大学精品课件：第十一章 干燥.ppt

1、1,讲授人:黄德春 中国药科大学,第十一章 干燥 （Chapter 11 Drying）,2,概述,湿空气的性质和湿度图,湿空气的性质,湿度图,去湿方法,干燥分类,对流干燥,内容纲要（一）,湿物料的性质,含水量的表示法,湿物料水分性质,3,内容纲要（二）,干燥过程的计算,物料衡算,热量衡算,焓衡算,干燥速率和干燥时间,恒定干燥条件,干燥曲线,干燥速率曲线,干燥时间计算,干燥设备,4,内容纲要（三）,基本要求,典型干燥器,干燥器选型,作业参考答案,5,第一节 概述,一、去湿方法：,1.机械法：,沉降、过滤、离心分离,低能耗,3.干燥法：,加热湿分汽化蒸汽排出,能耗较大,注：干燥介质是指带走湿分的

2、外加气相,2.化学法：,使用吸附剂或干燥剂,成本甚高,6,第一节 概述,二、干燥分类,按操作压强,常压干燥,真空干燥,按操作方式,连续干燥,按传热方式,对流干燥,传导干燥,间歇干燥,辐射干燥,介电加热干燥,（）,（）,（）,7,三、对流干燥：,第一节 概述,8,*热能以对流方式传递给物料；,*产生的蒸汽被干燥介质带走。,*干燥介质与物料相接触；,*干燥介质温度渐降，湿含量渐增。,第一节 概述,9,第二节 湿空气的性质和湿度图,1.湿度H (Humidity)：,视为理想气体：,饱和湿度：,若,具有吸湿能力,一、湿空气的性质：,10,第二节 湿空气的性质和湿度图,2.相对湿度 (Relative

3、 Humidity) ：,11,3.比容 （Specific Volume)：,注：湿空气的密度,第二节 湿空气的性质和湿度图,12,4.比热 (Specific Heat)：,只是湿度的函数,第二节 湿空气的性质和湿度图,13,5.焓 (Enthalpy）：,0时1kg绝干气,t时1kg绝干气,t时(1+H)kg湿空气,0时H kg液态水,0时H kg的水气,t时H kg的水气,第二节 湿空气的性质和湿度图,14,例:常压下湿空气温度20、湿度0.014673/绝干气,试求:湿空气的相对湿度;湿空气的比容;湿空气的比热;湿空气的焓。若将上述空气加热到50,再分别求上述各项。,解：,(1)20

4、时：,相对湿度：,由附录查出20时水蒸汽饱和蒸汽压,(不可用作干燥介质),第二节 湿空气的性质和湿度图,15,比容,比热,第二节 湿空气的性质和湿度图,16, 焓,(2)50时：,不变,不变,18.92%,88.42,0.935,第二节 湿空气的性质和湿度图,17,6.干球温度和湿球温度:,干球温度,普通温度计,湿球温度,湿球温度计,*测温机理：,第二节 湿空气的性质和湿度图,18,* ：,第二节 湿空气的性质和湿度图,19,其中,第二节 湿空气的性质和湿度图,20,*,第二节 湿空气的性质和湿度图,21,7.绝热饱和温度 :,绝热饱和过程,绝热增湿过程,*大量水与少量空气接触；,*无热供给和

5、损失；,*空气放出的显热 用于水分气化；,*汽化后的水分进入空气。,绝热饱和过程,等焓过程,第二节 湿空气的性质和湿度图,22, ：,第二节 湿空气的性质和湿度图,23,说明：,第二节 湿空气的性质和湿度图,*,*,*,24,第二节 湿空气的性质和湿度图,8.露点 (Dew Point):,25,例:常压下,湿空气的温度为30、湿度为0.02403 /绝干气,试求湿空气的各种性质:分压 ;露点 ;绝热饱和温度 ;湿球温度 。,解：,(1)分压,(2)露点,将湿空气等湿冷却到饱和状态时的温度为露点，相应的蒸汽压为水的饱和蒸气压，由附录查出对应的温度为27.5，此温度即为露点。,第二节 湿空气的性

6、质和湿度图,26,(3)绝热饱和温度,故需试差：,设,设,由附录查出28.4时水的饱和蒸气压为3870Pa，故：,第二节 湿空气的性质和湿度图,27,求,核算,0时水的汽化热,假设 成立,第二节 湿空气的性质和湿度图,28,(4)湿球温度,试差法：,设,水蒸气空气：,由附录查出28.4时水的汽化热 为2427.3kJ/kg：,前算出28.4湿空气饱和湿度为0.02471kg/kg绝干气,第二节 湿空气的性质和湿度图,29,与假设的28.4很接近，故假设正确。,计算结果证明对水蒸气空气系统，,第二节 湿空气的性质和湿度图,作业：P324中习题1。,30,二、湿度图,标绘湿空气的性质参数,1.分析

7、:,当P一定时，,可由两个独立参数确定。,第二节 湿空气的性质和湿度图,31,2.类型,3.(I-H )图,等湿度(H )线群,等焓(I )线群,第二节 湿空气的性质和湿度图,32,等干球温度(t )线群,*作法,*特点,第二节 湿空气的性质和湿度图,33,等相对湿度( )线群,说明：,*,*,*,*,第二节 湿空气的性质和湿度图,34,蒸汽分压( )线,4.(I-H )图的应用：,注：参数 均 由等 线查取；,第二节 湿空气的性质和湿度图,35,空气状态变化过程的图示,*加热和冷却(等湿过程),可求露点,*绝热增湿(等焓过程),可求,第二节 湿空气的性质和湿度图,36,已知状态点确定空气性质

8、,第二节 湿空气的性质和湿度图,I,H,37,空气状态点的确定,*,*,*,第二节 湿空气的性质和湿度图,38,*,*,*,第二节 湿空气的性质和湿度图,作业：P324中习题(2)。,39,I-H,第二节 湿空气的性质和湿度图,40,第三节 湿物料的性质,1.湿基含水量( )：,2.干基含水量( )：,换算：,和,一、含水量的表示法：,41,第三节 湿物料的性质,1.水分的存在形式,二、湿物料水分性质：,吸附水分:物料表面水分,毛细管水分：物料孔隙水分,溶胀水分：物料细胞壁内水分,化学结合水分：主要为结晶水,42,2.平衡水分和自由水分：,第三节 湿物料的性质,说明：,*,*若要 ，,则需空气

9、 。,43,平衡水不可除去;结合水可部分除去；非结合水和自由水分可全部除去。,3.结合水和非结合水：,第三节 湿物料的性质,说明：,*,*平衡水分必定是结合水分；,44,一、物料衡算：,第四节 干燥过程的计算,1.产品流量( )：,45,第四节 干燥过程的计算,2.水分蒸发量( )：,其中：,46,3.绝干空气消耗量( )：,单位空气消耗量，,新鲜空气量：,风机 风量：,第四节 干燥过程的计算,47,例：连续操作干燥器,每一小时处理湿物料 ，干燥前后物料的含水量由20%降至3%(均为湿基),干燥介质为热空气，初始湿度为 ，离开干燥器时湿度为 ，试求(1)水分蒸发量 ;（2）空气消耗量， ;(3

10、)干燥产品量， 。,解：,第四节 干燥过程的计算,48,(1),(2),第四节 干燥过程的计算,49,(3),或,作业：P325中习题4。,第四节 干燥过程的计算,50,1.预热室：,二、热量衡算：,第四节 干燥过程的计算,51,供热,注意：,2.干燥室：,第四节 干燥过程的计算,52,第四节 干燥过程的计算,53,绝干料比热,吸热,第四节 干燥过程的计算,54,干燥室热衡式：,其中：,第四节 干燥过程的计算,55,(加热空气),(蒸发水分),(加热产品),(热损失),3.系统耗热量：,第四节 干燥过程的计算,56,4.干燥热效率：,其中：,说明：,*,*,第四节 干燥过程的计算,57,第四节

11、 干燥过程的计算,例：温度t0=26oC、湿度H0=0.0166kg/kg绝干气的新鲜空气,预热到t1=95oC送至连续逆流干燥室内,离开时的尾气温度t2=65oC。湿物料初始时:温度1=25oC、湿基含水量w1=1.5%；终了时:温度2=34.5oC、产品的湿基含水量w2=0.2%。每小时加入干燥室9200kg湿物料。绝干物料比热Cs=1.84kJ/(kg绝干料oC)。预热室的热损失可忽略，干燥室内无加热装置,热损失为580kJ/kg汽化水分。求(1)单位时间获得的干燥产品质量;(2)蒸发水分量;(3)单位时间内消耗的新鲜空气质量;(4)预热器的供热量；(5)干燥系统热效率。,58,解（1）

12、,（2）,（3）,第四节 干燥过程的计算,59,（4）,第四节 干燥过程的计算,（5）,60,例（习题5）：常压下以温度为20、相对湿度为60%的新鲜空气为介质，干燥某种湿物料。空气在预热室中被加热到90后送入干燥室,离开时的温度为45、湿度为0.022kg/kg绝干气。每小时有1100kg温度为20、湿基含水量为3%的湿物料送入干燥室，物料离开干燥室时温度升到60、湿基含水量为0.2%。干燥产品的平均比热为3.28kJ/(kg)。忽略预热室向周围的热损失,干燥室的热损失为1.2kW。试求:(1)水分蒸发量 ;(2)新鲜空气消耗量 ;(3)若风机装在预热室的新鲜空气入口处，求风机的风量;(4)

13、预热室消耗的热量 ;(5)干燥系统消耗的总热量 ;(6)向干燥室补充的热量 ;(7)干燥系统的热效率。,第四节 干燥过程的计算,61,第四节 干燥过程的计算,62,解：,(1),蒸发水分量,其中：,第四节 干燥过程的计算,63,(2),新鲜空气消耗量,其中：,当,时,查图得,或当,时,查附录得,，故：,第四节 干燥过程的计算,64,(3),风机的风量,(4),预热室中消耗的热量,第四节 干燥过程的计算,65,(5),干燥系统消耗的总热量,第四节 干燥过程的计算,66,(6),向干燥室补充热量,(7),热效率,作业：P325中习题5（本例题）。,第四节 干燥过程的计算,67,三、焓衡算：,1.焓

14、变分析方程：,第四节 干燥过程的计算,68,2.等焓干燥：,绝热干燥,当,*,*,*,或理想干燥,操作线,第四节 干燥过程的计算,69,3.非等焓干燥：,非绝热干燥;实际干燥,当,*,*,*,操作线在等焓线下方(BC1),第四节 干燥过程的计算,70,当,操作线在等焓线上方(BC2),时,若 足够大,不仅 ，,操作线为过B的等温线(BC3),且可能 。,第四节 干燥过程的计算,71,例：在常压连续逆流干燥器中将某种物料自湿基含水量50%干燥至6%。采用废气循环操作,即由干燥室出来的一部分废气和新鲜空气相混合,混合气经预热室加热到必要的温度后再送入干燥室。循环比(废气中绝干空气质量和混合气中绝干

15、空气质量之比)为0.8。设空气在干燥室中经历等焓增湿过程。,已知新鲜空气状态为t0=25,H0=0.005kg水/kg绝干气。废气的状况为：t2=38, H2=0.034kg水/kg绝干气。试求每小时干燥1000kg湿物料所需的新鲜空气量及预热室的传热量。设预热室的热损失可忽略。,第四节 干燥过程的计算,72,第四节 干燥过程的计算,73,第四节 干燥过程的计算,74,第四节 干燥过程的计算,75,第四节 干燥过程的计算,76,第四节 干燥过程的计算,77,第四节 干燥过程的计算,78,第四节 干燥过程的计算,79,第五节 干燥速率和干燥时间,一、恒定干燥条件：,空气温度、湿度、流速及与物料的

16、接触方式不变。,二、干燥曲线：,80,第五节 干燥速率和干燥时间,81,第五节 干燥速率和干燥时间,82,三、干燥速率曲线：,第五节 干燥速率和干燥时间,83,第五节 干燥速率和干燥时间,84,第五节 干燥速率和干燥时间,85,四、干燥时间计算：,1.恒速阶段时间：,第五节 干燥速率和干燥时间,86,2.降速阶段时间：,第五节 干燥速率和干燥时间,87,第五节 干燥速率和干燥时间,3.总干燥阶段时间：,88,第五节 干燥速率和干燥时间,例：在常压干燥器中干燥某种湿物料。已知物料的临界含水量为0.10kg/kg绝干料,平衡含水量为0.01 kg/kg绝干料。物料初始和最终干基含水量分别为0.25

17、及0.0204。恒速阶段干燥时间为1h，降速阶段的干燥曲线为直线。试求物料在干燥器中的停留时间至少为若干(h)。,解：,89,第五节 干燥速率和干燥时间,干燥过程包括恒速和降速两干燥阶段,由,90,例:已知某物料在恒定干燥条件下从初始含水量0.4 kg水/kg绝干料降至0.08kg水/kg绝干料,共需6小时，物料的临界含水量Xc=0.15kg水/kg绝干料,平衡含水量X*=0.04kg水/kg绝干料,降速阶段的干燥速率曲线可作为直线处理。试求：恒速干燥阶段所需时间 及降速阶段所需时间 分别为多少？若在同样条件下继续将物料干燥至0.05 kg水/kg绝干料，还需多少时间？,解：,X由0.4降至0

18、.08kg水/kg绝干料经历两阶段：,第五节 干燥速率和干燥时间,91,第五节 干燥速率和干燥时间,92,第五节 干燥速率和干燥时间,93,第六节 干燥设备,一、基本要求：,1.对物料的适应性,物料的多样性,产品要求的多样性,2.高生产能力,缩短干燥时间,降低临界含水量；,提高降速段本身速度。,3.能耗经济性,提高热利用率,干燥器结构应利于气固接触；,逆流可获得较大传热推动力；,设置传热面。,4.便于操作和控制。,94,第六节 干燥设备,1.厢式干燥器(盘式干燥器),分类：,(热风沿物料表面通过),(热风垂直穿过物料),水平气流式；,穿流气流式；,真空厢式。,二、典型干燥器：,95,优点：,构

19、造简单，投资少；,适应性强，物料损失小，盘易清洗；,宜用于小批量或多品种产品生产。,缺点：,物料得不到分散，干燥时间长；,劳动强度大，需定时装卸或翻动物料，粉尘污染严 重，且热利用率低；,产品质量不均匀。,应用：,小规模,多品种,条件变动大,干燥时间长的场合。,第六节 干燥设备,96,2.洞道式干燥器：,特点：,可连续或半连续操作；,制造和操作较简单，能耗也不大；,适于具有一定形状、较大的物料干燥。,原理及结构：,第六节 干燥设备,97,结构：,优点：,可连续干燥多种不同的固体物料；,可保持较好的物料形状。,3.带式干燥器：,缺点：,对物料堆积厚度和装载密度有要求,以防通气不均。,生产能力及热

20、效率均较低；,应用：,适于干燥颗粒状、块状和纤维状的物料。,第六节 干燥设备,98,4.气流式干燥器：,原理及结构：,第六节 干燥设备,99,第六节 干燥设备,100,第六节 干燥设备,101,第六节 干燥设备,102,优点：,气固间传递面积大,体积传质系数高,干燥速率大；,接触时间短,热效率高,气、固并流操作,可以采用高 温介质,对热敏性物料的干燥尤为适宜；,由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置；,缺点：,必须有高效能的粉尘收集装置，否则尾气携带的粉尘 将造成很大的浪费，也会对形成对环境的污染；,结构简单,占地面积小,运动部件少,易于维修,成本低。,对有毒物质，不易采用这种干燥方法。

21、但如果必须使,第六节 干燥设备,103,用时,可利用过热蒸汽作为干燥介质；,对结块、不易分散物料,需要性能好的加料装置,有 时还需附加粉碎过程；,气流干燥系统的流动压降较大,约为3000-4000Pa， 必须选用高压或中压通风机,动力消耗较大。,应用：,气流干燥器适宜于处理含非结合水及结块不严重又不怕磨损的粒状物料，尤其适宜于干燥热敏性物料或临界含水量低的细粒或粉末物料。对粘性和膏状物料，采用干料返混方法和适宜的加料装置，如螺旋加料器等，也可正常操作。,第六节 干燥设备,104,原理及结构：,第六节 干燥设备,5.流化床(沸腾床)干燥器：,105,第六节 干燥设备,106,第六节 干燥设备,1

22、07,优点：,传热、传质速率高(单位体积的传递面积大,颗粒间充分搅混消除了表面静止气膜,使两相间传递系数增加),热效率高(由于传递速率高,气体离开床层时近等于或略高于床层温度）；,可采用较高的气体入口温度(由于气体可迅速降温)；,设备简单,无运动部件,成本费用低；,操作控制容易(通过出料口的阀门,可调节物料与干燥介质间的接触时间)。,第六节 干燥设备,108,缺点：,只宜用于处理粒径30um6mm的粉粒状物料,当粒径小于2040um时,气体通过分布板时易产生局部沟流,当大于48mm时,则需较高气速,增加流体阻力,磨损严重；,对物料的流动性有要求(主要是含水量)；,易产生物料的返混或短路,有的物

23、料未充分干燥,但有的却过分干燥。,应用：,单层沸腾床干燥器仅适于易干燥、处理量较大而对干燥产品的要求不太高的场合。若要求较高或所需干燥时间较长，则应采用多层（或多室）沸腾床干燥器。,注: 多层床的结构复杂，流阻大，且各层物料量不易控制；而卧式多室床则不然。,第六节 干燥设备,109,6.转筒式(回转式)干燥器：,原理及结构：,第六节 干燥设备,110,第六节 干燥设备,111,优点：,机械化程度较高,生产能力大,操作稳定可靠；,对不同物料适应性强,操作弹性大,产品质量均匀。,缺点：,设备笨重,一次性投资大；,结构复杂,安装、拆卸困难,且传动部分需经常维修；,物料停留时间较长,且不均等,故不适合

24、对温度有严格 要求的物料。,应用：,主要用于处理散粒状物料，但如返混适当数量的干料亦可处理含水量很高的物料或膏糊状物料，也可以在用干料做底料的情况下干燥液态物料，即将液料喷洒在抛洒起来的干料上面。,第六节 干燥设备,112,7.喷雾干燥器：,原理及结构：,第六节 干燥设备,113,第六节 干燥设备,高速离心式喷雾干燥机,114,第六节 干燥设备,115,优点：,干燥过程极快，适宜于处理热敏性物料；,处理物料种类广泛,如溶液、悬浮液、浆状物料等；,缺点：,热效率低，操作弹性低；,占地面积大、设备成本费高；,粉尘回收麻烦，回收设备投资大。,应用：,宜用于热敏性物料的干燥，广泛应用于食品、医药、染料

25、、塑料及化肥等工业生产中。,可直接获得干燥产品,省去蒸发、结晶、过滤、粉碎等工序；,能得到速溶的粉末或空心细颗粒；,过程易于连续化、自动化。,第六节 干燥设备,116,8.滚筒干燥器：,原理及结构：,优点：,动力消耗小,投资少, 维修费用小；,干燥时间和温度易调。,缺点：,生产能力不高；,劳动强度及条件不如 喷雾干燥。,第六节 干燥设备,117,第六节 干燥设备,冷冻干燥器,118,三、干燥器选型：,1.考察因素：,物料的形态和性质；,物料的干燥特性：,湿分的类型 (结合水、非结合水或二者兼有),初始和最终湿含量,允许的最高干燥温度,产品的粒度分布,产品的形态等要求,第六节 干燥设备,119,处理量；,2.选型步骤：,回收问题：粉尘回收；