料的性质湿基含水量湿基含水量w: 湿物料中所含水分

6、的质量分率 w 湿物料中水分的质量湿物料总质量干基含水量干基含水量X: 以绝干物料为基准时湿物料中的水分的质量X 湿物料中水分的质量湿物料中绝干物料的质量11wXXwwX 或 XcXcccswsm187. 4湿物料的比热容：mswscXcXcc)187. 4(I湿物料的焓:cs绝干物料的比热容, kJ/(kg绝干料.) 二二. 干燥系统的物料衡算干燥系统的物料衡算 对干燥器中水分进行物料衡算: 水分蒸发量水分蒸发量: G单位时间内绝干物料的流量，kg绝干料/s; H1, H2-分别为空气进、出干燥器时的湿度，kgkg绝干气； 绝干空气消耗量绝干空气消耗量L: 021211HHHHWLl比空气用

7、量比空气用量(单位空气消耗量单位空气消耗量) :2211GXLHGXLH)()(2112XXGHHLW121221)(HHWHHXXGL 干燥产品流量G2的计算:)1 ()1 (1122wGwGG21121)1 (wwGG注意:干燥产品与绝干物料的区别.221111XGXGG又有: 例：今有一干燥器，湿物料处理量为800kg/h。要求物料干燥后含水量由30%减至4%（均为湿基）。干燥介质为空气，初温15，相对湿度为50%，经预热器加热至120进入干燥器，出干燥器时降温至45，相对湿度为80%。 试求：（a）水分蒸发量W； （b）新鲜湿空气消耗量、单位空气消耗量 （c）如鼓风机装在进口处，求鼓风

8、机之风量V。 三三. 干燥系统的热量衡算干燥系统的热量衡算 预热器的热量衡算:10LIQLIp10010(1.01 1.88)()pQL IILHtt单位时间内预热器消耗的热量为： 干燥器的热量衡算:单位时间内向干燥器补充的热量为： LDQGILIQGILI2211LDQIIGIILQ)()(1212干燥系统消耗的总热量 单位时间内向干燥系统补充的总热量为: 20vvII作简化处理:)(88. 12490()(01. 10220202HHtttII则)(12212mcIILmDPQGctWttLQQQ)()88. 12490()(01. 1122202整理得:LDPQIIGIILQQQ)()(

9、1202249088. 1249088. 102tt即干燥系统的热效率干燥系统的热效率 干燥系统的热效率：%100量向干燥系统输入的总热蒸发水分所需的热量WtWQv12187. 488. 12490蒸发水分所需热量若忽略湿物料中水分带入系统中的焓, 则: 288. 12490tWQv%10088. 124902QtW四.空气通过干燥器时的状态变化 1.等焓干燥过程（理想干燥过程）该过程需满足下列条件： 0QD0LQ12II 则21II 等焓干燥过程较简单，根据I2=I1 ，再由出干燥器的一个状态参数即可确定空气出干燥器时的状态参数。2.非等焓干燥过程（实际干燥过程）非等焓干燥过程（实际干燥过程

10、） (1)操作线在过点B（即进干燥器的状态点）的等焓线下方此过程条件为： 0QD0LQ12II12II 则由热量衡算得： (2)操作线在过点B的等焓线上方LDQIIGQ)(12则12II (3)操作线为过点B的等温线 5.3 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系 1.平衡水分与自由水分754210389112611060402080100481216202428 / %X*/kg（水）/100kg（绝对干燥物料） 某些物料的平衡含水量（常温下）1新闻纸2羊毛3消化纤维4丝5皮革6陶土7烟叶8肥皂9牛皮胶10木材11玻璃丝12棉花根据物料在一定干燥条件下，其所含水分能否用干燥的方法除去来划分

11、，可分为平衡水分与自由水分。一一. 物料中的水分物料中的水分*平衡水分与物料性质和空气性质均有关 2. 结合水分和非结合水分 *平衡水分与自由水分，结合水分与非结合水分是两种概念不同的区分方法。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划分除与物料有关外，还决定于空气的状态。非结合水分是在干燥中容易除去的水分，而结合水分较难除去。是结合水还是非结合水仅决定于固体物料本身的性质，与空气状态无关。根据物料中水分除去的难和易可划分为结合水分和非结合水分. 二. 干燥时间的计算 1. 恒定干燥条件下干燥时间的计算 恒定干燥条件：指干燥过程中空气的湿度、温度、速度以及

12、与湿物料的接触状况都不变。 (1).干燥曲线 (2).干燥速率曲线 干燥速率U：单位时间、单位干燥面积汽化的水分质量,kg/(m2.s)。SddXGSddWU干燥速率的影响因素:a.物料的性质、结构和形状b.干燥介质的温度与湿度c.干燥操作条件d.干燥器的结构型式 C点：由恒速阶段转为降速阶段的点称为临界点，所对应湿物料的含水量称为临界含水量，用Xc表示。 恒速干燥阶段 )()(HHkttrUwHww恒速干燥阶段的干燥速率:恒速干燥阶段的特点：（1）U=Uc=const.（2）物料表面温度为tw；（3）在该阶段除去的水分为非结合水分; （4）恒速干燥阶段的干燥速率只与空气的状态有关，而与物料的

13、种类无关,该阶段又称表面汽化控制阶段表面汽化控制阶段。 降速干燥阶段 降速干燥阶段特点：（1）随着干燥时间的延长，干基含水量X减小，干燥速率降低；（2）物料表面温度大于湿球温度；（3）除去的水分为非结合水分、结合水分；（4）降速干燥阶段的干燥速率与物料种类、结构、形状及尺寸有关，而与空气状态关系不大。该阶段又称物料内部迁移控制物料内部迁移控制阶段阶段 . 临界含水量临界含水量Xc临界含水量取决于物料的性质,厚度及恒速干燥阶段的干燥速率。 Xc越大，越早地进入降速阶段，使完成相同的干燥任务所需的时间越长，Xc的大小不仅与干燥速率和时间的计算有关，同时由于影响两个阶段的因素不同，因此确定Xc对强化

14、干燥过程也有重要意义。恒定干燥条件下干燥时间的计算恒定干燥条件下干燥时间的计算 dXSUGdc1. 恒速干燥阶段积分上式, 得:恒速干燥阶段的干燥时间:)(wwCttrU)(11CCXXSUG 例:在常压下将温度为20, 湿度为0.02kg/kg绝干气的空气预热至65后送入间歇干燥器, 空气以4m/s的速度平行吹过湿物料的表面, 试求:(1)恒速干燥阶段的干燥速率;(2)将物料自含水量X1=0.4kg/kg绝干料, 降至X2=0.25kg/kg绝干料所需的干燥时间. 已知:G/S=21.5kg绝干料/m2, 临界含水量Xc=0.195kg/kg绝干料. (3)若空气的预热温度改为80, 其他条

15、件不变时的恒速干燥速率.(4)若空气改以6m/s的速度平行吹过湿物料表面,其他条件不变时的恒速干燥速率.2. 降速干燥阶段降速干燥阶段 dXUSGd若U与X呈线性关系，则有： *00XXUXXUkccX)(*XXkUX故降速干燥阶段的干燥时间为：CXXUdXSG22*2*2ln)(XXXXSUXXGccc若X* 022lnXXSUXGccc若U与X呈非线性关系，则应采用图解积分法或数值积分法。CXXUdXSG22).(2).(43)(24213100nnnXXffffffffXdXXfn数值积分法：数值积分法：5.4 干燥设备 干燥器的要求干燥器的要求:(1)保证干燥产品的质量要求;(2)干燥

16、速率快,干燥时间短, 以减小干燥器尺寸.(3)操作控制方便, 劳动条件好. 1.厢式干燥器(盘式干燥器) 优点优点:构造简单、设备投资少，适应性较强。 缺点：缺点：装卸物料的劳动强度大，设备利用率、热利用率低及产品质量不易稳定。 适用于小规模多品种、要求干燥条件变动大及干燥时间长等场合的干燥操作 气流干燥器 优点优点：传热传质过程被强化，物料停留时间短，运输方便、操作稳定、成品质量稳定。缺点缺点：对除尘设备要求严格，系统流动阻力大，由于干燥管较长，故对厂房要求有一定的高度。 适用于热敏性、易氧化物料的干燥。 沸腾床干燥器(流化床干燥器) 优点优点：结构简单、造价低，活动部件少，操作维修方便。具

17、有较高的传热,传质速率 . 缺点：缺点：操作控制要求高。而且由于颗粒在床中高度混合，可能引起物料的返混和短路，从而造成物料干燥不充分。适用于处理粉粒状物料，而且粒径最好在30m-6mm范围。 转筒干燥器 优点：优点：机械化程度高，生产能力大，流动阻力小，容易控制，产品质量均匀，对物料适应性强。 缺点：缺点：设备笨重，金属材料耗量多，热效率低，结构复杂，占地面积大，传动部件需经常维修。 喷雾干燥器 优点：优点：物料干燥时间短，改变操作条件即可控制或调节产品指标，流程较短。 缺点：缺点：经常发生粘壁现象，影响产品质量，对气体的分离要求高，体积传热系数较小，对于不能用高温载热体干燥的物料所需要的设备庞大。