化工原理上下册课件.ppt

1、化工原理教程化工原理教程化工原理实验教学化工原理实验教学化工原理课程设计化工原理课程设计化工原理例题与习题化工原理例题与习题化工原理试题库化工原理试题库绪论绪论第一章流体流动第一章流体流动第二章流体输送机械第二章流体输送机械第三章非均相物系分离第三章非均相物系分离第四章传热第四章传热第五章蒸发操作第五章蒸发操作第六章气体吸收第六章气体吸收第七章液体蒸馏第七章液体蒸馏第八章干燥第八章干燥VmvNNvBBvAAwxxx.1vRTMmnRTpVRTpMVmNwNAwAmxx.1SyuSyudyduSFuvAPp 221211122222essfuuUmgzmWpVQUmgzmAp VH2211221

2、222efupupgzwgzhduRe5.0maxuumaxuufhpp21fhpugzpugz222212112224dAdlsFdlpp421dlhf422u22422uudlhf28u22udlhfRe6464dup润湿周边长度流动截面面积Hr22uhf22upf22udlhef22udlhf22udldlhfenllll.21emeelll.1 inhfhfhfhfhf.21ABhfhfhfhf321fhpugzpugz222212122fhfh22udllhefghHffgdVdllgudllghHseeff422282gHVlldfse225)(8ellpuhA22phB22uhh

3、hBA)(2)(22ABARgpphu22212122pupu2211AuAu)(2)(122211bappAAu222112)(1AACC)(201bappCu)(2)(122211bappAAuSQq).,.,(zyxft tSSgradtQdxdtSQdxdtqntntgradtnlim0)/()/(dxdtqdxdtSQdxdtSQ)(21wwttSQRtSttQww21SR321QQQQ总SQttSttQ1112111211SQttSttQ2223222322SQttSttQ3334333433321QQQQ总)(33221141SSSQtt321332211RRRtSSStQ(2)

4、dtdtQSrldrdr 1221122221222()2()()ln()lnwwwwlttlrrttQrrrrrr 21rr2121lnmrrrrr121212()()()mwwwwwwmSttttttQRSmRS123QQQQ总121112111111wwwwmmttQttQSS232223222222wwwwmmttQttQSS343334333333wwwwmmttQttQSS14143121231 12233wwwwmmmttttQRRRSSS()wdQtt dS()wdQTT dSQS t1ttQRS12()hhphQW cTT21()ccpcQW ctthhhQWcccQWmQK

5、S tmQKS t123zQQQQzQ1Q2Q3Q1()iiwQS TT2()mwwSTtQ311()mQS tt111111iimKdddd111iiiimKddd101mmmiiKddddl12m100%mwxm01()FxFWx,01()wLDHFhWHFW hDhQ,10()wLwWHFW hFhDhQDHhpwHC Tr,pwHC Tr,10()pLWrFCttQDr吸收塔混合气体（A+B)吸收剂（s）吸收尾气吸收液（A+S)吸收操作示意图 Hpc3mkmolaPakP13Pamkmol)(mkNkmolcpExp xEaPmxxPEPpmxy ymPaPmXYmdzdcDANJAA

6、BAzcDANNAczABD1skmol2m3mkmol m12sm4mkmoldzdcAAJsmkmol2cANzD mz121mA 31mkmolcND 双膜理论示意图气相主体ZGZLpCi界面气膜液膜C液相主体传质方向pi同一横截面上的位置温度)(iYAYYkNYiAkYYN/1smkmol2ANYksmkmol2/XXKNiXAXiAkXXN/1ANsmkmol2smkmol2/Xk)()(XXkYYkNiXiYAiimXY xmXYiYYYYmkYYkNiXiYA)(XYXiYiAkmkYYkmYYkYYN/1/1*XYYkmkK11YYKNYAy12smkmol12smkmolYY

7、YYYKXYXkmkK111XXKNxA*xx xKxx xyxxyykmkKkmkK11111PEm LXLxGYGYCKKCkkPKKPkk1221LXVYLXVY2121XXLYYVV1skmol1skmolL1Y2Y（惰气）吸收质）1(kmolkmol2X1X 逆流吸收塔的物料衡算V,Y1mV,Y2YL,X1XnL,X22211XVLYXVLY1X121YYYAAYY112nm11VYLXLXVY11YXXVLYVL2Y2XVLnm逆流吸收塔的操作线*Y=f(X)X1XX2Y2YY1BAXY0TEmin)(VL2121XXYYVLVLmYX*21212121minmin)(XmYYYX

8、XYYVLVL(b)(a)BY1Y2X2X1X1B0TY=f(X)*Y=f(X)T0BX1X2Y2Y1*B 吸收塔的最小液气比X1*uVDS4D msmSVsm3aFVZPmYAAYKFGN/mYAYFKGmXAYFKG)()(2121XXLYYVGAmXXaKXXLZ)(21mYYaKYYVZ)(21(平衡线）*Y2Y1*X1X2Y2Y=mXXYY1 吸收推动力的计算Y2Y1221YY221YYYm221YY 21212211221lnlnYYYYYYYYYYYYYm221XX221XXXm221XX 212122112211lnlnXXXXXXXXXXXXXm吸收塔的理论塔板层数操作线平衡

9、线YX ABPPP0AAAPPx0BBBPPx1ABxx000AAAAABAABBPPxyPPPxPx000BBBBABAABBPPxyPPPxPxAAAPxBBBPx0000AAAAAABBBBBBPPxxxPPPxPxx000AAAAABAABBPPxyPPPxPx00000000AAAAABAAAABBABAABBABBPxPPxPxyPxPxPPPxPxxxP1ABxx11(1)AAAAABAAAxxxyxxxxx 1(1)AAAxyxFDWFDWFxDxWx1nnDLDyxxLDLDLRD111DnnxRyxRR,1,mmWLWyxxLWLW1(1)xyx111DnnxRyxRR第二

10、节第二节 对流干燥的物料与干燥介质对流干燥的物料与干燥介质第三节第三节 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算第四节第四节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间第五节第五节 干燥操作条件的确定干燥操作条件的确定第一节第一节 概述概述第六节第六节 干燥器干燥器去湿的方法可分为以下三类：去湿的方法可分为以下三类：机械去湿：用于去除固体物料中大部分湿分。吸附去湿：用于去除少量湿分。热能去湿（干燥干燥）：向物料供热以汽化其中 的湿分的单元操作。干燥过程的分类：干燥过程的分类：常压干燥真空干燥连续式间歇式传导干燥（间接加热干燥）对流干燥（直接加热干燥）辐射干燥介电加热干燥按操作压力分按

11、操作方式分按供热方式分根据供热方式不同，干燥可分为以下四种情况：根据供热方式不同，干燥可分为以下四种情况：传导干燥（间接加热干燥）：传导干燥（间接加热干燥）：热能通过壁面以传导方式加热物料。对流干燥（直接加热干燥）：对流干燥（直接加热干燥）：干燥介质与湿物料直接接触，并以对流 方式加热湿物料。辐射干燥：辐射干燥：热能以电磁波的形式射到湿物料表面。介电加热干燥：介电加热干燥：将湿物料置于高频电场内，使其被加热。本章主要讨论对流干燥，干燥介质是热干燥介质是热空气，除去的湿分是水分空气，除去的湿分是水分。对流干燥是传热、传质同时进行的过程，但传递方向不同，是热、质反向传递过程：传热传质方向推动力气固

12、固气温度差水汽分压差干燥过程进行的必要条件必要条件：*物料表面的水气的压强必须大于干燥介质中水气的分压*干燥介质要将汽化的水分及时带走。第二节第二节 对流干燥的物料与干燥介质对流干燥的物料与干燥介质湿空气的性质湿空气的性质空气的湿度图及其应用空气的湿度图及其应用 物料中所含水分性质物料中所含水分性质湿空气的性质湿空气的性质湿空气湿空气是由水蒸汽水蒸汽和绝干空气绝干空气构成。通常用两个参数来表征空气中所含水分的大小：湿湿度度 H 及相对湿度及相对湿度 一、湿度（湿含量）一、湿度（湿含量）H定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气 质量之比。质量之比。H=K

13、g水汽Kg绝干空气=nwMwng Mg=18.02nw28.95ngnw：湿空气中水汽的摩尔数，kmol；ng：湿空气中绝干空气的摩尔数，kmol；Mw：水汽的分子量，kg/kmol；Mg：空气的平均分子量，kg/kmol。当湿空气可视为理想气体时，则有：式中：pw为空气中水蒸汽分压。即：)(wpPfH，当总压P为一定值，)(wpfH wwgwgwppPppnnwwgw622.095.2802.18pPpnnH 当湿空气中水蒸汽分压 pw 恰好等于同温度下同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压 ps时，则表明湿空气达到饱和，此时的湿度H为饱和湿度饱和湿度Hs。二、相对湿度二、相对湿度 定义：在一定温度及总

14、压下，湿空气的水汽分压定义：在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pw与与 同温度下水的饱和蒸汽压同温度下水的饱和蒸汽压ps之比的百分数。之比的百分数。%100Swpp即：即：)(SPtfH，即：即：)(tpfw，SSS622.0P-ppH 结论：结论：湿度湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而只能表示出水汽含量的绝对值，而相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。当 =1=1时：pw w=ps s，湿空气达饱和，不可作为干燥介质不可作为干燥介质；当 11时：pw w ps s，湿空气未达饱和，可作为干燥介质可作为干燥介质。越小越小，湿空气偏离饱和程度越远

15、，干燥能力越大干燥能力越大。【例8-1】湿空气中水的蒸汽分压 pw=23mmHg，总压 P=760mmHg，求20 时的相对湿度；若空气分别被加热到40和100，求值。相对湿度 与湿度 H 的关系：sspPpH622.0)(tfH，三、湿空气的比热与焓三、湿空气的比热与焓 1、湿比热（湿热）c cH H kJ/kg干气 定义：定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水 汽升高温度1所需的热量。)(88.101.1HfHHcccvgHgc：干空气比热=1.01 kJ/kg干气 vc：水汽比热=1.88 kJ/kg水汽 式中2、焓（热含量）I kJ/kg干气干气 定义：定义：湿空气的焓为干

16、空气的焓与水汽的焓之和。计算基准：计算基准：以0干空气及0液态水的焓值为0作基准。因此，对于温度为t、湿度为H 的湿空气，其焓值包括由0的水变为0水汽所需的潜热及湿空气由0生温至t所需的显热之和。tcHtHHtHccHrHtcrtcHIIIHvgvgvg2492)88.101.1(2492)()(00即：式中：I：温度为t、湿度为H的湿空气的焓值。kJ/kg干气；Ig：干空气的焓值。kJ/kg干气；Iv：水汽的焓值。kJ/kg水汽；r0：0时水的汽化潜热。r0=2492 kJ/kg水汽。四、湿空气的比容（湿容积）四、湿空气的比容（湿容积）Hm3湿空气湿空气/kg干气干气定义：定义：每单位质量绝

17、干空气中所具有的湿空气（绝干 空气和水蒸汽）的总体积。HwgH式中：H：压力P、温度t下湿空气比容。m3湿气/kg干气g：压力P、温度t下干空气比容。m3干气/kg干气w：压力P、温度t下水汽比容。m3水/kg水PtPtg5510013.1273273773.010013.12732732941.22PtPtw5510013.1273273244.110013.12732731841.22gw、的数值为：PtHHwgH510013.1273273)244.1773.0(所以：定义：定义：一定压力下，将不饱和空气等湿等湿降温至 饱和，出现第一滴露珠时的温度。湿度H与露点 td 的关系：五、露点五

18、、露点 tdpd：td下的饱和蒸汽压。ddpPpH622.0干球温度t是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。湿球温度计：温度计的感温球用纱布包裹，纱布用水 保持湿润，这支温度计为湿球温度计。不饱和空气的湿球温度不饱和空气的湿球温度 tw低于干球温度低于干球温度 t。六、干球温度六、干球温度 t七、湿球温度七、湿球温度 tw湿球温度计工作原理分析七、绝热饱和温度七、绝热饱和温度tas 定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。绝热饱和器工作原理分析：湿球温度 tw 与绝热饱和温度 tas 的关系：tw ：大量空气与少量水接触，

19、空气t、H的不变；tas ：大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。tw ：是传热与传质速率均衡的结果，属于动平衡；tas ：是由热量横算与物料衡算导出的，属于静平衡。tw 与 tas 数值上的差异取决于/kH 与cH两者之间的差别。当空气为不饱和状态：t tw(tas)td；当空气为饱和状态：t=tw(tas)=td。空气的湿度图及其应用空气的湿度图及其应用一、湿度图一、湿度图五条线：五条线：1.等 H 线；2.等 I 线；3.等 t 线；4.等 线；5.水蒸气分压线。结论：。一定时，、当tPH.1 因此，提高湿空气温度 t，不仅提高了湿空气的焓值，使其作为载热体外，也降低了相对湿度使其作为

20、载湿体。真空状态下进行。干燥过程一般在常压或，故加压对干燥不利。一定时，Pt.2物料中所含水分性质物料中所含水分性质一、物料与水分结合方式一、物料与水分结合方式吸附水分：湿物料的粗糙外表面附着的水分。毛细管水分：多孔性物料的孔隙中所含的水分。溶胀水分：是物料组成的一部分，可透入物料细胞 壁内，使物料的体积为之增大。二、平衡水分与自由水分二、平衡水分与自由水分1.平衡水分（X*）不能用干燥方法除去的水分。*X*Xt小不吸水物料的*X2.自由水分（XX*）可用干燥方法除去的水分。X*=f（物料种类、空气性质）（物料种类、空气性质）三、结合水分与非结合水分三、结合水分与非结合水分1.结合水分 水与物

21、料结合力强，pw ps。2.非结合水分 水与物料结合力弱，pw ps。结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，而与空气的状态无关，这是与平衡水分的主要区别。而与空气的状态无关，这是与平衡水分的主要区别。平衡水分一定是结合水分。平衡水分一定是结合水分。【例8-4】在常压25下，水分在ZnO与空气间的平衡关系为：相对湿度 100%，平衡含水量X*0.02 kg水/kg干料相对湿度 40%，平衡含水量X*0.007 kg水/kg干料 现ZnO的含水量为0.25 kg水/kg干料，令其与25，40%的空气接触，求物料的自由水分、平衡水分、结合水分和非结合水分。第

22、三节第三节 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算湿物料中含水量湿物料中含水量干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算热量衡算热量衡算空气出口状态的确定空气出口状态的确定干燥器的热效率干燥器的热效率 湿物料中含水量湿物料中含水量两种表示方法：一、湿基含水量一、湿基含水量 w kg水水/kg湿物料湿物料GGww湿物料总质量湿物料中水分质量二、干基含水量二、干基含水量 X kg水水/kg干物料干物料wwGGGX湿物料中绝干物料质量湿物料中水分质量三、两者关系三、两者关系wwXXXw11 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算干干 燥燥 流流 程程 图图预热器预热器L,t0,H0L,t1

23、,H1干干燥燥器器L,t2,H2 湿物料湿物料G1,w1,(X1),1 产品产品G2,w2,(X2),2新鲜空气新鲜空气废气废气L 绝干空气质量流量，kg干气/hr；G1、G2 物料进出干燥器总量，kg物料/hr。一、绝干物料量一、绝干物料量Gc kg干物料干物料/hr)1()1(2211cwGwGG二、汽化水分量二、汽化水分量 W kg水水/hr)()(21c12XXGHHLW221121wGwGGG1221212111GwwwGwww水分汽化量湿物料中水分减少量湿空气中水分增加量三、绝干空气用量三、绝干空气用量 L kg干气干气/hr)(12HHLW12HHWL021211HHHHWLl令

24、kg干气/kg水 比空气用量比空气用量：每汽化1kg的水所需干空气的量。（单位空气消耗量）（单位空气消耗量）四、湿空气参数四、湿空气参数1.湿空气用量kg湿气/kg水)1(0Hll)1(0HLLkg湿气/hr2.湿空气体积HslV kg湿气/kg水HsLV kg湿气/hr3.湿空气密度H0ss1HVlVLkg湿气/m3湿气 热量衡算热量衡算QLI1,L,t1,H1 产品产品G2,w2,(X2),2 湿物料湿物料G1,w1,(X1),1I2,L,t2,H2废气废气I0,L,t0,H0新鲜空气新鲜空气QP预热器预热器QD干干燥燥器器QP：预热器内加入热量，kJ/hr；QD：干燥器内加入热量，kJ/

25、hr。外加总热量 QQPQD汽化1kg水所需热量：DPDPWqqQQWQqkJ/kg水一、预热器的加热量计算一、预热器的加热量计算 qP若忽略热损失，则)()(0101PPIIlWIILWQqkJ/kg水二、干燥器的热量衡算二、干燥器的热量衡算1.输入量Mq（1）湿物料带入热量（焓值）1w1M2MccWGqcM：干燥后物料比热，kJ/kg湿料；cw：水的比热，kJ/kg水。（2）空气带入的焓值11lIWLIkJ/kg水（3）干燥器补充加入的热量WQqDDkJ/kg水2.输出量（1）干物料带出焓值：WcG2M2（2）废气带出焓值：22lIWLI（3）热损失：lqWQLL输入输出L22M2D11w

26、1M2qlIcWGqlIccWG1wL12M212D)()(cqcWGIIlq物料升温所需热量1wL12M2D12)()(cqcWGqIIl021211HHHHl又1wL12M2D02121212)(cqcWGqHHIIHHII所需外加总热量 q：1wL12M21201DP)()()(cqcWGIIlIIlqqq1wL12M202)()(cqcWGIIl二、实际干燥过程空气出口状态的确定二、实际干燥过程空气出口状态的确定1.补充热量大于损失的热量012II 即在非绝热情况下进行的干燥过程。2.补充热量小于损失的热量012II 即3.空气出口状态的确定方法即确定H2、I2qqcHHIID1w12

27、1222222492)88.101.1(HtHI(H2、I2)（1）计算法 干燥器的热效率干燥器的热效率一、热效率一、热效率定义：量水分外界所需补充的热汽化水分所需热量汽化kgkgqq11h二、影响热效率的因素二、影响热效率的因素1.一定时，、10tth2Hh2t)(wtt传质推动力)(wHH传热推动力 因此，t2不能过低，一般规定t2比进入干燥器时空气的湿球温度tw高20 50。2.一定时，、20tth1t3.回收废气中热量4.加强管道保温，减少热损失第四节第四节 干燥时间的计算干燥时间的计算 恒定干燥条件下的干燥速率恒定干燥条件下的干燥速率 恒定干燥条件下恒速阶段干燥时间恒定干燥条件下恒速

28、阶段干燥时间 恒定干燥条件下降速阶段干燥时间恒定干燥条件下降速阶段干燥时间 恒定干燥条件下的干燥速率恒定干燥条件下的干燥速率一、干燥速率定义一、干燥速率定义单位时间、单位干燥面积汽化水分量。AddWU kg水/m2s)(1CXXGWdXGdWC恒定干燥条件恒定干燥条件：空气的温度、湿度、流速及物 料接触方式不变。二、干燥曲线及干燥速率曲线二、干燥曲线及干燥速率曲线用于描述物料含水 量 X、干燥时间 及物料表面温度之间的关系曲线。1.干燥曲线2.干燥速率曲线ABC段：恒速干燥阶段 AB段：预热段 BC段：恒速段CDE段：降速干燥阶段UX,C点：临界点 XC：临界含水量E点：平衡点 X*：平衡水分

29、恒速干燥特点：恒速干燥特点：1.UUCconst.2.物料表面温度为tw3.去除的水分为非结合水分 4.影响 U 的因素：恒速干燥阶段表面汽化控制阶段只与空气的状态有关，而与物料种类无关)(wttt)(wHHHH,ku)(C UU三、恒速干燥阶段三、恒速干燥阶段前提条件前提条件：湿物料表面全部润湿。四、降速干燥阶段四、降速干燥阶段实际汽化表面减小汽化面内移降速干燥阶段特点：降速干燥阶段特点：1.UX,2.物料表面温度wt3.除去的水分为非结合、结合水分4.影响 u 的因素：与物料种类、尺寸、形状有关，与空气状态关系不大。五、临界含水量五、临界含水量 XC1.吸水性物料 XC大于不吸水性物料 X

30、C2.物料层越薄、分散越细，XC 越低3.恒速干燥 uC 越大，XC 越高。散程度、空气状态）（物料结构、厚度、分fXC。，一定，CCUXXHut*。不变，一定，CCUXXuHt*适用范围：不允许快速干燥耐高温要求干燥产品含水量很低物料与介质的流动方向相同适用范围：允许快速干燥耐高温不宜采用并流和逆流的场合物料与介质的流动方向相垂直温度尽可能高，可提高热效率出口温度比对应的物料温度高度出口温度比入口气体的绝热饱和温度高度第六节第六节 干燥器干燥器 干燥器的基本要求干燥器的基本要求工业干燥器工业干燥器的主要形式的主要形式8.6.1 干燥器的基本要求干燥器的基本要求1.保证产品质量2.干燥速率大，干燥时间短3.热效率高4.干燥介质流动阻力小5.劳动强度低干燥器分类：干燥器分类：间歇常压干燥器 盘架式干燥器间歇减压干燥器 耙式干燥器连续常压干燥器 回转式干燥器、气流干燥器 喷雾干燥器连续减压干燥器 减压滚筒干燥器8.6.2 常用工业干燥器常用工业干燥器盘架式干燥器耙式干燥器回转式干燥器气流干燥器沸腾床干燥器喷雾干燥器建设中建设中