第七章-干燥课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第七章 干燥,Drying,一、去湿及其方法,二、,三、,对流干燥的传热传质过程,第一节 概述,2026/2/5 周四,一、去湿及其方法,1、何为去湿？,从物料中脱除,湿分,的过程称为,去湿。,湿分：,不一定是水分！,2、去湿方法,机械去湿法,：挤压（拧衣服、过滤）,物理法,：浓硫酸吸收,分子筛吸附,膜法脱湿,化学法,：利用化学反应脱除湿分（,CaO）,干燥法：,加热,用,加热,的方式,除去,湿物料中的,湿分,以获得,固体,产品的单元操作称为,干燥,。,2026/2/5 周四,二、干燥方法,1、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：,热能利用较多,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。,2026/2/5 周四,3、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，水分气化，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。,2026/2/5 周四,4、对流干燥,热能以,对流给热的方式,由,热干燥介质,传给湿物料，使物料中的水分气化，气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,：热利用率低。,2026/2/5 周四,三、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,1、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,湿物料内部,湿分,湿物料表面,湿分,干燥介质,2026/2/5 周四,物 料,Q,N,T,t,w,p,w,p,干燥介质：,载热体、载湿体,干燥过程：,物料的去湿过程,干燥介质的降温增湿过程,2026/2/5 周四,一、,湿空气的性质,二、,湿度图及其应用,第二节,湿空气的性质和湿度图,2026/2/5 周四,当湿空气中水汽分压,p,v,等于该空气温度下纯水的饱和蒸汽压,p,s,时，其湿度称为,饱和湿度,，用,H,s,表示。,2026/2/5 周四,将,代入,在总压一定时，,2026/2/5 周四,3、比体积（湿容积）,含有,1kg,绝干空气的湿空气所占有的体积，又称湿容积。,（,m,3,/kg,绝干气）,2026/2/5 周四,4、比热容,常压下，将湿空气中,1kg,绝干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，又称湿热。,（,kJ/kg,绝干气,）,2026/2/5 周四,5、湿空气的焓,湿空气中1,kg,绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。,规定：,0,为基温，,0,时绝干气与液态水的焓值均为零。,(kJ/kg,绝干气,),2026/2/5 周四,6、干球温度,t,和湿球温度,1）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。,2026/2/5 周四,t,大量的湿空气,t,H,水,表面水的分压高,N,k,H,水向空气,主体传递,Q,蒸发时,需要吸热,t,w,自身降温,2026/2/5 周四,对于水蒸气空气系统而言,当,时，,在一定的总压下，已知,t,、,t,w,能否,确定,H,?,2026/2/5 周四,对绝热饱和器作焓衡算，即可求出绝热饱和温度,一般,H,及,H,as,值均很小，,2026/2/5 周四,是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。,对于水蒸汽空气系统，,2026/2/5 周四,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：,饱和空气：,2026/2/5 周四,二、湿焓图及其应用,1、,H-I,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,2026/2/5 周四,2、湿度图的应用,1）由测出的参数确定湿空气的状态,2026/2/5 周四,A,t,d,A,2026/2/5 周四,A,2026/2/5 周四,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,t,d,、t,as,。,t,=30,A,H=0.016kg/kg,干气,D,t,d,=21,等焓线,C,t,as,=23,2026/2/5 周四,一、,湿物料中含水量的表示,方法,二、,干燥系统的物料衡算,三、,干燥系统的热量衡算,四、,空气通过干燥器时的状,态变化,第三节 干燥过程的物料与热量衡算,2026/2/5 周四,一、湿物料中含水量的表示方法,1、湿基含水量,w,2、干基含水量,X,3、换算关系,(kg,水,/kg,绝干料,),2026/2/5 周四,4,、湿物料的比热容,c,m,仿照湿空气比热容的计算方法，湿物料的比热容可写成如下形式：,物料中所含水分的比热容取为,4.187,kJ/,（,kg,水,）,2026/2/5 周四,湿物料的焓,I,包括绝干物料的焓（,0,物料为基温,）,和物料中所含水分（,0,液态水为基准,）,的焓。,5、湿物料的焓,I,I=c,s,+c,w,X=,（,c,s,+c,w,X,）,=c,m,2026/2/5 周四,二、干燥系统的物料衡算,1、水分蒸发量,以,1s,为基准，设干燥器内无物料损失，对水分作物料衡算,2026/2/5 周四,2、空气消耗量,L,每蒸发1,kg,水分时，消耗的绝干空气数量,l,2026/2/5 周四,3、干燥产品流量,G,2,对干燥器作绝干物料的衡算,2026/2/5 周四,三、干燥系统的热量衡算,1、热量衡算的基本方程,忽略预热器的热损失，以1,s,为基准，对,预热器,作焓衡算,p,1,2026/2/5 周四,单位时间内预热器消耗的热量为：,对,干燥器,列焓衡算，以1,s,为基准,单位时间内向干燥器补充的热量为,单位时间内干燥系统消耗的总热量,为,连续干燥系统热量衡算的基本方程式,2026/2/5 周四,假设：,新鲜空气中水汽的焓等于离开干燥器废气中水汽的焓,湿物料进出干燥器时的比热取平均值,湿空气进出干燥系统时的焓分别为：,2026/2/5 周四,湿物料进出干燥器的焓分别为,2026/2/5 周四,可见：向干燥系统输入的热量用于：,加热空气；蒸发水分；加热物料；热损失,2026/2/5 周四,2、干燥系统的热效率,蒸发水分所需的热量为,忽略物料中水分带入的焓,2026/2/5 周四,四、湿空气的基本状态变化过程,1,、间壁式加热和冷却以及冷凝减湿过程,(1),间壁式加热和冷却,特点：,等湿过程,，过程线为直线，加热，冷却,2026/2/5 周四,(2),间壁式冷却,+,冷凝减湿过程,当湿空气被冷却至露点时，,空气达到饱和状态,，湿空气中的水蒸汽就开始在冷却面上凝结出来，随着冷却过程的进行，水分也不断析出，而温度则不断降低，但空气始终维持在饱和状态，这时过程线,主要沿,=100%,线变化,。,2026/2/5 周四,2,、不同状态湿空气的混合过程,设有两股空气，对应的绝干空气量为,L,1,和,L,2,，对应的状 态为（,H,1,，,I,1,）和（,H,2,，,I,2,），混合后的湿度和焓值可由物料及热量衡算求得。,混合前后水分量不变：,L,1,H,1,+L,2,H,2,=,（,L,1,+L,2,）,H,m,混合前后焓值不变：,L,1,I,1,+L,2,I,2,=,（,L,1,+L,2,）,I,m,由上两式可得：,2026/2/5 周四,可见，混合点,m,（在,H-I,图上）位于,1,，,2,两状态点的联线上，且,m,点划分线段,1-2,，,（杠杆定律）,同时可由上两式解得：,，,2026/2/5 周四,五、空气通过干燥器时的状态变化,1、等焓干燥过程(理想干燥过程),规定：,不向干燥器中补充热量,Q,D,=0；,忽略干燥器向周围散失的热量,Q,L,=0；,物料进出干燥器的焓相等,2026/2/5 周四,将上述条件代入,H,0,t,0,A,I,H,t,1,B,t,2,C,2026/2/5 周四,2、非等焓干燥过程,1）操作线在过,B,点等焓线下方,条件：,不向干燥器补充热量,Q,D,=0；,不能忽略干燥器向周围散失的热量,Q,L,0；,物料进出干燥器时的焓不相等,2026/2/5 周四,2）操作线在过点,B,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耗的热量之总和,3）操作线为过,B,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,2026/2/5 周四,I,H,t,1,B,t,2,C,C,1,C,2,C,3,2026/2/5 周四,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1,kg/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，假设干燥器为理想干燥器。试分别计算需要的空气消耗量,L,及预热器的传热速率,Q,p,。,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？,2026/2/5 周四,解：,因在干燥器内经历等焓过程，,2026/2/5 周四,绝干物料量：,绝干空气量,2026/2/5 周四,预热器的传热速率,2026/2/5 周四,分析物料的返潮情况,当,t,2,=60,时，干燥器出口空气中水汽分压为,t,=50,时，饱和蒸汽压,p,s,=12.34kPa，,即此时空气温度尚未达到气体的露点，,不会返潮,。,2026/2/5 周四,t,=30,时，饱和蒸汽压,p,s,=4.25kPa，,物料可能返潮。,当,t,2,=40,时，干燥器出口空气中水汽分压为,2026/2/5 周四,练 在一等焓干燥器内将湿基含水率为,24,的物料干燥至,15.5,。原料处理量为,4200kg/h,，如果干燥空气从温度为,5,，湿度为,0.0032kg/kg,绝干气的环境状态下加热至,43,，假定从该物料中排出的废气湿度为,0.0131kg/kg,绝干气，试确定汽化的水分量,W,、空气消耗量,L,和预热器加热量,Q,p,。,2026/2/5 周四,一、,物料中所含水分的性质,二、,干燥曲线和干燥速率曲线,三、干燥时间的计算,第四节,干燥速度和干燥时间,2026/2/5 周四,一、物料中所含水分的性质,1、平衡水分与自由水分,1）平衡水分,湿物料与一定状态（温度和湿度一定）的空气接触达,平衡,时，残余在湿物料中,不能排除的水分,。,与物料的,性质,及空气的,相对湿度,有关,当温度不变时，物料中的平衡水分随,相对湿度的增加而增加,2）自由水分,在干燥过程中所能除去的水分，即物料中超出平衡水分的那一部分水分,2026/2/5 周四,2026/2/5 周四,2026/2/5 周四,2、结合水分和非结合水分,结合水分：,与物料之间有物理化学作用，因而产生的,蒸汽压小于同温度下纯水的饱和蒸汽压,。包括细胞壁内水分和小毛细管中的水分。,难于除去,非结合水分：,机械地附着在物料表面，物料表面产生的,蒸汽压与纯水无异。,包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；,自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。,2026/2/5 周四,二、干燥曲线和干燥速率曲线,1、干燥实验和干燥曲线,干燥曲线,：,恒定干燥条件,(,空气的状态不变,),，物料的干基含水量,X,、物料表面温度,与时间,t,的关系,。,2、干燥速率曲线,1）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,2026/2/5 周四,典型干燥过程都可明显的划分为两个阶段：,恒速干燥,和,降速干燥阶段,。,a.,恒速干燥阶段：此阶段的干燥速率维持不变。,b.降速干燥阶段：干燥速率逐渐下降，物料温度逐渐上升，物料,含水量曲线趋于平缓。,c.干燥过程的临界含水量X,C,：恒速干燥与降速干燥阶段的转折点,称为临界点。与该点对应的物料含水量称为临界含水量,X,C,。,2026/2/5 周四,2026/2/5 周四,2026/2/5 周四,2）干燥机理,一般干燥过程是水分由物料内部扩散至表面后，在表面汽化，并向气相中传递。,表面汽化控制,：湿物料内部的水分能够迅速到达物料表面（即内扩散速率远大于表面汽化速率），使物料表面保持充分的润湿状态，物料表面温度约等于空气的湿球温度。,内部扩散控制,：湿物料内部的水分无法及时到达物料表面（即内扩散速率远小于表面汽化速率），汽化表面不断向内部转移，物料表面温度不断升高。,恒速干燥阶段是表面汽化控制，降速干燥阶段是内部扩散控制。,2026/2/5 周四,三、干燥时间的计算,1、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,分离变量积分,2026/2/5 周四,3）影响干燥速率的因素,空气流速的影响,空气温度的影响,空气湿度的影响,2026/2/5 周四,2、降速干燥时间的计算,不论干燥曲线如何，都可用,图解积分法,3、干燥总时间,2026/2/5 周四,第五节 干燥器,保证干燥产品的质量要求，如含水量、强度、形状等,要求干燥速率快，干燥时间短，以减少干燥器尺寸，降低能耗，经济合理,干燥器热效率高,干燥系统的流体阻力要小,操作控制方便,干燥器的基本要求,2026/2/5 周四,1,、厢式干燥器,2026/2/5 周四,2,、气流干燥器,2026/2/5 周四,3,、沸腾床干燥器,2026/2/5 周四,4,、转筒干燥器,2026/2/5 周四,5,、喷雾干燥器,2026/2/5 周四,6,、滚筒式干燥器,双滚筒式干燥器,2026/2/5 周四,7,、干燥器的选型,被干燥物料的性质：热敏性、黏附性、磨损性及腐蚀性等；,对干燥产品的要求：含水量、形状、粒度分布等；,物料的干燥速率曲线与临界含水量：确定干燥时间；,回收问题：固体粉粒及溶剂的回收；,干燥热源,干燥器的占地面积、排放物及噪音,2026/2/5 周四,1,、湿空气性质及,湿焓图,2,、基本干燥过程计算，包括干燥过程的,物料衡算、热量衡算,和干燥时间的计算,3,、干燥速率曲线：,恒速干燥,和降速干燥,4,、典型干燥设备的工作原理、结构特点,本章重点,2026/2/5 周四,作业：某糖厂的回转干燥器，生产能力为,4030kg/h,，湿糖的湿基含水量为,1.27%,，离开干燥器时湿基含水量,0.18%,，空气湿度为,0.012kg/kg,绝干气，经预热后进入干燥室，排出废气的湿度为,0.028kg/kg,绝干气，求蒸发的水分量及空气消耗量？,2026/2/5 周四,