化工原理A(2)PrinciplesofChemicalEngineeringA(2)A2-5第1章蒸餾第2章吸取第3章蒸餾和吸取塔設(shè)備第4章液-液萃取第5章枯燥化工原理A〔2〕本章內(nèi)容提要§5-1概述§5-2濕空氣的性質(zhì)及濕度圖*§5-3枯燥過程的物料衡算與熱量衡算*§5-4枯燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系§5-5枯燥器一、除濕及其方法1、何為除濕？從濕物料中脫除濕分的過程稱為除濕。濕分不肯定是水分！〔水分或其它液體〕2、除濕方法機(jī)械法：擠壓〔擰衣服、壓榨、過濾、離心分別〕吸附法：固體吸附劑吸附〔硅膠、無水CaCl2、分子篩等〕枯燥法：加熱〔利用熱能，使?jié)裎锪现械臐穹制ァ场?-1概述枯燥方法二、枯燥方法傳導(dǎo)枯燥

對流枯燥

輻射枯燥

介電枯燥

§5-1概述三、對流枯燥的傳熱傳質(zhì)過程1、傳熱過程

枯燥介質(zhì)Q濕物料外表Q濕物料內(nèi)部2、傳質(zhì)過程

濕物料內(nèi)部濕分濕物料外表濕分枯燥介質(zhì)§5-1概述對流枯燥是熱量和質(zhì)量同時、反向的傳遞過程。QNttwpwp枯燥介質(zhì)：載熱體、載濕體枯燥過程：物料的去濕過程介質(zhì)的降溫增濕過程傳熱傳質(zhì)濕物料推動力〔t－tw〕推動力〔pw－p〕傳質(zhì)、傳熱同時發(fā)生本章爭論以空氣作枯燥介質(zhì)，以水為濕份的對流枯燥過程。方向相反干燥介質(zhì)§5-1概述一、濕空氣的性質(zhì)*1．濕度Ｈ與相對濕度φ2．比容vH

3．比熱容cH4．焓I

5．干球溫度t與濕球溫度tw6．絕熱飽和溫度tas

7．露點(diǎn)td二、濕空氣的H-I圖*1．

H-I圖中的線群2．

H-I圖應(yīng)用§5-2濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖一、濕空氣的性質(zhì)*〔1〕濕度H濕空氣的性質(zhì)：又稱濕含量或確定濕度,為濕空氣中水汽的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比，H?！?-2濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖濕度、比容、比熱容、焓、溫度等。1、濕度與相對濕度(2)相對濕度φ居室里比較舒適的氣象條件是：室溫達(dá)25℃時，相對濕度掌握在40%~50％為宜；室溫達(dá)18℃時，相對濕度應(yīng)掌握在30%~40％。濕空氣中水汽分壓pv與同溫度水的飽和蒸汽壓ps的百分比稱為相對濕度，φ。相對濕度代表濕空氣的不飽和程度。φ=0，確定枯燥空氣，吸納水汽力量最強(qiáng)。φ=1，濕空氣到達(dá)飽和，不能作為枯燥介質(zhì)。0<φ<1，濕空氣未到達(dá)飽和。Φ愈低，說明該空氣吸濕力量越大。高溫枯燥原理：H肯定，t↗，ps↗，而pv不變，→φ↘。濕空氣的性質(zhì)*〔低壓枯燥原理：pv↘，ps不變，→φ↘〕〔冰箱，冷凍枯燥〕2.比容〔濕容積〕vH[m3濕空氣

?kg干空氣]濕空氣的性質(zhì)*含1kg絕干氣的濕空氣之體積稱為濕空氣的比容，vH〔常壓下〕3．比熱容〔濕比熱〕cH比熱容是指常壓下，含1kg絕干氣的濕空氣之溫度上升〔或降低〕1℃所吸取〔或放出〕的熱量，cH。濕空氣的性質(zhì)*

cg

干空氣的比熱，kJ/(kg·℃)cv

水汽的比熱，kJ/(kg·℃)

1.01kJ/(kg·℃)

1.88kJ/(kg·℃)[kJ/(kg干氣

℃)]4．焓Ir0＝2490kJ/kg〔水0℃時的汽化熱〕含1kg絕干氣的濕空氣的焓，I。假設(shè)Ig—絕干空氣的焓，kJ/kg絕干氣Iv—水汽的焓，kJ/kg水汽則濕空氣的性質(zhì)*

[kJ/kg干氣]通常規(guī)定，0℃時絕干空氣及液態(tài)水的焓為零。5．干球溫度

t和濕球溫度

tw

干球溫度t：用一般溫度計(jì)直接測得的濕空氣的溫度。是濕空氣的真實(shí)溫度。濕球溫度計(jì)：用濕紗布包裹溫度計(jì)的感溫局部〔水銀球〕，紗布下端浸在水中，以保證紗布始終處于充分潤濕狀態(tài)，這種溫度計(jì)稱為濕球溫度計(jì)。將濕球溫度計(jì)置于溫度為ｔ、濕度為Ｈ的流淌不飽和空氣中，濕紗布中的水分汽化，并向空氣主流中集中；同時汽化吸熱使?jié)窦啿贾械乃疁叵陆?，與空氣間消失溫差，引起空氣向水分傳熱。濕球溫度tw：當(dāng)空氣傳給水分的顯熱恰好等于水分汽化所需的潛熱時，空氣與濕紗布間的熱質(zhì)傳遞到達(dá)平衡，濕球溫度計(jì)上的溫度維持恒定。此時濕球溫度計(jì)所測得的溫度稱為濕空氣的濕球溫度。濕空氣的性質(zhì)*因此，空氣的濕球溫度tw與空氣的干球溫度ｔ和濕度Ｈ有關(guān)：tw=f(t，H)在肯定總壓下，只要測出濕空氣的干、濕球溫度，就可由上式計(jì)算出空氣的濕度。干球溫度t和濕球溫度tw

試驗(yàn)證明，傳質(zhì)系數(shù)kH和對流傳熱系數(shù)均與空氣流速的0.8次方成正比，故可認(rèn)為其比值/kH與氣流速度無關(guān)，對于空氣～水蒸汽系統(tǒng)，當(dāng)被測氣體溫度不太高、流速>5m/s時，/kH=1.09。t越小，H越小，tw就越小tas,Hast,Htas6．絕熱飽和溫度tas絕熱飽和溫度tas:在與外界絕熱狀況下，空氣與大量水經(jīng)過無限長時間接觸后，到達(dá)與水溫相等的空氣溫度。設(shè)塔與外界絕熱，初始濕空氣〔t，H〕與大量水充分接觸，水分汽化進(jìn)入空氣中，汽化所需熱量由空氣溫度下降放出顯熱供給。假設(shè)空氣與水分兩相有足夠長的接觸時間，最終空氣為水汽所飽和，而溫度降到與循環(huán)水溫一樣。空氣在塔內(nèi)的狀態(tài)變化是在絕熱條件下降溫、增濕直至飽和的過程，到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度tas就是初始濕空氣〔t，H〕的絕熱飽和溫度，與之相應(yīng)的濕度稱為絕熱飽和濕度Has。濕空氣的性質(zhì)*

空氣傳給水分的顯熱=水分汽化所需的潛熱。絕熱塔內(nèi)氣液兩相間的傳熱過程為：tas是濕空氣的性質(zhì)，它是濕空氣在絕熱、冷卻、增濕過程中到達(dá)的極限冷卻溫度。在肯定的總壓下，只要測出濕空氣的初始溫度t和絕熱飽和溫度tas，就可用上式算出濕空氣的濕度Ｈ。濕空氣：狀態(tài)〔t,H,φ<1,I〕→狀態(tài)(tas,Has,φ=1,Ias)為絕熱過程，所以焓不變，即有I=Ias。絕熱飽和溫度tas即空氣的絕熱飽和溫度tas也與空氣的干球溫度ｔ和濕度Ｈ有關(guān)：

t越小，H越小，tas就越小濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的差異：濕球溫度tw絕熱飽和溫度tas大量空氣與濕物料接觸。大量濕物料與空氣接觸。空氣的溫度和濕度不變?？諝獾臏囟冉档停瑵穸壬??？諝馀c濕物料之間進(jìn)行熱質(zhì)傳遞達(dá)到平衡時，濕物料表面的溫度?？諝庠诮^熱增濕過程中，焓不變，空氣達(dá)到飽和時的溫度。試驗(yàn)證明，對于湍流狀態(tài)下的水蒸汽～空氣系統(tǒng)，常用溫度范圍內(nèi)α/kH與濕空氣比熱容ｃH值很接近，同時ras≈rtw,即在肯定溫度ｔ與濕度Ｈ下：

tw

tas絕熱飽和溫度tas〔路易斯規(guī)章〕水汽-空氣系統(tǒng)7．露點(diǎn)td在總壓不變的條件下，將不飽和濕空氣(t,H,φ)冷卻，直至冷凝出水珠為止，此時，濕空氣的溫度稱為露點(diǎn)，td。相應(yīng)的濕度稱為飽和濕度，Hs,td。對水蒸氣－空氣系統(tǒng)，t，tw，tas，td

之間的關(guān)系為：不飽和空氣，t>tas(或tw)>td飽和空氣，t=tas(或tw)=td濕空氣的性質(zhì)*

t→td等濕過程〔H不變〕,ps↓，φ↑t=td

時：濕空氣的性質(zhì)*濕度相對濕度比容[m3濕空氣

?kg干空氣]比熱容焓濕球溫度絕熱飽和溫度[℃]干球溫度露點(diǎn)t→tas(或tw)

等焓過程t→td

等濕過程[-]tas≈tw自學(xué)教材P245【例5-1】,P249【例5-2】作業(yè)教材P293第1題二、濕空氣的H-I

圖*濕空氣的有關(guān)性質(zhì)可由前面所學(xué)的公式計(jì)算。工程上為了便利計(jì)算，常將濕空氣的各參數(shù)標(biāo)繪成圖，只要知道濕空氣任意兩個獨(dú)立參數(shù)，即可從圖上查出其它參數(shù)。常用的有濕度-焓〔H-I〕圖、溫度–濕度〔t-H〕圖等。我們僅爭論應(yīng)用最廣的H-I圖。教材中H-I圖是依據(jù)常壓數(shù)據(jù)繪制的，假設(shè)系統(tǒng)總壓偏離常壓較遠(yuǎn)，則不能應(yīng)用此圖。1．

H-I圖中的線群§5-2濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖H-I圖等I線群〔0~680kJ/kg絕干空氣〕等H線群〔0~0.2kg水/kg絕干空氣〕等φ線群(5%~100%)等蒸汽分壓pv線群〔0~250℃〕等t線群水蒸氣分壓線等濕降溫：等H線與φ=100%線交點(diǎn)→2.H-I圖應(yīng)用狀態(tài)點(diǎn)A等溫線→露點(diǎn)td等φ線→濕空氣的H-I圖*

1〕依據(jù)H-I圖上濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)，可查出濕空氣的其它性質(zhì)參數(shù)。等焓線→等濕線→絕熱飽和溫度tas(或濕球溫度tw)等焓降溫：等I線與φ=100%線交點(diǎn)→確定濕空氣中水汽的分壓

pv

等H

線與蒸汽分壓線的交點(diǎn)→t〔干球溫度〕I〔焓〕H〔濕度〕φ〔相對濕度〕2〕依據(jù)濕空氣的任意兩個獨(dú)立的參數(shù)，可確定其狀態(tài)點(diǎn)。〔留意：td–H、p–H、td–p、tw–I、tas–I等各對都不是相互獨(dú)立的〕〔a〕由t–tw定狀態(tài)〔b〕由t–td定狀態(tài)〔c〕由t–φ定狀態(tài)〔等焓〕〔等濕〕〔交點(diǎn)〕H-I圖應(yīng)用自學(xué)教材P253【例5-3】作業(yè)教材P293第2題§5-3枯燥過程的物料衡算與熱量衡算一、物料濕含量的表示方法1．濕基含水量2．干基含水量二、枯燥系統(tǒng)的物料衡算*1．水分蒸發(fā)量W2．空氣消耗量L3．枯燥產(chǎn)品流量Ｇ2三、枯燥系統(tǒng)的熱量衡算*1．熱量衡算的根本方程2．枯燥系統(tǒng)的熱效率四、空氣通過枯燥器時的狀態(tài)變化1．等焓枯燥過程2．非等焓枯燥過程枯燥過程枯燥室預(yù)熱室§5-3枯燥過程的物料衡算與熱量衡算：枯燥介質(zhì)〔空氣〕的進(jìn)口條件，如溫度、濕度、壓力等；物料的進(jìn)口條件，如溫度，濕含量，質(zhì)量或質(zhì)量流率；物料的枯燥要求〔濕含量〕。求解：枯燥介質(zhì)用量；枯燥條件〔如進(jìn)枯燥室的空氣溫度，出枯燥室的空氣溫度和濕度等〕；整個設(shè)備的熱能消耗；枯燥室尺寸等等?！?-3枯燥過程的物料衡算與熱量衡算一、物料濕含量的表示方法§5-3枯燥過程的物料衡算與熱量衡算§5-3枯燥過程的物料衡算與熱量衡算二、枯燥系統(tǒng)的物料衡算*L—絕干空氣的消耗量，kg絕干氣/sH1,H2—濕空氣進(jìn)、出枯燥器時的濕度，kg水/kg絕干氣G—絕干物料進(jìn)、出枯燥器時的流量，kg絕干料/sX1,X2—濕物料進(jìn)、出枯燥器時的干基含水量，kg水/kg絕干料G1,G2—濕物料進(jìn)、出枯燥器時的流量，kg濕物料/sw1,w2—濕物料進(jìn)、出枯燥器時的濕基含水量，kg水/kg濕物料連續(xù)逆流枯燥物料衡算示意圖2、空氣消耗量L

每蒸發(fā)1kg水分時，消耗的絕干空氣量l

[kg水/s]對水分作物料衡算1、水分蒸發(fā)量W枯燥系統(tǒng)的物料衡算*[kg絕干氣/kg水][kg絕干氣/s]〔空氣獲得的水分〕〔物料失去的水分〕3、枯燥產(chǎn)品流量G2對進(jìn)出枯燥器的絕干物料進(jìn)展衡算：枯燥系統(tǒng)的物料衡算*留意：枯燥產(chǎn)品是指離開枯燥器時的物料，并非是絕干物料，它仍是含少量水分的濕物料。[kg濕物料/s]整個系統(tǒng)Q＝Qp

＋QD枯燥器預(yù)熱器(無視其熱損失)Qp＝L(I1-I0)QD＝L(I2-I1)＋G(I2’-I1’)＋QL熱量衡算：其中物料的焓I’包括絕干物料的焓和水分的焓，即1、熱量衡算的根本方程連續(xù)逆流枯燥熱量衡算示意圖三、枯燥系統(tǒng)的熱量衡算*§5-3枯燥過程的物料衡算與熱量衡算H0,H1,H2—濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器〔進(jìn)入枯燥器〕及離開枯燥器時的濕度，kg/kg絕干氣I0,I1,I2—濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器〔進(jìn)入枯燥器〕及離開枯燥器時的焓，kJ/kg絕干氣t0,t1,t2—濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器〔進(jìn)入枯燥器〕及離開枯燥器時的溫度，℃Qp—單位時間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量，kWθ1,θ2—濕物料進(jìn)、出枯燥器時的溫度，℃I1’,I2’—濕物料進(jìn)、出枯燥器時的焓，kJ/kg絕干料QD—單位時間內(nèi)向枯燥器補(bǔ)充的熱量，kWQL—枯燥器的熱損失速率，kW1、熱量衡算的根本方程(1)將濕度為H0的新穎空氣L由t0加熱至t2，所需熱量系統(tǒng)所需總熱量(2)濕物料進(jìn)料G1=G2+W，其中枯燥產(chǎn)品G2由θ1加熱至θ2，所需熱量為水分W

由θ1被加熱汽化并升溫至t2，所需熱量為(溫度θ1的水先降至0℃，汽化，再加熱至t2〕包括:(3)枯燥系統(tǒng)損失的熱量QL因此枯燥系統(tǒng)的熱量衡算*空氣升溫所需熱量蒸發(fā)水份所需熱量物料升溫所需熱量枯燥器熱量損失和濕物料中水分帶入系統(tǒng)的焓，則有：假設(shè)無視空氣中水汽進(jìn)出系統(tǒng)的焓變枯燥系統(tǒng)的熱量衡算*1、熱量衡算的根本方程2、枯燥系統(tǒng)的熱效率枯燥系統(tǒng)的熱量衡算*即有：熱效率愈高說明枯燥系統(tǒng)的熱利用率愈好?？赏ㄟ^提高t1、降低t2、提高H2及廢熱利用等措施來提高熱效率。自學(xué)教材P257【例5-5】但提高t1不適合熱敏性物料；降低t2、提高H2會導(dǎo)致枯燥過程熱質(zhì)傳遞推動力的降低，從而降低枯燥速率。四、空氣通過枯燥器時的狀態(tài)變化§5-3枯燥過程的物料衡算與熱量衡算依據(jù)空氣在枯燥器內(nèi)焓的變化，將枯燥過程分為等焓過程與非等焓過程。1、等焓枯燥過程(絕熱或抱負(fù)枯燥過程)不向枯燥器補(bǔ)充熱量，QD=0；無視枯燥器向四周散失的熱量，QL=0；物料進(jìn)出枯燥器的焓相等，I2’=I1’代入枯燥器熱衡式QD＝L(I2-I1)＋G(I2’-I1’)＋QL得I2=I1〔說明空氣通過枯燥器時焓恒定〕H0t0AIHt1Bt2C等焓枯燥過程空氣的狀態(tài)變化示于H-I圖：由ｔ0及Ｈ0確定空氣進(jìn)入預(yù)熱器前的狀態(tài)點(diǎn)A

空氣在預(yù)熱器內(nèi)等濕加熱至ｔ1，即至點(diǎn)B

空氣在枯燥器內(nèi)等焓吸濕降溫至t2，即至點(diǎn)Ct過點(diǎn)Ｂ的等焓線是抱負(fù)枯燥過程的操作線。條件：留意：溫度

t濕度

H相對濕度φ空氣通過枯燥器時的狀態(tài)變化1、等焓枯燥過程(絕熱或抱負(fù)枯燥過程)加熱器H0φ0φ1φ2t0t1H1t2H2干燥室t0t1t2tt1HH1H0H1H2φφ0φ1φ1φ2思考：I？2、非等焓枯燥過程〔實(shí)際枯燥過程〕不向枯燥器補(bǔ)充熱量，QD=0；不能無視枯燥器向四周散失的熱量，QL>0；物料進(jìn)出枯燥器時的焓不相等，I2’-I1’>0空氣通過枯燥器時的狀態(tài)變化非等焓枯燥過程空氣焓的變化狀況空氣焓值降低空氣焓值增大空氣等溫變化，焓值增大代入式QD＝L(I2-I1)＋G(I2’-I1’)＋QL得I2<I1C1C2C3(2)空氣焓值增大

向枯燥器補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量與加熱物料消耗的熱量之和,有I2>I1向枯燥器補(bǔ)充的熱量足夠多，能使空氣在枯燥過程中維持恒定的溫度ｔ1(3)空氣等溫變化It1Bt2CH條件：(1)空氣焓值降低例：某種濕物料在常壓氣流枯燥器中進(jìn)展枯燥，濕物料的流量為1kg/s，初始濕基含水量為3.5%，枯燥產(chǎn)品的濕基含水量為0.5%?？諝鉅顩r為：初始溫度為25℃，濕度為0.005kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)枯燥器的溫度為140℃，假設(shè)離開枯燥器的溫度選定為60℃和40℃，試分別計(jì)算需要的空氣消耗量及預(yù)熱器的傳熱速率。又假設(shè)空氣在枯燥器的后續(xù)設(shè)備中溫度下降了10℃，試分析以上兩種狀況下物料是否返潮？假設(shè)枯燥器為抱負(fù)枯燥器。解：抱負(fù)枯燥器，空氣在枯燥器內(nèi)經(jīng)受等焓過程，絕干物料量：絕干空氣量：預(yù)熱器的傳熱速率分析物料的返潮狀況當(dāng)t2=60℃時，枯燥器出口空氣中水汽分壓為t=60℃時，飽和蒸汽壓ps=12.34kPa，即此時空氣溫度尚未到達(dá)氣體的露點(diǎn)，不會返潮。當(dāng)t2=40℃時，枯燥器出口空氣中水汽分壓為t=30℃時，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，物料可能返潮。自學(xué)教材P261、262【例5-6、例5-7

】作業(yè)教材P294第3、4題§5-4枯燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系一、物料中的水分*1．平衡水分及自由水分2．結(jié)合水分與非結(jié)合水分二、恒定枯燥條件下的枯燥速率曲線1、枯燥試驗(yàn)和枯燥曲線2、枯燥速率曲線3、枯燥機(jī)理三、恒定枯燥條件下枯燥時間的計(jì)算§5-4枯燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系一、物料中的水分濕物料內(nèi)部水分集中濕物料外表枯燥介質(zhì)水分集中枯燥傳質(zhì)過程：水分除去的難易程度取決于濕物料內(nèi)部物料與水分的結(jié)合方式。1、平衡水分與自由水分濕物料與某狀態(tài)的空氣接觸足夠長時間后，熱質(zhì)傳遞達(dá)于平衡，物料外表水汽的分壓等于空氣中的水汽分壓，此時物料含水量恒定，此含水量稱為該物料在該空氣狀態(tài)下的平衡水分〔平衡含水量〕，X*。[kg水分／kg絕干料]平衡水分是肯定枯燥條件下不能被枯燥除去的那局部水分，是枯燥的極限。平衡水分，X*濕物料中超過平衡水分的那局部水分稱為自由水分，自由水分可被枯燥除去。平衡水分與物料的種類有關(guān)平衡水分隨空氣相對濕度的增加而增加平衡水分隨溫度的上升而削減〔∵溫度上升，水的飽和蒸汽壓增大，空氣相對濕度減小〕物料中的水分1、平衡水分與自由水分平衡曲線在一樣的空氣狀態(tài)下，不同物料的平衡水分有較大的差異；對于同一種物料，空氣的相對濕度越小，平衡水分越低，此即能夠被枯燥除去的水分越多。φ＝0時，各種物料的平衡水分均為零，即只有絕干空氣才有可能將濕物料枯燥成絕干物料。在點(diǎn)B，濕物料與飽和空氣達(dá)平衡，物料外表水汽的分壓等于空氣中的水汽分壓，并等于同溫度下純水的飽和蒸汽壓ps。物料中的水分2、結(jié)合水分與非結(jié)合水分濕物料在B點(diǎn)的平衡水分XB*稱為結(jié)合水分。濕物料中超出XB*的那局部水分稱為非結(jié)合水?！病擀?pv/ps=1〕非結(jié)合水：機(jī)械地附著在物料外表〔物料中的吸附水分和大孔隙中的水分〕，產(chǎn)生的蒸汽壓與純水的一樣，易用枯燥除去。結(jié)合水：與物料之間有物理化學(xué)作用〔包括溶漲水分和毛細(xì)管中的水分〕，產(chǎn)生的蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，難用枯燥除去(其中平衡水分不能用枯燥除去〕。將某濕物料的平衡曲線延長與φ=100%線交于點(diǎn)Ｂ。二、恒定枯燥條件下的枯燥速率曲線§5-4枯燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系1、枯燥試驗(yàn)和枯燥曲線設(shè)計(jì)枯燥器，需知物料到達(dá)肯定的枯燥要求所需要的枯燥時間，為此要知道枯燥速率。由于枯燥同時涉?zhèn)鳠岷蛡髻|(zhì)，機(jī)理簡單，目前只能通過間歇枯燥試驗(yàn)來測定枯燥速率曲線?？菰镞^程恒定枯燥：變動枯燥：枯燥過程中空氣的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式等都不發(fā)生變化如用大量空氣枯燥少量物料枯燥過程中空氣的狀態(tài)不斷變化如連續(xù)操作的枯燥過程試驗(yàn)中，用大量熱空氣枯燥少量濕物料，空氣的溫度、濕度、氣速及流淌方式都恒定不變。試驗(yàn)中，測定每個Δτ時間間隔內(nèi)，物料質(zhì)量變化ΔW’及物料的外表溫度θ，直到物料的質(zhì)量不再變化，此時物料與空氣到達(dá)平衡，物料中所含水分即為該枯燥條件下物料的平衡水分。再將物料置于烘箱內(nèi)烘干到恒重〔掌握溫度低于物料的分解溫度〕，即得絕干物料的質(zhì)量?？菰镌囼?yàn)和枯燥曲線將上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理后繪制枯燥曲線：X-τ圖和θ-τ圖。物料含水量Ｘ與枯燥時間τ的關(guān)系曲線物料外表溫度θ與枯燥時間τ的關(guān)系曲線恒定枯燥條件下某物料的枯燥曲線試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于枯燥器的設(shè)計(jì)與放大時，生產(chǎn)條件應(yīng)與試驗(yàn)條件相像。2、枯燥速率曲線枯燥速率〔通量〕：單位時間、單位枯燥面積上汽化的水分質(zhì)量，U[kg/(m2·ｓ)](枯燥速率的微分式)由上圖物料含水量Ｘ與枯燥時間τ的關(guān)系曲線可得dX/dτ與X的關(guān)系，得到枯燥速率曲線：可看出,枯燥過程可大致劃分為兩個階段:I:ABC段AB段一般很短，通常并入BC段內(nèi)考慮恒速枯燥階段II:CDE段降速枯燥階段兩個枯燥階段間的交點(diǎn)Ｃ稱為臨界點(diǎn)，與點(diǎn)C對應(yīng)的物料含水量稱為臨界含水量，以Xc表示，W’—

一批操作中汽化的水量，kgG’—一批操作中絕干物料的質(zhì)量，kg枯燥速率隨物料含水量的減小而降低。恒定枯燥條件下的枯燥速率曲線Uc臨界點(diǎn)的枯燥速率仍等于恒速枯燥階段的速率，以Uc表示。I:ABC段恒速枯燥階段其中AB段為預(yù)熱段,枯燥速率上升,物料含水量略有下降，外表溫度略有上升。在BC段內(nèi)，空氣傳給物料的顯熱恰等于水分汽化所需的潛熱，物料外表溫度維持在tw不變，物料的含水量隨枯燥時間直線下降，而枯燥速率保持恒定，故稱為恒速枯燥階段?？菰锼俾是€至B點(diǎn)，物料的外表溫度升至空氣的濕球溫度tw。II:CDE段降速枯燥階段枯燥速率曲線枯燥進(jìn)入ＣＤ段后，物料開頭升溫，熱空氣傳給物料的熱量一局部用于加熱物料使其由tw上升到θ2,另一局部用于水分汽化。在此階段內(nèi)枯燥速率隨物料含水量的削減而降低，直至E點(diǎn)，物料的含水量等于平衡含水量X*，枯燥速率降為零，枯燥過程停頓。恒定枯燥條件下的枯燥速率曲線3、枯燥機(jī)理恒速枯燥階段與降速枯燥階段中的枯燥機(jī)理及影響因素各有不同?！?〕恒速枯燥階段此階段，物料外表充分潤濕，與濕球溫度計(jì)的濕紗布外表的狀況類似。物料外表的溫度θ等于空氣的濕球溫度tw，物料外表空氣的濕度等于tw下的飽和濕度Hs,tw，且空氣傳給濕物料的顯熱恰等于水分汽化所需的汽化熱：其中空氣與物料外表的對流傳熱通量為濕物料與空氣的傳質(zhì)速率為因枯燥在恒定的空氣條件下進(jìn)展，故隨空氣條件而變的α和kH值均不變，且(ｔ–tw)及(Hs,tw–H)也為定值。因此，上述二式表示的濕物料和空氣間的傳熱速率及傳質(zhì)速率均保持不變，即濕物料以恒定的速率U向空氣中汽化水分。由上三式整理得：枯燥機(jī)理恒速枯燥階段的枯燥速率的大小取決于物料外表水分的汽化速率，亦即打算于物料外部的枯燥條件，與物料內(nèi)部水分的狀態(tài)無關(guān)，所以恒速枯燥階段又稱為外表汽化掌握階段。在恒速枯燥階段中，濕物料內(nèi)部的水分向其外表傳遞的力量能完全滿足水分自物料外表汽化的要求，從而使物料外表始終維持恒定充分的潤濕狀態(tài)。一般來說，恒速枯燥階段汽化的水分為非結(jié)合水，與自由液面的汽化狀況一樣?？菰餀C(jī)理〔2〕降速枯燥階段從點(diǎn)Ｄ開頭，汽化面漸漸向物料內(nèi)部移動，汽化所需熱量通過已被枯燥的固體層而傳遞到汽化面，從物料中汽化出的水分也通過這層固體傳遞到空氣主流中，這時枯燥速率比CD段下降得更快。濕物料的含水量降到Ｘc以后，水分自物料內(nèi)部向外表遷移的速率小于物料外表水分汽化速率，物料外表不能維持充分潤濕。此時局部外表變干，空氣傳給的熱量不能全部用于汽化水分，有一局部用于加熱物料，因此枯燥速率漸漸減小，物料溫度上升，在局部外表上汽化出的是結(jié)合水分。至點(diǎn)Ｅ時枯燥速率降至零，物料中所含水分即為該空氣狀態(tài)下的平衡水分。至D點(diǎn)時，全部物料外表都不含非結(jié)合水。降速階段的枯燥速率取決于物料本身構(gòu)造、外形和尺寸，而與枯燥介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)關(guān)系不大。枯燥機(jī)理〔3〕臨界含水量Xc臨界含水量Xc是恒速枯燥段和降速枯燥段的分界點(diǎn)，Ｘc值越大，轉(zhuǎn)入降速枯燥段越早，一樣的枯燥任務(wù)所需枯燥時間越長，對枯燥過程不利。Xc值的大小與物料的性質(zhì)、厚度及枯燥速率等有關(guān)。例如，無孔吸水性物料的比多孔物料的大；物料層越厚越大；枯燥介質(zhì)溫度高、濕度低，則恒速枯燥段枯燥速率大，這可能使物料外表板結(jié)，較早地進(jìn)入降速枯燥段，Ｘc較大。了解影響Ｘc的因素，掌握枯燥操作：減低物料層的厚度，加強(qiáng)對物料的攪拌都可減小Xc，同時又可增大枯燥面積。如承受氣流枯燥器或流化床枯燥器時，Ｘc值一般均較低。濕物料的臨界含水量通常由試驗(yàn)測得，或從手冊中查得。有機(jī)物料無機(jī)物料臨界含水量特征例子特征例子水分（干基含水量）很粗的纖維未染過的羊毛粗核無孔的物料，大至50目石英0.03～0.05晶體的、粒狀的、孔隙較少的物料，粒度為60-325目食鹽、海沙、礦石0.05～0.15晶體的、粒狀的、孔隙較少的物料麩酸結(jié)晶有孔的結(jié)晶物料硝石、細(xì)沙、粘土、細(xì)泥0.15～0.25粗纖維的細(xì)粉粗毛線、醋酸纖維、印刷紙、碳素顏料細(xì)沉淀物、無定形和膠體狀物料、粗無機(jī)顏料碳酸鈣、細(xì)陶土、普魯士藍(lán)0.25～0.5細(xì)纖維、無定形的和均勻狀態(tài)的壓緊物料淀粉、紙漿、厚皮革漿狀、有機(jī)物的無機(jī)鹽碳酸鈣、碳酸鎂、二氧化鈦、硬脂酸鈣0.5～1.0分散的壓緊物料、膠體狀態(tài)和凝膠狀態(tài)的物料鞣制皮革、糊墻紙、動物膠有機(jī)物的無機(jī)鹽、觸媒劑、吸附劑硬脂酸鋅、四氯化錫、硅膠、氫氧化鋁1.0～30.0不同物料的臨界含水量三、恒速枯燥條件下枯燥時間的計(jì)算§5-4枯燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系分別變量，并確定積分邊界條件：τ＝0τ＝τ1枯燥速率〔1〕利用枯燥速度曲線進(jìn)展計(jì)算積分得恒速階段枯燥時間τ1：依據(jù)恒速階段Uc確實(shí)定方法不同有兩種計(jì)算枯燥時間的方法Uc為常數(shù)枯燥速率1、恒速階段〔2〕用對流傳熱系數(shù)或傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)展計(jì)算恒速階段枯燥時間的計(jì)算前面由恒速段的枯燥機(jī)理得到：代入式〔3〕恒速枯燥的影響因素枯燥速率越快，枯燥時間越短空氣的流速越高〔α、kH越大〕空氣溫度越高〔t越大〕空氣濕度越低〔H越小〕但溫度過高、濕度過低，可能會因枯燥速率太快而引起物料變形、開裂或外表硬化。此外，空氣速度太大，還會產(chǎn)生氣流夾帶現(xiàn)象。所以，應(yīng)視具體狀況選擇適宜的操作條件。恒定枯燥條件下枯燥時間的計(jì)算2、降速階段汽化速率不為常數(shù)τ＝τ0Ucτ＝τ2〔1〕任何狀況都可用圖解積分法求。〔2〕當(dāng)枯燥曲線為直線或近似直線時，代入上式中積分得降速階段枯燥時間τ2：總枯燥時間：τ=τ1+τ2變動枯燥條件下的枯燥操作§5-4枯燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系對變動枯燥條件下的枯燥操作，枯燥過程中空氣的狀態(tài)不斷變化。假設(shè)枯燥時濕空氣的狀態(tài)沿等I線變化，在逆流枯燥器中空氣與濕物料的溫度分布如圖：枯燥時間的計(jì)算〔略〕§5-5枯燥器一、枯燥器的主要型式1．廂式枯燥器2．洞道式枯燥器3．帶式枯燥器4．轉(zhuǎn)筒枯燥器5．氣流枯燥器6．流化床枯燥器7．噴霧枯燥器8．滾筒枯燥器二、枯燥器的選型枯燥器分類枯燥器下面按加熱方式分類進(jìn)展介紹類型干燥器對流干燥器廂式干燥器，氣流干燥器，沸騰干燥器，轉(zhuǎn)筒干燥器，噴霧干燥器傳導(dǎo)干燥器滾筒干燥器，真空盤架式干燥器輻射干燥器紅外線干燥器介電加熱干燥器微波干燥器常用枯燥器按加熱方式分類小型的稱為烘箱，大型的稱為烘房典型的常壓、間歇式、對流枯燥設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)：對物料的適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：物料得不到分散