干燥單元操作

1、干 燥 化工單元操作主要培訓內(nèi)容干燥及干燥原理濕空氣的性質(zhì)干燥過程的物料衡算干燥速率及其影響因素 第一節(jié)第一節(jié) 干燥及干燥原理干燥及干燥原理 一.定義及分類: 1.定義:干燥是利用加熱的方法除去固體物料中濕分(水分或其他液體)的單元操作。 2. 分類：分類： （1) 按操作壓強不同分: 常壓干燥： 真空 干燥：適用于處理熱過敏性，易氧化 或要求產(chǎn)品含濕量很低的物料。 （2) 按操作方法分： 間歇式干燥：小批量，多品種或要求干燥 時間長的物料。 連續(xù)式干燥：生產(chǎn)能力大，熱效率高及勞動 條件好。(3) 按傳熱方式分按傳熱方式分：傳導干燥傳導干燥：濕物料與加熱介質(zhì)不直接接觸，熱量以傳導方式通過固體壁

2、面?zhèn)鹘o濕物料。此法熱能利用率高，但物料溫度不易控制，易過熱。對流干燥對流干燥：熱量通過干燥介質(zhì)（熱空氣）以對流方式傳給濕物料，此過程干燥介質(zhì)與濕料直接接觸，干燥介質(zhì)供給濕物料汽化所需的熱量。并帶走汽化后的濕分蒸氣。所以，干燥介質(zhì)在干燥過程中既是載熱體又是載濕體。輻射干燥輻射干燥：熱能以電磁波的形式由輻射器發(fā)射至濕物料表面，被濕物料吸收后再轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軐裎锪现袧穹制⒊ァ?二二. 對流干燥流程及原理對流干燥流程及原理： 1干燥流程： 如圖所示，空氣由預(yù)熱器加熱至一定溫度后進入干燥器，與進入干燥器的濕物料相接觸，空氣將熱量以對流傳熱的方式傳給濕物料，濕物料表面水分被加熱汽化成蒸氣，然后擴散到空

3、氣，最后由干燥器的另一端排出?？諝馀c濕物料在干燥器內(nèi)的接觸可以是并流；逆流或其他方式。 干燥器 空氣料 濕物料 2對流干燥原理（干燥過程分析）對流干燥原理（干燥過程分析） 熱熱空空氣氣干干燥燥濕濕物物料料 干燥原理 熱空氣將熱能以對流的方式傳到濕物料表面,再由表面?zhèn)鞯轿锪蟽?nèi)部,這是一個傳熱過程;物料表面的濕分由于受熱汽化,使物料內(nèi)部和表面之間產(chǎn)生濃度差。因此,物料內(nèi)部的濕分以液態(tài)或氣態(tài)的形式向表面擴散,然后氣化后的水蒸氣再通過物料表面擴散到氣流主體,這是傳質(zhì)過程。干燥是傳熱和傳質(zhì)同時進行的過程,兩者相互聯(lián)系。干燥過程的速率同時由傳熱速率和傳質(zhì)速率決定。 3對流干燥的條件對流干燥的條件： 必要條

4、件：物料表面水汽分壓必須大于干燥介質(zhì)中水汽分壓。 兩者的壓差越大，干燥進行得越快，所以干燥介質(zhì)應(yīng)及時地將汽化的水汽帶走，以便保持一定的傳質(zhì)推動力。若壓差為零，干燥操作也就停止了。 熱空氣在干燥過程中既是載熱體（提供熱）又是載濕體（接受水汽并帶走水汽），干燥是傳熱和傳質(zhì)相結(jié)合的過程。 第二節(jié)第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)濕空氣的性質(zhì) 作為干燥介質(zhì)的熱空氣，在干燥過程中不斷從濕物料中獲取水分，成為空氣和水蒸氣的混合物，稱為濕空氣。 由于在干燥過程中，濕空氣的水含量是不斷變化的,但絕干空氣的質(zhì)量是不變的，為方便起見，濕空氣的各項參數(shù)都是以單位質(zhì)量的絕干空氣為基準的。 一. 濕空氣的基本性質(zhì)濕空氣的基本性質(zhì)：

5、由于干燥設(shè)備一般為常壓操作。因此，理想氣體的有關(guān)定律適用于濕空氣。 濕空氣是干空氣和水汽的二元混合氣。根據(jù)道爾頓分壓定律： P濕總 = Pg + Pw 濕空氣的總壓干空氣的分壓水汽的分壓絕干空氣的摩爾數(shù)濕空氣中水汽的摩爾數(shù)PPPnnnPPPPPgwnwgwwwgwg二二. .濕度濕度 H H： 定義:濕空氣中所含的水蒸氣的質(zhì)量與 絕干空氣的質(zhì)量之比，稱為空氣 的濕度?；蚍Q含濕量。 H=量濕空氣中絕干空氣的質(zhì)濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量 =ggvVnMnM=gvnn2918 式中：H-空氣的濕度，kg 水汽/kg 絕干氣 Mg-絕干空氣的分子量 kg/kmol Mv-水蒸氣的分子量 kg/kmol ng

6、-絕干空氣的千摩爾數(shù)，kmolnv-水蒸氣的千摩爾數(shù),kmol因為常壓下，濕空氣可視為理想氣體，由分壓定律可知， 理想氣體混合物中各組分的摩爾比等于分壓比，上式可寫成H=gvnn2918=wwwwpPppPp622. 0)(2918當濕空氣中水氣分壓等于同溫度下水的飽和蒸氣壓時,其濕度為飽和濕度:Hs=0.622sspPpp-水蒸氣的分壓,Pa;P-濕空氣的總壓,Pa由上式可知:濕空氣的濕度與總壓及水蒸氣的分壓有關(guān).。三相對濕度三相對濕度： 相對濕度：在一定的總壓下，濕空氣中水蒸氣分壓與同溫度下的水的飽和蒸氣壓之比稱為相對濕度。 = 100% Pw-濕空氣中水氣的分壓 Ps-水的飽和蒸氣壓sw

7、pp相對濕度可以用來衡量濕空氣的不飽和程度。當=100%=100%時，Pw=Ps表示濕空氣已被水汽飽和。當Pw Ps時， 100%，濕空氣中的水汽均未達到飽和，不飽和空氣才能作為干燥介質(zhì)。=0=0表示濕空氣中不含水分,此時為干空氣。值越低值越低，表示該空氣偏離飽和程度越遠，干燥能力越大。所以空氣的濕度H僅表示其中水蒸氣的絕對含量。相對濕度值才能反映出濕空氣吸收水汽的能力。四四 濕空氣的比容：濕空氣的比容：VH 定義：1kg絕干空氣和其所帶有的Hkg水 汽所占的容積。 VH = Vg + HVw 單位：m3/kg干氣 Vg-干空氣的比容 Vw-水汽的比容五五 濕空氣的比熱：濕空氣的比熱：定義：常

8、壓下，1公斤干空氣和其所帶有的H公斤水汽升高溫度為1K所需的熱量。 CH = Cg + HCw Cg-絕干空氣比熱 KJ/kg干氣k Cw-水汽比熱六六 濕空氣的焓：濕空氣的焓：IH 定義：1公斤絕干空氣的焓值與其所帶有的H公斤水汽的焓值之和。 IH = Ig + HIw Ig-絕干空氣的焓值 KJ/kg干氣 Iw-水汽的焓值 KJ/kg干氣 七七 干球溫度：干球溫度：t 定義：用普通溫度計測得的濕空氣真實溫度，稱干球溫度。簡稱溫度。 單位：K 或 C例例1 1：當總壓力為：當總壓力為100100KpaKpa時，濕時，濕空氣的溫度為空氣的溫度為3030，水氣分壓，水氣分壓為為4 4KpaKpa

9、。求該濕空氣的濕度和求該濕空氣的濕度和相對濕度？如將濕空氣加熱至相對濕度？如將濕空氣加熱至少少8080，再求其相對濕度？，再求其相對濕度？解：求空氣的濕度： Pw=4Kpa P=100Kpa H=0.622WWPPP=0.62241004=0.02651kg(水汽)/kg(干氣) 查得 30時水的飽和蒸氣壓 Ps1=4.246Kpa 相對濕度為： = SwPP 100%=246. 44100%=94.21% 由計算可知:此時濕空氣不具備吸濕能力. 又查得道多 80時水的飽和蒸氣壓 Ps2=47.37Kpa 相對濕度為: = SwPP 100%=37.474100%=8.44% 加熱到 80后,

10、濕空氣的相對濕度顯著下降,其吸濕能力大大增加。 第三節(jié)第三節(jié) 干燥過程的物料衡算干燥過程的物料衡算 物料衡算要解決的問題: 1.求干燥過程中的水分蒸發(fā)量W 。 2.求干燥過程中的空氣消耗量L 。 一. 濕物料中含水量的表示方法濕物料中含水量的表示方法: 有兩種:濕基含水量w和干基含水量X 1. 濕基含水量濕基含水量:w 定義:單位質(zhì)量濕物料中所含水分的質(zhì)量,稱為濕物料的濕基含水量。 單位：kg(水 )/kg(濕物料） w=濕物料的總質(zhì)量濕物料中水分的質(zhì)量 2 干基含水量：干基含水量：X 定義：指單位絕干物料中所含水分的質(zhì)量。用X表示。 單位: kg（水）/kg（干料） =濕物料中水分的質(zhì)量濕物

11、料的總質(zhì)量質(zhì)量濕物料中水分的質(zhì)量X濕物料中絕干物料濕物料中水分的質(zhì)量= 兩種換算之間的關(guān)系兩種換算之間的關(guān)系： XXw1=Xww1例例1 某車間測得某車間測得100kg濕尿濕尿素中含水素中含水25kg，試用干基含試用干基含水量和濕基含水量分別表示水量和濕基含水量分別表示此濕尿素水分的濃度此濕尿素水分的濃度。 解：濕基含水量：干料絕干物料量濕物料所含水分的質(zhì)量濕料水濕物料總質(zhì)量量濕物料中所含水分的質(zhì)kgkgXkgkgw/33.02510025/25.010025二二 物料衡算：物料衡算： 對流干燥物料衡算圖對流干燥物料衡算圖 設(shè)計過程穩(wěn)定，各種漏損忽略不計，過程中絕干物料及絕干空氣量不變，以單位

12、時間為基準，對水分進行衡算。 GcX1+LH1=GcX2+LH2 Gc-絕干物料的質(zhì)量流量 kg/h L-絕干空氣的質(zhì)量流量 kg/h W-干燥過程中水分蒸發(fā)量 kg/h X1,X2-濕物料進.出干燥器的干基含水量 H1,H2-熱空氣進.出干燥器的濕度 干燥過程中，濕物料汽化的水分全部進入熱空氣流，由上式： W=Gc(X1-X2)=L(H2-H1) L=12HHW 干燥操作中，空氣的消耗量只與空氣的最初和最終濕度有關(guān)，而與過程無關(guān)。 實際生產(chǎn)中，已知干燥前后濕物料量G1，G2及相應(yīng)的濕基含水量w1和w2。將前式w1和w2換算成X1和X2，然后求絕干物料量： Gc=G1(1-w1)=G2(1-w

13、2) 干燥產(chǎn)品量干燥產(chǎn)品量=濕物料量濕物料量-水分蒸發(fā)量水分蒸發(fā)量 即：即： G2= G1 W G1-進入干燥器的濕物料量，進入干燥器的濕物料量，kg/h G2-出干燥器的產(chǎn)品質(zhì)量出干燥器的產(chǎn)品質(zhì)量, kg/h12HHWL例 ：聚氯乙烯樹脂的濕基含量為6%,干燥后產(chǎn)品中的濕基含水量為0.3%,干燥產(chǎn)品量為5000kg/h,求樹脂在干燥器中蒸發(fā)的水分量?解:已知:w1=6%; w2=0.3% )(/ )(003. 0003. 01003. 01)(/ )(0638. 006. 0106. 01222111絕干物料水絕干物料水kgkgwwXkgkgwwXGc=G2(1-w2) =5000(1-0.

14、003)=4985kg/hW=Gc(X1-X2)=4985(0.0638-0.003)=303kg(水)/h 例例2 在連續(xù)的干燥器中，每小時處理濕在連續(xù)的干燥器中，每小時處理濕物料物料1000公斤，經(jīng)干燥后物料的含水量公斤，經(jīng)干燥后物料的含水量由由10%降到降到2%（均為濕基）。以熱空氣（均為濕基）。以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始濕度為干燥介質(zhì)，初始濕度H1為為0.008kg(水水)/kg絕干氣絕干氣,離開干燥器時濕離開干燥器時濕度度H2=0.05kg(水水)/kg絕干氣絕干氣,假設(shè)干燥過假設(shè)干燥過程中無物料損失程中無物料損失,求求: (1)水分蒸發(fā)量水分蒸發(fā)量 (2)空氣消耗量空氣消耗量 (3)

15、干燥產(chǎn)品量干燥產(chǎn)品量解:(1)水分蒸發(fā)量:W先將物料的濕基含水量換算成干基含水量:絕干料水絕干料水kgkgwwXkgkgwwx/0204. 002. 0102. 01/111. 01 . 011 . 01122211 進入干燥器的絕干物料量為:Gc=G1(1-w1)=1000(1-0.1)=900kg絕干料/h水分蒸發(fā)量WW=Gc(X1-X2)=900(0.111-0.0204)=81.5kg/h (2) 空氣消耗量：L hkgWGGhkgHHWL/5.9185.811000:)3(/1940008.005.05.811212干燥產(chǎn)品量絕干氣 例 : 某連續(xù)干燥器，每小時處理濕物料1000公

16、斤，經(jīng)干燥后物料的含水量由40%減至5%（均為濕基），干燥介質(zhì)為熱空氣流，初始溫度為20C時的H1=0.009kg水/kg干氣,經(jīng)預(yù)熱到120 C后進入干燥器,離開干燥器溫度為40 C時,H2=0.039kg水/kg干氣,求: (1)水分蒸發(fā)量? (2)空氣消耗量? (3)如產(chǎn)品收率為95%,求干燥產(chǎn)品量? 解:(1)水分蒸發(fā)量W: hkgXXGWhkgwGGwwXwwXCC/6.368)0526.0667.0(600)(/600)4.01(1000)1(:0526.005.0105.01667.04.014.012111222111量進入干燥器的絕干物料 (2)空氣消耗量LhkghkgWGG

17、GhkgHHWL/600%954.631%100/4.6316.3681000122)3(/12288009.0039.06.36812實際產(chǎn)量理論產(chǎn)量實際產(chǎn)品量干燥產(chǎn)品量 第四節(jié)第四節(jié) 干燥速率及其影響因素干燥速率及其影響因素 一一.干燥速率的定義干燥速率的定義:定義:單位時間內(nèi)在單位干燥面積上被干燥物料所能汽化的水分質(zhì)量,稱為干燥速率。 用微分表示：.,./,:22率成反比干燥所需時間與干燥速由上式可知干燥時間汽化水分量干燥面積干燥速率式中skgwmAsmkgUAddwU 二二 影響干燥速率的因素影響干燥速率的因素： 影響干燥速率的主要因素是物料的狀況，干燥介質(zhì)的狀態(tài)，干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)和物料流程等幾個方面?，F(xiàn)就其中重要因素說明如下： 1. 濕物料的性質(zhì)和形狀濕物料的性質(zhì)和形狀： 包括濕物料的物理結(jié)構(gòu)；化學組成；形狀及大小等。 2 . 濕物料本身的溫度：濕物料本身的溫度： 濕物料本身的溫度越高，則干燥速率越大。在干燥器中濕物料的溫度又與干燥介質(zhì)的狀態(tài)有關(guān)。 3 . 與物料的最終和最初的含水量有關(guān)與物料的最終和最初的含水量有關(guān)： 4 . 物料的堆置方法物料的堆置方法： 5 . 干燥介質(zhì)的溫度干燥介質(zhì)的溫度： 當干燥介質(zhì)的濕度不變時，其溫度越高，則干燥速率越大，但要以不損壞干燥物料的品質(zhì)為原則。此外，要