化工原理十三章.ppt

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,13-8,干燥过程的计算及图示,状态变化过程较为简单,温度升高而湿度不变,状态变化过程较为复杂，,求解空气状态也比较困难,由于空气和物料间进行热和质的交换，而且还有其它外加热量,作简化,等焓干燥过程,非等焓干燥过程,G,1,X,1,L,H,0,预热器,L,H,1,干燥室,H,2,G,2,X,2,t,0,0,I,0,t,1,1,I,1,t,2,2,I,2,q,p,q,d,L,q,l,1,无论什么过程，均要用到以下公式来进行计算,2,H,P=1atm,t,=1,一、等焓干燥过程（绝热干燥过程）,凡符合下述条件的干燥过程称为等焓干燥过程，即：,(1),干燥器内不补充热量，即,Q,d,=0,；,(2),干燥器的热损失可忽略不计，即,Q,l,=0,；,(3),物料进、出干燥器时 的焓相等，即,I,2,=I,1,。,A,(,t,o,H,o,),B,(,t,1,H,o,),C,(,t,2,H,2,),3,通常,Q,d,=0,、,Q,l,=0,、物料带进、带出的热量均可忽略不计,4,如图所示，设有两股气流相混。此两种气流混合后的空气状态不难由物料、热量衡算获得。则,两股气流的混合,L,1,、,I,1,H,1,、,t,1,L,3,、,I,3,H,3,、,t,3,L,2,、,I,2,H,2,、,t,2,总的物料衡算：,L,1,+L,2,=L,3,水分衡算：,L,1,H,1,+L,2,H,2,=L,3,H,3,焓衡算：,L,1,I,1,+L,2,I,2,=L,3,I,3,C,t,3,A,B,t,2,H,2,t,1,H,1,显然，混合气体的状态点,C,必在,AB,连线上，其位置可由,杠杆规则,定出，即,P=1atm,5,补例,1,在总压,100kpa,下将温度为,18,，湿度为,0.006kg/kg,的新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以使进干燥器时的气体的湿度维持在,0.065kg/kg,。废气的排出温度为,58,、相对湿度,70%,。,设气体在干燥器内状态的变化是一绝热增湿过程，试求废气与新鲜空气的混合比及混合气经预热后进入干燥器时的温度。,L,1,t,1,=18,H,1,=0.006,t,2,=58,2,=70%,L,2,H,3,L,3,6,解：,1,、查出,t,2,=58,时的饱和水蒸汽压,p,s,=18.2kpa,废气中的水汽分压为：,p,w,=,p,s,=0.70*18.2=12.7kpa,废气湿度：,废气的焓：,由混合过程的物料衡算可知：,混合比：,为什么,H,3,取为,0.065,？,7,t,1,t,3,t,2,A,C,B,H,2,H,1,H,3,=0.7,2,、根据题设干燥器内空气状态的变化为一绝热增湿过程，故进干燥器时气体的焓近似与废气的焓相等。即,预热温度,本题也可用图解法完成,8,补例,2,在常压连续干燥器中将物料自含水量,50%,干燥至,6%,（均为湿基），采用废气循环操作，即由干燥器出来的一部分废气和新鲜空气相混合，混合气预热器加热到必要的温度后再送入干燥器，循环比（废气中绝干空气质量和混合气中绝干空气质量比）为,0.8,。设空气在干燥器中经历等焓增湿过程。,已知新鲜空气的状态为,t,o,=25,，,H,o,=0.005kg/kg,；废气的状态为,t,2,=38,，,H,2,=0.034kg/kg,，试求每小时干燥,1000kg,湿物料所需的新鲜空气量及预热器的船热量，设预热器的热量损失可忽略。,Q,l,=0,L,3,L=?,t,o,=25,H,o,=0.005,t,2,=38,H,2,=0.034,Q,p,=?,G,1,=1000kg/h,W,1,=50%,W,2,=6%,B,循环比,0.8,（废气占,80%,）,9,I,2,=I,1,t,o,t,m,t,2,A,M,B,H,2,H,o,H,m,N,解：先确定混合气的状态点：在,t-H,图中,A,、,B,连,AB,定,M,M,即混合气的状态点,状态为,t,m,=36,，,H,m,=0.028kg/kg,过程路线及有关参数如下：,混合气状态点,M,（,t,m,=36,，,H,m,=0.028,）,预热,H,m,=H,1,点,N,（,t,1,=54,，,H,1,=0.028,）,点,B,（,t,2,=38,，,H,2,=0.034,）,干燥,10,水分蒸发量为：,其中：,所以：,绝干空气量可由整个干燥系统的物料衡算求得，即：,或,11,故新鲜空气量为：,预热器的传热量为：,其中,所以,12,二、非等焓干燥过程（非绝热干燥过程）,C,C,C,A B,H,t,理想干燥过程和实际干燥过程中,湿空气状态变化示意图,等焓线,实际干燥过程为非等焓干燥过程。,非等焓干燥过程可分以下几种情况：,1,、干燥器中不补充热量，即,Q,d,=0,但,Q,l,及物料进出干燥器的焓差均不能忽略不计。,此时，,I,2,I,1,。,3,、等温干燥,其热量衡算就按前面所讲。,13,第三节,干燥速度和干燥时间,14,干燥动力学,物料衡算和热量衡算,W,、,L,、,Q,选风机、预热器,干燥速度和干燥时间（干燥动力学）,干燥器的设计,干燥速度即取决于空气的性质和操作条件，也取决于水分在空气与物料间的平衡关系。,15,13-9,水分在空气与物料间的平衡关系,用干燥方法从物料中除去水分的难易程度因物料结构不同而异，即使在同一种物料中，所含水分的性质也不尽相同，所以干燥机理较其它传质过程要复杂得多。,p,W,p,N,Q,t,t,W,热空气,物料,湿分,16,p,w,(p,w,*,),p,s,p,w,O,A,S,X,*,X,S,X,*,(,X,),p,w,*,X,的关系,一、结合水分与非结合水分,水,固相,X,X,s,p,W,*,p,s,这部分水分称为,非结合水分,以机械方法附着在物料上。,特点：无结合力，易除去。,X,X,s,p,W,*,p,w,p,s,结合水分,以某种力（化学力、毛细管力、吸附力等）附着在物料上。,特点：结合水的蒸气压低于同温下水的饱和蒸气压,;,借化学力或物理化学力与固体相结合，较难去除。,17,二、平衡水分与自由水分,什么是平衡水分？,在一定空气状态下的,干燥极限,在一定的干燥条件下，物料中不能被除去的那部分水分称为平衡水分。平衡水分必定是结合水分。,自由水分,能除去的水分，即,X-X,*,的那部分水,平衡水分,X,*,物料中的总水分,=,自由水分,+,平衡水分,P204,，图,13-11,18,结合水分与非结合水分的区别，仅取决于物料本身；而平衡水分与自由水分，则还取决于干燥介质的状况，物料的平衡水分随温度升高而减少。,例如：棉花与,50%,的空气相接触。当空气的温度由,37.8,升高到,93.3,时，平衡水分由,0.073,降至,0.057kg,水,/kg,绝干气，约减少,25%,。,19,自由水分,平衡水分,总水分,非结合水分,结合水分,Why？,20,三、,水分与物料的结合方式,水分与物料的结合方式对干燥速度有显著的影响。,附着水分,毛细管水,分,溶胀水,分,p,w,*,=,p,w,，非结合水分，较易除去,凹表面曲率的影响，,p,w,*,p,w,，结合水分，较难除去,物料组成的一部分，,p,w,*,p,w,，结合水分，较难除去,返潮,：干燥的逆过程，,X,的物料与,的,空气接触,21,13-10,恒定干燥条件下的干燥速度,确定设备的大小,干燥速度,恒定干燥条件：,湿空气的状态（,温度、湿度,）不变、,空气流速,不变、与物料的,接触方式,不变,干燥时间是干燥器设计的重要依据,干燥时间又取决于干燥速度,适合于大量的空气干燥少量物料,22,一、干燥曲线和干燥速度曲线,1,、干燥曲线：由间歇操作实验所得数据，以时间,对干基含水量,X,作图,得到如图所示的物料湿含量,X,随时间的变化曲线，称为干燥曲线。,23,2,、干燥速率曲线：将干燥速率对物料湿含量作图得到的曲线，称为干燥速率曲线,如图所示。图中横座标为干基含水量,X,纵座标为干燥速率,U,，即单位时间内在单位表面积上汽化的水分质量,其表达式为：,24,3,、曲线分析：,A,点代表时间为零时的情况，,AB,为湿物料,不稳定的加热过程,。一般该过程的时间很短,在分析干燥过程中常可忽略，将其作为恒速干燥的一部分。,BC,段：在,BC,段内干燥速率保持恒定，称为,恒速,干燥阶段。,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。,CDE,段：随着物料含水量的减少，干燥速率下降，,CDE,段称为,降速,干燥阶段。,E,点：,E,点的干燥速率为零，即为操作条件下的,平衡含水量,。,25,二、恒速干燥阶段（,BC,段）,充分的非结合水分,同湿球温度计湿纱布表面的状况,U,由水在表面汽化的速度所控制,汽化速度,G,w,干燥速度,U,推动力,H,W,-H,不变,U,为恒定值,BC,为直线,恒速阶段除去的是非结合水分,26,三、降速阶段（,CE,段）,过,C,点后,U,内,表,U,汽化,Xt,W2,-t,W1,31,13-12,恒定干燥条件下，降速阶段干燥时间的计算,一、应用图解积分法,较为复杂,XX,C,以,1/U,为纵坐标，,X,为横坐标，标绘出曲线，,X,2,与,X,C,间的面积即为,2,1/U,32,二、降速阶段干燥时间的近似计算法,假定降速阶段的,U,与物料中的自由水分成正比：,k,X,CE,线的斜率,总的干燥时间：,=,1,+,2,33,第四节 干燥器,34,对干燥设备要求：质量高，容积给热系数,大，热效率高，设备系统阻力小，附属设备简单，操作控制方便。,按加热方式可分为：,根据操作压力又可分为：,按操作方式则可分为：,35,厢式干燥器（盘架式干燥器）,优点：,对物料的适应性强。,缺点：,物料得不到分散，干燥速率低，热利用率较差、且产品质量不均匀。产量不大。,适用场合,：,任何形状的物料,小型的称为烘箱，大型的称为烘房，,是典型的,常压、间歇式、对流,干燥设备。,36,洞道式干燥器,连续的或半连续操作,适用场合：,处理量大、干燥时间长的物料,优、缺点：,同厢式干燥器,37,回转圆筒干燥机,回转圆筒干燥机是传统干燥设备之一，由于有其他干燥设备不可替代的一些特点，所以人们在不断地进行优化改进后，目前仍被广泛使用于冶金、建材、化工等领域。,特点：,生产能力大，可连续操作。结构简单，操作方便。使用范围广，可干燥颗粒物料、膏糊状物料、甚至液体物料。操作弹性大。,38,气流干燥器,适用场合：,主要用于干燥晶体和小颗粒物料，尤其是热敏性、易氧化、不宜粉碎的物料,39,沸腾床干燥器,又称流化床干燥器,适用场合：,主要用于干燥晶体和小颗粒物料,优点：,干燥效率高,。,流化床干燥与气流干燥对比：,颗粒的停留时间长，干燥得到的产品含水率较低，,操作气速低，阻力小，,物料和设备的摩损较轻，,除尘器的负荷较轻，,设备紧凑、高度低。,40,The end,祝同学们学习愉快,2009.3,Thank You!,41,