化工原理 第七章 干燥 課件

《化工原理》PrinciplesofChemicalEngineering《化工原理》PrinciplesofChemicalE1第七章干燥

Chapter7Drying第七章干燥

Chapter7Dryi2內(nèi)容簡(jiǎn)介

本章主要介紹以濕空氣為干燥介質(zhì)、濕分為水的對(duì)流干燥過(guò)程的理論基礎(chǔ)，對(duì)濕空氣的性質(zhì)、干燥過(guò)程的相平衡、干燥過(guò)程的基本計(jì)算、工業(yè)常用干燥設(shè)備進(jìn)行了較為詳細(xì)的討論。

本章重點(diǎn)①濕空氣性質(zhì)；②固體物料干燥過(guò)程的相平衡；③恒定干燥條件下的干燥曲線和干燥速度曲線；④基本干燥過(guò)程計(jì)算，包括干燥過(guò)程的物料衡算、熱量衡算和干燥時(shí)間的計(jì)算；⑤典型干燥設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

本章難點(diǎn)

濕空氣性質(zhì)中的絕熱飽和溫度tas和濕球溫度tw的概念及二者的異同；內(nèi)容簡(jiǎn)介本章主要介紹以濕空氣為干燥介質(zhì)、概述（Introduction）

一、除濕方法：(1)機(jī)械除濕

(2)吸附去濕法(3)干燥二、干燥分類(lèi)：本章重點(diǎn)：以不飽和熱空氣為干燥介質(zhì)，除去濕物料中水分的連續(xù)對(duì)流干燥過(guò)程。概述（Introduction）一、除濕方法：二、干燥分類(lèi)

由于溫差的存在，氣體以對(duì)流方式向固體物料傳熱，使?jié)穹萜?；在分壓差的作用下，濕份由物料表面向氣流主體擴(kuò)散，并被氣流帶走。三、對(duì)流干燥過(guò)程原理注意：只要物料表面的濕份分壓高于氣體中濕份分壓，干燥即可進(jìn)行，與氣體的溫度無(wú)關(guān)。HtqWtippiM干燥是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過(guò)程由于溫差的存在，氣體以對(duì)流方式向固體物料傳熱，使?jié)穹莞稍镞^(guò)程熱空氣流過(guò)濕物料表面熱量傳遞到濕物料表面濕物料表面水分汽化并被帶走表面與內(nèi)部出現(xiàn)水分濃度差內(nèi)部水分?jǐn)U散到表面?zhèn)鳠徇^(guò)程傳質(zhì)過(guò)程傳質(zhì)過(guò)程五、干燥過(guò)程推動(dòng)力傳質(zhì)推動(dòng)力：P表水>P空水傳熱推動(dòng)力：t空氣>t物表四、對(duì)流干燥過(guò)程實(shí)質(zhì)干燥過(guò)程熱空氣流過(guò)濕物料表面熱量傳遞到濕物料表面濕物料表面水六、干燥介質(zhì)及干燥能進(jìn)行的條件1、干燥介質(zhì)：用來(lái)傳遞熱量（載熱體）和濕份（載濕體）的介質(zhì)。

對(duì)流干燥中的干燥介質(zhì)：不飽和的熱空氣、惰性氣體及煙道氣等。2、干燥能進(jìn)行的條件為：t>tm，pw>pv干燥是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過(guò)程。六、干燥介質(zhì)及干燥能進(jìn)行的條件1、干燥介質(zhì)：用來(lái)傳遞熱量（載7除水分量空氣消耗量干燥產(chǎn)品量熱量消耗干燥時(shí)間物料衡算能量衡算涉及干燥速率和水在氣固相的平衡關(guān)系涉及濕空氣的性質(zhì)七、干燥過(guò)程基本問(wèn)題本章主要介紹運(yùn)用上述基本知識(shí)解決工程中物料干燥的基本問(wèn)題，介紹的范圍主要針對(duì)連續(xù)穩(wěn)態(tài)的干燥過(guò)程。除水分量物料衡算能量衡算涉及干燥速率和水在氣固相的平衡關(guān)系涉第一節(jié)濕空氣的性質(zhì)及濕度圖濕空氣：指絕干空氣與水蒸汽的混合物。濕空氣性質(zhì)一般都以1kg絕干空氣為基準(zhǔn)。

系統(tǒng)總壓P：濕空氣的總壓（kN/m2），即P干空氣與P水之和。干燥過(guò)程中系統(tǒng)總壓基本上恒定不變。且第一節(jié)濕空氣的性質(zhì)及濕度圖濕空氣：指絕干空氣與水蒸汽的混合1.濕份的表示方法對(duì)于空氣-水蒸氣系統(tǒng)Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96kg/kmol濕空氣中水氣的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比。(1)絕對(duì)濕度(濕度)H（Humidity）Kg水蒸汽/kg絕干空氣當(dāng)pv=ps時(shí)，濕度稱(chēng)為飽和濕度，以Hs表示。1.濕份的表示方法對(duì)于空氣-水蒸氣系統(tǒng)Mw=18.02kg/(2)相對(duì)濕度（Relativehumidity）（1）值說(shuō)明濕空氣偏離飽和空氣或絕干空氣的程度，值越小吸濕能力越大；（2）=0

，pV=0時(shí)，表示濕空氣中不含水分，為絕干空氣。=1

，pV=ps時(shí)，表示濕空氣被水汽所飽和，不能再吸濕。相對(duì)濕度：在總壓和溫度一定時(shí)，濕空氣中水汽的分壓p與系統(tǒng)溫度下水的飽和蒸汽壓ps之比的百分?jǐn)?shù)。討論：(2)相對(duì)濕度（Relativehumidity）（1）=f(H,t)（4）

ps隨溫度的升高而增加，H不變提高t，，氣體的吸濕能力增加，故空氣用作干燥介質(zhì)應(yīng)先預(yù)熱。（5）H不變而降低t，，空氣趨近飽和狀態(tài)。當(dāng)空氣達(dá)到飽和狀態(tài)而繼續(xù)冷卻時(shí)，空氣中的水份將呈液態(tài)析出。討論：（3）對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：=f(H,t)討論：（3）對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：2.比容H(Humidvolume)或濕比容(m3/kg絕干氣體)比容：1kg絕干空氣和相應(yīng)水汽體積之和。3.比熱cH(Humidheat)或比熱容KJ/(kg·℃)比熱：1kg絕干空氣及相應(yīng)水汽溫度升高1℃所需要的熱量對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：cg=1.01kJ/(kg·℃)，cv=1.88kJ/(kg·℃)2.比容H(Humidvolume)或濕比容(m4.焓I

(Totalenthalpy)焓：1kg絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之和。一般以0℃為基準(zhǔn)，且規(guī)定在0℃時(shí)絕干空氣和水汽的焓值均為零，則對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：顯熱項(xiàng)汽化潛熱項(xiàng)4.焓I(Totalenthalpy)焓：1kg絕干當(dāng)熱、質(zhì)傳遞達(dá)平衡時(shí)，氣體對(duì)液體的供熱速率恰等于液體汽化的需熱速率時(shí)溫度維持穩(wěn)定5.干燥過(guò)程中的物料溫度

(1)干球溫度t：濕空氣的真實(shí)溫度，簡(jiǎn)稱(chēng)溫度(℃或K)。將溫度計(jì)直接插在濕空氣中即可測(cè)量。(2)空氣的濕球溫度（Wet-bulbtemperature）

a.定義：qN對(duì)流傳熱hkH氣體t,H氣膜對(duì)流傳質(zhì)液滴表面tw,Hw液滴——濕球溫度tw定義式b、計(jì)算當(dāng)熱、質(zhì)傳遞達(dá)平衡時(shí)，氣體對(duì)液體的供熱速率恰等于液體汽化的需①因流速等影響氣膜厚度的因素對(duì)α和kH有相同的作用，可認(rèn)為kH/α與速度等因素?zé)o關(guān)，而僅取決于系統(tǒng)的物性。②飽和氣體:H=Hs，tw=t，即飽和空氣的干、濕球溫度相等。不飽和氣體:H<Hs，tw<t。對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：結(jié)論：

tw=f(t,H)，氣體的t

和H

一定，tw為定值。討論①因流速等影響氣膜厚度的因素對(duì)α和kH有相同的作用，濕球溫度計(jì)測(cè)定濕球溫度的條件是保證純對(duì)流傳熱，即氣體應(yīng)有較大的流速和不太高的溫度，否則，熱傳導(dǎo)或熱輻射的影響不能忽略，測(cè)得的濕球溫度會(huì)有較大的誤差。通過(guò)測(cè)定氣體的干球溫度和濕球溫度，可以計(jì)算氣體的濕度：氣體ttwC、濕球溫度的測(cè)定

濕球溫度計(jì)測(cè)定濕球溫度的條件是保證純對(duì)流傳熱，即氣體11(3)絕熱飽和冷卻溫度tas絕熱飽和冷卻溫度：不飽和的濕空氣等焓降溫到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度。高溫不飽和空氣與水在絕熱條件下進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)并達(dá)到平衡狀態(tài)的過(guò)程。達(dá)到平衡時(shí)，空氣與水溫度相等，空氣被水的蒸汽所飽和。由于ras和Has是tas的函數(shù)，故絕熱飽和溫度tas是氣體溫度t和濕度H的函數(shù)。已知

t和H，可以試差求解tas。對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：絕熱飽和過(guò)程(Adiabaticsaturationprocess)：(3)絕熱飽和冷卻溫度tas絕熱飽和冷卻溫度：不飽和的濕空氣(4)露點(diǎn)td溫度為t的不飽和空氣在等濕下冷卻至溫度等于td的飽和狀態(tài)，此時(shí)H=Hs,td。露點(diǎn)：不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度，以td表示；相應(yīng)的濕度為飽和濕度，以Hs,td表示。處于露點(diǎn)溫度的濕空氣的相對(duì)濕度=1，空氣濕度達(dá)到飽和濕度，濕空氣中水汽分壓等于露點(diǎn)溫度下水的飽和蒸氣壓，則水蒸氣-空氣系統(tǒng)：不飽和空氣t>tas（或tw）>td；飽和空氣t=tas=td

(4)露點(diǎn)td溫度為t的不飽和空氣在等濕下冷卻至溫度等6、氣體濕度圖（Humiditychart）等濕線等焓線等溫線飽和空氣線p-H線6、氣體濕度圖（Humiditychart）等濕線等焓線等

空氣的濕度圖及應(yīng)用空氣的濕度圖及應(yīng)用A、空氣濕度圖的繪制（Humiditychart）對(duì)于空氣-水系統(tǒng)，tas

tw，等tas線可近似作為等tw線。每一條絕熱冷卻線上所有各點(diǎn)都具有相同的tas。。(1)等濕度線(等H線)(2)等焓線（等I線）對(duì)給定的tas：t=f(H)在同一條等濕線上不同點(diǎn)所代表的濕空氣狀態(tài)不同，但H相同，露點(diǎn)是將濕空氣等H冷卻至=1時(shí)的溫度。A、空氣濕度圖的繪制（Humiditychart）對(duì)于空(3)等干球溫度線(等t線)

I與H呈直線關(guān)系，t越高，等t線的斜率越大，讀數(shù)0-250oC。(4)等相對(duì)濕度線(等線)總壓P一定，對(duì)給定的：因ps=f(t)，故H=f(t)。(5)蒸氣分壓線總壓P一定，

ps=f(H)，p-H

近似為直線關(guān)系。(3)等干球溫度線(等t線)I與H呈直線關(guān)系，tB、空氣濕焓圖的用法（Useofhumiditychart）

兩個(gè)參數(shù)在曲線上能相交于一點(diǎn)，即這兩個(gè)參數(shù)是獨(dú)立參數(shù)，這些參數(shù)才能確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)。=100%，空氣達(dá)到飽和，無(wú)吸濕能力。<100%，屬于未飽和空氣，可作為干燥介質(zhì)。越小，干燥條件越好。1、確定空氣的干燥條件2、確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)，查找其它參數(shù)B、空氣濕焓圖的用法（Useofhumiditycha濕度圖的使用①空氣狀態(tài)的確定：已知空氣的任何兩個(gè)參數(shù)即可確定其狀態(tài)。濕度圖的使用①空氣狀態(tài)的確定：已知空氣的任何兩個(gè)參數(shù)即可確②空氣的加熱與冷卻過(guò)程

加熱：空氣的φ減小，表明空氣接收水汽的能力加強(qiáng)②空氣的加熱與冷卻過(guò)程

加熱：空氣的φ減小，表明空氣接收水②空氣的加熱與冷卻過(guò)程

冷卻：t＜td時(shí)，空氣的H不變；t=td時(shí)，有水冷凝②空氣的加熱與冷卻過(guò)程

冷卻：t＜td時(shí)，空氣的H不變；t③兩股氣流的混合混合后的空氣狀態(tài)點(diǎn)3必在12的聯(lián)線上，其位置可由杠桿規(guī)則出。③兩股氣流的混合混合后的空氣狀態(tài)點(diǎn)3必在12的聯(lián)線上，其位置④絕熱增濕過(guò)程：可近似認(rèn)為等焓過(guò)程

④絕熱增濕過(guò)程：可近似認(rèn)為等焓過(guò)程

等濕線等焓線等溫線p-H線相對(duì)濕度線等濕線等焓線等溫線p-H線相對(duì)濕度線濕空氣性質(zhì)的總結(jié)在總壓一定的情況下，空氣的狀態(tài)由兩個(gè)參數(shù)確定，其他參數(shù)可查圖或計(jì)算求得；

不飽和空氣：φ＜1，t＞tw＝tas＞td

飽和空氣：φ＝1，t=tw＝tas＝td濕空氣性質(zhì)的總結(jié)在總壓一定的情況下，空氣的狀態(tài)由兩個(gè)參數(shù)確定

第二節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算物料衡算熱量衡算第二節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算物料衡算

一、物料衡算1、物料含水量的表示方法3、空氣用量的確定②干基含水率：干燥器空氣Lt0,H0,I0預(yù)熱器

Lt1,H1,I1

Lt2,H2,I2物料G1,1,X1,I1’物料G2,

2，X2,I2’2、水分蒸發(fā)量W

①濕基含水率：一、物料衡算1、物料含水量的表示方法3、空氣用量的物料衡算（Massbalance）濕物料G1,

w1干燥產(chǎn)品G2,

w2熱空氣L,H1濕廢氣體L,H23、絕干空氣消耗量絕干空氣比消耗2、水分蒸發(fā)量物料衡算（Massbalance）濕物料干燥產(chǎn)品熱空氣濕二、熱量衡算

1、預(yù)熱器的熱量衡算以預(yù)熱器作控制體2、干燥器的熱量衡算：以干燥器為控制體空氣Lt0,H0,I0預(yù)熱器Qp

Lt1,H1,I1干燥器物料G,1，X1，I1’物料G,

2，X2

Vt2,H2,I2QLQDI2’二、熱量衡算

1、預(yù)熱器的熱量衡算2、干燥器的熱量衡算：以干燥器的熱效率定義為：提高干燥器熱效率的方法有：(a)減少干燥器的熱損失QL↓(b)降低空氣出干燥器的溫度t2或提高H2?；虿捎脧U氣循環(huán)、中間加熱的方式。3、干燥器的熱效率

若忽略濕物料中水分帶入系統(tǒng)中的焓有：干燥器的熱效率定義為：提高干燥器熱效率的方法有：(a)減少干三、空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化1、等焓干燥過(guò)程(又稱(chēng)絕熱干燥、理想干燥)條件：QD=0QL=0G（I′2-I′1）=0代入上式得I2=I1QD=L（I2-I1）+G（I′2-I′1）+QL兩式相加得：Qp=L（I1-I0）QD+L（I1-I0）=L（I2-I0）+G（I′2-I′1）+QL依此式分析焓變化H0t0I0H2t2I2G1X1

1I′1G2X22

I′2H1

t1

I1QD

Qp補(bǔ)充熱三、空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化1、等焓干燥過(guò)程(又三、空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化2、非等焓干燥過(guò)程QD=L（I2-I1）+G（I′2-I′1）+QL兩式相加得：Qp=L（I1-I0）QD+L（I1-I0）=L（I2-I0）+G（I′2-I′1）+QL依此式分析焓變化條件：（1）QD=0QL≠0G（I′2-I′1）≠0得：I1>I2BC1線在BC線下方（2）QD>QL+G（I′2-I′1）得：I1<I2BC2線在BC線上方（3）等溫下進(jìn)行，BC3線三、空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化2、非等焓干燥過(guò)程QD=*例

某濕物料在氣流干燥管內(nèi)進(jìn)行干燥，濕物料的處理量為0.5kg/s，濕物料的含水量為5％，干燥后物料的含水量為1％（皆為濕基）?？諝獾某跏紲囟葹?0℃，濕含量為0.005kg/kg絕干氣。若將空氣預(yù)熱至150℃進(jìn)入干燥器，并假設(shè)物料所有水分皆在表面汽化階段除去，干燥管保溫良好，(氣體在干燥管內(nèi)為等焓過(guò)程)試求：1、當(dāng)氣體出口溫度選定為70℃，預(yù)熱器提供的熱量及熱效率？2、當(dāng)氣體的出口溫度為42℃，預(yù)熱器提供的熱量及熱效率有何變化？3、若氣體離開(kāi)干燥管后，因在管道及旋風(fēng)分離器中散熱溫度下降了10℃，分別判斷以上兩種情況物料是否會(huì)發(fā)生返潮的現(xiàn)象？*例某濕物料在氣流干燥管內(nèi)進(jìn)行干燥，濕物料的處理量解1、氣體在干燥管內(nèi)為等焓過(guò)程。

t0=20℃，t1=150℃，t2=70℃

H1＝H0=0.005kg/kg絕干氣解1、氣體在干燥管內(nèi)為等焓過(guò)程。

t02、t2=42℃討論：降低廢氣的出口溫度，所需的空氣用量及傳熱量愈小，熱效率越高。2、t2=42℃討論：降低廢氣的出口溫度，所需的空氣用量及傳3、物料的返潮第一種情況：露點(diǎn)td=34.7℃。空氣出旋風(fēng)分離器的溫度為60℃，未達(dá)到空氣的露點(diǎn)，不會(huì)有水珠析出。第二種情況：露點(diǎn)td=39.6℃?？諝獬鲂L(fēng)分離器的溫度為32℃，達(dá)到空氣的露點(diǎn)，有水珠析出。討論：t2過(guò)低，可能會(huì)使物料返潮。3、物料的返潮第一種情況：露點(diǎn)td=34.7℃?？諝獬鲂L(fēng)分一、濕份在氣體和固體間的平衡關(guān)系

濕份的傳遞方向(干燥或吸濕)和限度(干燥程度)由濕份在氣體和固體兩相間的平衡關(guān)系決定。pXpsXh1、平衡狀態(tài)：直到濕份在物料表面的蒸汽壓等于氣體中的濕份分壓。2、平衡含水量：平衡狀態(tài)下物料的含水量。不僅取決于氣體的狀態(tài)，還與物料的種類(lèi)有很大的關(guān)系。X*p第三節(jié)干燥的平衡關(guān)系及干燥速率一、濕份在氣體和固體間的平衡關(guān)系pXpsXh1、平衡狀態(tài)：1、平衡水分和自由水分

平衡水分：低于平衡含水量X*的水分，是不可除水分。自由水分：高于平衡含水量X*的水分，是可除水分。二、物料中的水分影響平衡水分大小的因素：（1）物料的種類(lèi)；（2）空氣的狀態(tài)。按所含水分在一定的條件下能否用對(duì)流干燥的方法將除去來(lái)劃分1、平衡水分和自由水分二、物料中的水分影響平衡水分大小的因具有和獨(dú)立存在的水相同的蒸汽壓和汽化能力。易被除去。結(jié)合水分：與物料存在某種形式的結(jié)合，其汽化能力比獨(dú)立存在的水要低，水分與物料結(jié)合力強(qiáng)。較難除去二、物料中的水分結(jié)合水分按結(jié)合方式可分為：吸附水分、毛細(xì)管水分、溶漲水分(物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分)和化學(xué)結(jié)合水分(結(jié)晶水)。2、結(jié)合水分與非結(jié)合水分(按水分除去的難易)非結(jié)合水分：與物料機(jī)械形式的結(jié)合，附著在物料表面的水，在一定溫度下，物料中的結(jié)合水與非結(jié)合水的劃分，只取決于物料本身的特性，而與其接觸的空氣無(wú)關(guān)。二、物料中的水分結(jié)合水分按結(jié)合方式可分為：吸附水分、毛細(xì)管水三、物料的吸濕性

強(qiáng)吸濕性物料：與水分的結(jié)合力很強(qiáng)，平衡濕含量很大。非吸濕性物料：與水結(jié)合力很弱，平衡線與縱坐標(biāo)基本重合，X*=Xh0，00.20.40.60.81.00.10.20.3煙葉木材氯化鋅優(yōu)質(zhì)紙濕含量X相對(duì)濕度一般物料的吸濕性都介于二者之間。三、物料的吸濕性00.20.40.60.81.00.10.四、對(duì)流干燥的基本規(guī)律對(duì)一定干燥任務(wù)，干燥器尺寸取決于干燥時(shí)間和干燥速率。由于干燥過(guò)程的復(fù)雜性，通常干燥速率不是根據(jù)理論進(jìn)行計(jì)算，而是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。為了簡(jiǎn)化影響因素，干燥實(shí)驗(yàn)都是在恒定干燥條件下進(jìn)行的，即在一定的氣－固接觸方式下，固定空氣的溫度、濕度和流過(guò)物料表面的速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為保證恒定干燥條件，采用大量空氣干燥少量物料，以使空氣的溫度、濕度和流速在干燥器中恒定不變。實(shí)驗(yàn)為間歇操作，物料的溫度和含水量隨時(shí)間連續(xù)變化。干燥曲線和干燥速率曲線Dryingcurveanddrying-ratecurve四、對(duì)流干燥的基本規(guī)律對(duì)一定干燥任務(wù)，干燥器尺寸取決于干燥時(shí)（2）恒速段(Constant-rateperiod)（1）預(yù)熱段(Pre-heatperiod)干燥曲線：物料含水量X與干燥時(shí)間的關(guān)系曲線。1、干燥曲線A濕含量XXctwDCBADCBtX*物料表面溫度干燥時(shí)間預(yù)熱段恒速段降速段

（3）降速段(Falling-rateperiod)四、對(duì)流干燥的基本規(guī)律（2）恒速段（1）預(yù)熱段干燥曲線：物料含水量X與1、干2、物料的結(jié)構(gòu)和吸濕性多孔性物料(Porousmedia)：非多孔性物料(Nonporousmedia)：吸濕性物料(Hygroscopicmedia)：非吸濕性物料(Nonhygroscopicmedia)：2、物料的結(jié)構(gòu)和吸濕性多孔性物料(Porousmedia3、干燥速率的定義干燥速率U：干燥器在單位時(shí)間、單位干燥面積上汽化的水分質(zhì)量(kg/m2.s)。微分形式為，3、干燥速率的定義干燥速率U：干燥器在單位時(shí)間、單位干燥面積設(shè)物料的初始濕含量為X1，產(chǎn)品濕含量為X2：當(dāng)X1＞Xc

和X2＜Xc時(shí)，干燥有兩個(gè)階段；當(dāng)X1＜Xc

或X2＞Xc時(shí)，干燥都只有一個(gè)階段，即恒速干燥段。由于物料預(yù)熱段很短，通常將其并入恒速干燥段；以臨界濕含量Xc為界，可將干燥過(guò)程只分為恒速干燥和降速干燥兩個(gè)階段。干燥速率曲線：4、干燥速率曲線ABCD干燥速率U或NABCD物料溫度twXcX*濕含量XIIIC’設(shè)物料的初始濕含量為X1，產(chǎn)品濕含量為X2：由于物料預(yù)熱理論解釋

恒速干燥段：物料表面濕潤(rùn)，X>Xc，汽化的是非結(jié)合水。降速干燥段：X<Xc物料實(shí)際汽化表面變小(出現(xiàn)干區(qū))，第一降速段；汽化表面內(nèi)移，第二降速段；平衡蒸汽壓下降(各種形式的結(jié)合水)；固體內(nèi)部水分?jǐn)U散速度極慢(非多孔介質(zhì))。降速段干燥速率取決于濕份與物料的結(jié)合方式，以及物料的結(jié)構(gòu)，物料外部的干燥條件對(duì)其影響不大。恒定干燥條件下

τ

=tw，p=psα和kp不變由物料內(nèi)部向表面輸送的水份足以保持物料表面的充分濕潤(rùn)，干燥速率由水份汽化速率控制(取決于物料外部的干燥條件)，故恒速干燥段又稱(chēng)為表面汽化控制階段。濕物料與空氣間的q和N恒定理論解釋恒速干燥段：物料表面濕潤(rùn)，X>Xc，汽化的是非思考：1、影響恒速階段干燥速率的因素？2、影響降速階段干燥速率的因素？

取決于物料本身結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與干燥介質(zhì)狀況關(guān)系不大。故降速階段又稱(chēng)物料內(nèi)部遷移控制階段?？諝鈼l件故該階段又稱(chēng)為表面氣化控制階段。3、影響臨界含水量大小的因素？思考：2、影響降速階段干燥速率的因素？取決于物料本身結(jié)構(gòu)臨界濕含量（Criticalmoisturecontent）Xc

決定兩干燥段的相對(duì)長(zhǎng)短，是確定干燥時(shí)間和干燥器尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)制定干燥方案和優(yōu)化干燥過(guò)程十分重要。物料空氣條件臨界濕含量品種厚度mm速度m/s溫度℃相對(duì)濕度%kg水/kg干料粘土6.41.0370.100.11粘土15.91.0320.150.13粘土25.410.6250.400.17高嶺土302.1400.400.181鉻革101.549-1.25砂＜0.044mm252.0540.170.210.044~0.074mm253.4530.140.100.074~0.177mm253.5530.150.0530.208~0.295mm253.5550.170.053新聞紙-0190.351.00鐵杉木254.0220.341.28羊毛織物--25-0.31白嶺粉31.81.0390.200.084白嶺粉6.41.037-0.04白嶺粉169~11260.400.13注意：Xc

與物料的厚度、大小以及干燥速率有關(guān)，所以不是物料本身的性質(zhì)。一般需由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。臨界濕含量（Criticalmoistureconten(1)恒速干燥階段在這一階段，物料表面含有充分的非結(jié)合水分，物料表面的水蒸汽壓與水的飽和蒸汽壓相同，故物料表面的溫度為濕球溫度tw。干燥速度由水在表面汽化的速度控制。水的汽化速率為：干燥速度為：此階段空氣放出的顯熱為：水分汽化所需的熱量為：干燥速度為：

當(dāng)空氣的溫度t、濕度H、流速u(mài)等不變時(shí)，干燥速度為一恒定值。故干燥速度與物料的性質(zhì)關(guān)系不大。HstW、rtW為空氣在濕球溫度下的飽和濕度和汽化潛熱(1)恒速干燥階段在這一階段，物料表面含有充分的非結(jié)合水分，(2)降速干燥階段干燥速度降低的原因：實(shí)際汽化表面減小。由于物料表面水分分布不均勻，局部表面成為干區(qū)。如CD所示，稱(chēng)為第一降速段。汽化面的內(nèi)移。當(dāng)物料表面都成為干區(qū)后，水分的汽化面向物料內(nèi)部遷移。熱、質(zhì)傳遞途徑加長(zhǎng)，如圖中的DE段所示，稱(chēng)為干燥第二降速段。平衡蒸汽壓下降。當(dāng)物料中的非結(jié)合水分已被除盡，結(jié)合水分的平衡蒸汽壓下降，使傳質(zhì)推動(dòng)力(pw-pv)減小，干燥速度降低。(2)降速干燥階段干燥速度降低的原因：實(shí)際汽化表面減小。由于討論(a)恒速階段與降速階段的比較恒速段降速段去除的水分非結(jié)合水非結(jié)合水與結(jié)合水物料表面溫度tM1＝tWtM1=tW~t2影響干燥速度的因素空氣t、H、u及空氣與物料的接觸方式有關(guān)，與固體物料的性質(zhì)無(wú)關(guān)。與固體內(nèi)部的水分的遷移有關(guān)，與外界空氣無(wú)關(guān)。(b)臨界含水量Xc

物料分散越細(xì)，恒速段去除的非結(jié)合水越完全，Xc越小;恒速段干燥速度越快，則可能有更多的內(nèi)部非結(jié)合水分來(lái)不及去除，Xc越大。討論(a)恒速階段與降速階段的比較恒速段降速段去除的水分非第四節(jié)恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算及干燥設(shè)備

若已知物料的初始濕含量X1

和臨界濕含量Xc，則恒速段的干燥時(shí)間為一、恒速干燥段的干燥時(shí)間若傳熱干燥面積S為已知，則由上式求干燥時(shí)間的問(wèn)題歸結(jié)為氣固對(duì)流給熱系數(shù)α的求取。得由第四節(jié)恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算及干燥設(shè)備

若已知物料的一、恒速干燥段的干燥時(shí)間(1)空氣平行流過(guò)靜止物料層的表面L’—濕氣體質(zhì)量流速，kg/(m2·h)；(2)空氣垂直流過(guò)靜止物料層的表面適用條件：L’=2450~29300kg/(m2·h)，氣體溫度45~150℃。適用條件：L’=3900~1950kg/(m2·h)(3)氣體與運(yùn)動(dòng)著的顆粒間的傳熱注意：利用上述方程計(jì)算給熱系數(shù)來(lái)確定干燥速率和干燥時(shí)間，其誤差較大，僅能作為粗略估計(jì)。一、恒速干燥段的干燥時(shí)間(1)空氣平行流過(guò)靜止物料層的表面二、降速干燥段的干燥時(shí)間

(1)圖解積分法降速段的干燥時(shí)間可以從物料干燥曲線上直接讀取。計(jì)算上通常是采用圖解法或解析法。當(dāng)降速段的U~X呈非線性變化時(shí)，應(yīng)采用圖解積分法。在X2~

Xc之間取一定數(shù)量的X值，從干燥速率曲線上查得對(duì)應(yīng)的U，計(jì)算Gc/U；作圖Gc/U~X，計(jì)算曲線下面陰影部分的面積。XoXcX2Gc/U二、降速干燥段的干燥時(shí)間(1)圖解積分法降速段的干燥時(shí)二、降速干燥段的干燥時(shí)間

(2)解析法當(dāng)降速段的U~X呈線性變化時(shí)，可采用解析法。降速段干燥速率曲線可表示為

ABCD干燥速率UXUXcX*濕含量XUc當(dāng)缺乏平衡水分的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可以假設(shè)X*=0，則有干燥時(shí)間為：τ=τ1+τ2二、降速干燥段的干燥時(shí)間(2)解析法當(dāng)降速段的U~干燥實(shí)驗(yàn):將濕物料置于恒定空氣流中進(jìn)行干燥,測(cè)定物料的質(zhì)量隨著干燥時(shí)間的變化規(guī)律.

序號(hào)質(zhì)量時(shí)間率干基含水X1m10X10X1-02m220X220X2－X13m350X330X3－X24m4100X450X4－X35m5150X5506m6200X6507m7250X7508m8320X870mX*返回干燥實(shí)驗(yàn):將濕物料置于恒定空氣流中進(jìn)行干燥,測(cè)定物料的質(zhì)量隨

干燥器干燥器一、常用工業(yè)干燥器廂式干燥器小型的稱(chēng)為烘箱，大型的稱(chēng)為烘房，是典型的常壓、間歇式、對(duì)流干燥設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：物料得不到分散，干燥速率低，熱利用率較差、且產(chǎn)品質(zhì)量不均勻。產(chǎn)量不大。一、常用工業(yè)干燥器廂式干燥器小型的稱(chēng)為烘箱，大型的稱(chēng)為烘房，洞道式干燥器連續(xù)的或半連續(xù)操作適用場(chǎng)合：處理量大、干燥時(shí)間長(zhǎng)的物料優(yōu)、缺點(diǎn)：同廂式干燥器一、常用工業(yè)干燥器洞道式干燥器連續(xù)的或半連續(xù)操作一、常用工業(yè)干燥

主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體。濕物料從高端上部加入，與通過(guò)筒體內(nèi)的熱風(fēng)或加熱壁面進(jìn)行有效接觸被干燥，干燥后的產(chǎn)品從低端下部收集。在干燥過(guò)程中，物料借助于圓筒的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，在重力的作用下從較高一端向較低一端移動(dòng)。筒體內(nèi)壁上裝有抄板，它不斷地把物料抄起又灑下，使物料的熱接觸表面增大，以提高干燥速率并促使物料向前移動(dòng)?；剞D(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)是傳統(tǒng)干燥設(shè)備之一，由于有其他干燥設(shè)備不可替代的一些特點(diǎn)，所以人們?cè)诓粩嗟剡M(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后，目前仍被廣泛使用于冶金、建材、化工等領(lǐng)域。特點(diǎn)：

生產(chǎn)能力大，可連續(xù)操作。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。使用范圍廣，可干燥顆粒物料、膏糊狀物料、甚至液體物料。操作彈性大。一、常用工業(yè)干燥器主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體。濕物料從高端上部加入氣流干燥器適用場(chǎng)合：主要用于干燥晶體和小顆粒物料，尤其是熱敏性、易氧化、不宜粉碎的物料一、常用工業(yè)干燥器氣流干燥器適用場(chǎng)合：主要用于干燥晶體和小顆粒物料，尤其是熱敏

優(yōu)點(diǎn)：

干燥時(shí)間短，干燥效率高。在加料口及其上1m左右的范圍內(nèi)，干燥速率最快。缺點(diǎn)：

系統(tǒng)的流動(dòng)阻力大，要求的廠房高，對(duì)除塵設(shè)備要求嚴(yán)。氣流干燥器一、常用工業(yè)干燥器優(yōu)點(diǎn)：氣流干燥器一、常用工業(yè)干燥器沸騰床干燥器一、常用工業(yè)干燥器沸騰床干燥器一、常用工業(yè)干燥器111122334455661、

濕空氣性質(zhì)及濕度圖：干燥章小結(jié)1、濕空氣性質(zhì)及濕度圖：干燥章小結(jié)化工原理第七章干燥課件化工原理第七章干燥課件4．

干燥動(dòng)力學(xué)：概念：平衡水分自由水分結(jié)合水分非結(jié)合水分恒定干燥條件干燥的兩個(gè)階段（干燥機(jī)理）、臨界含水率XC干燥速率影響NC、XC的因素、影響降速階段干燥速率的因素

5．常用干燥器的結(jié)構(gòu)、適用場(chǎng)合、優(yōu)缺點(diǎn)。

4．干燥動(dòng)力學(xué)：《化工原理》PrinciplesofChemicalEngineering《化工原理》PrinciplesofChemicalE82第七章干燥

Chapter7Drying第七章干燥

Chapter7Dryi83內(nèi)容簡(jiǎn)介

本章主要介紹以濕空氣為干燥介質(zhì)、濕分為水的對(duì)流干燥過(guò)程的理論基礎(chǔ)，對(duì)濕空氣的性質(zhì)、干燥過(guò)程的相平衡、干燥過(guò)程的基本計(jì)算、工業(yè)常用干燥設(shè)備進(jìn)行了較為詳細(xì)的討論。

本章重點(diǎn)①濕空氣性質(zhì)；②固體物料干燥過(guò)程的相平衡；③恒定干燥條件下的干燥曲線和干燥速度曲線；④基本干燥過(guò)程計(jì)算，包括干燥過(guò)程的物料衡算、熱量衡算和干燥時(shí)間的計(jì)算；⑤典型干燥設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

本章難點(diǎn)

濕空氣性質(zhì)中的絕熱飽和溫度tas和濕球溫度tw的概念及二者的異同；內(nèi)容簡(jiǎn)介本章主要介紹以濕空氣為干燥介質(zhì)、概述（Introduction）

一、除濕方法：(1)機(jī)械除濕

(2)吸附去濕法(3)干燥二、干燥分類(lèi)：本章重點(diǎn)：以不飽和熱空氣為干燥介質(zhì)，除去濕物料中水分的連續(xù)對(duì)流干燥過(guò)程。概述（Introduction）一、除濕方法：二、干燥分類(lèi)

由于溫差的存在，氣體以對(duì)流方式向固體物料傳熱，使?jié)穹萜辉诜謮翰畹淖饔孟?，濕份由物料表面向氣流主體擴(kuò)散，并被氣流帶走。三、對(duì)流干燥過(guò)程原理注意：只要物料表面的濕份分壓高于氣體中濕份分壓，干燥即可進(jìn)行，與氣體的溫度無(wú)關(guān)。HtqWtippiM干燥是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過(guò)程由于溫差的存在，氣體以對(duì)流方式向固體物料傳熱，使?jié)穹莞稍镞^(guò)程熱空氣流過(guò)濕物料表面熱量傳遞到濕物料表面濕物料表面水分汽化并被帶走表面與內(nèi)部出現(xiàn)水分濃度差內(nèi)部水分?jǐn)U散到表面?zhèn)鳠徇^(guò)程傳質(zhì)過(guò)程傳質(zhì)過(guò)程五、干燥過(guò)程推動(dòng)力傳質(zhì)推動(dòng)力：P表水>P空水傳熱推動(dòng)力：t空氣>t物表四、對(duì)流干燥過(guò)程實(shí)質(zhì)干燥過(guò)程熱空氣流過(guò)濕物料表面熱量傳遞到濕物料表面濕物料表面水六、干燥介質(zhì)及干燥能進(jìn)行的條件1、干燥介質(zhì)：用來(lái)傳遞熱量（載熱體）和濕份（載濕體）的介質(zhì)。

對(duì)流干燥中的干燥介質(zhì)：不飽和的熱空氣、惰性氣體及煙道氣等。2、干燥能進(jìn)行的條件為：t>tm，pw>pv干燥是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過(guò)程。六、干燥介質(zhì)及干燥能進(jìn)行的條件1、干燥介質(zhì)：用來(lái)傳遞熱量（載88除水分量空氣消耗量干燥產(chǎn)品量熱量消耗干燥時(shí)間物料衡算能量衡算涉及干燥速率和水在氣固相的平衡關(guān)系涉及濕空氣的性質(zhì)七、干燥過(guò)程基本問(wèn)題本章主要介紹運(yùn)用上述基本知識(shí)解決工程中物料干燥的基本問(wèn)題，介紹的范圍主要針對(duì)連續(xù)穩(wěn)態(tài)的干燥過(guò)程。除水分量物料衡算能量衡算涉及干燥速率和水在氣固相的平衡關(guān)系涉第一節(jié)濕空氣的性質(zhì)及濕度圖濕空氣：指絕干空氣與水蒸汽的混合物。濕空氣性質(zhì)一般都以1kg絕干空氣為基準(zhǔn)。

系統(tǒng)總壓P：濕空氣的總壓（kN/m2），即P干空氣與P水之和。干燥過(guò)程中系統(tǒng)總壓基本上恒定不變。且第一節(jié)濕空氣的性質(zhì)及濕度圖濕空氣：指絕干空氣與水蒸汽的混合1.濕份的表示方法對(duì)于空氣-水蒸氣系統(tǒng)Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96kg/kmol濕空氣中水氣的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比。(1)絕對(duì)濕度(濕度)H（Humidity）Kg水蒸汽/kg絕干空氣當(dāng)pv=ps時(shí)，濕度稱(chēng)為飽和濕度，以Hs表示。1.濕份的表示方法對(duì)于空氣-水蒸氣系統(tǒng)Mw=18.02kg/(2)相對(duì)濕度（Relativehumidity）（1）值說(shuō)明濕空氣偏離飽和空氣或絕干空氣的程度，值越小吸濕能力越大；（2）=0

，pV=0時(shí)，表示濕空氣中不含水分，為絕干空氣。=1

，pV=ps時(shí)，表示濕空氣被水汽所飽和，不能再吸濕。相對(duì)濕度：在總壓和溫度一定時(shí)，濕空氣中水汽的分壓p與系統(tǒng)溫度下水的飽和蒸汽壓ps之比的百分?jǐn)?shù)。討論：(2)相對(duì)濕度（Relativehumidity）（1）=f(H,t)（4）

ps隨溫度的升高而增加，H不變提高t，，氣體的吸濕能力增加，故空氣用作干燥介質(zhì)應(yīng)先預(yù)熱。（5）H不變而降低t，，空氣趨近飽和狀態(tài)。當(dāng)空氣達(dá)到飽和狀態(tài)而繼續(xù)冷卻時(shí)，空氣中的水份將呈液態(tài)析出。討論：（3）對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：=f(H,t)討論：（3）對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：2.比容H(Humidvolume)或濕比容(m3/kg絕干氣體)比容：1kg絕干空氣和相應(yīng)水汽體積之和。3.比熱cH(Humidheat)或比熱容KJ/(kg·℃)比熱：1kg絕干空氣及相應(yīng)水汽溫度升高1℃所需要的熱量對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：cg=1.01kJ/(kg·℃)，cv=1.88kJ/(kg·℃)2.比容H(Humidvolume)或濕比容(m4.焓I

(Totalenthalpy)焓：1kg絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之和。一般以0℃為基準(zhǔn)，且規(guī)定在0℃時(shí)絕干空氣和水汽的焓值均為零，則對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：顯熱項(xiàng)汽化潛熱項(xiàng)4.焓I(Totalenthalpy)焓：1kg絕干當(dāng)熱、質(zhì)傳遞達(dá)平衡時(shí)，氣體對(duì)液體的供熱速率恰等于液體汽化的需熱速率時(shí)溫度維持穩(wěn)定5.干燥過(guò)程中的物料溫度

(1)干球溫度t：濕空氣的真實(shí)溫度，簡(jiǎn)稱(chēng)溫度(℃或K)。將溫度計(jì)直接插在濕空氣中即可測(cè)量。(2)空氣的濕球溫度（Wet-bulbtemperature）

a.定義：qN對(duì)流傳熱hkH氣體t,H氣膜對(duì)流傳質(zhì)液滴表面tw,Hw液滴——濕球溫度tw定義式b、計(jì)算當(dāng)熱、質(zhì)傳遞達(dá)平衡時(shí)，氣體對(duì)液體的供熱速率恰等于液體汽化的需①因流速等影響氣膜厚度的因素對(duì)α和kH有相同的作用，可認(rèn)為kH/α與速度等因素?zé)o關(guān)，而僅取決于系統(tǒng)的物性。②飽和氣體:H=Hs，tw=t，即飽和空氣的干、濕球溫度相等。不飽和氣體:H<Hs，tw<t。對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：結(jié)論：

tw=f(t,H)，氣體的t

和H

一定，tw為定值。討論①因流速等影響氣膜厚度的因素對(duì)α和kH有相同的作用，濕球溫度計(jì)測(cè)定濕球溫度的條件是保證純對(duì)流傳熱，即氣體應(yīng)有較大的流速和不太高的溫度，否則，熱傳導(dǎo)或熱輻射的影響不能忽略，測(cè)得的濕球溫度會(huì)有較大的誤差。通過(guò)測(cè)定氣體的干球溫度和濕球溫度，可以計(jì)算氣體的濕度：氣體ttwC、濕球溫度的測(cè)定

濕球溫度計(jì)測(cè)定濕球溫度的條件是保證純對(duì)流傳熱，即氣體11(3)絕熱飽和冷卻溫度tas絕熱飽和冷卻溫度：不飽和的濕空氣等焓降溫到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度。高溫不飽和空氣與水在絕熱條件下進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)并達(dá)到平衡狀態(tài)的過(guò)程。達(dá)到平衡時(shí)，空氣與水溫度相等，空氣被水的蒸汽所飽和。由于ras和Has是tas的函數(shù)，故絕熱飽和溫度tas是氣體溫度t和濕度H的函數(shù)。已知

t和H，可以試差求解tas。對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：絕熱飽和過(guò)程(Adiabaticsaturationprocess)：(3)絕熱飽和冷卻溫度tas絕熱飽和冷卻溫度：不飽和的濕空氣(4)露點(diǎn)td溫度為t的不飽和空氣在等濕下冷卻至溫度等于td的飽和狀態(tài)，此時(shí)H=Hs,td。露點(diǎn)：不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度，以td表示；相應(yīng)的濕度為飽和濕度，以Hs,td表示。處于露點(diǎn)溫度的濕空氣的相對(duì)濕度=1，空氣濕度達(dá)到飽和濕度，濕空氣中水汽分壓等于露點(diǎn)溫度下水的飽和蒸氣壓，則水蒸氣-空氣系統(tǒng)：不飽和空氣t>tas（或tw）>td；飽和空氣t=tas=td

(4)露點(diǎn)td溫度為t的不飽和空氣在等濕下冷卻至溫度等6、氣體濕度圖（Humiditychart）等濕線等焓線等溫線飽和空氣線p-H線6、氣體濕度圖（Humiditychart）等濕線等焓線等

空氣的濕度圖及應(yīng)用空氣的濕度圖及應(yīng)用A、空氣濕度圖的繪制（Humiditychart）對(duì)于空氣-水系統(tǒng)，tas

tw，等tas線可近似作為等tw線。每一條絕熱冷卻線上所有各點(diǎn)都具有相同的tas。。(1)等濕度線(等H線)(2)等焓線（等I線）對(duì)給定的tas：t=f(H)在同一條等濕線上不同點(diǎn)所代表的濕空氣狀態(tài)不同，但H相同，露點(diǎn)是將濕空氣等H冷卻至=1時(shí)的溫度。A、空氣濕度圖的繪制（Humiditychart）對(duì)于空(3)等干球溫度線(等t線)

I與H呈直線關(guān)系，t越高，等t線的斜率越大，讀數(shù)0-250oC。(4)等相對(duì)濕度線(等線)總壓P一定，對(duì)給定的：因ps=f(t)，故H=f(t)。(5)蒸氣分壓線總壓P一定，

ps=f(H)，p-H

近似為直線關(guān)系。(3)等干球溫度線(等t線)I與H呈直線關(guān)系，tB、空氣濕焓圖的用法（Useofhumiditychart）

兩個(gè)參數(shù)在曲線上能相交于一點(diǎn)，即這兩個(gè)參數(shù)是獨(dú)立參數(shù)，這些參數(shù)才能確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)。=100%，空氣達(dá)到飽和，無(wú)吸濕能力。<100%，屬于未飽和空氣，可作為干燥介質(zhì)。越小，干燥條件越好。1、確定空氣的干燥條件2、確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)，查找其它參數(shù)B、空氣濕焓圖的用法（Useofhumiditycha濕度圖的使用①空氣狀態(tài)的確定：已知空氣的任何兩個(gè)參數(shù)即可確定其狀態(tài)。濕度圖的使用①空氣狀態(tài)的確定：已知空氣的任何兩個(gè)參數(shù)即可確②空氣的加熱與冷卻過(guò)程

加熱：空氣的φ減小，表明空氣接收水汽的能力加強(qiáng)②空氣的加熱與冷卻過(guò)程

加熱：空氣的φ減小，表明空氣接收水②空氣的加熱與冷卻過(guò)程

冷卻：t＜td時(shí)，空氣的H不變；t=td時(shí)，有水冷凝②空氣的加熱與冷卻過(guò)程

冷卻：t＜td時(shí)，空氣的H不變；t③兩股氣流的混合混合后的空氣狀態(tài)點(diǎn)3必在12的聯(lián)線上，其位置可由杠桿規(guī)則出。③兩股氣流的混合混合后的空氣狀態(tài)點(diǎn)3必在12的聯(lián)線上，其位置④絕熱增濕過(guò)程：可近似認(rèn)為等焓過(guò)程

④絕熱增濕過(guò)程：可近似認(rèn)為等焓過(guò)程

等濕線等焓線等溫線p-H線相對(duì)濕度線等濕線等焓線等溫線p-H線相對(duì)濕度線濕空氣性質(zhì)的總結(jié)在總壓一定的情況下，空氣的狀態(tài)由兩個(gè)參數(shù)確定，其他參數(shù)可查圖或計(jì)算求得；

不飽和空氣：φ＜1，t＞tw＝tas＞td

飽和空氣：φ＝1，t=tw＝tas＝td濕空氣性質(zhì)的總結(jié)在總壓一定的情況下，空氣的狀態(tài)由兩個(gè)參數(shù)確定

第二節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算物料衡算熱量衡算第二節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算物料衡算

一、物料衡算1、物料含水量的表示方法3、空氣用量的確定②干基含水率：干燥器空氣Lt0,H0,I0預(yù)熱器

Lt1,H1,I1

Lt2,H2,I2物料G1,1,X1,I1’物料G2,

2，X2,I2’2、水分蒸發(fā)量W

①濕基含水率：一、物料衡算1、物料含水量的表示方法3、空氣用量的物料衡算（Massbalance）濕物料G1,

w1干燥產(chǎn)品G2,

w2熱空氣L,H1濕廢氣體L,H23、絕干空氣消耗量絕干空氣比消耗2、水分蒸發(fā)量物料衡算（Massbalance）濕物料干燥產(chǎn)品熱空氣濕二、熱量衡算

1、預(yù)熱器的熱量衡算以預(yù)熱器作控制體2、干燥器的熱量衡算：以干燥器為控制體空氣Lt0,H0,I0預(yù)熱器Qp

Lt1,H1,I1干燥器物料G,1，X1，I1’物料G,

2，X2

Vt2,H2,I2QLQDI2’二、熱量衡算

1、預(yù)熱器的熱量衡算2、干燥器的熱量衡算：以干燥器的熱效率定義為：提高干燥器熱效率的方法有：(a)減少干燥器的熱損失QL↓(b)降低空氣出干燥器的溫度t2或提高H2?；虿捎脧U氣循環(huán)、中間加熱的方式。3、干燥器的熱效率

若忽略濕物料中水分帶入系統(tǒng)中的焓有：干燥器的熱效率定義為：提高干燥器熱效率的方法有：(a)減少干三、空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化1、等焓干燥過(guò)程(又稱(chēng)絕熱干燥、理想干燥)條件：QD=0QL=0G（I′2-I′1）=0代入上式得I2=I1QD=L（I2-I1）+G（I′2-I′1）+QL兩式相加得：Qp=L（I1-I0）QD+L（I1-I0）=L（I2-I0）+G（I′2-I′1）+QL依此式分析焓變化H0t0I0H2t2I2G1X1

1I′1G2X22

I′2H1

t1

I1QD

Qp補(bǔ)充熱三、空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化1、等焓干燥過(guò)程(又三、空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化2、非等焓干燥過(guò)程QD=L（I2-I1）+G（I′2-I′1）+QL兩式相加得：Qp=L（I1-I0）QD+L（I1-I0）=L（I2-I0）+G（I′2-I′1）+QL依此式分析焓變化條件：（1）QD=0QL≠0G（I′2-I′1）≠0得：I1>I2BC1線在BC線下方（2）QD>QL+G（I′2-I′1）得：I1<I2BC2線在BC線上方（3）等溫下進(jìn)行，BC3線三、空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化2、非等焓干燥過(guò)程QD=*例

某濕物料在氣流干燥管內(nèi)進(jìn)行干燥，濕物料的處理量為0.5kg/s，濕物料的含水量為5％，干燥后物料的含水量為1％（皆為濕基）?？諝獾某跏紲囟葹?0℃，濕含量為0.005kg/kg絕干氣。若將空氣預(yù)熱至150℃進(jìn)入干燥器，并假設(shè)物料所有水分皆在表面汽化階段除去，干燥管保溫良好，(氣體在干燥管內(nèi)為等焓過(guò)程)試求：1、當(dāng)氣體出口溫度選定為70℃，預(yù)熱器提供的熱量及熱效率？2、當(dāng)氣體的出口溫度為42℃，預(yù)熱器提供的熱量及熱效率有何變化？3、若氣體離開(kāi)干燥管后，因在管道及旋風(fēng)分離器中散熱溫度下降了10℃，分別判斷以上兩種情況物料是否會(huì)發(fā)生返潮的現(xiàn)象？*例某濕物料在氣流干燥管內(nèi)進(jìn)行干燥，濕物料的處理量解1、氣體在干燥管內(nèi)為等焓過(guò)程。

t0=20℃，t1=150℃，t2=70℃

H1＝H0=0.005kg/kg絕干氣解1、氣體在干燥管內(nèi)為等焓過(guò)程。

t02、t2=42℃討論：降低廢氣的出口溫度，所需的空氣用量及傳熱量愈小，熱效率越高。2、t2=42℃討論：降低廢氣的出口溫度，所需的空氣用量及傳3、物料的返潮第一種情況：露點(diǎn)td=34.7℃。空氣出旋風(fēng)分離器的溫度為60℃，未達(dá)到空氣的露點(diǎn)，不會(huì)有水珠析出。第二種情況：露點(diǎn)td=39.6℃?？諝獬鲂L(fēng)分離器的溫度為32℃，達(dá)到空氣的露點(diǎn)，有水珠析出。討論：t2過(guò)低，可能會(huì)使物料返潮。3、物料的返潮第一種情況：露點(diǎn)td=34.7℃。空氣出旋風(fēng)分一、濕份在氣體和固體間的平衡關(guān)系

濕份的傳遞方向(干燥或吸濕)和限度(干燥程度)由濕份在氣體和固體兩相間的平衡關(guān)系決定。pXpsXh1、平衡狀態(tài)：直到濕份在物料表面的蒸汽壓等于氣體中的濕份分壓。2、平衡含水量：平衡狀態(tài)下物料的含水量。不僅取決于氣體的狀態(tài)，還與物料的種類(lèi)有很大的關(guān)系。X*p第三節(jié)干燥的平衡關(guān)系及干燥速率一、濕份在氣體和固體間的平衡關(guān)系pXpsXh1、平衡狀態(tài)：1、平衡水分和自由水分

平衡水分：低于平衡含水量X*的水分，是不可除水分。自由水分：高于平衡含水量X*的水分，是可除水分。二、物料中的水分影響平衡水分大小的因素：（1）物料的種類(lèi)；（2）空氣的狀態(tài)。按所含水分在一定的條件下能否用對(duì)流干燥的方法將除去來(lái)劃分1、平衡水分和自由水分二、物料中的水分影響平衡水分大小的因具有和獨(dú)立存在的水相同的蒸汽壓和汽化能力。易被除去。結(jié)合水分：與物料存在某種形式的結(jié)合，其汽化能力比獨(dú)立存在的水要低，水分與物料結(jié)合力強(qiáng)。較難除去二、物料中的水分結(jié)合水分按結(jié)合方式可分為：吸附水分、毛細(xì)管水分、溶漲水分(物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分)和化學(xué)結(jié)合水分(結(jié)晶水)。2、結(jié)合水分與非結(jié)合水分(按水分除去的難易)非結(jié)合水分：與物料機(jī)械形式的結(jié)合，附著在物料表面的水，在一定溫度下，物料中的結(jié)合水與非結(jié)合水的劃分，只取決于物料本身的特性，而與其接觸的空氣無(wú)關(guān)。二、物料中的水分結(jié)合水分按結(jié)合方式可分為：吸附水分、毛細(xì)管水三、物料的吸濕性

強(qiáng)吸濕性物料：與水分的結(jié)合力很強(qiáng)，平衡濕含量很大。非吸濕性物料：與水結(jié)合力很弱，平衡線與縱坐標(biāo)基本重合，X*=Xh0，00.20.40.60.81.00.10.20.3煙葉木材氯化鋅優(yōu)質(zhì)紙濕含量X相對(duì)濕度一般物料的吸濕性都介于二者之間。三、物料的吸濕性00.20.40.60.81.00.10.四、對(duì)流干燥的基本規(guī)律對(duì)一定干燥任務(wù)，干燥器尺寸取決于干燥時(shí)間和干燥速率。由于干燥過(guò)程的復(fù)雜性，通常干燥速率不是根據(jù)理論進(jìn)行計(jì)算，而是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。為了簡(jiǎn)化影響因素，干燥實(shí)驗(yàn)都是在恒定干燥條件下進(jìn)行的，即在一定的氣－固接觸方式下，固定空氣的溫度、濕度和流過(guò)物料表面的速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為保證恒定干燥條件，采用大量空氣干燥少量物料，以使空氣的溫度、濕度和流速在干燥器中恒定不變。實(shí)驗(yàn)為間歇操作，物料的溫度和含水量隨時(shí)間連續(xù)變化。干燥曲線和干燥速率曲線Dryingcurveanddrying-ratecurve四、對(duì)流干燥的基本規(guī)律對(duì)一定干燥任務(wù)，干燥器尺寸取決于干燥時(shí)（2）恒速段(Constant-rateperiod)（1）預(yù)熱段(Pre-heatperiod)干燥曲線：物料含水量X與干燥時(shí)間的關(guān)系曲線。1、干燥曲線A濕含量XXctwDCBADCBtX*物料表面溫度干燥時(shí)間預(yù)熱段恒速段降速段

（3）降速段(Falling-rateperiod)四、對(duì)流干燥的基本規(guī)律（2）恒速段（1）預(yù)熱段干燥曲線：物料含水量X與1、干2、物料的結(jié)構(gòu)和吸濕性多孔性物料(Porousmedia)：非多孔性物料(Nonporousmedia)：吸濕性物料(Hygroscopicmedia)：非吸濕性物料(Nonhygroscopicmedia)：2、物料的結(jié)構(gòu)和吸濕性多孔性物料(Porousmedia3、干燥速率的定義干燥速率U：干燥器在單位時(shí)間、單位干燥面積上汽化的水分質(zhì)量(kg/m2.s)。微分形式為，3、干燥速率的定義干燥速率U：干燥器在單位時(shí)間、單位干燥面積設(shè)物料的初始濕含量為X1，產(chǎn)品濕含量為X2：當(dāng)X1＞Xc

和X2＜Xc時(shí)，干燥有兩個(gè)階段；當(dāng)X1＜Xc

或X2＞Xc時(shí)，干燥都只有一個(gè)階段，即恒速干燥段。由于物料預(yù)熱段很短，通常將其并入恒速干燥段；以臨界濕含量Xc為界，可將干燥過(guò)程只分為恒速干燥和降速干燥兩個(gè)階段。干燥速率曲線：4、干燥速率曲線ABCD干燥速率U或NABCD物料溫度twXcX*濕含量XIIIC’設(shè)物料的初始濕含量為X1，產(chǎn)品濕含量為X2：由于物料預(yù)熱理論解釋

恒速干燥段：物料表面濕潤(rùn)，X>Xc，汽化的是非結(jié)合水。降速干燥段：X<Xc物料實(shí)際汽化表面變小(出現(xiàn)干區(qū))，第一降速段；汽化表面內(nèi)移，第二降速段；平衡蒸汽壓下降(各種形式的結(jié)合水)；固體內(nèi)部水分?jǐn)U散速度極慢(非多孔介質(zhì))。降速段干燥速率取決于濕份與物料的結(jié)合方式，以及物料的結(jié)構(gòu)，物料外部的干燥條件對(duì)其影響不大。恒定干燥條件下

τ

=tw，p=psα和kp不變由物料內(nèi)部向表面輸送的水份足以保持物料表面的充分濕潤(rùn)，干燥速率由水份汽化速率控制(取決于物料外部的干燥條件)，故恒速干燥段又稱(chēng)為表面汽化控制階段。濕物料與空氣間的q和N恒定理論解釋恒速干燥段：物料表面濕潤(rùn)，X>Xc，汽化的是非思考：1、影響恒速階段干燥速率的因素？2、影響降速階段干燥速率的因素？

取決于物料本身結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與干燥介質(zhì)狀況關(guān)系不大。故降速階段又稱(chēng)物料內(nèi)部遷移控制階段。空氣條件故該階段又稱(chēng)為表面氣化控制階段。3、影響臨界含水量大小的因素？思考：2、影響降速階段干燥速率的因素？取決于物料本身結(jié)構(gòu)臨界濕含量（Criticalmoisturecontent）Xc

決定兩干燥段的相對(duì)長(zhǎng)短，是確定干燥時(shí)間和干燥器尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)制定干燥方案和優(yōu)化干燥過(guò)程十分重要。物料空氣條件臨界濕含量品種厚度mm速度m/s溫度℃相對(duì)濕度%kg水/kg干料粘土6.41.0370.100.11粘土15.91.0320.150.13粘土25.410.6250.400.17高嶺土302.1400.400.181鉻革101.549-1.25砂＜0.044mm252.0540.170.210.044~0.074mm253.4530.140.100.074~0.177mm253.5530.150.0530.208~0.295mm253.5550.170.053新聞紙-0190.351.00鐵杉木254.0220.341.28羊毛織物--25-0.31白嶺粉31.81.0390.200.084白嶺粉6.41.037-0.04白嶺粉169~11260.400.13注意：Xc

與物料的厚度、大小以及干燥速率有關(guān)，所以不是物料本身的性質(zhì)。一般需由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。臨界濕含量（Criticalmoistureconten(1)恒速干燥階段在這一階段，物料表面含有充分的非結(jié)合水分，物料表面的水蒸汽壓與水的飽和蒸汽壓相同，故物料表面的溫度為濕球溫度tw。干燥速度由水在表面汽化的速度控制。水的汽化速率為：干燥速度為：此階段空氣放出的顯熱為：水分汽化所需的熱量為：干燥速度為：

當(dāng)空氣的溫度t、濕度H、流速u(mài)等不變時(shí)，干燥速度為一恒定值。故干燥速度與物料的性質(zhì)關(guān)系不大。HstW、rtW為空氣在濕球溫度下的飽和濕度和汽化潛熱(1)恒速干燥階段在這一階段，物料表面含有充分的非結(jié)合水分，(2)降速干燥階段干燥速度降低的原因：實(shí)際汽化表面減小。由于物料表面水分分布不均勻，局部表面成為干區(qū)。如CD所示，稱(chēng)為第一降速段。汽化面的內(nèi)移。當(dāng)物料表面都成為干區(qū)后，水分的汽化面向物料內(nèi)部遷移。熱、