1、化工原理多媒體課件,淮陰工學院 生命科學與化學工程學院,第5章 干燥,概述 5.1 濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖 5.2 干燥過程的物料衡算與熱量衡算 5.3 固體物料在干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系 5.4 干燥設備,上一頁,下一頁,概述,1 固體物料的除濕方法 機械除濕：沉降、過濾、離心分離、吸附等 干燥：利用熱能使?jié)裎锪现械臐穹制?2 干燥分類 常壓干燥、真空干燥 連續(xù)干燥、間歇干燥 傳導干燥、對流干燥、輻射干燥、介電加熱干燥 3 本章內(nèi)容 濕空氣除去濕物料中的水分的對流干燥過程及設備,上一頁,下一頁,返回,5.1 濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖,511 濕空氣的性質(zhì) 512 濕空氣的H-I圖,上一頁,

2、下一頁,返回,5.1.1 濕空氣的性質(zhì),1 濕度H 飽和濕度,上一頁,下一頁,2 相對濕度百分數(shù) 3 比體積（濕比容）,上一頁,下一頁,4 比熱容,上一頁,下一頁,6 焓,上一頁,下一頁,例51 若常壓下某濕空氣的濕度為20C、濕度為0.014673kg/kg絕干氣，試求：（1）相對濕度；（2）比容；（3）比熱容；（4）焓。50 C時上述各項。 解：（1） （2）,上一頁,下一頁,（3） （4）,上一頁,下一頁,（1） （2） （3）不變 （4）,上一頁,下一頁,6 干球溫度和濕球溫度,上一頁,下一頁,7 絕熱飽和冷卻溫度,上一頁,下一頁,8 露點 水蒸氣空氣系統(tǒng) 不飽和空氣 飽和空氣,上一頁

3、,下一頁,例52 常壓下濕空氣的溫度為30 C 、濕度為0.02403kg/kg絕干氣，試計算濕空氣的各種性質(zhì)，即：（1）分壓；（2）露點；（3）絕熱飽和溫度；（4）濕球溫度。 解：（1） （2）附錄十，td=27.5 C,上一頁,下一頁,（3） （4）,上一頁,下一頁,返回,5.1.2 濕空氣的H-I圖,1 濕焓圖的結(jié)構(gòu) 橫坐標：濕度 縱坐標：溫度，焓（斜線），水氣分壓（右） 等濕線，等溫線，等焓線，等相對濕度線 1)等濕線 平行于縱軸（垂直于橫軸） 2)等焓線 平行于斜軸,上一頁,下一頁,3）等干球溫度線群 4）等相對濕度線 5）蒸汽分壓線,上一頁,下一頁,2 濕焓圖的應用,上一頁,下一頁

4、,上一頁,下一頁,例53 在H-I圖中確定例51中20 C及50 C時的（1）及（4）兩項。 解： （1）相對濕度 （2）焓,上一頁,下一頁,例54 在H-I圖上確定例52的濕空氣狀態(tài)點以及有關(guān)參數(shù)。 解：（1）分壓；（2）露點；（3）絕熱飽和溫度,上一頁,下一頁,返回,5.2 干燥過程的物料衡算與熱量衡算,5.2.1 濕物料的性質(zhì) 5.2.2 干燥系統(tǒng)的物料衡算 5.2.3 干燥系統(tǒng)的熱量衡算 5.2.4 空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化,上一頁,下一頁,返回,521 濕物料中含水量的表示方法,1 濕基含水量 2 干基含水量,上一頁,下一頁,3 濕物料的比熱容 4 濕物料的焓,上一頁,下一頁,返回

5、,522 干燥系統(tǒng)的物料衡算,目的 確定水分蒸發(fā)量，空氣消耗量，干燥產(chǎn)品流量,上一頁,下一頁,1 水分蒸發(fā)量 2 空氣消耗量,上一頁,下一頁,3 干燥產(chǎn)品流量,上一頁,下一頁,返回,5.2.3 干燥系統(tǒng)的熱量衡算,目的 預熱器消耗熱量，干燥器補充熱量，干燥過程消耗總熱量,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,1 熱量衡算的基本方程 1）預熱器消耗的熱量 2）干燥器補充的熱量,上一頁,下一頁,3）干燥系統(tǒng)消耗的總熱量 分析 加熱空氣 加熱并汽化水分,上一頁,下一頁,加熱濕物料 熱損失 忽略空氣中水汽進出干燥系統(tǒng)的焓的變化 忽略濕物料中水分帶入干燥系統(tǒng)的焓,上一頁,下一頁,2 干燥系統(tǒng)的熱效率,上一頁,

6、下一頁,例55 常壓下以溫度為20 C 、相對濕度為60的新鮮空氣為介質(zhì)，干燥某種濕物料?？諝庠陬A熱器中被加熱到90 C后送入干燥器，離開時的溫度為45 C 、濕度為0.022kg/kg絕干氣。每小時有1100kg溫度為20 C 、濕基含水量為3的濕物料送入干燥器，物料離開干燥器時溫度升到60 C 、濕基含水量降到0.2%。濕物料的平均比熱容為3.28kJ/(kg絕干料. C)。忽略預熱器的熱損失，干燥器的熱損失速率為1.2kW。試求：（1）水分蒸發(fā)量；（2）新鮮空氣消耗量；（3）若風機裝在預熱器的新鮮空氣入口處，求風機的風量；（4）預熱器消耗的熱量；（5）干燥系統(tǒng)消耗的熱量；（6）向干燥器補

7、充的熱量；（7）干燥系統(tǒng)的熱效率。,上一頁,下一頁,解： （1）水分蒸發(fā)量,上一頁,下一頁,（2）新鮮空氣消耗量,上一頁,下一頁,（3）風機的風量 （4）預熱器中消耗的熱量,上一頁,下一頁,（5）干燥系統(tǒng)消耗的總熱量,上一頁,下一頁,（6）向干燥器補充的熱量 （7）干燥系統(tǒng)的熱效率,上一頁,下一頁,返回,5.2.4 空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化,1 等焓干燥過程 不向干燥器中補充熱量 忽略熱損失 物料進出干燥器的焓相等,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,2 非等焓干燥過程 1）焓值減?。˙C1） 2）焓值增加（BC2） 3）等溫過程（BC3）,上一頁,下一頁,例56 在常壓連續(xù)逆流干燥器中將某種物

8、料自濕基含水量50干燥至6。采用廢氣循環(huán)操作，即由干燥器出來的一部分廢氣和新鮮空氣相混合，混合氣經(jīng)預熱器加熱到必要的溫度后再送入干燥器。循環(huán)比（廢氣中絕干空氣質(zhì)量和混合氣中絕干空氣質(zhì)量之比）為0.8。設空氣在干燥器中經(jīng)歷等焓增濕過程。已知新鮮空氣的狀態(tài)為t0=25 C 、H0=0.005kg/kg絕干氣，廢氣的狀態(tài)為t2=38 C 、H2=0.034kg/kg絕干氣。試求每小時干燥1000kg濕物料所需的新鮮空氣量及預熱器的傳熱量。設預熱器的熱損失可忽略。,上一頁,下一頁,解：,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,例57 采用常壓氣流干燥器干燥某種濕

9、物料。在干燥器內(nèi)，濕空氣以一定的速度吹送物料同時并對物料進行干燥。已知的操作條件均標注于本例附圖1中。試求： （1）新鮮空氣消耗量 （2）單位時間內(nèi)預熱器消耗的熱量，忽略預熱器的熱損失 （3）干燥器的熱效率 解： （1）新鮮空氣消耗量,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,解析法：H2，L，I2 焓衡算,上一頁,下一頁,焓定義 物料衡算,上一頁,下一頁,圖解法：操作線（焓與濕度的關(guān)系） 焓衡算和物料衡算,上一頁,下一頁,（2）預熱器消耗的熱量 （3）干燥系統(tǒng)的熱效率,上一頁,下一頁,返回,5.3 固體物料在干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系,5.3.1 物料中的水分 5.3.2 干燥時間的計算,下一頁,

10、上一頁,返回,5.3.1 物料中的水分,1 平衡水分及自由水分 平衡水分：與一定狀態(tài)的空氣接觸，達到平衡時濕物料的含水量，kg水分/kg絕干料；平衡水分與物料種類、空氣狀態(tài)有關(guān)；平衡水分是濕物料在一定的空氣狀態(tài)下干燥的極限；平衡水分與空氣相對濕度的關(guān)系曲線稱為相平衡曲線 自由水分：超過平衡水分的那部分水分,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,2 結(jié)合水分與非結(jié)合水分 結(jié)合水分：物料細胞壁內(nèi)及毛細管中的水分，其蒸汽壓低于純水的飽和蒸汽壓，在干燥中較難除去。其數(shù)值為與100的空氣呈平衡的物料含水量，由相平衡曲線外推求出 非結(jié)合水分：與物料呈機械結(jié)合的水分，其蒸汽壓等于同溫度下水的飽和蒸汽壓，干燥中極易

11、除去 結(jié)合水與非結(jié)合水只與物料本身特性有關(guān),上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,返回,5.3.2 干燥時間的計算,1 恒定干燥條件下干燥時間的計算 恒定干燥條件 空氣的流速、溫度、濕度、與物料的接觸方式都不變 變動干燥條件 空氣的溫度下降、濕度增高 1）干燥實驗和干燥曲線 干燥實驗 間歇干燥，用大量濕空氣干燥少量濕物料 干燥曲線 物料含水量與干燥時間關(guān)系 物料溫度與干燥時間關(guān)系,上一頁,下一頁,AB段：預熱段；BC段：恒速段；CDE段：降速段,上一頁,下一頁,2 ）干燥速率曲線 單位時間、單位干燥面積上汽化的水分量,上一頁,下一頁,（1）恒速干燥階段（表面汽化控制階段） 物料表面潤濕，汽化的是表面

12、水，與純水相同 濕物料內(nèi)部水分向表面?zhèn)鬟f速率大于表面水分汽化速率 干燥速率取決于表面水分的氣化速率，即取決于干燥條件,上一頁,下一頁,（2）降速干燥階段（物料內(nèi)部遷移控制階段） CD段：物料表面出現(xiàn)干區(qū)，汽化的是表面水和內(nèi)部水 DE段：物料表面全部為干區(qū)，汽化的是內(nèi)部水 干燥速率取決于內(nèi)部水分的擴散速率，即取決于物料的結(jié)構(gòu)、形狀與尺寸，與干燥條件關(guān)系不大 干燥曲線形狀與物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān) 3 ）臨界含水量 由恒速段轉(zhuǎn)入降速段的物料含水量 大，較早進入降速段，干燥時間長 影響因素：物料特性，干燥介質(zhì)性質(zhì) 由實驗確定，可查閱手冊,上一頁,下一頁,4）恒定干燥條件下干燥時間的計算 （1）恒速階段,上一

13、頁,下一頁,對流傳熱系數(shù)的計算 空氣平行流過靜止物料層的表面 空氣垂直流過靜止物料層表面 氣體與運動著的顆粒間的傳熱,上一頁,下一頁,例58 在恒定的干燥條件下，測得某物料的干燥速率曲線如圖513所示。若將該物料自初始含水量X1=0.38kg/kg絕干料干燥至X2=0.25kg/kg絕干料。已知單位干燥面積的絕干物料量G/S=21.5kg/kg絕干料。試估算干燥時間。 解：,上一頁,下一頁,例59 某種顆粒物料放在長寬各為0.5m的淺盤里進行干燥。平均溫度為65 C 、濕度為0.02kg/kg絕干氣的常壓空氣以4m/s的速度平行吹過濕物料表面，設盤的底部及四周絕熱良好。試求恒速干燥階段中每小時

14、汽化的水分量。 解：,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,（2）降速階段 U與X呈線性關(guān)系,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁, U與X呈非線性關(guān)系 圖解積分或數(shù)值積分 例510 在恒定條件下進行干燥實驗，經(jīng)整理后獲得的X-U關(guān)系列于本例附表1中。若將物料由X1=0.38kg/kg絕干料干燥至X2=0.04kg/kg絕干料。試求所需的干燥時間。已知每kg絕干料提供0.0541m2干燥面積。,上一頁,下一頁,2 變動干燥條件下干燥時間的計算,上一頁,下一頁,返回,5.4 干燥設備,5.4.1 干燥器的主要類型 5.4.2 干燥器的設計,下一頁,上一頁,返回,5.4.1 干燥器的主要類型,要求 保證質(zhì)量，

15、干燥速率快，時間短，操作控制方便等 分類,上一頁,下一頁,1 箱式干燥器（盤式干燥器）,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,2 帶式干燥器 適用于干燥顆粒狀、塊狀、纖維狀物料 對堆積厚度、密度有要求 熱效率較低,上一頁,下一頁,3 氣流干燥器,上一頁,下一頁,干燥速率快，停留時間短，適用于熱敏性、易氧化物料 不適宜干燥易粉碎的物料 除塵要求高，流動阻力大 干燥管長度高，對廠房有要求,上一頁,下一頁,4 沸騰床干燥器,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,傳熱傳質(zhì)速率高 結(jié)構(gòu)簡單，造價低，活動部件少，操作維修方便 適用于處理粒徑為30m6mm的粉粒狀物料 停留時間可調(diào)，流動阻力小 干燥要求高或干燥時間長，

16、可采用多層沸騰床干燥器,上一頁,下一頁,5 轉(zhuǎn)筒干燥器,上一頁,下一頁,機械化程度高，生產(chǎn)能力大，流動阻力小，容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均勻 對物料的適應性強 設備笨重，金屬耗量多 熱效率低,上一頁,下一頁,6 噴霧干燥器,上一頁,下一頁,干燥時間短，適用于熱敏性物料 可控制或調(diào)節(jié)產(chǎn)品指標 流程短 粘壁現(xiàn)象，體積傳質(zhì)系數(shù)小，對氣體分離要求高,上一頁,下一頁,7 滾筒干燥器 熱效率高 動力消耗小 干燥強度大 停留時間短 操作簡單 結(jié)構(gòu)復雜，傳熱面小 產(chǎn)品含水量高,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,8 干燥器的選型及發(fā)展方向 1）干燥器的選型 被干燥物料的性質(zhì) 對干燥產(chǎn)品的要

17、求 物料的干燥速率曲線與物料的臨界含水量 回收問題 干燥熱源 干燥器的占地面積 2）干燥器的發(fā)展方向 大型化 提高效率、節(jié)約能源,上一頁,下一頁,5.4.2 干燥器的設計,設計方法 目的：確定設備尺寸 種類繁多，沒有統(tǒng)一計算模式 步驟： 選定干燥器型式 選擇干燥條件，流動方式 計算空氣消耗量，干燥裝置耗熱量 計算干燥器尺寸（直徑、長度）,上一頁,下一頁,1 干燥操作條件的確定 1）干燥介質(zhì)的選擇 熱源：飽和水蒸氣，燃料，電能 干燥介質(zhì)：空氣，惰性氣體，煙道氣，過熱蒸汽 2）流動方式的選擇 并流：物料含水量高，后期不耐高溫 逆流：物料含水量高，后期耐高溫，產(chǎn)品含水量低 錯流：物料含水量高或低，快

18、速干燥，耐高溫 3）干燥介質(zhì)進入干燥器時的溫度 物料允許的最高溫度以下,上一頁,下一頁,4）干燥介質(zhì)離開干燥器時的相對濕度和溫度 由經(jīng)濟指標確定 溫度高于物料出口溫度1030 C ，或高于入口氣體絕熱飽和溫度2050 C 5）物料離開干燥器時的溫度 主要與臨界含水量和降速段的傳質(zhì)系數(shù)有關(guān),上一頁,下一頁,上一頁,下一頁,2 氣流干燥器的簡化設計 1）干燥管的直徑 （1）XC不高，X2不低，ug=10-25m/s （2）最大u0的二倍，或比u0大3m/s （3） XC較高，X2很低，加速段20-40m/s，等速段比u0大3m/s,上一頁,下一頁,2）干燥管的高度 （1）,上一頁,下一頁,（2） （3） ,上一頁,下一頁, （4） 空氣水系統(tǒng)由549計算對流傳熱系數(shù),上一頁,下一頁,例511 試設計一氣流干燥器以干燥某種顆粒狀物料，基本數(shù)據(jù)為： （1）每小時干燥180kg初始濕物料 （2）進干燥器的溫度t1=90C