第十四章--固体干燥(化工原理).ppt

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（重点及难点）点）v14.3 14.3 干燥速率与干燥干燥速率与干燥过程程计算算（本章重点）（本章重点）v14.4 14.4 干燥器干燥器1.14.1 14.1 概述概述 14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥固体去湿方法和干燥过程程14.1.2 14.1.2 对流干燥流程及流干燥流程及经济性性2.14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥固体去湿方法和干燥过程程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 物物料料带水水较多多时，可可先先用用离离心心过滤等等机机械械分分离离方方法法以除去大量的水。以除去大量的水。n吸附去湿吸附去湿n 用用某某种种平平衡衡水水汽汽分分压很很低低的的干干燥燥剂（如如CaClCaCl2 2、硅硅胶胶等等）与与湿湿物物料料并并存存，使使物物料料中中的的水水分分相相继经气气相相而而转入入干燥干燥剂内。内。n供供热干燥干燥n 向物料供向物料供热以汽化其中的水分。供以汽化其中的水分。供热方式又有多种。方式又有多种。去湿方法中去湿方法中较为常用的方法是供常用的方法是供热干燥。干燥。3.14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥固体去湿方法和干燥过程程n干燥干燥过程：程：利用利用热能除去固体湿物料中湿分的能除去固体湿物料中湿分的单元操作。元操作。n干燥干燥过程的本程的本质：被除去的湿分从固相被除去的湿分从固相转移到气相中移到气相中(固固相相为被干燥的物料，气相被干燥的物料，气相为干燥介干燥介质)。在去湿。在去湿过程中，程中，湿分湿分发生相生相变，耗能大、，耗能大、费用高，但湿分去除用高，但湿分去除较为彻底。底。n工工业干燥操作多是用干燥操作多是用热空气或其它高温气体空气或其它高温气体为介介质，使之，使之掠掠过物料表面，介物料表面，介质向物料供向物料供热并并带走汽化的湿分，此种走汽化的湿分，此种干燥常称干燥常称为对流干燥流干燥。4.14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥固体去湿方法和干燥过程程n干燥干燥过程分程分类：n（a a）按操作）按操作压力可分力可分为常常压干燥、真空干燥。干燥、真空干燥。n（b b）按按操操作作方方式式可可分分为连续式式干干燥燥、间歇歇式式干干燥。燥。n（c c）按按照照热能能供供给湿湿物物料料的的方方式式可可分分为传导干干燥、燥、对流干燥、流干燥、辐射干燥、介射干燥、介电加加热干燥。干燥。n本本章章主主要要讨论干干燥燥介介质是是空空气气，湿湿分分是是水水的的对流流干燥干燥过程。程。5.14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥固体去湿方法和干燥过程程n（2 2）对流干燥流干燥过程的特点程的特点n1 1）对流干燥流程流干燥流程6.14.1.1 14.1.1 固体去湿方法和干燥固体去湿方法和干燥过程程2）干燥）干燥过程的程的传热、传质传热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推动力力温度差温度差水汽分水汽分压差差3 3）干燥干燥过程程进行的必要条件行的必要条件湿湿物物料料表表面面水水汽汽压力力大大于于干干燥燥介介质水汽分水汽分压；干燥介干燥介质将汽化的水汽及将汽化的水汽及时带走走。结论:对流干燥流干燥过程是程是热质反向反向传递的的过程。程。7.14.2 14.2 干燥静力学干燥静力学n14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数n14.2.2 14.2.2 湿空气状湿空气状态的的变化化过程程n14.2.3 14.2.3 水分在气水分在气固两相固两相间的平衡的平衡 8.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数n几个名几个名词：n1 1）湿空气：由空气和水蒸汽）湿空气：由空气和水蒸汽组成的混合气体成的混合气体np=pp=p干干+p p水水n2 2）饱和湿空气：和湿空气：n湿空气中水蒸汽分湿空气中水蒸汽分压等于当等于当时空气温度下水的空气温度下水的饱和蒸汽和蒸汽压，即，即p p水水=p ps sn3 3）不）不饱和湿空气：和湿空气：np p水水 p ps sn4 4）干空气：）干空气：p p水水=0=09.n（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）水汽分压p p水汽水汽与露点与露点t td d n测定水汽分定水汽分压的的实验方法是方法是测量露点。量露点。n露点露点t td d：在在总压不不变的条件下将空气与不断降温的条件下将空气与不断降温的冷壁相接触，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出水雾，此，此时的冷壁温度称的冷壁温度称为露点。露点。n壁面上析出水壁面上析出水雾表明：表明：水汽分水汽分压为p p水汽水汽的湿空的湿空气在露点温度下达到气在露点温度下达到饱和状和状态。14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数10.112）湿度（湿含量）湿度（湿含量）H定定义：为每每kgkg干空气所干空气所带有的水汽量，有的水汽量，单位是位是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。11.12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。H H也叫也叫绝对湿度或湿含量湿度或湿含量12.13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为饱和湿度和湿度Hs。即：即：13.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数n说明：明：n湿度由湿度由总压和水蒸汽分和水蒸汽分压决定，当决定，当总压固定，固定，则H Hf f（p p水汽水汽）n当水蒸汽分当水蒸汽分压等于等于该温度下水的温度下水的饱和蒸汽和蒸汽压p ps s时，则表表该湿空气已湿空气已经饱和。和。n饱和湿含量和湿含量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如果不是空气和水系统，则系数不是系数不是0.6220.622。14.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数n）相）相对湿度湿度 n空气中的水汽分空气中的水汽分压p p水汽水汽与一定与一定总压及一定温度下空及一定温度下空气中水汽分气中水汽分压可能达到的最大可能达到的最大值之比定之比定义为相相对湿湿度，以度，以 表示。表示。当当当当相相对湿度湿度 表示了空气中水分含量的相表示了空气中水分含量的相对大小。大小。15.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数n讨论：n绝干空气干空气 =0=0n饱和和时 =1=1我我们讨论的是的是0 0 1 100kPa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=？18.19【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？19.20（1）查p230表13-1，可知 t=20时Ps=2.337 kPa（2）查p230表13-1，可知 t=80时Ps=47.36 kPa（3）当p=147kPa时20.21（4）当p=300kPa时P、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，一定，压力越低，力越低，越小越小，干燥能力越大干燥能力越大。结论:湿度湿度H H只能表示水汽含量的只能表示水汽含量的绝对值；相；相对湿度湿度 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。21.22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tw22.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数5 5）湿球温度）湿球温度t tw w23.24湿球温度tw计算公式（推导过程见P221）: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。24.25*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：25.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数对空气空气-水系水系统，当被，当被测气流的温度不太高，流气流的温度不太高，流速速5m/s时，/kH为一常数，其一常数，其值约为1.09kJ/（kg），故），故26.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数n讨论：n空气空气 愈小，偏离愈小，偏离饱和愈和愈远，则水气化快，水气化快，t tw w，则汽化慢，汽化慢，t tw w ；n =1=1，空气，空气饱和，和，t tw w=t=tnttw w虽测的是湿的是湿纱布的温度，但它是由空气的布的温度，但它是由空气的H H和和 t t 决定。即决定。即t tw w是空气的状是空气的状态参数。参数。nt tw w=f(H,t)=f(H,t)，可由，可由测定定 t tw w后，由上式后，由上式计算空气的算空气的H H。27.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数（2 2）与）与过程程计算有关的参数算有关的参数n上述参数尚不足以上述参数尚不足以满足干燥足干燥过程的程的计算算的需要，的需要，为此此补充定充定义如下两个参数：如下两个参数：n湿空气的湿空气的焓n湿空气的比体湿空气的比体积n绝热饱和温度和温度 28.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数1 1）湿空气的）湿空气的焓 00时水的汽化水的汽化热，取，取2500 2500 kJ/kJ/（kgkg）；）；式中对空气空气-水系水系统有有：湿空气的湿空气的焓的的单位位kJ/kgkJ/kg干气干气 干气比干气比热容，空气容，空气为1.01kJ/（kg）；）；蒸汽比蒸汽比热容，水汽容，水汽为1.88 kJ/（kg）；）；湿比湿比热容容29.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数2 2）湿空气的比体）湿空气的比体积 在常在常压下、下、t 的的1kg干空气的体干空气的体积为：在常在常压下、下、t 的的H kg水汽的体水汽的体积为：30.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数常常压下温度下温度为tt、湿度、湿度为H H的湿空气比体的湿空气比体积为：湿空气的比体湿空气的比体积的的单位位:m:m3 3/kg/kg干气干气思考：有人思考：有人认为湿空气的比体湿空气的比体积的倒数是湿空气的密度，你的倒数是湿空气的密度，你认为对吗？答：答：不不对。31.14.2.14.2.1 1 湿空气的状湿空气的状态参数参数3 3）绝热饱和温度和温度定定义绝热饱和温度和温度t tasas，在在=t=tasas条条件下，作件下，作热量衡算：量衡算：I I与与I I相比甚小，可相比甚小，可视为等等焓过程程32.33.14.2.2 14.2.2 湿空气状湿空气状态的的变化化过程程n补充充说明：明：n1 1）对于一定于一定t t、H H的空气的空气t tasas为一定一定值，故，故t tasas是是空气的状空气的状态函数。函数。n2 2）对于空气水系于空气水系统，对照照t tw w的定的定义式式/k/kH H1.09c1.09cpHpH，而，而r rasas r rw w，故，故t tasas=t=tw wnt tasas是等是等焓过程程计算，因此算，因此t tasas和和t tw w是两个不同的是两个不同的概念。概念。n3 3）对不不饱和空气，和空气，t tt tasas=t=tw w t td dn4 4）对饱和空气，和空气，t=tt=tasas=t=tw w=t=td d34.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数5 5）焓湿度湿度图（图）35.36/22nH-IH-I图n等等I I线群群（06800680）n等等H H线群群（00.200.2）n等等t t线群群（02500250）n等等线群群（5%1005%100%）n蒸蒸汽汽分分压线群群36.37.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数n等等H H线（等湿度（等湿度线）n等等H H线为一系列平行于一系列平行于纵轴的直的直线。n等等t t线（等温（等温线）n等等t t线为一系列平行于横一系列平行于横轴的直的直线。n等等I I线（等（等焓线）等等 线（等相（等相对湿度湿度线）38.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数np p水汽水汽线(水蒸汽分水蒸汽分压线)n p p水汽水汽线标于于 =100%=100%线的下方，表示的下方，表示p p水汽水汽与与H H之之间的关系。的关系。由由得得39.14.2.1 14.2.1 湿空气的状湿空气的状态参数参数n注意：注意：na)a)当当H H一定一定时，t t，吸收水汽能力，吸收水汽能力。所以湿空气。所以湿空气进入干入干燥器之前燥器之前须先先经过预热以提高其温度和以提高其温度和焓值有利于有利于载热外，同外，同时也是也是为了降低相了降低相对湿度而有利于湿度而有利于载湿；湿；nb)b)=100%=100%的的线称称为饱和曲和曲线，线上各点空气上各点空气为水蒸汽所水蒸汽所饱和，和，此此线上方上方为未未饱和区（和区（1 t td d，则为等等H H过程；程；若若终温温t t3 3 t td d，则过程程为ADEADE所示，必有所示，必有部分水汽凝部分水汽凝结为水，水，空气的湿度降低空气的湿度降低H H3 3 H H2 2，每千克，每千克绝干空干空气析出的水分量气析出的水分量为 n(2)冷却冷却过程程50.14.2.2 14.2.2 湿空气状湿空气状态的的变化化过程程（3 3）两股气流的混合）两股气流的混合总物料衡算式：物料衡算式：水分衡算式：水分衡算式：焓衡算式：衡算式：51.14.2.2 14.2.2 湿空气状湿空气状态的的变化化过程程由杠杆由杠杆规则得：得：52.例例14-214-2空气状空气状态变化化过程的程的计算算nP240,14-2P240,14-2n在常在常压下将温度下将温度为1818 、湿度、湿度为0.006kg/kg0.006kg/kg干气的新干气的新鲜空气与部分空气与部分废气混合，然后将混合气加气混合，然后将混合气加热，送入干燥，送入干燥器作器作为干燥介干燥介质使用。控制使用。控制废气与新气与新鲜空气的混合比例空气的混合比例以使以使进干燥器干燥器时气体的湿度气体的湿度维持在持在0.065 kg/kg0.065 kg/kg干气。干气。废气的排出温度气的排出温度为58 58 、相、相对湿度湿度70%70%。n试求求废气与新气与新鲜空气的混合比及混合气空气的混合比及混合气进预热器的温度。器的温度。53.（1）查p230表13-1，可知 t=58时Ps=18.146kPa54.55.14.2.3 14.2.3 水分在气水分在气固两相固两相间的平衡的平衡一、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-固两相固两相间的平衡的平衡三、平衡曲三、平衡曲线的的应用用56.一、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 n2 2、干基含水量、干基含水量X Xn3 3、换算关系算关系 57.n二、水分在气二、水分在气-固两相固两相间的平衡的平衡n湿物料湿物料n湿空气湿空气n接触接触n时间n 平衡曲平衡曲线n达平衡状达平衡状态时 X*nX Xn（一）、平衡曲（一）、平衡曲线58.n平衡含水量平衡含水量X X*与空气相与空气相对湿度湿度 的关系（的关系（25 25）1 1新新闻纸2 2羊毛、毛羊毛、毛织物物3 3硝化硝化纤维4 4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玻璃玻璃绒1212棉花棉花59.n1 1）相）相对湿度一定湿度一定时，吸水物，吸水物质的平衡含水量高于非的平衡含水量高于非吸水物吸水物质。n2 2）同一物）同一物质，相，相对湿度越大，平衡含水量越高。湿度越大，平衡含水量越高。n3 3）温度）温度对平衡含水量影响不大。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60.n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，取决于物物料的性料的性质和和空气的状空气的状态。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61.n结合水分的特点合水分的特点n结合力合力强，不易除去。，不易除去。n（三）、（三）、结合水分与非合水分与非结合水分合水分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物料物料细胞胞壁及毛壁及毛细孔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合水分n非非结合合水分水分62.n结合水分合水分 n非非结合水分合水分 n按按除去的除去的难易程度易程度划分，划分，仅取决于物料的性取决于物料的性质，而与空而与空气的状气的状态无关。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，取决于物物料的性料的性质和和空气的状空气的状态。n（四）、两者的区（四）、两者的区别63.n固体物料中所含水分的性固体物料中所含水分的性质总水水分分平衡水分平衡水分自自由由水水分分非非结合水分合水分结合水分合水分n三、平衡曲三、平衡曲线的的应用用n1 1）方向）方向n2 2）极限）极限n3)3)推推动力力n吸湿吸湿现象？象？64.n【例【例1414-3-3】在常】在常压2525下，水分在下，水分在ZnOZnO与空气与空气间的的平衡关系平衡关系为：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。干料。现将含水量将含水量为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、平衡水的空气接触，求物料的自由水分、平衡水分、分、结合水分和非合水分和非结合水分。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干料干料非非结合水分合水分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：合水分：X X*（100%100%）=0.02kg=0.02kg水水/kg/kg干料干料65.14.3 14.3 干燥速率与干燥干燥速率与干燥过程程计算算14.3.1 14.3.1 物料在定物料在定态空气条件下的干燥速率空气条件下的干燥速率（1 1）干燥）干燥动力学力学实验1 1）实验内容：内容：大量空气流大量空气流过小小块固体物料，气流温度固体物料，气流温度t t，相，相对湿湿度度 ，流速不，流速不变，记录物料的自由含水量物料的自由含水量X X与与时间的关系的关系干燥曲干燥曲线。66.14.3.1 14.3.1 物料在定物料在定态空气条件下的干燥速率空气条件下的干燥速率2 2）实验结果：果：AB-预热段段 BC-恒速段恒速段CDE-降速段降速段67.14.3.1 14.3.1 物料在定物料在定态空气条件下的干燥速率空气条件下的干燥速率n物物料料的的干干燥燥速速率率即即水水分分汽汽化化速速率率N NA A可可用用单位位时间、单位位面面积（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，即式中：试样中中绝对干燥物料的干燥物料的质量，量，kgkg；试样暴露于气流中的表面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。3）定）定义物料的干燥速率：物料的干燥速率：68.14.3.1 14.3.1 物料在定物料在定态空气条件下的干燥速率空气条件下的干燥速率69.14.3.1 14.3.1 物料在定物料在定态空气条件下的干燥速率空气条件下的干燥速率n注意：注意：n干燥曲干燥曲线或干燥速率曲或干燥速率曲线是恒定的空气条件（指一是恒定的空气条件（指一定的速率、温度、湿度）下定的速率、温度、湿度）下获得的。得的。对指定的物料，指定的物料，空气的温度、湿度不同，速率曲空气的温度、湿度不同，速率曲线的位置也不同。的位置也不同。70.14.3.1 14.3.1 物料在定物料在定态空气条件下的干燥速率空气条件下的干燥速率（2 2）恒速干燥）恒速干燥阶段段BCBC表面汽化控制表面汽化控制阶段段n1 1）此）此时物料表面保持物料表面保持润湿，湿，传质速率决定于外部表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）空气供给物料的物料的热物料水分汽化需的潜物料水分汽化需的潜热。n3 3）物料）物料=t=tw w 不不变，速率恒定。，速率恒定。n4 4）此）此时除去的是非除去的是非结合水，物料合水，物料p p表表 =p=ps s=p=pw w（湿球（湿球温度下水的温度下水的饱和蒸汽和蒸汽压）。）。71.14.3.1 14.3.1 物料在定物料在定态空气条件下的干燥速率空气条件下的干燥速率（3 3）降速干燥）降速干燥阶段段CE CE 内部迁移控制内部迁移控制阶段段 在在降降速速阶段段干干燥燥速速率率的的变化化规律律与与物物料料性性质及及其其内内部部结构有关。降速的原因大致有如下四个：构有关。降速的原因大致有如下四个：n1 1）实际汽汽化化表表面面减减少少第第一一降降速速阶段段，CDCD段段，部部分分表面形成干区。表面形成干区。n2 2）汽汽化化面面的的内内移移第第二二降降速速阶段段，DEDE段段，表表面面全全部部形成干区。形成干区。72.14.3.1 14.3.1 物料在定物料在定态空气条件下的干燥速率空气条件下的干燥速率n3 3）平衡蒸汽）平衡蒸汽压下降下降n平衡蒸汽平衡蒸汽压逐逐渐下降，使下降，使传质推推动力减小，干燥速率力减小，干燥速率也随之降低。也随之降低。n4 4）固体内部水分的）固体内部水分的扩散极慢散极慢非多孔性物料非多孔性物料n物料内部水分的物料内部水分的扩散速度散速度 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干燥速率取决于固体内部水分的扩散。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，与表面气固两相的固两相的传质系数系数k kH H无关，只与物料的性无关，只与物料的性质与接触方式有关。与接触方式有关。n减薄物料厚度减薄物料厚度73.14.3.1 14.3.1 物料在定物料在定态空气条件下的干燥速率空气条件下的干燥速率（4 4）临界含水量界含水量n固固体体物物料料在在恒恒速速干干燥燥终了了时的的含含水水量量为临界界含含水水量量，而从中扣除平衡含水量后而从中扣除平衡含水量后则称称临界自由含水量界自由含水量X Xc cn临界界含含水水量量不不但但与与物物料料本本身身的的结构构、分分散散程程度度有有关关，也受干燥介也受干燥介质条件（流速、温度、湿度）的影响。条件（流速、温度、湿度）的影响。74.14.3.1 14.3.1 物料在定物料在定态空气条件下的干燥速率空气条件下的干燥速率（5 5）干燥操作）干燥操作对物料性状的影响物料性状的影响n 恒恒速速阶段段允允许采采用用较高高的的气气流流温温度度，以以提提高高干燥速率和干燥速率和热的利用率。的利用率。n降速降速阶段要注意控制物料温度。段要注意控制物料温度。75.14.3.2 14.3.2 间歇干燥歇干燥过程的程的计算算 （1 1）恒速恒速阶段的干燥段的干燥时间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大于大于临界含水量界含水量X Xc c，则干燥必先有一恒速干燥必先有一恒速阶段。忽略物料的段。忽略物料的预热阶段，段，恒速恒速阶段的干燥段的干燥时间1 1由由 积分求出。分求出。76.14.3.2.1 14.3.2.1 恒速恒速阶段的干燥段的干燥时间1 1n因干燥速率因干燥速率N NA A为一常数一常数n速率速率N NA A由由实验决定，也可按决定，也可按传质或或传热速率式估算，即速率式估算，即 nHw为湿球温度tw下的气体的饱和湿度。77.14.3.2.1 14.3.2.1 恒速恒速阶段的干燥段的干燥时间1 1 传质系数的系数的测量技量技术不如不如给热系数系数测量那量那样成熟与准成熟与准确，在干燥确，在干燥计算中常用算中常用经验的的给热系数系数进行行计算。气流与算。气流与物料的接触方式物料的接触方式对给热系数影响很大，以下是几种典型接系数影响很大，以下是几种典型接触方式的触方式的给热系数系数经验式。式。（1 1）空气平行于物料表面流）空气平行于物料表面流动（图14-1614-16a a）kW/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。78.14.3.2.1 14.3.2.1 恒速恒速阶段的干燥段的干燥时间1 1（2 2）空气自上而下或自下而上穿）空气自上而下或自下而上穿过颗粒堆粒堆积层（图14-1614-16b b）气体粘度，气体粘度，Pas式中气体气体质量流速，量流速，kg/（m2s）具有与具有与实际颗粒相同表面的粒相同表面的 球的直径，球的直径，m79.14.3.2.1 14.3.2.1 恒速恒速阶段的干燥段的干燥时间1 1（3 3）单一球形一球形颗粒粒悬浮于气流中（浮于气流中（图14-1614-16c c）气体的密度、粘度和普朗特数。式中：式中：气体与气体与颗粒的相粒的相对运运动速度；速度；80.14.3.2.2 14.3.2.2 降速降速阶段的干燥段的干燥时间2 2n 当当X X X X*）所所需需时间为2 2。81.14.3.2.2 14.3.2.2 降速降速阶段的干燥段的干燥时间2 2 82.14.3.2.2 14.3.2.2 降速降速阶段的干燥段的干燥时间2 2将 代入 的表达式得 83.例例题14-414-4降速降速阶段的干燥段的干燥时间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，问将此物料将此物料继续干燥至自由含水量干燥至自由含水量0.01kg/kg0.01kg/kg干料干料还需多少需多少时间？已知此干燥条件下物料的？已知此干燥条件下物料的临界自由含水量界自由含水量X XC C=0.08kg/kg=0.08kg/kg干料，降速干料，降速阶段段的速率曲的速率曲线可作可作为通通过原点的直原点的直线处理。理。84.14.3.2.14.3.2.3 3干燥干燥结束束时的物料温度的物料温度n降速降速阶段，干燥速率减慢，物料表面不段，干燥速率减慢，物料表面不再能保持湿球温度不再能保持湿球温度不变，此，此时气体气体传给固体物料的固体物料的热量中一部分用于物料升温。量中一部分用于物料升温。n当物料干燥至平衡含水量当物料干燥至平衡含水量时，物料温度，物料温度等于气温等于气温t t。85.14.3.3 14.3.3 连续干燥干燥过程的一般特性程的一般特性 （1 1）连续干燥干燥过程的特点程的特点n以并流以并流连续干燥干燥为例，例，P249P249图14-2014-20n基本上可分基本上可分为三个三个阶段：段：预热段、段、表面汽化表面汽化阶段、升温段、升温阶段段n注意：注意：86.14.3.3 14.3.3 连续干燥干燥过程的一般特性程的一般特性 （2 2）连续干燥干燥过程的数学描述程的数学描述n连续干燥干燥过程程为定定态过程，程，设备中的湿空气与中的湿空气与物料状物料状态沿流沿流动途径不断途径不断变化，但流化，但流经干燥器干燥器任一确定部位的空气和物料状任一确定部位的空气和物料状态不随不随时间而而变，故故应采用欧拉法考采用欧拉法考虑，在垂直于气流运，在垂直于气流运动方向方向上取一上取一设备微元微元 作作为考察考察对象。象。n以下首先以下首先对干燥干燥过程作物料衡算和程作物料衡算和热量衡算，量衡算，然后然后对干燥干燥过程作出程作出简化，列出化，列出传热、传质速速率方程，率方程，计算算设备容容积。87.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算 n干燥干燥过程的物料衡算、程的物料衡算、热量衡算是确定空气用量、分析干燥量衡算是确定空气用量、分析干燥过程的程的热效率以及效率以及计算干燥器容算干燥器容积的基的基础。88.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算nV V：绝干空气流量，干空气流量，kgkg干气干气/s/s；nG G1 1、G G2 2：分：分别为进干干燥器的湿物料量和燥器的湿物料量和出干燥器的干燥出干燥器的干燥产品量，品量，kgkg湿料湿料/s/s；nG GC C：湿物料中：湿物料中绝干干物料量，物料量，kgkg干料干料/s/s。（1）物料衡算）物料衡算89.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算n1 1）湿物料的水分蒸）湿物料的水分蒸发量量WkgWkg水水/s/s 通通过干燥器的湿空气中干燥器的湿空气中绝干空气量是不干空气量是不变的，又因的，又因为湿物料中蒸湿物料中蒸发出的水分被空气出的水分被空气带走，故湿物料中水分的减走，故湿物料中水分的减少量等于湿物料中水分汽化量等于湿空气中水分增加量。少量等于湿物料中水分汽化量等于湿空气中水分增加量。90.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算n实际空气（新空气（新鲜空气）空气）质量流量：量流量：2）干空气用量）干空气用量V（kg干气干气/S）n空气必空气必须用用风机机输送，送，风机的机的风量量 （m m3 3湿湿空气空气/s s）：）：91.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算H H0 0已知，已知，W W可求出，求可求出，求V V关关键在于确定出干燥器在于确定出干燥器空气湿度空气湿度H H2 2，必，必须与干燥器与干燥器热量衡算量衡算结合才能合才能确定确定H H2 2 。n上式中上式中t、H是是风机所在位置空气机所在位置空气t、H，风机机可能装在可能装在预热器前，器前，预热器后，甚至干燥器后。器后，甚至干燥器后。92.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算（2 2）预热器的器的热量衡算量衡算 预热器：器：93.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算（3 3）干燥器的）干燥器的热量衡算量衡算 通通过干燥器的干燥器的热量量衡算，可以确定物衡算，可以确定物料干燥所消耗的料干燥所消耗的热量或干燥器排出空量或干燥器排出空气的状气的状态。作。作为计算空气算空气预热器和加器和加热器的器的传热面面积、加加热剂的用量、干的用量、干燥器的尺寸或燥器的尺寸或热效效率的依据。率的依据。94.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算n（4 4）物料衡算与）物料衡算与热量衡算的量衡算的联立求解立求解n在在设计型型问题中，中，、是干燥任是干燥任务规定的，气体湿度由空气初始定的，气体湿度由空气初始状状态决定，决定，可按可按传热公式求或取公式求或取不能任意不能任意选择，t1可以可以选定，定，这样干燥干燥过程的物料衡算和程的物料衡算和热量衡算常遇到两种情况：量衡算常遇到两种情况：95.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算n选择气体出干燥器的状气体出干燥器的状态（如（如t t2 2及及 2 2 ），求），求V V及及Q Q补；n选定定Q Q补 （如（如许多干燥器多干燥器Q Q补=0=0，即不，即不补充充热量）及气体出干燥器量）及气体出干燥器状状态的一个参数（的一个参数（H H2 2、2 2 、t t2 2中的一个），求出中的一个），求出V V及另一个气体及另一个气体出口参数（如出口参数（如H H2 2）。）。n第第种情况出口空气状种情况出口空气状态已确定，已确定，热量衡算及物料衡算量衡算及物料衡算简便。便。n第第种情况下，由于出口气状种情况下，由于出口气状态参数之一是未知数，参数之一是未知数，联立求解物立求解物料衡算和料衡算和热量衡算方程式的量衡算方程式的计算比算比较繁繁琐，因而常，因而常对过程作出程作出简化，以便于初步估算。化，以便于初步估算。96.97.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算（5 5）理想干燥）理想干燥过程的物料衡算和程的物料衡算和热量衡算量衡算n简化：化：n1 1）物料汽化的水份都是在表面汽化）物料汽化的水份都是在表面汽化阶段除去的；段除去的；2 2）干燥器）干燥器热损失不失不计Q Q损 =0=0；n3 3）物料温度的）物料温度的变化忽略化忽略1 1=。n4 4）干燥器内不）干燥器内不补充充热量量Q Q补 =0=0n干燥器内气体干燥器内气体传给固体的固体的热量全部用于汽化水分，量全部用于汽化水分，气体在干燥气体在干燥过程中的状程中的状态变化化为等等焓过程程I I2 2=I=I1 1 （绝热干燥干燥过程），程），这种种简化的干燥化的干燥过程程为理想理想干燥干燥过程。程。98.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算图解法（已知解法（已知t t2 2或或 2 2均可用）均可用）A（t0，H0）B（t1，H1=H0）C（t2，或 2）沿等H线 沿等I线 确定C后H2可查出 99.14.3.4 14.3.4 干燥干燥过程的物料衡算与程的物料衡算与热量衡算量衡算n解析法（已知解析法（已知t t2 2时用）用）n数值法（已知 2时用，可计算求出H2）上式中只有一个未知数上式中只有一个未知数H2可求出，然后再求可求出，然后再求V。100.例例题14-514-5：理想干燥器：理想干燥器过程的物料衡算和程的物料衡算和热量衡算量衡算n在常在常压下将含水下将含水质量分数量分数为5%5%的湿物料以的湿物料以1.58kg/s1.58kg/s的速率送入干燥器，干燥的速率送入干燥器，干燥产物的含水物的含水质量分数量分数为0.5%0.5%。所用空气的温度。所用空气的温度为2020、湿、湿度度为0.007kg/kg0.007kg/kg干气，干气，预热温度温度为1271