广东工业大学化工原理-第九章课件.ppt

1、2023-6-11第第第第第第九九九九九九章章章章章章 干燥干燥干燥干燥干燥干燥 DryingDryingDrying一、去湿及其方法一、去湿及其方法二、二、干燥方法干燥方法 三、三、对流干燥的传热传质过程对流干燥的传热传质过程 第第第第第第一一一一一一节节节节节节 概述概述概述概述概述概述2023-6-11一、去湿及其方法一、去湿及其方法一、去湿及其方法1、何为去湿？、何为去湿？从物料中脱除湿分湿分的过程称为去湿。去湿。在化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多的水分或有机溶剂(湿份)，要制得合格的产品需要除去固体物料中多余的湿份。湿分：湿分：不一定是水分！2、去湿方法、去湿方法机

2、械去湿法机械去湿法：挤压（拧衣服、过滤）物理法物理法：浓硫酸吸收,分子筛吸附,膜法脱湿化学法化学法：利用化学反应脱除湿分（CaO）干燥法：干燥法：加热惯用做法：惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以降低除湿的成本。2023-6-11二、干燥方法二、干燥方法二、干燥方法二、干燥方法二、干燥方法二、干燥方法 1、传导干燥、传导干燥 热能通过传热壁面以传导的方式传给湿物料 被干燥的物料与加热介质不直接接触，属间接干燥 优点：优点：热能利用较多 缺点：缺点：与传热壁面接触的物料易局部过热而变质，受热不均匀。2、辐射干燥、辐射干燥 热能以电

3、磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，被物2023-6-11料吸收转化为热能，而将水分加热汽化。优点：生产能力强，干燥产物均匀 缺点：能耗大3、介电加热干燥、介电加热干燥 将需干燥的物料置于交频电场内，利用高频电场的交变作用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。优点：干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。缺点：费用大。2023-6-114、对流干燥、对流干燥 热能以对流给热的方式由热干燥介质（通常热空气）传给湿物料，使物料中的水分汽化。物料内部的水分以气态或液态形式扩散至物料表面，然后汽化的蒸汽从表面扩散至干燥介质主体，再由介质带走的干燥过程称为对流干燥。优点：受热均匀，所得产品的含水量均匀。缺点：热利

4、用率低。2023-6-11三、对流干燥的传热传质过程三、对流干燥的传热传质过程三、对流干燥的传热传质过程三、对流干燥的传热传质过程三、对流干燥的传热传质过程三、对流干燥的传热传质过程对流干燥中，传热和传质同时发生传热和传质同时发生1、传热过程、传热过程 干燥介质 Q湿物料表面 Q湿物料内部2、传质过程、传质过程 湿物料内部湿分湿物料表面 湿分干燥介质 2023-6-11物物 料料QNTtwpwp干燥介质：载热体、载湿体载热体、载湿体干燥过程：物料的去湿过程 介质的降温增湿过程2023-6-11干燥过程热空气流过湿物料表面热量传递到湿物料表面湿物料表面水分汽化并被带走表面与内部出现水分浓度差内部

5、水分扩散到表面传热过程传热过程传质过程传质过程传质过程传质过程干燥过程推动力传质推动力：物料表面水分压P表水 热空气中的水分压P空水传热推动力：热空气的温度t空气 物料表面的温度t物表对流干燥过程实质对流干燥过程实质对流干燥过程实质2023-6-11第第第第第第九九九九九九章章章章章章 干燥干燥干燥干燥干燥干燥 DryingDryingDrying一、一、湿空气的性质湿空气的性质二、二、湿度图及其应用湿度图及其应用 第第第第第第二二二二二二节节节节节节 湿空气的性质和湿度湿空气的性质和湿度湿空气的性质和湿度湿空气的性质和湿度湿空气的性质和湿度湿空气的性质和湿度图图图图图图 2023-6-11一

6、、湿空气的性质一、湿空气的性质一、湿空气的性质一、湿空气的性质一、湿空气的性质一、湿空气的性质1、湿度、湿度H（humidity）湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比，又称湿含量。量湿空气中绝干空气的质湿空气中水汽的质量HggwwMnMn对于水蒸气空气系统：gwnnH2918gwnn622.0wwgwpPpnn2023-6-11wwpPpH622.0wpPfH,当湿空气中水汽分压pw等于该空气温度下的饱和蒸汽压ps时，其湿度称为饱和湿度，用Hs表示。ssSpPpH622.0),(tPfHS2023-6-112、相对湿度百分数、相对湿度百分数（relative humidity）在总压P一定的

7、条件下，湿空气中水蒸气分压pw与同温度下的饱和蒸汽压ps之比。%100swpp相对湿度代表湿空气的不饱和程度，愈低，表明该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。=1，湿空气达到饱和，不能作为干燥介质。2023-6-11将%100swpp代入 wwpPpH622.0sspPpH622.0在总压一定时 HTf,3、比容、比容 Hv 在湿空气中，1kg绝干空气体积和相应水汽体积之和，又称湿容积。2023-6-11绝干气水汽绝干空气kgmmvH33PtHvH510013.12732734.2218291PtH510013.1273273244.1772.04、比热、比热 Hc 常压下，将湿空气1Kg绝干

8、空气及相应水汽的温度升高（或降低）1所需要（或放出）的热量，称为湿比热。2023-6-11vgHHcccHcH88.101.1 HfcH5、湿空气的焓、湿空气的焓 HI湿空气中1 kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。VgHHIII2023-6-110HrtHCtCIvgH0HrtHCCvgHtH2490)88.101.1(6、干球温度、干球温度t和湿球温度和湿球温度 t1）干球温度）干球温度 用普通温度计测得的湿空气的真实温度 2）湿球温度）湿球温度 湿球温度计在温度为t，湿度为H的不饱和空气流中，达到平衡或稳定时所显示的温度。2023-6-11t大量的湿空气t,Htw水2023-6-11t大

9、量的湿空气t,H水表面水的分压高N,kH水向空气主体传递Q,蒸发时需要吸热tw自身降温)(ttSQSHHkNtsH)(,tNrQ 2023-6-11)(,HHrktttstH对于空气水蒸气系统而言 09.1HkHtft,当 tt时，tsHH,在一定的总压下，已知t、tw能否确定H?2023-6-117、绝热饱和冷却温度、绝热饱和冷却温度 ast水分向空气中汽化 空气降温增湿饱和ast绝热焓不变2023-6-11对绝热饱和器作焓衡算，即可求出绝热饱和温度 01)(HrtHccIvg02)(rHtcHcIasasvasg21II 00)()(rHtcHcHrtHccasasvasgvgHvasgv

10、gccHcHcc一般H及Has值均很小 2023-6-11)(0HHcrttasHasHtftas,是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。对于空气水系统，HHkcttas注意：绝热饱和温度于湿球温度的区别和联系！注意：绝热饱和温度于湿球温度的区别和联系！2023-6-118、露点、露点 dt将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度 相应的湿度称为饱和湿度 dtsH,dddtststspPpH,622.0dddtststsHPHp,622.0HHP622.02023-6-11 对于水蒸汽空气系统，干球温度、绝热饱和温度和露点间的关系为：不饱和空气：dastttt)(饱和空气：饱和空气

11、：dastttt)(2023-6-11二、湿度图及其应用二、湿度图及其应用二、湿度图及其应用二、湿度图及其应用二、湿度图及其应用二、湿度图及其应用 1、H-I图图 P坐标轴五条线 -等湿线等焓线等干球温度线等相对湿度线水蒸汽分压线2023-6-112、湿度图的应用、湿度图的应用1）由测出的参数确定湿空气的状态）由测出的参数确定湿空气的状态 a）水与空气系统，已知空气的干球温度t和湿球温度tw，确定该空气的状态点A(t,H)。b）水与空气系统中，已知t和td，求原始状态点A(t,H)。c）水与空气系统中，已知t和，求原始状态点A的位置2）已知湿空气某两个可确定状态的独立变量，求该湿空气）已知湿空

12、气某两个可确定状态的独立变量，求该湿空气的其他参数和性质的其他参数和性质 2023-6-11AtdA2023-6-11%A2023-6-11 例：例：已知湿空气的干球温度t=30，相对湿度=0.6，求湿空气的湿度H，露点td、tas。%1006.0t=30AH=0.016kg/kg干气Dtd=21等焓线Ctas=232023-6-11第第第第第第九九九九九九章章章章章章 干燥干燥干燥干燥干燥干燥 DryingDryingDrying一、一、湿物料中含水量的表示湿物料中含水量的表示 方法方法二、二、干燥系统的物料衡算干燥系统的物料衡算 三、三、干燥系统的热量衡算干燥系统的热量衡算 四、空气通过干

13、燥器时的状空气通过干燥器时的状 态变化态变化 第第第第第第三三三三三三节节节节节节 干燥过程的物料与热干燥过程的物料与热干燥过程的物料与热干燥过程的物料与热干燥过程的物料与热干燥过程的物料与热量衡算量衡算量衡算量衡算量衡算量衡算 2023-6-11一、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1、湿基含水量、湿基含水量W 湿物料的总质量水分质量2、干基含水量、干基含水量X湿物料中绝干气的质量湿物料中水分的质量X3、换算关系、换算关系 XX11X2023-6-11二、干燥系统

14、的物料衡算二、干燥系统的物料衡算二、干燥系统的物料衡算二、干燥系统的物料衡算二、干燥系统的物料衡算二、干燥系统的物料衡算 1、水分蒸发量、水分蒸发量 以s为基准，对水分作物料衡算 2023-6-112211GXLHGXLH2112XXGHHLW2、空气消耗量、空气消耗量L 1221HHXXGL12HHW每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量l WLl 121HH 2023-6-113、干燥产品流量、干燥产品流量G2 对干燥器作绝干物料的衡算 112211GG211211GG2023-6-11三、干燥系统的热量衡算三、干燥系统的热量衡算三、干燥系统的热量衡算三、干燥系统的热量衡算三、干燥系统的热

15、量衡算三、干燥系统的热量衡算 1、热量衡算的基本方程、热量衡算的基本方程 忽略预热器的热损失，以1s为基准，对预热器列焓衡算 10LIQLIp2023-6-11单位时间内预热器消耗的热量为：01IILQp对干燥器列焓衡算，以1s为基准 LDQIGLIQIGLI2211单位时间内向干燥器补充的热量为 LDQIIGIILQ1212单位时间内干燥系统消耗的总热量为 DpQQQLQIIGIIL1202连续干燥系统热量衡算的基本方程式 2023-6-11假设：新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废气中水汽的焓 20VVII湿物料进出干燥器时的比热取平均值 mc湿空气进出干燥器时的焓分别为：0000HItc

16、IVg2222HItcIVg0220202HHIttcIIVg2023-6-11 0220200202HHtcrttcIIg 0220288.1249001.1HHttt湿物料进出干燥器的焓分别为 111mcI 222mcI 1212mcIIDpQQQLQIIGIIL1202 LmQGcHHtttL120220288.1249001.12023-6-1112HHWL02HHWQ022020288.1249001.1HHtHHWttLLmQGc12LmQGctWttL1220288.1249001.1可见：向干燥系统输入的热量用于：加热空气；加热物料；蒸发水分；热损失 Xcccsm2023-6-

17、112、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蒸发水分所需的热量为 WtWQV12187.488.12490忽略物料中水分带入的焓 288.12490tWQV%10088.124902QtW2023-6-11四、空气通过干燥器时的状态变化四、空气通过干燥器时的状态变化四、空气通过干燥器时的状态变化四、空气通过干燥器时的状态变化四、空气通过干燥器时的状态变化四、空气通过干燥器时的状态变化 1、等焓干燥过程、等焓干燥过程(理想干燥过程理想干燥过程)规定：不向干燥器中补充热量QD=0；忽略干燥器向周围散失的热量QL=0；物料进出干燥器的焓相等 012IIG

18、DpQQQ011212IILQIIGIILL01IILQp2023-6-1121II LDQIIGIILIILQ120201将上述条件代入H0t0AIHt1Bt2C21II 2023-6-112、非等焓干燥过程、非等焓干燥过程 1）操作线在过）操作线在过B点等焓线下方点等焓线下方条件：不向干燥器补充热量QD=0；不能忽略干燥器向周围散失的热量 QL0；物料进出干燥器时的焓不相等 012IIG0201IILIIL21II 2023-6-11IHt1Bt2C21II C1C2C32023-6-112）操作线在过点）操作线在过点B的等焓线上方的等焓线上方 向干燥器补充的热量大于损失的热量和加热物料消

19、耗的热量之总和 LDQIIGQ120201IILIIL21II 3）操作线为过）操作线为过B点的等温线点的等温线 向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥过程在等温下进行 2023-6-11 例：例：某种湿物料在常压气流干燥器中进行干燥，湿物料的流量为1kg/s，初始湿基含水量为3.5%，干燥产品的湿基含水量为0.5%。空气状况为：初始温度为25，湿度为0.005kg/kg干空气，经预热后进干燥器的温度为140，若离开干燥器的温度选定为60和40，试分别计算需要的空气消耗量及预热器的传热速率。又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了10，试分析以上两种情况下物料是否返潮？假设干燥器为理想干燥器。202

20、3-6-11解：解：因在干燥器内经历等焓过程，21HHII222111249088.101.1249088.101.1HtHHtH1401t 干空气kgkgHH/005.001602t 24906088.16001.1005.0249024906088.1140005.088.101.12H干空气kgkg/0363.02023-6-11绝干物料量：111 GGC035.011skg/965.01111X绝干料水 kgkg/0363.05.965.3绝干料水 kgkgX/00503.05.015.02绝干空气量 1221HHXXGLC005.00363.000503.00363.0965.0sk

21、g/964.02023-6-11预热器的传热速率)(01ttLcQHp01088.101.1ttHL25140005.088.101.1964.0skJ/113402t 干空气kgkgH/0447.02skgL/76.0skJQp/892023-6-11分析物料的返潮情况 当t2=60时，干燥器出口空气中水汽分压为 222622.0HPHp0363.0622.00363.033.101kPa59.5t=50时，饱和蒸汽压ps=12.34kPa，2pps即此时空气温度尚未达到气体的露点，不会返潮。当t2=40时，干燥器出口空气中水汽分压为 kPap79.60447.0622.00447.033.

22、1012t=30时，饱和蒸汽压ps=4.25kPa，spp 2物料可能返潮。2023-6-11第第第第第第九九九九九九章章章章章章 干燥干燥干燥干燥干燥干燥 DryingDryingDrying一、一、物料中所含水分的性质物料中所含水分的性质 二、二、干燥曲线和干燥速率曲线干燥曲线和干燥速率曲线 三、干燥时间的计算三、干燥时间的计算 第第第第第第四四四四四四节节节节节节 干燥速度和干燥时间干燥速度和干燥时间干燥速度和干燥时间干燥速度和干燥时间干燥速度和干燥时间干燥速度和干燥时间 2023-6-11一、物料中所含水分的性质一、物料中所含水分的性质一、物料中所含水分的性质一、物料中所含水分的性质一

23、、物料中所含水分的性质一、物料中所含水分的性质 1、平衡水分与自由水分、平衡水分与自由水分1）平衡水分）平衡水分 用某种空气无法再去除的水分。与物料的种类、温度及空气的相对湿度有关 物料中的平衡水分随温度升高而减小 随湿度的增加而增加。2）自由水分）自由水分 在干燥过程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分。2023-6-112023-6-112、结合水分和非结合水分、结合水分和非结合水分结合水分：结合水分：与物料之间有物理化学作用，因而产生的蒸汽压 低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。包括溶涨水分和小毛细管中的水分。难于除去 非结合水分非结合水分：机械地附着在物料表面，产生的蒸汽压与纯 水无异。包

24、括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。容易除去。平衡水分一定是结合水分；平衡水分一定是结合水分；自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。2023-6-112023-6-11二、干燥曲线和干燥速率曲线二、干燥曲线和干燥速率曲线二、干燥曲线和干燥速率曲线二、干燥曲线和干燥速率曲线二、干燥曲线和干燥速率曲线二、干燥曲线和干燥速率曲线 1、干燥实验和干燥曲线、干燥实验和干燥曲线 干燥曲线：恒定干燥条件下，物料的含水率X与时间的关系 2、干燥速率曲线、干燥速率曲线1）干燥速率曲线）干燥速率曲线 干燥速率：单位时间内，单位干燥面积上汽化的水分量 AddWU

25、2023-6-112023-6-11XGWCdXGdWCAddXGUC ABC段表示干燥第一阶段，BC段为恒速干燥阶段，AB段为物料的预热阶段，但此段所需的时间很短，一般并入BC段内考虑。CDE段为第二阶段，在此阶段内干燥速率随物料含水量的减小而降低，称为降速干燥阶段。两个干燥阶段之间的交点称为临界点。与该点对应的物料含水量称为临界含水XC。2023-6-112023-6-112）干燥机理）干燥机理a）恒速干燥阶段 干燥速度由水的表面汽化速度所控制b）降速干燥阶段 过程速度由水分从物料内部移动到表面的速度所控制。c）临界含水量 临界水分随物料本身性质、厚度和干燥速率的不同而异，通常临界水分随恒

26、速阶段的干燥速度和物料厚度的增加而增大。2023-6-11三、干燥时间的计算三、干燥时间的计算三、干燥时间的计算三、干燥时间的计算三、干燥时间的计算三、干燥时间的计算1、恒定干燥条件下干燥时间的计算、恒定干燥条件下干燥时间的计算1）利用干燥速度曲线进行计算）利用干燥速度曲线进行计算 AddXGUC分离变量积分 1,0XX 21,XX 2023-6-111201XXCUdXAGd211XXAUGCC2）用对流传热系数或传质系数进行计算）用对流传热系数或传质系数进行计算 wttAQ水分由表面汽化的速率 HHAkGH2023-6-11汽化所需热量 rHHAkQHHHkrttArQUHCHHAkXXGttArXXGHCC212113）影响恒速干燥的因素）影响恒速干燥的因素 空气流速的影响 空气湿度的影响空气温度的影响 2023-6-112、降速干燥时间的计算、降速干燥时间的计算 122XXcUdXAG不论干燥曲线如何，都可用图解积分法 当干燥曲线为直线或近似直线时 XXkUXXXUkCX02023-6-11ddXAGUCCXXAkdXGdXC22XXXCCXXkdXAG2XXXCCXXdXAkG2023-6-11XXXXAkGCXC2lnXXXXAkGCXC22ln3、干燥总时间、干燥总时间 21