第六章吸收1.ppt

第九章第九章 干燥干燥 (Drying of Solid)第一节第一节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图第二节第二节 干燥过程的物料衡算与能量衡算干燥过程的物料衡算与能量衡算第三节第三节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系第四节第四节 干燥设备干燥设备1第九章第九章 干燥干燥工业常用去湿方法工业常用去湿方法l 机械去湿机械去湿：如沉降、过滤、离心等l 热能去湿热能去湿：又称干燥 常用的干燥方法常用的干燥方法 l 对流干燥：对流干燥：热干燥介质（如热空气）与湿物料直热干燥介质（如热空气）与湿物料直接接触，并将从物料中蒸发出的湿分带走。接接触，并将从物料中蒸发出的湿分带走。l 传导干燥：传导干燥：l 辐射干燥：辐射干燥：l 介电干燥：介电干燥：l 吸附去湿吸附去湿：2l 传热和传质相结合的操作空气既是载热体又是载湿体 l 干燥的必要条件是：pwp第九章第九章 干燥干燥3第一节第一节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图9.1.1 湿空气的性质湿空气的性质9.1.2 湿空气的湿空气的 H-I 图图4基准：基准：1kg绝干空气绝干空气(Vapor-free Gas)一、湿度一、湿度(Humidity)和相对湿度和相对湿度1.湿度湿度H：kg水气/kg绝干气饱和湿度饱和湿度(Saturation Humidity)9.1.1 湿空气的性质湿空气的性质52、相对湿度、相对湿度(Relative Humidity)湿度是湿空气含水量的绝对值；相对湿度代表空气的饱和程度，由其可判断湿空气能否作为干燥介质。9.1.1 湿空气的性质湿空气的性质6五、干球温度（五、干球温度（Dry Bulb Temperature)和湿球温度和湿球温度干球温度干球温度t t：普通温度计所测之温度 湿球温度湿球温度tw：实验装置见下页，假设：a 开始时湿纱布水温与空气温度 t 相同 当传递的热量=气化所需潜热时，湿纱布中水温维持恒定值tw。b 空气不饱和9.1.1 湿空气的性质湿空气的性质则：99.1.1 湿空气的性质湿空气的性质10其中其中 湿球温度湿球温度t tw w实际上就是干燥过程中湿物料的表面温度实际上就是干燥过程中湿物料的表面温度 9.1.1 湿空气的性质湿空气的性质11六、绝热饱和冷却温度六、绝热饱和冷却温度tas(Adiabatic Saturation Temperature)(水温均匀，且无热量进出体系)9.1.1 湿空气的性质湿空气的性质129.1.1 湿空气的性质湿空气的性质13（2）对于水蒸气-空气系统，接近湿空气比热 cH，（1）tw和tas为两个完全不同的概念，但均为t和H的函数9.1.1 湿空气的性质湿空气的性质tw与tas的比较：14七、露点七、露点td(Dew Point)将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度t、tw(tas)、td三者关系：三者关系：不饱和空气：饱和空气：9.1.1 湿空气的性质湿空气的性质15例1：常压下不饱和空气的温度为40,相对湿度为70%。求:(1)湿度(2)露点(3)湿球温度。解：从附录查得40时，ps=7.38kpa(1)(2)(3)算出tw并与假设值比较最后求出tw=34.9 试差法：假设tw查出对应的rtw查出ps,tw，计算Hs,tw9.1.1 湿空气的性质湿空气的性质169.1.2 湿空气的湿空气的 H-I 图图（Humidity Chart)17一、一、H-I图的绘制图的绘制(Plotting of H-I Chart)1.等湿等湿(等等H线线)线群线群(Lines of Constant Humidity)平行于纵轴，H的读数范围：00.2 kg/kg 绝干气9.1.2 湿空气的湿空气的 H-I 图图182.等焓线等焓线(等等I线线)群群(Lines of Constant Enthalpy)平行于斜轴，I的读数范围 0680 kJ/kg 绝干气9.1.2 湿空气的湿空气的 H-I 图图193.等干球温度等干球温度(t)线群线群(Lines of Constant Temperature)直线的斜率为1.88 t+2490，各线不平行t的读数范围02509.1.2 湿空气的湿空气的 H-I 图图204.等相对湿度线群等相对湿度线群(Lines of Constant Relative Humidity)规定一系列 值，可得H-t之间的关系。从 到100%共11条饱和空气线9.1.2 湿空气的湿空气的 H-I 图图215、蒸气分压线、蒸气分压线(Line of Partial Pressure of Vapor)pH 近似为直线关系9.1.2 湿空气的湿空气的 H-I 图图22二、二、H-I图的应用图的应用(Use of H-I Chart)根据湿空气的两个独立参数，可在H-I图上确定湿空气的状态点（交点），进而查得其它参数。tas(tw)tdtAHpHpI=100%（1）由状态点确定其它参数的方法）由状态点确定其它参数的方法I9.1.2 湿空气的湿空气的 H-I 图图23（2）常用的两个独立参数）常用的两个独立参数 9.1.2 湿空气的湿空气的 H-I 图图24HIHIt tw(tas)=100%I A=100%A I td9.1.2 湿空气的湿空气的 H-I 图图25 必必须须指指出出：td H、td p、tw I 等是重复条件，并非彼此独立，不能确定湿空气状态点（同在等H线或等I线上）。9.1.2 湿空气的湿空气的 H-I 图图26第二节第二节 干燥过程的物料衡算与能量衡算干燥过程的物料衡算与能量衡算9.2.1 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算9.2.2 干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算9.2.3 空气通过干燥器的状态变化空气通过干燥器的状态变化279.2.1 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算一、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湿基含水量干基含水量二者关系：281.水分蒸发量W kg水/h 二、干燥过程的物料衡算二、干燥过程的物料衡算L湿空气中绝干空气的质量流量，kg/sG湿物料中绝干物料的质量流量，kg/s9.2.1 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算292.空气消耗量空气消耗量L3.干燥产品流量干燥产品流量G2l每蒸发1kg水分消耗的绝干空气量新鲜湿空气消耗量为：9.2.1 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算30例题：常压下将20,相对湿度为60%的新鲜空气在预热器中加热到90后送入干燥器,离开时温度为45,湿度为0.022kg/kg绝干气.每小时将1100 kg 含水量为3%的湿物料干燥至0.2%.求:(1)水分蒸发量W;(2)新鲜空气消耗量Lw解:(1)(2)由H-I图查得20,相对湿度60%时,H1=0.009kg/kg绝干气9.2.1 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算319.2.2 干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算1、预热器消耗的热量 2、向干燥器补充的热量一一、热量衡算的基本方程、热量衡算的基本方程323、干燥系统消耗的总热量、干燥系统消耗的总热量（1）9.2.2 干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算33（2）综上：加热绝干空气蒸发物料中水分加热湿物料损失热量9.2.2 干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算349.2.2 干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算二、干燥系统的热效率二、干燥系统的热效率35例题:常压下将20,相对湿度为60%的新鲜空气在预热器中加热到90后送入干燥器,离开时温度为45,湿度为0.022kg/kg绝干气.每小时将1100 kg 温度为20,含水量为3%的湿物料干燥至0.2%.湿物料的平均比热为3.28kJ/(kg绝干料),干燥器热损失为1.2kW.求:(1)风机的风量;(装在预热器之前);(2)预热器的热量消耗;(3)干燥系统消耗的总热量;(4)向干燥器补充的热量.解:(1)(2)(3)(4)9.2.2 干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算369.2.3 空气通过干燥器的状态变化空气通过干燥器的状态变化一、等焓干燥过程（一、等焓干燥过程（绝热干燥过程）绝热干燥过程）双侧分别加上 即有：若满足379.2.3 空气通过干燥器的状态变化空气通过干燥器的状态变化38二、非等焓操作过程二、非等焓操作过程1.操作线在点B的等焓线的下方2.操作线在过点B的等焓线上方3.操作线为过点B的等温线向干燥器补充适量热量，使干燥过程恰在等温下进行条件：条件：9.2.3 空气通过干燥器的状态变化空气通过干燥器的状态变化399.2.3 空气通过干燥器的状态变化空气通过干燥器的状态变化40第三节第三节 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系9.3.1 物料中的水分物料中的水分9.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算41一、平衡水分一、平衡水分(Equilibrium Water)和自由水分和自由水分(Free Water)1.平衡水分X*：物料在一定状态空气中达到的恒定含水量，2.自由水分：物料中超过 X*的那部分水分 用干燥方法可除去的水分为自由水分平衡水分含量与空气状态有关，还与物料性质有关9.3.1 物料中的水分物料中的水分429.3.1 物料中的水分物料中的水分43二、结合水分二、结合水分(Bound Water)和非结合水分和非结合水分(Unbound Water)2.结合水分：当空气相对湿度达到100%时，物料中低于平衡含水量的水分。其划分只与物性本身有关，而与空气状态无关包括细胞壁内的水分，物料中毛细管内的水分及以结晶水的形态存在于固体物料中的水分1.非结合水分：当空气相对湿度达到100%时，物料中高于平衡含水量的水分。9.3.1 物料中的水分物料中的水分449.3.1 物料中的水分物料中的水分459.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算一、干燥实验和干燥曲线一、干燥实验和干燥曲线通过实验测定干燥曲线AB段：预热阶段，空气的部分热量用于加热物料 BC段：CD段：段：物料开始升温，物料开始升温，物料表面温度等于空气的tw CD段：热空气的一部分热量用于加热物料，另一部分用于汽化水分 469.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算47二、干燥速率曲线二、干燥速率曲线干燥速率干燥速率U：单位时间单位干燥面积上气化的水分质量C为临界点 E点：含水量为平衡含水量含水量为平衡含水量 9.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算48 三、干燥时间的计算三、干燥时间的计算1.恒速阶段的干燥时间恒速阶段的干燥时间9.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算其中：49 2.降速阶段干燥时间降速阶段干燥时间(1)U与X不呈线性关系：图解积分1/UX(2)U与X呈线性关系：=kx9.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算50第四节第四节 干燥设备干燥设备一、厢式（盘式）干燥器一、厢式（盘式）干燥器(Chamber/Tray Dryer)厢式（小车式）干燥器9.4.1 干燥器的主要形式干燥器的主要形式51第四节第四节 干燥设备干燥设备52一般用于少量、多品种物料的干燥，尤其适于实验室使用优点：结构简单，投资少，适应性强缺点：劳动强度大，装卸物料热损失大，产品质量不易均匀第四节第四节 干燥设备干燥设备53第四节第四节 干燥设备干燥设备二、沸腾床（流化床）干燥器（二、沸腾床（流化床）干燥器（Fluid-bed Dryer)54根据粒子与介质的相对速度不同分为三个阶段：1.固定床阶段2.流化床阶段3.气体输送阶段 (流动床阶段)单层沸腾床干燥器适用于易干燥、处理量较大而对干燥产品要求不太高的场合。第四节第四节 干燥设备干燥设备55第四节第四节 干燥设备干燥设备56多层沸腾床干燥器多层沸腾床干燥器第四节第四节 干燥设备干燥设备57卧式多室沸腾床干燥器卧式多室沸腾床干燥器第四节第四节 干燥设备干燥设备58特点：处理量大，干燥时间短，设备占地面积小；产品磨损较大,对除尘设备要求严。第四节第四节 干燥设备干燥设备三、气流干燥器三、气流干燥器59四、转筒干燥器四、转筒干燥器(Rotary Dryers)优点：生产能力大，产品质量均匀，对物料适应性强缺点：设备金属耗材多，热效率低，占地面积大，传动部件需经常维修第四节第四节 干燥设备干燥设备60五、喷雾干燥器五、喷雾干燥器(Spray Dryer)不需将原料预先进行机械分离，且干燥时间很短,适于热敏性物料的干燥。第四节第四节 干燥设备干燥设备619.4.2 干燥器的选择干燥器的选择1.被干燥物料的性质，如热敏性、粘附性、颗粒的大小及形状、磨损性等 2.对干燥产品的要求，如含水量、形状、粒度分布、粉碎程度等 3.物料的干燥速率曲线与临界含水量4.其它。如可利用的热源、能量的综合利用、干燥器的占地面积等第四节第四节 干燥设备干燥设备62本章小结本章小结63一、一、湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图1.湿度湿度相对湿度相对湿度2.比容比容 3.比热比热4.焓焓 5.干球温度和湿球温度干球温度和湿球温度6.绝热饱和冷却温度绝热饱和冷却温度 647.露点露点td t、tw(tas)、td 三者关系：三者关系：不饱和空气：不饱和空气：饱和空气：饱和空气：8.H-I图的应用图的应用 根据湿空气的两个独立参数，可在根据湿空气的两个独立参数，可在H-I图上确定湿图上确定湿空气的状态点（交点），进而查得其它参数。空气的状态点（交点），进而查得其它参数。65二、干燥过程的物料衡算与热量衡算二、干燥过程的物料衡算与热量衡算1.水分蒸发量水分蒸发量W2.空气消耗量空气消耗量L3.干燥产品流量干燥产品流量G24.预热器消耗的热量预热器消耗的热量 5.向干燥器补充的热量向干燥器补充的热量6.干燥系统消耗的总热量干燥系统消耗的总热量7.干燥系统的热效率干燥系统的热效率66三、固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系三、固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系1.物料中的水分物料中的水分用干燥方法可除去的水分为自由水分用干燥方法可除去的水分为自由水分2.干燥速率干燥速率3.干燥时间干燥时间 恒速阶段恒速阶段降速阶段降速阶段四、熟悉各种干燥设备四、熟悉各种干燥设备67