第十四章固体干燥(化工原理)课件.ppt

1、14 14 固体干燥固体干燥v14.1 14.1 概述概述v14.2 14.2 干燥静力学干燥静力学（重点及难点）（重点及难点）v14.3 14.3 干燥速率与干燥过程计算干燥速率与干燥过程计算（本章重点）（本章重点）v14.4 14.4 干燥器干燥器精选可编辑ppt14.1 14.1 概述概述 14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥过程固体去湿方法和干燥过程14.1.2 14.1.2 对流干燥流程及经济性对流干燥流程及经济性精选可编辑ppt14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥过程固体去湿方法和干燥过程n（1 1）物料的去湿方法）物料的去湿方法n机械去湿机械去湿 n 物料带水

2、较多时，可先用离心过滤等机械分离方法物料带水较多时，可先用离心过滤等机械分离方法以除去大量的水。以除去大量的水。n吸附去湿吸附去湿n 用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaClCaCl2 2、硅胶、硅胶等）与湿物料并存，使物料中的水分相继经气相而转入等）与湿物料并存，使物料中的水分相继经气相而转入干燥剂内。干燥剂内。n供热干燥供热干燥n 向物料供热以汽化其中的水分。供热方式又有多种。向物料供热以汽化其中的水分。供热方式又有多种。去湿方法中较为常用的方法是供热干燥。去湿方法中较为常用的方法是供热干燥。精选可编辑ppt14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥

3、过程固体去湿方法和干燥过程n干燥过程：干燥过程：利用热能除去固体湿物料中湿分的单元操作。利用热能除去固体湿物料中湿分的单元操作。n干燥过程的本质：干燥过程的本质：被除去的湿分从固相转移到气相中被除去的湿分从固相转移到气相中(固固相为被干燥的物料，气相为干燥介质相为被干燥的物料，气相为干燥介质)。在去湿过程中，。在去湿过程中，湿分发生相变，耗能大、费用高，但湿分去除较为彻底。湿分发生相变，耗能大、费用高，但湿分去除较为彻底。n工业干燥操作多是用热空气或其它高温气体为介质，使之工业干燥操作多是用热空气或其它高温气体为介质，使之掠过物料表面，介质向物料供热并带走汽化的湿分，此种掠过物料表面，介质向物

4、料供热并带走汽化的湿分，此种干燥常称为干燥常称为对流干燥对流干燥。精选可编辑ppt14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥过程固体去湿方法和干燥过程n干燥过程分类：干燥过程分类：n（a a）按操作压力可分为常压干燥、真空干燥。）按操作压力可分为常压干燥、真空干燥。n（b b）按操作方式可分为连续式干燥、间歇式干）按操作方式可分为连续式干燥、间歇式干燥。燥。n（c c）按照热能供给湿物料的方式可分为传导干）按照热能供给湿物料的方式可分为传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥。燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥。n本章主要讨论干燥介质是空气，湿分是水的对流本章主要讨论干燥介质是空气，湿

5、分是水的对流干燥过程。干燥过程。精选可编辑ppt14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥过程固体去湿方法和干燥过程n（2 2）对流干燥过程的特点）对流干燥过程的特点n1 1）对流干燥流程）对流干燥流程精选可编辑ppt14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥过程固体去湿方法和干燥过程2）干燥过程的传热、传质）干燥过程的传热、传质传热传热传质传质方向方向从气相到固体从气相到固体从固体到气相从固体到气相推动力推动力温度差温度差水汽分压差水汽分压差3 3）干燥过程进行的必要条件干燥过程进行的必要条件湿物料表面水汽压力大于干燥介质湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压；水汽分压；干燥介质将汽

6、化的水汽及时带走干燥介质将汽化的水汽及时带走。结论结论:对流干燥过程是热质反向传递的过程。对流干燥过程是热质反向传递的过程。精选可编辑ppt14.2 14.2 干燥静力学干燥静力学n14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数n14.2.2 14.2.2 湿空气状态的变化过程湿空气状态的变化过程n14.2.3 14.2.3 水分在气水分在气固两相间的平衡固两相间的平衡 精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数n几个名词：几个名词：n1 1）湿空气：由空气和水蒸汽组成的混合气体）湿空气：由空气和水蒸汽组成的混合气体np=pp=p干干+p p水水

7、n2 2）饱和湿空气：）饱和湿空气：n湿空气中水蒸汽分压等于当时空气温度下水的湿空气中水蒸汽分压等于当时空气温度下水的饱和蒸汽压，即饱和蒸汽压，即p p水水=p ps sn3 3）不饱和湿空气：）不饱和湿空气：np p水水 p ps sn4 4）干空气：）干空气：p p水水=0=0精选可编辑pptn（1 1）空气中水分含量的表示方法）空气中水分含量的表示方法 n）水汽分压）水汽分压p p水汽水汽与露点与露点t td d n测定水汽分压的实验方法是测量露点。测定水汽分压的实验方法是测量露点。n露点露点t td d：在总压不变的条件下将空气与不断降温在总压不变的条件下将空气与不断降温的冷壁相接触，

8、直至空气在光滑的冷壁面上析的冷壁相接触，直至空气在光滑的冷壁面上析出水雾，此时的冷壁温度称为露点。出水雾，此时的冷壁温度称为露点。n壁面上析出水雾表明：壁面上析出水雾表明：水汽分压为水汽分压为p p水汽水汽的湿空的湿空气在露点温度下达到饱和状态。气在露点温度下达到饱和状态。14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数精选可编辑ppt112）湿度（湿含量）湿度（湿含量）H定义：定义：为每为每kgkg干空气所带有的水汽量，干空气所带有的水汽量，单位是单位是kg/kgkg/kg干气，即：干气，即：H =Kg水汽Kg绝干空气=nvMvna Ma=18nv28.9nanv：湿空气中水汽的

9、摩尔数，kmol；na：湿空气中绝干空气的摩尔数，kmol；Mv：水汽的分子量，kg/kmol；Ma：空气的平均分子量，kg/kmol。11精选可编辑ppt12当湿空气可视为理想气体时，则有：式中：pv为空气中水蒸汽分压。vvavavpppppnnvvav622.09.2818pPpnnH水汽水汽水汽水汽气水ppppppMMH622.0n H H也叫绝对湿度或湿含量也叫绝对湿度或湿含量12精选可编辑ppt13当湿空气中水蒸汽分压 pv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。即：即：)(SPtfH，SSS622.0P-ppH

10、13精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数n说明：说明：n湿度由总压和水蒸汽分压决定，当总压固定，湿度由总压和水蒸汽分压决定，当总压固定，则则H Hf f（p p水汽水汽）n当水蒸汽分压等于该温度下水的饱和蒸汽压当水蒸汽分压等于该温度下水的饱和蒸汽压p ps s时，则表该湿空气已经饱和。时，则表该湿空气已经饱和。n饱和湿含量饱和湿含量H Hs s=0.622p=0.622ps s/（P P p ps s），故），故H Hs s=f(t)=f(t)n如果不是空气和水系统，则系数不是如果不是空气和水系统，则系数不是0.6220.622。精选可编辑ppt14.2

11、.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数n）相对湿度）相对湿度 n空气中的水汽分压空气中的水汽分压p p水汽水汽与一定总压及一定温度下空与一定总压及一定温度下空气中水汽分压可能达到的最大值之比定义为相对湿气中水汽分压可能达到的最大值之比定义为相对湿度，以度，以 表示。表示。spp水汽当当pp s当当pp spp水汽相对湿度相对湿度 表示了空气中水分含量的相对大小。表示了空气中水分含量的相对大小。精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数n讨论：讨论：n绝干空气绝干空气 =0=0n饱和时饱和时 =1=10.622pHppss我们讨论的是我们讨论的是0

12、 0 1 100kPa%337.2100337.2 vpp温度越高，温度越高，越小越小，干燥能力越大干燥能力越大。若t=150,相对湿度=？18精选可编辑ppt19【例14-2】总压 100kPa，20 空气的湿度为0.01kg/kg绝干气，求：（1）20时空气相对湿度1 (2)若空气被加热到80时的2（3）20，总压提至147kPa时的3（4）20，总压提至300kPa时1kg干气析出多少水？vv622.0pPpHkPa582.101.0622.010001.0H622.0Hvpp19精选可编辑ppt20%7.67337.2582.1sv1pp（1）查p230表13-1，可知 t=20时Ps

13、=2.337 kPa（2）查p230表13-1，可知 t=80时Ps=47.36 kPa%34.336.47582.12sv2，pp（3）当p=147kPa时%5.99100147337.2582.1sv,33pp20精选可编辑ppt21（4）当p=300kPa时干气水汽 kgpPpHs/kg0049.0337.2300337.2622.0622.0ss干气水汽 kgHHHs/kg0051.00049.001.0P、H一定，温度越高，一定，温度越高，越小越小，干燥能力越大干燥能力越大。H，t一定，压力越低，一定，压力越低，越小越小，干燥能力越大干燥能力越大。n结论结论:湿度湿度H H只能表示水

14、汽含量的绝对值；相只能表示水汽含量的绝对值；相对湿度对湿度 才能表示湿空气吸收水汽的能力。才能表示湿空气吸收水汽的能力。21精选可编辑ppt22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。4)干球温度干球温度t5)湿球温度湿球温度tw22精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数5 5）湿球温度）湿球温度t tw wwww()()HttkHH r空气传给水的显热水汽化带走的潜热精选可编辑ppt24湿球温度tw计算公式（推导过程见P2

15、21）:式中：式中：空气至湿纱布的对流传热系数，W/m2；：以湿度差为推动力的传质系数，kg/m2 s；：水在湿球温度tw时的汽化潜热，kJ/kg水；：湿空气在温度为tw下的饱和湿度，kg水/kg干气；：空气的湿度，kg水/kg干气。)(HHrkttwwHwHkwrwHH24精选可编辑ppt25*物系性质：与、kH有关的物性；*空气状态：t、H；*流动条件：/kH。实验表明，与 kH都Re与的0.8次幂成正比，故 与kH之比值与流速无关，只与物性有关。当物系已确定，则物系性质就不再改变，此时，湿球温度只与气相状态有关，即：影响湿球温度影响湿球温度tw的三方面因素：的三方面因素：)(Htftw，

16、25精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数对空气对空气-水系统，当被测气流的温度不太高，流速水系统，当被测气流的温度不太高，流速5m/s时，时，/kH为一常数，其值约为为一常数，其值约为1.09kJ/（kg），故），故)(09.1wwwHHrtt精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数n讨论：讨论：n空气空气 愈小，偏离饱和愈远，则水气化快，愈小，偏离饱和愈远，则水气化快，t tw w，则汽化慢，则汽化慢，t tw w ；n =1=1，空气饱和，空气饱和，t tw w=t=tnt tw w虽测的是湿纱布的温度，但它是由空

17、气的虽测的是湿纱布的温度，但它是由空气的H H和和 t t 决定。即决定。即t tw w是空气的状态参数。是空气的状态参数。nt tw w=f(H,t)=f(H,t)，可由测定，可由测定 t tw w后，由上式计算空气的后，由上式计算空气的H H。精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数（2 2）与过程计算有关的参数）与过程计算有关的参数n上述参数尚不足以满足干燥过程的计算上述参数尚不足以满足干燥过程的计算的需要，为此补充定义如下两个参数：的需要，为此补充定义如下两个参数：n湿空气的焓湿空气的焓n湿空气的比体积湿空气的比体积n绝热饱和温度绝热饱和温度 精选可

18、编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数1 1）湿空气的焓）湿空气的焓 HrtHccI0pvpg)(00时水的汽化热，取时水的汽化热，取2500 2500 kJ/kJ/（kgkg）；）；pgcpvc0r式中HcccpvpgpHHtHI2500)88.101.1(对空气对空气-水系统有水系统有：湿空气的焓的单位湿空气的焓的单位kJ/kgkJ/kg干气干气 干气比热容，空气为干气比热容，空气为1.01kJ/（kg）；）；蒸汽比热容，水汽为蒸汽比热容，水汽为1.88 kJ/（kg）；）；湿比热容湿比热容精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的

19、状态参数2 2）湿空气的比体积）湿空气的比体积 在常压下、在常压下、t 的的1kg干空气的体积为：干空气的体积为：)273(1083.22732734.223ttM气在常压下、在常压下、t 的的H kg水汽的体积为水汽的体积为：)273(1056.42732734.223tHtMH水精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数)273)(1056.41083.2(33HtHv常压下温度为常压下温度为tt、湿度为、湿度为H H的湿空气比体积为：的湿空气比体积为：湿空气的比体积的单位湿空气的比体积的单位:m:m3 3/kg/kg干气干气1HHv湿思考：有人认为湿空气

20、的比体思考：有人认为湿空气的比体积的倒数是湿空气的密度，你积的倒数是湿空气的密度，你认为对吗？认为对吗？答：答：不对。不对。精选可编辑ppt14.2.14.2.1 1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数3 3）绝热饱和温度）绝热饱和温度14.18()IHH()()asaspL asV IIV HH c t()asasaspHrttHHc HttI)250088.1(01.1定义绝热饱和温度定义绝热饱和温度t tasas，在在=t=tasas条条件下，作热量衡算：件下，作热量衡算：I I与与I I相比甚小，可视为等焓过程相比甚小，可视为等焓过程精选可编辑pptaspHtHHcrtHHrtt)()(

21、09.1asaswww精选可编辑ppt14.2.2 14.2.2 湿空气状态的变化过程湿空气状态的变化过程n补充说明：补充说明：n1 1）对于一定）对于一定t t、H H的空气的空气t tasas为一定值，故为一定值，故t tasas是是空气的状态函数。空气的状态函数。n2 2）对于空气水系统，对照）对于空气水系统，对照t tw w的定义式的定义式/k/kH H1.09c1.09cpHpH，而，而r rasas r rw w，故，故t tasas=t=tw wnt tasas是等焓过程计算，因此是等焓过程计算，因此t tasas和和t tw w是两个不同是两个不同的概念。的概念。n3 3）对不

22、饱和空气，）对不饱和空气，t tt tasas=t=tw w t td dn4 4）对饱和空气，）对饱和空气，t=tt=tasas=t=tw w=t=td d精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数5 5）焓湿度图（图）焓湿度图（图）精选可编辑ppt36/22nH-IH-I图图n等等I I线群线群（06800680）n等等H H线群线群（00.200.2）n等等t t线群线群（02500250）n等等线群线群（5%100%5%100%）n蒸蒸汽汽分分压压线线群群精选可编辑ppt精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数n等等

23、H H线（等湿度线）线（等湿度线）n等等H H线为一系列平行于纵轴的直线。线为一系列平行于纵轴的直线。n等等t t线（等温线）线（等温线）n等等t t线为一系列平行于横轴的直线。线为一系列平行于横轴的直线。n等等I I线（等焓线）线（等焓线）HttI)250088.1(01.1等等 线（等相对湿度线）线（等相对湿度线）ss622.0pppH精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数np p水汽水汽线线(水蒸汽分压线水蒸汽分压线)n p p水汽水汽线标于线标于 =100%=100%线的下方，表示线的下方，表示p p水汽水汽与与H H之之间的关系。间的关系。由由0

24、.622pHpp水汽水汽得得0.622HppH水汽精选可编辑ppt14.2.1 14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数n注意：注意：na)a)当当H H一定时，一定时，t t，吸收水汽能力，吸收水汽能力。所以湿空气进入。所以湿空气进入干燥器之前须先经过预热以提高其温度和焓值有利于载热外，同干燥器之前须先经过预热以提高其温度和焓值有利于载热外，同时也是为了降低相对湿度而有利于载湿；时也是为了降低相对湿度而有利于载湿；nb)b)=100%=100%的线称为饱和曲线，线上各点空气为水蒸汽所饱和，的线称为饱和曲线，线上各点空气为水蒸汽所饱和，此线上方为未饱和区（此线上方为未饱和区（1 t td

25、 d，则为等，则为等H H过程；过程；若终温若终温t t3 3 t td d，则过，则过程为程为ADEADE所示，必有所示，必有部分水汽凝结为水，部分水汽凝结为水，空气的湿度降低空气的湿度降低H H3 3 H H2 2，每千克绝干，每千克绝干空气析出的水分量为空气析出的水分量为 31HHHn(2)冷却过程冷却过程精选可编辑ppt14.2.2 14.2.2 湿空气状态的变化过程湿空气状态的变化过程（3 3）两股气流的混合）两股气流的混合总物料衡算式：总物料衡算式：321VVV332211HVHVHV332211IVIVIV水分衡算式：水分衡算式：焓衡算式：焓衡算式：)(/干空气的质量流量单位：s

26、kg精选可编辑ppt14.2.2 14.2.2 湿空气状态的变化过程湿空气状态的变化过程由杠杆规则得：由杠杆规则得：ACBC21VV精选可编辑ppt例例14-214-2空气状态变化过程的计算空气状态变化过程的计算nP240,14-2P240,14-2n在常压下将温度为在常压下将温度为1818 、湿度为、湿度为0.006kg/kg0.006kg/kg干气的新干气的新鲜空气与部分废气混合，然后将混合气加热，送入干燥鲜空气与部分废气混合，然后将混合气加热，送入干燥器作为干燥介质使用。控制废气与新鲜空气的混合比例器作为干燥介质使用。控制废气与新鲜空气的混合比例以使进干燥器时气体的湿度维持在以使进干燥器

27、时气体的湿度维持在0.065 kg/kg0.065 kg/kg干气。干气。废气的排出温度为废气的排出温度为58 58 、相对湿度、相对湿度70%70%。n试求废气与新鲜空气的混合比及混合气进预热器的温度。试求废气与新鲜空气的混合比及混合气进预热器的温度。精选可编辑ppt（1）查p230表13-1，可知 t=58时Ps=18.146kPakPappsv7.127.0146.18干气kgkgpppHvv/091.07.121007.12622.0622.0229.2065.0091.0006.0065.0VV321312HHHH精选可编辑pptkgkJHtHI/38.332500)88.101.1

28、(1111kgkJIIIIIII/5.21529.22954.33VV333321312kgkJHtHI/2952500)88.101.1(2222Ct8.463精选可编辑ppt14.2.3 14.2.3 水分在气水分在气固两相间的平衡固两相间的平衡一、湿物料中含水量的表示方法一、湿物料中含水量的表示方法二、水分在气二、水分在气-固两相间的平衡固两相间的平衡三、平衡曲线的应用三、平衡曲线的应用精选可编辑ppt一、湿物料中含水量的表示方法一、湿物料中含水量的表示方法n1 1、湿基含水量、湿基含水量?湿物料的总质量水分质量n2 2、干基含水量、干基含水量X XcG量湿物料中绝干物料的质湿物料中水分

29、的质量Xn3 3、换算关系、换算关系 XX11X精选可编辑pptn二、水分在气二、水分在气-固两相间的平衡固两相间的平衡n湿物料湿物料n湿空气湿空气Xn接触接触n时间时间*XX n 平衡曲线平衡曲线n达平衡状态时达平衡状态时 X*nX Xn（一）、平衡曲线（一）、平衡曲线精选可编辑pptn平衡含水量平衡含水量X X*与空气相对与空气相对湿度湿度 的关系（的关系（25 25）1 1新闻纸新闻纸2 2羊毛、毛织物羊毛、毛织物3 3硝化纤维硝化纤维4 4丝丝5 5皮革皮革6 6陶土陶土7 7烟叶烟叶8 8肥皂肥皂9 9牛皮胶牛皮胶1010木材木材1111玻璃绒玻璃绒1212棉花棉花精选可编辑pptn

30、1 1）相对湿度一定时，吸水物质的平衡含水量高于非）相对湿度一定时，吸水物质的平衡含水量高于非吸水物质。吸水物质。n2 2）同一物质，相对湿度越大，平衡含水量越高。）同一物质，相对湿度越大，平衡含水量越高。n3 3）温度对平衡含水量影响不大。）温度对平衡含水量影响不大。n4 4）平衡含水量平衡含水量X X*是一定条件下物料被干燥的极限是一定条件下物料被干燥的极限。n结论结论精选可编辑pptn在一定的干燥条件下在一定的干燥条件下n不能被除去的水分不能被除去的水分n平衡水分平衡水分 X X*n大于平衡水分的水分大于平衡水分的水分n自由水分自由水分 X X-X X*n物料所含水分平衡水分自由水分物料

31、所含水分平衡水分自由水分n平衡水分平衡水分 n自由水分自由水分 n按按能否被除去能否被除去划分，取决于划分，取决于物物料的性质料的性质和和空气的状态空气的状态。n1.1.平衡水分与自由水分平衡水分与自由水分n（二）、平衡水分与自由水分（二）、平衡水分与自由水分精选可编辑pptn结合水分的特点结合水分的特点n结合力强，不易除去。结合力强，不易除去。n（三）、结合水分与非结合水分（三）、结合水分与非结合水分n物料表面吸物料表面吸附及空隙中附及空隙中所含的水分所含的水分n物料细胞物料细胞壁及毛细孔壁及毛细孔道内所含的道内所含的水分水分n湿物料湿物料结合水分结合水分n非结合非结合水分水分精选可编辑pp

32、tn结合水分结合水分 n非结合水分非结合水分 n按按除去的难易程度除去的难易程度划分，划分，仅仅取决于物料的性质取决于物料的性质，而与空而与空气的状态无关。气的状态无关。n平衡水分平衡水分 n自由水分自由水分 n按按能否被除去能否被除去划分，取决于划分，取决于物物料的性质料的性质和和空气的状态空气的状态。n（四）、两者的区别（四）、两者的区别精选可编辑pptn固体物料中所含水分的性质固体物料中所含水分的性质X总总水水分分*X平衡水分平衡水分自自由由水水分分%100spp 非结合水分非结合水分结合水分结合水分n三、平衡曲线三、平衡曲线的应用的应用n1 1）方向）方向n2 2）极限）极限n3)3)

33、推动力推动力spp n吸湿现象？吸湿现象？精选可编辑pptn【例【例1414-3-3】在常压】在常压2525下，水分在下，水分在ZnOZnO与空气间的与空气间的平衡关系为：平衡关系为：100%100%，平衡含水量，平衡含水量X X*0.02 kg0.02 kg水水/kg/kg干料；干料；40%40%，平衡含水量，平衡含水量X X*0.007 kg0.007 kg水水/kg/kg干料。现将含水量为干料。现将含水量为0.25 kg0.25 kg水水/kg/kg干料的干料的ZnOZnO与与2525，40%40%的空气接触，求物料的自由水分、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

34、。平衡水分、结合水分和非结合水分。平衡水分：平衡水分：X X*（40%40%）=0.007kg=0.007kg水水/kg/kg干料干料自由水分自由水分X=XX=Xt t-X-X*=0.25-0.007=0.243kg=0.25-0.007=0.243kg水水/kg/kg干料干料非结合水分非结合水分X=XX=Xt t-X-X*=0.25-0.02=0.23kg0.25-0.02=0.23kg水水/kg/kg干料干料结合水分：结合水分：X X*（100%100%）=0.02kg=0.02kg水水/kg/kg干料干料精选可编辑ppt14.3 14.3 干燥速率与干燥过程计算干燥速率与干燥过程计算14

35、.3.1 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率物料在定态空气条件下的干燥速率（1 1）干燥动力学实验）干燥动力学实验n1 1）实验内容：）实验内容：n大量空气流过小块固体物料，气流温度大量空气流过小块固体物料，气流温度t t，相对湿，相对湿度度 ，流速不变，记录物料的自由含水量，流速不变，记录物料的自由含水量X X与时间与时间的关系的关系干燥曲线。干燥曲线。精选可编辑ppt14.3.1 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率物料在定态空气条件下的干燥速率2 2）实验结果：）实验结果：AB-预热段预热段 BC-恒速段恒速段CDE-降速段降速段精选可编辑ppt14.3.1 14.3.

36、1 物料在定态空气条件下的干燥速率物料在定态空气条件下的干燥速率n物料的干燥速率即水分汽化速率物料的干燥速率即水分汽化速率N NA A可用单位时间、单位面积可用单位时间、单位面积（气固接触界面）被汽化的水量表示，即（气固接触界面）被汽化的水量表示，即AddXGNcA式中：cGAX试样中绝对干燥物料的质量，试样中绝对干燥物料的质量，kgkg；试样暴露于气流中的表面积，试样暴露于气流中的表面积，m m2 2；物料的自由含水量，物料的自由含水量，kg水水/kg干料。干料。*XXXt3）定义物料的干燥速率：）定义物料的干燥速率：精选可编辑ppt14.3.1 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率

37、物料在定态空气条件下的干燥速率精选可编辑ppt14.3.1 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率物料在定态空气条件下的干燥速率n注意：注意：n干燥曲线或干燥速率曲线是恒定的空气条件（指一干燥曲线或干燥速率曲线是恒定的空气条件（指一定的速率、温度、湿度）下获得的。对指定的物料，定的速率、温度、湿度）下获得的。对指定的物料，空气的温度、湿度不同，速率曲线的位置也不同。空气的温度、湿度不同，速率曲线的位置也不同。精选可编辑ppt14.3.1 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率物料在定态空气条件下的干燥速率（2 2）恒速干燥阶段）恒速干燥阶段BCBC表面汽化控制阶段表面汽化控制阶段n

38、1 1）此时物料表面保持润湿，传质速率决定于外部表）此时物料表面保持润湿，传质速率决定于外部表面汽化面汽化N NA A=k=kH H（H HW W-H-H）。）。n2 2）空气供给物料的热物料水分汽化需的潜热。）空气供给物料的热物料水分汽化需的潜热。n3 3）物料）物料=t=tw w 不变，速率恒定。不变，速率恒定。n4 4）此时除去的是非结合水，物料）此时除去的是非结合水，物料p p表表 =p=ps s=p=pw w（湿（湿球温度下水的饱和蒸汽压）。球温度下水的饱和蒸汽压）。精选可编辑ppt14.3.1 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率物料在定态空气条件下的干燥速率（3 3）降速

39、干燥阶段）降速干燥阶段CE CE 内部迁移控制阶段内部迁移控制阶段 在降速阶段干燥速率的变化规律与物料性质及其内在降速阶段干燥速率的变化规律与物料性质及其内部结构有关。降速的原因大致有如下四个：部结构有关。降速的原因大致有如下四个：n1 1）实际汽化表面减少）实际汽化表面减少第一降速阶段，第一降速阶段，CDCD段，部分段，部分表面形成干区。表面形成干区。n2 2）汽化面的内移）汽化面的内移第二降速阶段，第二降速阶段，DEDE段，表面全部段，表面全部形成干区。形成干区。精选可编辑ppt14.3.1 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率物料在定态空气条件下的干燥速率n3 3）平衡蒸汽压下降

40、）平衡蒸汽压下降n平衡蒸汽压逐渐下降，使传质推动力减小，干燥速率平衡蒸汽压逐渐下降，使传质推动力减小，干燥速率也随之降低。也随之降低。n4 4）固体内部水分的扩散极慢）固体内部水分的扩散极慢非多孔性物料非多孔性物料n物料内部水分的扩散速度物料内部水分的扩散速度 物料表面水分的汽化速度。物料表面水分的汽化速度。干燥速率取决于固体内部水分的扩散。干燥速率取决于固体内部水分的扩散。n干燥速率将与气速无关，与表面气干燥速率将与气速无关，与表面气固两相的传质固两相的传质系数系数k kH H无关，只与物料的性质与接触方式有关。无关，只与物料的性质与接触方式有关。n减薄物料厚度减薄物料厚度精选可编辑ppt1

41、4.3.1 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率物料在定态空气条件下的干燥速率（4 4）临界含水量）临界含水量n固体物料在恒速干燥终了时的含水量为临界含水量，固体物料在恒速干燥终了时的含水量为临界含水量，而从中扣除平衡含水量后则称而从中扣除平衡含水量后则称临界自由含水量临界自由含水量X Xc cn临界含水量不但与物料本身的结构、分散程度有关，临界含水量不但与物料本身的结构、分散程度有关，也受干燥介质条件（流速、温度、湿度）的影响。也受干燥介质条件（流速、温度、湿度）的影响。精选可编辑ppt14.3.1 14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率物料在定态空气条件下的干燥速率（5 5）

42、干燥操作对物料性状的影响）干燥操作对物料性状的影响n 恒速阶段允许采用较高的气流温度，以提高恒速阶段允许采用较高的气流温度，以提高干燥速率和热的利用率。干燥速率和热的利用率。n降速阶段要注意控制物料温度。降速阶段要注意控制物料温度。精选可编辑ppt14.3.2 14.3.2 间歇干燥过程的计算间歇干燥过程的计算 （1 1）恒速阶段的干燥时间恒速阶段的干燥时间1 1 如物料在干燥之前的自由含水量如物料在干燥之前的自由含水量X X1 1大于临界含水大于临界含水量量X Xc c，则干燥必先有一恒速阶段。忽略物料的预热阶，则干燥必先有一恒速阶段。忽略物料的预热阶段，恒速阶段的干燥时间段，恒速阶段的干燥

43、时间1 1由由 积分求出。积分求出。AddXGNcAC11A0ddXXcNXAG精选可编辑ppt14.3.2.1 14.3.2.1 恒速阶段的干燥时间恒速阶段的干燥时间1 1n因干燥速率因干燥速率N NA A为一常数为一常数AccNXXAG11n速率速率N NA A由实验决定，也可按传质或传热速率式估算，即由实验决定，也可按传质或传热速率式估算，即)()(wwwHAttrHHkNnHw为湿球温度tw下的气体的饱和湿度。精选可编辑ppt14.3.2.1 14.3.2.1 恒速阶段的干燥时间恒速阶段的干燥时间1 1 传质系数的测量技术不如给热系数测量那样成熟与准传质系数的测量技术不如给热系数测量那

44、样成熟与准确，在干燥计算中常用经验的给热系数进行计算。气流与确，在干燥计算中常用经验的给热系数进行计算。气流与物料的接触方式对给热系数影响很大，以下是几种典型接物料的接触方式对给热系数影响很大，以下是几种典型接触方式的给热系数经验式。触方式的给热系数经验式。（1 1）空气平行于物料表面流动（图）空气平行于物料表面流动（图14-1614-16a a）8.00143.0GkW/m2 式中G为气体的质量流速，kg/（m2s）。上式的试验条件为G=0.68-8.14kg/（m2s），气温t=45-150。精选可编辑ppt14.3.2.1 14.3.2.1 恒速阶段的干燥时间恒速阶段的干燥时间1 1（2

45、 2）空气自上而下或自下而上穿过颗粒堆积层（图）空气自上而下或自下而上穿过颗粒堆积层（图14-1614-16b b）41.0p59.00189.0dG350Gdp41.0p49.00118.0dG 350Gdp气体粘度，气体粘度，PasGpd式中气体质量流速，气体质量流速，kg/（m2s）具有与实际颗粒相同表面的具有与实际颗粒相同表面的 球的直径，球的直径，m精选可编辑ppt14.3.2.1 14.3.2.1 恒速阶段的干燥时间恒速阶段的干燥时间1 1（3 3）单一球形颗粒悬浮于气流中（图）单一球形颗粒悬浮于气流中（图14-1614-16c c）3/12/1ppPrRe65.02dudppRe

46、 气体的密度、粘度和普朗特数。u,Pr 式中：式中：气体与颗粒的相对运动速度；气体与颗粒的相对运动速度；精选可编辑ppt14.3.2.2 14.3.2.2 降速阶段的干燥时间降速阶段的干燥时间2 2n 当当X X X X*）所）所需时间为需时间为2 2。精选可编辑ppt14.3.2.2 14.3.2.2 降速阶段的干燥时间降速阶段的干燥时间2 2 2c2Ac02ddXXNXAGAXNK XAXc()NKX恒2C2cc2XXddcXXXXGGXXAKXAKX ccccc2X22lnln()AGXG XXAKXA NX恒精选可编辑ppt14.3.2.2 14.3.2.2 降速阶段的干燥时间降速阶段

47、的干燥时间2 2c1c1XcGXXAKXc1cc12Xc2(ln)GXXXAKXX1cc122lncXXXXX将 代入 的表达式得 AXc()NK X恒1cc2X2lnGXAKX精选可编辑ppt例题例题14-414-4降速阶段的干燥时间降速阶段的干燥时间n已知某物料在恒定空气条件下从自由含水量已知某物料在恒定空气条件下从自由含水量0.10kg/kg0.10kg/kg干料干燥至干料干燥至0.04kg/kg0.04kg/kg干料共需干料共需5h5h，问将此物料继续干燥至自由含水量问将此物料继续干燥至自由含水量0.01kg/kg0.01kg/kg干料还需多少时间？已知此干燥条件下物料的干料还需多少时

48、间？已知此干燥条件下物料的临界自由含水量临界自由含水量X XC C=0.08kg/kg=0.08kg/kg干料，降速阶段干料，降速阶段的速率曲线可作为通过原点的直线处理。的速率曲线可作为通过原点的直线处理。精选可编辑ppt14.3.2.14.3.2.3 3干燥结束时的物料温度干燥结束时的物料温度n降速阶段，干燥速率减慢，物料表面不降速阶段，干燥速率减慢，物料表面不再能保持湿球温度不变，此时气体传给再能保持湿球温度不变，此时气体传给固体物料的热量中一部分用于物料升温。固体物料的热量中一部分用于物料升温。n当物料干燥至平衡含水量时，物料温度当物料干燥至平衡含水量时，物料温度等于气温等于气温t t。

49、精选可编辑ppt14.3.3 14.3.3 连续干燥过程的一般特性连续干燥过程的一般特性 （1 1）连续干燥过程的特点）连续干燥过程的特点n以并流连续干燥为例，以并流连续干燥为例，P249P249图图14-2014-20n基本上可分为三个阶段：预热段、基本上可分为三个阶段：预热段、表面汽化阶段、升温阶段表面汽化阶段、升温阶段n注意：注意：)(*xAXXKN精选可编辑ppt14.3.3 14.3.3 连续干燥过程的一般特性连续干燥过程的一般特性 （2 2）连续干燥过程的数学描述）连续干燥过程的数学描述n连续干燥过程为定态过程，设备中的湿空气与连续干燥过程为定态过程，设备中的湿空气与物料状态沿流动

50、途径不断变化，但流经干燥器物料状态沿流动途径不断变化，但流经干燥器任一确定部位的空气和物料状态不随时间而变，任一确定部位的空气和物料状态不随时间而变，故应采用欧拉法考虑，在垂直于气流运动方向故应采用欧拉法考虑，在垂直于气流运动方向上取一设备微元上取一设备微元 作为考察对象。作为考察对象。n以下首先对干燥过程作物料衡算和热量衡算，以下首先对干燥过程作物料衡算和热量衡算，然后对干燥过程作出简化，列出传热、传质速然后对干燥过程作出简化，列出传热、传质速率方程，计算设备容积。率方程，计算设备容积。Vd精选可编辑ppt14.3.4 14.3.4 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