第4講干燥的物理過(guò)程及設(shè)備

1、第六章第六章 干燥過(guò)程與設(shè)備干燥過(guò)程與設(shè)備第第4 4講講 干燥的物理過(guò)程及設(shè)干燥的物理過(guò)程及設(shè)備備學(xué)習(xí)要學(xué)習(xí)要點(diǎn)點(diǎn)1、干燥的物理、干燥的物理2、干燥設(shè)備、干燥設(shè)備隧道干燥器噴霧干燥器物料中水分的性質(zhì)物料(制品)的干燥過(guò)程干燥器的分類及對(duì)干燥器的要求回轉(zhuǎn)烘干機(jī)傳送帶式干燥器一、干燥的物理過(guò)程一、干燥的物理過(guò)程6-5 6-5 干燥的物理過(guò)程及其干燥設(shè)備干燥的物理過(guò)程及其干燥設(shè)備( (一一) ) 物料中水分的性質(zhì)物料中水分的性質(zhì)化學(xué)結(jié)合水化學(xué)結(jié)合水：通常以結(jié)晶水的形態(tài)存在于物料的礦物分子組成中，如高嶺土(Al2O32SiO22H2O)中的結(jié)晶水。化學(xué)結(jié)合水與物料結(jié)合得很牢固，一般需要300-600C

2、才能分解，超出干燥溫度范圍。1 1、水分與物料結(jié)合的方式、水分與物料結(jié)合的方式化學(xué)結(jié)合水化學(xué)結(jié)合水物理化學(xué)結(jié)合水物理化學(xué)結(jié)合水機(jī)械結(jié)合水機(jī)械結(jié)合水物理化學(xué)結(jié)合水物理化學(xué)結(jié)合水吸附水吸附水：物料表面吸附作用形成的水膜、水與物料顆粒形成的多分子和單分子吸附層水膜。滲透水滲透水吸附水吸附水毛細(xì)管水和結(jié)構(gòu)水毛細(xì)管水和結(jié)構(gòu)水吸附水在物理化學(xué)結(jié)合水中以吸附水與物料的結(jié)合最強(qiáng)。吸附水中單分子水膜與物料的結(jié)合最牢固，其次是多分子水膜和表面吸附水膜。滲透水滲透水：由于物料組織壁內(nèi)外間水分濃度差產(chǎn)生的滲透壓造成的，如纖維皮壁所含的水分。微毛細(xì)管水微毛細(xì)管水：由于毛細(xì)作用使物料所含的水分。其牢固程度隨毛細(xì)管半徑的減

3、小而加強(qiáng)。結(jié)構(gòu)水結(jié)構(gòu)水：存在于物料組織內(nèi)部，如膠體中的水分。物理化學(xué)結(jié)合水物理化學(xué)結(jié)合水物理化學(xué)水的結(jié)合強(qiáng)度弱于化學(xué)結(jié)合水，在干燥過(guò)程中可以排除。大氣吸附水大氣吸附水黏土質(zhì)物料和制品在干燥過(guò)程中排除物理化學(xué)結(jié)合水階段基本上不產(chǎn)生收縮，可以用較高的干燥速率干燥，不會(huì)使制品開(kāi)裂。物理化學(xué)水產(chǎn)生的蒸氣壓小于同溫度下自由液面的飽和蒸氣壓。機(jī)械結(jié)合水排除，物料顆粒相互靠攏，體積收縮。故機(jī)械結(jié)合水又稱為收縮水。機(jī)械結(jié)合水機(jī)械結(jié)合水：包括物料的潤(rùn)濕水、孔隙水及粗孔(半徑大于10-5cm)毛細(xì)管水等。機(jī)械結(jié)合水在蒸發(fā)時(shí)，物料表面的水蒸氣分壓等于同溫度下飽和水蒸氣壓。機(jī)械結(jié)合水與物料的結(jié)合最弱，在干燥過(guò)程中首先

4、被排除。其蒸發(fā)與物料表面溫度下自由液面上水的蒸發(fā)一樣。陶瓷和耐火材料等黏土質(zhì)制品在干燥初期干燥速度不能過(guò)大，否則會(huì)產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力而變形或開(kāi)裂。影響平衡水分的因素平衡水分和可排除水分平衡水分和可排除水分濕物料在干燥過(guò)程中，其表面的水蒸氣分壓與干燥介質(zhì)中的水蒸氣分壓達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，物料中的水分就不會(huì)繼續(xù)減少，此時(shí)物料中的干基水分就稱為平衡水平衡水分分，高于平衡水分的水稱為可排除水分可排除水分。2 2、平衡水分和可排除水分、平衡水分和可排除水分干燥介質(zhì)的濕度干燥介質(zhì)的溫度如圖是某種黏土在不同溫度的空氣中的平衡水分曲線。當(dāng)介質(zhì)溫度為75C，相對(duì)濕度=60%時(shí)，黏土的平衡水分為3%。若黏土的干基水分

5、在3%以上時(shí)，則在該介質(zhì)中可以內(nèi)干燥至3%的含水率，含水率低于3%的黏土在此介質(zhì)中不僅不能脫水，反而會(huì)從空氣中吸收水分。若欲使該黏土的含水率低于2.5%而介質(zhì)的溫度不變介質(zhì)的溫度不變，則必須減小空氣的相對(duì)濕必須減小空氣的相對(duì)濕度度到40%。當(dāng)干燥介質(zhì)的狀態(tài)一定時(shí)，物料的平衡水分是干燥所能達(dá)到的最低含水率。當(dāng)干燥介質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)(=100%)時(shí)，物料的平衡水分稱為最大可能最大可能平衡水分平衡水分。物料中高于最大可能平衡水分的水分稱為自由自由水分或非結(jié)合水分水分或非結(jié)合水分，主要是機(jī)械結(jié)合水。物料中低于最大可能平衡水分的水稱為大氣吸附水大氣吸附水或結(jié)合水或結(jié)合水，主要是物理化學(xué)結(jié)合水。在加熱階段，

6、因介質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)傳給物料的熱量大于物料表面水分蒸發(fā)所消耗的熱量，物料表面溫度不斷升高，水分蒸發(fā)量也不斷增大。在A點(diǎn)，介質(zhì)傳給物料的熱量等于物料表面水分蒸發(fā)所消耗的熱量，故物料表面溫度不再升高并等于介質(zhì)的濕球溫度。( (二二) ) 物料物料( (制品制品) )的干燥過(guò)程的干燥過(guò)程1、加熱階段、加熱階段外擴(kuò)散外擴(kuò)散：物料表面的水分的蒸發(fā)同自由液面上水的蒸發(fā)一樣，其水蒸氣分壓等于濕球溫度下的飽和水蒸氣壓。2、等速干燥階段、等速干燥階段內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散：物料內(nèi)部的水分在水分濃度差的推動(dòng)下，擴(kuò)散到物料表面，使物料表面始終保持有自由水。外擴(kuò)散控制階段外擴(kuò)散控制階段：擴(kuò)散速度取決于水蒸氣的外擴(kuò)散速度。該干燥階

7、段隨著自由水的排除，物料(制品)發(fā)生體積收縮。K點(diǎn)表示物料表面的自由水開(kāi)始消失。外擴(kuò)散外擴(kuò)散：物料表面的水蒸氣分壓低于同溫度下水的飽和水蒸氣壓，蒸發(fā)面積小于物料或制品的幾何面積，甚至移至物料內(nèi)部。3、降速干燥階段、降速干燥階段內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散：物料內(nèi)部的水分減少，以致物料表面不再維持連續(xù)的水膜。內(nèi)擴(kuò)散控制階段內(nèi)擴(kuò)散控制階段：干燥速度受內(nèi)擴(kuò)散速度控制。該階段水分蒸發(fā)所需的熱量逐漸減少，物料表面溫度逐漸升高。高燥速率逐漸下降直至為零，干燥過(guò)程結(jié)束。二、干燥設(shè)備二、干燥設(shè)備( (一一) ) 干燥器的分類及對(duì)干燥器的要求干燥器的分類及對(duì)干燥器的要求在保證物料或制品干燥質(zhì)量的前提下，具有較高的干燥速度和單位

8、容積蒸發(fā)強(qiáng)度；具有較低的單位耗能，即蒸發(fā)1kg水所消耗的燃料或電能要低；易于調(diào)整介質(zhì)參數(shù)，改變干燥作業(yè)制度；在干燥器的容積空間內(nèi)物料或制品干燥的均勻性要好；干燥作業(yè)便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；衛(wèi)生條件符合環(huán)保要求。1 1、對(duì)干燥器的要求、對(duì)干燥器的要求2、干燥的種類、干燥的種類間歇式干燥連續(xù)式干燥作業(yè)循環(huán)傳導(dǎo)傳熱式干燥輻射傳熱式干燥對(duì)流-輻射傳熱式干燥對(duì)流傳熱式干燥直接煙氣干燥電流干燥水蒸氣干燥器熱空氣干燥塊狀物料干燥磚瓦制品干燥陶瓷與耐火材料干燥顆粒狀物料干燥室式干燥器傳送帶式干燥器流態(tài)化式干燥器炕式干燥器結(jié)構(gòu)和物料在其中移動(dòng)特點(diǎn)回轉(zhuǎn)式干燥器噴霧式干燥器( (二二) ) 室式室式( (廂式廂式)

9、 )干燥器干燥器( (三三) ) 回轉(zhuǎn)烘干機(jī)回轉(zhuǎn)烘干機(jī)也稱轉(zhuǎn)筒式干燥器，用于連續(xù)干燥砂子、礦渣、黏土等顆粒狀或小塊狀物料的干燥設(shè)備。1、回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)和型式、回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)和型式主體結(jié)構(gòu)：主體結(jié)構(gòu)： 一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的金屬圓筒，筒體由鍋爐鋼板焊接而成。鋼 板 厚 度：10-20mm；筒 體 直 徑：1-3m；筒體長(zhǎng)徑比：5-8；筒 體 轉(zhuǎn) 速：2-7r/min；筒體傾斜度：3%-6%。圖2 回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的筒體回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳動(dòng)裝置：傳動(dòng)裝置：電動(dòng)機(jī)通過(guò)變阻箱、小齒輪帶動(dòng)筒體上的大齒輪，使筒體轉(zhuǎn)動(dòng)。干燥介質(zhì)：干燥介質(zhì)：燃料在燃燒室中燃燒生成的

10、熱煙氣與冷空氣的混合氣體。輔助設(shè)備：輔助設(shè)備：皮帶運(yùn)輸機(jī)，風(fēng)機(jī)，收塵器，煙囪等輔助設(shè)備?；剞D(zhuǎn)烘干機(jī)的規(guī)格：回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的規(guī)格： 以筒體的內(nèi)直徑長(zhǎng)度。如：1.2 8， 2.2 12回轉(zhuǎn)烘干的負(fù)荷率回轉(zhuǎn)烘干的負(fù)荷率 ： 或稱為物料的填充系數(shù)，是指物料的體積與回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的容積之比。一般為10%-25%。 在烘干機(jī)的出料端加設(shè)擋料圈可提高物料填充系數(shù)，延長(zhǎng)物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的停留時(shí)間，但電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)功率也要相應(yīng)增大。2、回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的加熱方式及流程、回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的加熱方式及流程烘干機(jī)的類型加熱方式復(fù)式加熱間接加熱直接加熱氣流方向逆流式順流式O溫度, t(C)氣體物料圖3 順流式回轉(zhuǎn)烘干機(jī)內(nèi)物料與干燥介質(zhì)的溫度變化

11、順流式回轉(zhuǎn)烘干機(jī)： 物料與干燥介質(zhì)同向流動(dòng)。干燥初期：干燥初期：物料：水分高、溫度低介質(zhì)：濕度低、溫度高干燥過(guò)程中：干燥過(guò)程中：物料：水分降低、溫度升高介質(zhì)：濕度增大、溫度降低干燥速率逐漸降低干燥結(jié)束：干燥結(jié)束：物料的溫度低于介質(zhì)溫度，物料的水分與介質(zhì)的終濕度有關(guān)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：物料脫水強(qiáng)烈，干燥速率大。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：干燥速率不均勻，物料終了水分受介質(zhì)終濕度限制，介質(zhì)中含塵高適用范圍：適用范圍：適宜干燥初始水分高并允許強(qiáng)烈脫水及對(duì)高溫敏感，易燃的物料，如黏土，礦渣、煤等圖4 逆流式回轉(zhuǎn)烘干機(jī)內(nèi)物料與干燥介質(zhì)的溫度變化逆流式回轉(zhuǎn)烘干機(jī)： 物料與干燥介質(zhì)逆向流動(dòng)。干燥初期：干燥初期：物料：水分高、溫度

12、低介質(zhì)：濕度高、溫度低干燥過(guò)程中：干燥過(guò)程中：物料：水分降低、溫度升高介質(zhì)：濕度降低、溫度升高干燥速率逐漸增大干燥結(jié)束：干燥結(jié)束：與同等條件下的順流式干燥相比，物料的終了溫度高，終了水分低。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：干燥速率均勻，物料終了水分低，熱效率高。適用范圍：適用范圍：適宜干燥要求終了水分很低而又不能強(qiáng)烈脫水的物料或?qū)Ω邷夭幻舾械奈锪希缟白樱沂取溫度, t(C)氣體物料干燥介質(zhì)的類型和參數(shù)干燥介質(zhì)的類型和參數(shù) 干燥介質(zhì)的類型和參數(shù)根據(jù)物料的性質(zhì)與要求而定。在硅酸鹽工業(yè)中常采用由專設(shè)燃燒室產(chǎn)生的高溫?zé)煔庾鳛楦稍锝橘|(zhì)。但是高溫?zé)煔獠荒苤苯佑脕?lái)干燥，要與冷空氣混合后進(jìn)入烘干機(jī)。 下表是硅酸鹽工業(yè)中

13、常見(jiàn)的一些原料和燃料在回轉(zhuǎn)烘干機(jī)中烘干所需要的介質(zhì)溫度參考值。被干燥物料煙煤無(wú)煙煤 黏土 礦渣砂子石灰石 高嶺土進(jìn)烘干機(jī)的介質(zhì)溫度(C)400-700500-700600-800700-800800-900800-1000800-1000廢氣溫度廢氣溫度 廢氣出回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的溫度一般為100-150C。介質(zhì)流速介質(zhì)流速 提高干燥介質(zhì)在烘干機(jī)內(nèi)的流速會(huì)提高傳熱和干燥速率，但介質(zhì)中的含塵量也會(huì)增高，增加收塵設(shè)備和排風(fēng)設(shè)備的負(fù)荷。通常回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的出口風(fēng)速為1.5-3m/s。物料溫度物料溫度 物料終了溫度低于廢氣溫度，為80-120C。1、隧道干燥器的構(gòu)成與工作原理、隧道干燥器的構(gòu)成與工作原理n由3-8

14、條隧道并列組成，長(zhǎng)度：24-38m，內(nèi)寬：1mn隧道內(nèi)有鐵軌，軌距為600mm，軌面至干燥器頂?shù)膬舾呒s1.65m。n待干燥的制品或坯體按照一定的裝碼原則放在彼此相連的小車(chē)上，小車(chē)長(zhǎng)1.2m-1.4 m，寬度與隧道配合。n小車(chē)自隧道的端由推車(chē)機(jī)構(gòu)推入干燥器內(nèi)，干燥后的制品由另一端推出。干燥介質(zhì)直接進(jìn)干燥器內(nèi)。( (四四) ) 隧道干燥器隧道干燥器特點(diǎn)：特點(diǎn)：用于化工粉體、稀土材用于化工粉體、稀土材料、礦石粉體的燒結(jié)料、礦石粉體的燒結(jié) RKD-系列錕道式煅燒爐系列錕道式煅燒爐 RSJ系列靜態(tài)煅燒隧道爐系列靜態(tài)煅燒隧道爐 將物料通過(guò)布料機(jī)構(gòu)分布在網(wǎng)狀輸送帶上，輸送帶通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)加熱單元組成的通道，

15、每個(gè)加熱單元均配有空氣加熱和循環(huán)系統(tǒng)，每個(gè)通道有一個(gè)或幾個(gè)排濕系統(tǒng)，在輸送帶通過(guò)時(shí)，熱空氣從上往下或從下往上通過(guò)輸送帶上的物料，從而使物料能均勻干燥。傳送帶可做成多層，帶寬1-3m，長(zhǎng)為4-50m，干燥時(shí)間為5-120分鐘( (五五) ) 帶式干燥器帶式干燥器 采用霧化器將稀的料液分散為霧滴，在熱氣流(空氣、氮?dú)饣蜻^(guò)熱水蒸氣)中自由沉降并迅速蒸發(fā)，最后被干燥為固體顆粒與氣流分離。霧滴直徑為10 60um，每升溶液具有100 600m2的蒸發(fā)面積。干燥時(shí)間一般為3 10S。 ( (六六) ) 噴霧干燥器噴霧干燥器優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 物料停留時(shí)間短，適于熱敏性物料；所得產(chǎn)品為空心顆粒，操作穩(wěn)定；能連續(xù)、自動(dòng)化生產(chǎn)；由料液直接獲得粉末產(chǎn)品，省去了蒸發(fā)、結(jié)晶、分離和粉碎操作。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：傳熱系數(shù)低；設(shè)備體積龐大；操作彈性較小，熱利用率低、能耗大。壓力噴霧壓力噴霧離心噴霧離心噴霧氣流噴霧器氣流噴霧器( (七七) ) 氣流干燥器氣流干燥器優(yōu)點(diǎn)：(1) 干燥速度快，主要用于干燥晶體和小顆粒，物料分散懸浮在氣流中，傳熱傳質(zhì)面積大。熱氣體進(jìn)口速度高(10-40m/s)，氣固兩相間(尤其是加速段)相對(duì)速度很大，平均傳熱系數(shù)比其它類型干燥器高幾倍至幾十倍，體積小(2) 氣固并流操作，符合干