化工原理-干燥习题课件.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,*,第五章 干 燥,总结课,第五章 干燥 总结课,第一节 湿空气的热力学性质及湿度图,第二节 干燥过程的物料衡算与焓衡算,第三节 固体物料在干燥过程中的平衡关系与,速率关系,重点内容,1.,湿空气的性质及湿度图：,掌握：,湿度、水蒸气分压、相对湿度、焓的计算、干球温度、湿球温度、绝热饱和温度、露点的定义。,2.,干燥过程的物料衡算与焓衡算：,掌握：,绝干物料量的计算，湿基与干基含水量的换算，水分蒸发量和空气消耗量的计算。,掌握：,干燥过程的焓衡算，预热器供热量和绝热干燥过程的计算。,掌握：,干燥器出口空气状态的确定。,应该掌握的内容,干燥过程的平衡关系和速率关系,物料中所含水分的性质,干燥速率、恒定条件下的干燥曲线与干燥速率曲线的测定,恒定条件下恒速干燥与降速干燥阶段，临界参数的确定,恒定条件下干燥时间的计算,第一节 湿空气的热力学性质（,1,）,注意：,湿空气：指绝干空气与水蒸汽的混合物。,湿空气性质一般都以,1kg,绝干空气为基准。,（,1,）湿空气的热力学性质,湿度性质（湿度H，相对湿度,）,温度性质（干球温度t、湿球温度t,w,、,绝热饱和湿度t,as,、露点t,d,）,一、湿度和温度性质,二、容积性质,比容,H,比热容,c,H,三、焓,I,温度性质,干球温度,t,：,湿球温度,t,w,：,绝热饱和温度,t,as,：,不饱和的湿空气,绝热,(,等焓,),冷却降温到饱和状态时的温度,。,（相应湿度为,H,as,）,露点,t,d,：,将不饱和空气,等湿,冷却到饱和状态时的温度,对于水蒸汽,空气系统，三个温度间的关系为：,不饱和空气：,饱和空气：,t,w,=t,as,（,2,）,湿度图,注意：,P：常压下,坐标轴：两个坐标夹角为135的坐标图，将斜轴上的数值投影在辅助水平轴上。,五条线：一、等湿线,二、等焓线,三、等干球温度线,四、等相对湿度线,五、水蒸汽分压线,H-I,图,等,I,线群（,0680,）,等,H,线群（,00.2,）,等,t,线群（,0250,）,等,线群（,5%100蒸汽分压线群,H-I,图的说明与应用,1,）已知湿空气的状态点的位置，可读出该湿空气的其他参数和性质,A,p,I,t,t,w,或,t,as,t,d,p,2,）由测出的参数确定湿空气的状态,5-2-1,湿物料中含水量的表示方法,5-2-2,干燥系统的物料衡算,5-2-3,干燥系统的焓衡算,5-2-4,空气通过干燥器的状态变化,第二节 干燥过程的物料衡算与焓衡算,5-2-1,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,5-2-2,干燥系统的物料衡算,1,、水分蒸发量,W,2,、空气消耗量,L,0,3,、干燥产品流量,G,2,加热空气；蒸发水分,;,加热物料,;,热损失,即：向干燥系统输入的热量用于：,5-2-3,干燥系统的焓衡算,单位时间内预热器消耗的热量,Q,P,为：,单位时间内向干燥器补充的热量,Q,D,为,:,单位时间内干燥系统消耗的总热量,Q,为,:,5-2-4,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,),新鲜空气,L,H,0,，,t,0,，,I,0,H,1,，,t,1,，,I,1,L,L,H,2,，,t,2,，,I,2,G,1,X,1,，,1,G,2,X,2,，,2,Q,P,Q,D,Q,L,预热器,干燥器,湿物料,空气通过干燥器时的焓恒定,5-2-4,空气通过干燥器时的状态变化,2,、非等焓干燥过程,H,t,1,t,2,C,C,1,C,2,C,3,B,1,）操作线在过,B,点等焓线下方,BC,1,2,）操作线在过点,B,的等焓线上方,BC,2,3,）操作线为过,B,点的等温线,BC,3,向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥过程在等温下进行,5-3-1,固体物料与物料中的水分,5-3-2,干燥时间的计算,第三节 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系,5-3-1,固体物料与物料中的水分,1.,如何区分物料中所含水分的性质,1,）水分与物料的结合方式,结合水与非结合水,非结合水：机械方式与物料结合的吸收水分及孔隙中的水分，,干燥法去除,结合水：与物料结合力较强的细胞壁内的水分及小毛细管内的水分，,难去除,在恒定条件下，非结合水与结合水的划分只取决于物料本身的特性而与空气的状态无关。,2,）平衡水分与自由水分,平衡水分：在固定空气状态下不能被除去的物料中的水分，是特定干燥条件下物料的极限含水量,自由水分：超出平衡含水量的那部分，在干操作中能被除去的水分,相同干燥条件下，不同物料的平衡水分数值相差大；同一物料平衡含水量随空气的状态而变，物料本身温度升高其平衡水分降低,.,2.,干燥过程中的平衡关系如何表达,平衡关系曲线：,湿物料中的结合水是,=100%,的平衡湿含量,恒定干燥条件,整个干燥过程中空气的温度、湿度均保持不变。,是一种简化模型。,1.,干燥速率曲线,干燥速率：单位时间，单位干燥面积上气化的水分质量。,干燥过程分为两个主要阶段,恒定干燥阶段，降速干燥阶段,E,降速阶段,恒速阶段,恒定干燥阶段,表面气化控制阶段降速干燥阶段,物料内部迁移控制 阶段,5-3-2,干燥时间的计算,恒定干燥阶段，降速干燥阶段分界点所对应的参数称为,临界参数,，包括临界干燥速率和临界含水量、,E,降速阶段,恒速阶段,选择合适的干燥条件，使非结合水在恒速阶段全部除去，使临界含水量尽量减小，这样可以在相同的干燥任务下消耗最短的干燥时间,2.,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一干燥实验数据或干燥曲线为基础而进行。,恒速阶段的干燥时间：,降速阶段的干燥时间：,当干燥曲线（,U,X,）为直线或近似直线时,+,例题,1,、,在一连续干燥器中干燥某湿物料,每小时处理湿物料为,1000kg,经干燥器物料的含水量由,35%,减至,2%(,均为湿基,),以热空气为干燥介质,初始湿度,H,为,0.010kg,水,/kg,绝干气,离开干燥器时湿度,H,为,0.040kg,水,/kg,绝干气,假定干燥过程中无物料损失,试求,:,(1),水分蒸发量,W(kg,水,/h);,(2),空气消耗量,L(kg,绝干气,/h),；原湿空气消耗量,L(kg,原空气,/h),；,(3),干燥产品量,G(kg/h),。,(1),水分蒸发量,W,x,1,=w,1,/(1-w,1,)=0.35/(1-0.35)=0.538 kg,水,/kg,绝干料,x,2,=w,2,/(1-w,2,)=0.02/(1-0.02)=0.0204 kg,水,/kg,绝干料,G=G,1,(1-w,1,)=1000(1-0.35)=650kg,绝干料,/h,W=G(x,1,-x,2,)=650,(0.538-0.0204)=336.4kg,水,/h,(2)L=W/(H,2,-H,1,)=,336.4,/(0.04-0.01)=11213kg,绝干气,/h,L,=L(1+H,1,)=11213(1+0.01)=11325.5kg,原空气,/h,(3)G,2,=G,1,-W=1000-336.4=663.6kg/h,例题,2,、,在一干燥器中干燥某湿物料,每小时处理湿物料,1000kg,经干燥后物料的含水量由,40%,减至,5%(,均为湿基,),，干燥介质为,373K,的热空气，其中所含水汽的分压为,1.0kN/m,2,，空气在,313K,及相对湿度,70%,下离开干燥器，试求,:,(1),水分蒸发量；,(2),所需要的新鲜空气量。,水在,313K,时的饱和蒸汽压可取为,7.4kN/m,2,，湿空气的总压为,101.3kN/m,2,。,解：,1.,水分蒸发量,W,W,=,G,(x,1,-x,2,),G,1,=1000kg/h=0.278kg/s,G,=0.278(1-0.4)=0.167kg/s,x,1,=,1,/(1-1,)=0.40/(1-0.40)=0.667kg/kg,绝干料,x,2,=,2,/(1-,2,)=0.05/(1-0.05)=0.053kg/kg,绝干料,W,=,G,(x,1,-x,2,)=0.167(0.667-0.053)=0.1025kg/s,解：,2.,所需要的新鲜空气量,求,H,1,H,1,=0.622p/(P-p)=0.622,1.0/(101.3-1.0),=0.0062kg/kg,干空气,求,H,2,H,2,=0.622p,s,/(P-,p,s,)=0.622,0.7,7.4/(101.3-0.7,7.4),=0.0335kg/kg,干空气,求,L,L,=,W,/(,H,2,-,H,1,)=0.1025/(0.0335-0.0062),=3.76kg,干空气,/s,进口的湿空气量,=,L,(1+,H,1,)=3.76(1+0.0062)=3.783kg/s,例题,3,、,已知湿物料含水量为,42%,，经干燥后为,4%(,均为湿基,),，产品产量为,0.126kg/s,，空气的干球温度为,21,，相对湿度,40%,，经预热器加热至,93,后再送入干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为,60%,，若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求,:,(1),在,H-I,图上示意作出空气的状态变化过程,标出状态点,A,、,B,、,C,的位置,并注明其有关的参数；,(2),设已查得,H,0,=0.008kg,水,/kg,绝干气,H,2,=0.03kg,水,/kg,绝干气,求绝干空气消耗量,L(kg,绝干气,/s),(3),预热器供应热量,解：,(2)G=G,2,(1-w,2,)=0.126(1-0.04)=0.121kg/s,X,1,=42/58=0.724kg,水,/kg,绝干料,X,2,=4/96=0.0417kg,水,/kg,绝干料,W=G(X,1,-X,2,)=0.121(0.724-0.0417),=0.0826kg,水,/s,L=W/(H,2,-H,0,)=0.0826/(0.03-0.008),=3.76 kg,绝干气,/s,(3)Q,p,=L(I,1I,0,),I,1,-I,0,=(1.01+1.88H)(t,1,-t,0,),=(1.01+1.88,0.008),(93-21),=73 kJ/kg,绝干气,预热器供应热量,Q,p,=L(I,1,-I,0,)=3.76,73=274 kw,例题,4,：,已知湿空气的总压为,101.3kPa,相对湿度为,50%,，干球温度为,20,。试用,I-H,图求解：,（,a,）,水气分压,p,；,（,b,）湿度,H,；,（,c,）焓,I,；,（,d,）露点,t,d,；,（,e,）湿球温度,t,W,；,（,f,）如将含,500kg/h,干空气的湿空气预热至,117,，求所需热量,Q,。,解：,由已知条件：p=101.3kPa，,0,=50%,，,t,0,=20在I-H图上定出湿空气状态A点。,（a）水气分压,p,：由图A点沿等H线向下交水气分压线于C，在图右端纵坐标上读得p=1.2kPa。,（b）湿度H：由A点沿等H线交水平辅助轴于点H=0.0075kg水/kg绝干空气。,（c）焓I：通过A点作斜轴的平行线，读得I,0,=39kJ/kg绝干空气。,（d）露点t,d,：由A点沿等H线与=100%饱和线相交于B点，由通过B点的等t线读得t,d,=10。,（e）湿球温度t,W,（绝热饱和温度tas）：由A点沿等I线与=100%饱和线相交于D点，由通过D点的等t线读得t,W,=14（即t,as,14）。,解：,解：由已知条件：p=101.3kPa，,0,=50%，t,0,=20在I-H图上定出湿空气状态A点。,（f）热量Q：因湿空气通过预热器加热时其湿度不变，所以可由A点沿等H线向上与t,1,=117线相交于G点，读得I,1,=138kJ/kg绝干空气（即湿空气离开预热器时的焓值）。含1kg绝干空气的湿空气通过预热器所获得的热量为：,Q=I,1,-I,0,=138-39=99kJ/kg,每小时含有500kg干空气的湿空气通过预热器所获得的热量为：,Q=500Q=50099=49500kJ/h=13.8kW,例题,5,：,今有一干燥器，湿物料处理量为,800kg/h,。要求物料干燥后含水量由,30%,减至,4%,（均为湿基）。干燥介质为空气，初温,15,，相对湿度为,50%,，经预热器加热至,120,进入干燥器，出干燥器时降温至,45,，相对湿度为,80%,。试求：（,a,）水分蒸发量,W,；（,b,）空气消耗量,L,、单位空气消耗量；（,c,）如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量,V,。,解：,（,a,）水分蒸发量,W,已知,G,1,=800kg/h,，,w,1,=30%,，,w,2,=4%,，则,G=G,1,（,1-,w,1,）,=800,（,1-0.3,）,=560kg/h,W=G,（,X,1,-X,2,）,=560,（,0.429-0.042,）,=216.7kg,水,/h,（,b,）空气消耗量,L,、单位空气消耗量,由,I-H,图中查得，空气在,t=15,，,0,=50%,时的湿度为,H=0.005kg,水,/kg,绝干空气。,在,t,2,=45,，,2,=80%,时的湿度为,H,2,=0.052kg,水,/kg,绝干空气。,空气通过预热器湿度不变，即,H,0,=H,1,。,kg,绝干空气,/h,kg,干空气,/kg,水,（,c,）风量,V,：,15,、,101.325kPa,下的湿空气比容为：,=0.822m,3,/kg,绝干空气,V=L,v,H,=46100.822=3789.42m,3,/h,用此风量选用鼓风机。,例题,6,：,采用常压气流干燥器干燥某种湿物料。在干燥器内，湿空气以一定的速度吹送物料的同时并对物料进行干燥。已知的操作条件均标于本例附图中。试求：,（,1,）新鲜空气消耗量；,（,2,）单位时间内预热器消耗的热量，忽略预热器的热损失；,（,3,）干燥器的热效率。,