熱工基礎(chǔ)與設(shè)備第3章-干燥

第三章干燥

重點(diǎn)：濕空氣的性質(zhì)、空氣的I-X圖、連續(xù)干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算、干燥機(jī)理、干燥曲線難點(diǎn)：空氣的I-X圖、干燥機(jī)理；在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中所得到的固態(tài)產(chǎn)品或半成品往往含有過(guò)多的水分或有機(jī)溶劑(濕份)，要制得合格的產(chǎn)品需要除去固體物料中多余的濕份。干燥：利用熱能將固體物料中的水分蒸發(fā)并排除的過(guò)程稱為干燥。干燥過(guò)程：蒸發(fā)、內(nèi)擴(kuò)散、外擴(kuò)散。是傳熱、傳質(zhì)的綜合過(guò)程。去濕：除去物料中的水分和或其它溶劑（統(tǒng)稱為濕分）的過(guò)程。一、固體物料的去濕方法：機(jī)械去濕法：即通過(guò)過(guò)濾、壓榨、抽吸和離心分離等方法除去濕分。物理化學(xué)去濕法：用吸濕性物料如石灰、無(wú)水氯化鈣等吸收水分。該法費(fèi)用高，操作麻煩，只適用于小批量固體物料的去濕，或用于除去氣體中的水分。熱能去濕法：如蒸發(fā)、干燥等 二、干燥過(guò)程的分類(lèi)1、按操作壓力分：常壓干燥真空干燥2、按操作方式分：連續(xù)式干燥間歇式干燥3、按給濕物料提供熱能的方式分：①傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）：將熱能以傳導(dǎo)的方式通過(guò)金屬壁面?zhèn)鹘o濕物料。特點(diǎn)：熱能利用率高。②對(duì)流干燥（直接加熱干燥）：將熱能以對(duì)流的方式傳給與其直接接觸的濕物料。特點(diǎn)：熱能利用率比傳導(dǎo)干燥低。③輻射干燥：熱能以電磁波的形式由輻射器發(fā)射，射至濕物料表面被其吸收再轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。④介電加熱干燥：將需要干燥的物料置于高頻電場(chǎng)的交變作用使物料加熱而達(dá)到干燥。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。三、對(duì)流干燥過(guò)程1、對(duì)流干燥的流程空氣預(yù)熱器干燥器廢氣濕物料干燥產(chǎn)品2、對(duì)流干燥的特點(diǎn)濕物料ttwpspwQN必要條件：是物料表面所產(chǎn)生的是水蒸汽（或其它蒸汽）壓力要大于干燥介質(zhì)中水汽（或其它蒸汽）的分壓。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)。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。對(duì)流干燥過(guò)程原理溫度為t、濕份分壓為p的濕熱氣體流過(guò)濕物料的表面，物料表面溫度ti低于氣體溫度t。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)。氣體預(yù)熱并不是干燥的充要條件，其目的在于加快濕份汽化和物料干燥的速度，達(dá)到一定的生產(chǎn)能力。HtQWtippiM干燥是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過(guò)程干燥過(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)程干燥過(guò)程推動(dòng)力傳質(zhì)推動(dòng)力：物料表面水分壓P表水

>熱空氣中的水分壓P空水傳熱推動(dòng)力：熱空氣的溫度t空氣

>物料表面的溫度t物表對(duì)流干燥過(guò)程實(shí)質(zhì)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)干燥過(guò)程基本問(wèn)題解決這些問(wèn)題需要掌握的基本知識(shí)有：(1)濕分在氣固兩相間的傳遞規(guī)律；(2)濕氣體的性質(zhì)及在干燥過(guò)程中的狀態(tài)變化；(3)物料的含水類(lèi)型及在干燥過(guò)程中的一般特征；(4)干燥過(guò)程中物料衡算關(guān)系、熱量衡算關(guān)系和速率關(guān)系。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。

濕空氣：指絕干空氣與水蒸汽的混合物。在干燥過(guò)程中，隨著濕物料中水份的汽化，濕空氣中水份含量不斷增加，但絕干空氣的質(zhì)量保持不變。因此，濕空氣性質(zhì)一般都以1kg絕干空氣為基準(zhǔn)。

操作壓強(qiáng)不太高時(shí)，空氣可視為理想氣體。系統(tǒng)總壓P

：濕空氣的總壓（kN/m2），即P干空氣與Pw之和。干燥過(guò)程中系統(tǒng)總壓基本上恒定不變。且干燥操作通常在常壓下進(jìn)行，常壓干燥的系統(tǒng)總壓接近大氣壓力，熱敏性物料的干燥一般在減壓下操作。

第一節(jié)濕空氣一、濕空氣的主要參數(shù)

1、水蒸氣分壓pw

空氣中水蒸氣分壓愈大，水分含量就愈高，根據(jù)氣體分壓定律，則有2、絕對(duì)濕度(humidity)

它以每立方米濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量來(lái)表，使用符號(hào)rw，其單位為：kg/m3或g/m3。絕對(duì)濕度在數(shù)值上就是水蒸氣在其分壓及濕空氣溫度下的密度。

在飽和狀態(tài)時(shí)，濕空氣中絕對(duì)濕度rs3、

相對(duì)濕度

φ當(dāng)pv=0時(shí)，φ=0，表示濕空氣不含水分，即為絕干空氣。當(dāng)pv=ps時(shí)，φ=1，表示濕空氣為飽和濕空氣。當(dāng)pv<ps時(shí)，φ<1，表示濕空氣為未飽和濕空氣。

在一定溫度及總壓下，濕空氣的水汽分壓pv

與同溫度下水的飽和蒸汽壓pS

之比的百分?jǐn)?shù)，稱為相對(duì)濕度(relativehumidity)，用符號(hào)φ表示，即

相對(duì)濕度（Relativehumidity）若t<總壓下濕空氣的沸點(diǎn)，0100%；若t>總壓下濕空氣的沸點(diǎn)，濕份ps>P，最大(空氣全為水汽)<100%。故工業(yè)上常用過(guò)熱蒸汽做干燥介質(zhì)；若t>濕份的臨界溫度，氣體中的濕份已是真實(shí)氣體，此時(shí)=0，理論上吸濕能力不受限制。=f(r,t)

ps隨溫度的升高而增加，

rw

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。rw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。

4、

濕含量(humidity)x----容納水分的能力

又稱為比濕度。它以濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕對(duì)干空氣的質(zhì)量之比表示，使用符號(hào)X，其單位為：kg/kg干空氣。常溫下，濕空氣可視為理想氣體，則有5.熱含量I

(Totalenthalpy)熱含量：1kg絕干空氣的熱含量與相應(yīng)水汽的熱含量之和，以I表示，單位為KJ/kg干空氣。由于熱含量是相對(duì)值，計(jì)算熱含量值時(shí)必須規(guī)定基準(zhǔn)狀態(tài)和基準(zhǔn)溫度，一般以0℃為基準(zhǔn)，且規(guī)定在0℃時(shí)絕干空氣和水汽的熱含量值均為零，則對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：顯熱項(xiàng)汽化潛熱項(xiàng)6.干燥過(guò)程中的物料溫度

(1)干球溫度td：濕空氣的真實(shí)溫度，簡(jiǎn)稱溫度(℃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）

qN對(duì)流傳熱hkH氣體t,X氣膜對(duì)流傳質(zhì)液滴表面tw,Xw液滴氣體ttw對(duì)于某一定溫度的濕空氣，其濕含量X越大，濕球溫度值tw越高。對(duì)于飽和濕空氣而言，其濕球溫度與干球溫度相等。在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，空氣向濕紗布表面的傳熱速率為：Q=αA（t-tw）氣膜中水氣向空氣的傳遞速率為：N=kH（Xw-X）A在穩(wěn)定狀態(tài)下，傳熱速率和傳質(zhì)速率之間的關(guān)系為：Q=Nrw濕球溫度實(shí)際上是濕紗布中水分的溫度，而并不代表空氣的真實(shí)溫度，由于此溫度由濕空氣的溫度、濕度所決定，故稱其為濕空氣的濕球溫度，所以它是表明濕空氣狀態(tài)或性質(zhì)的一種參數(shù)。強(qiáng)調(diào)：——

濕球溫度tw定義式

飽和氣體:X=Xw=Xs，tw=td，即飽和空氣的干、濕球溫度相等。不飽和氣體:X<Xs，tw<td。對(duì)于空氣-水系統(tǒng)：

結(jié)論：

tw=f(t,X)，氣體的t和X一定，tw為定值。

——

濕球溫度tw定義式(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Xas是tas的函數(shù)，故絕熱飽和溫度tas是氣體溫度t和濕度X的函數(shù)。已知t和X，可以試差求解tas。絕熱飽和過(guò)程(Adiabaticsaturationprocess)：絕熱飽和溫度tas

空氣tas，Xas，I2空氣t，X，I1補(bǔ)充水

tas水tas絕熱降溫增濕過(guò)程及等焓過(guò)程

在空氣絕熱增濕過(guò)程中，空氣失去的是顯熱，而得到的是汽化水帶來(lái)的潛熱，空氣的溫度和濕度雖隨過(guò)程的進(jìn)行而變化，但其焓值不變。形成原理：

絕熱增濕過(guò)程進(jìn)行到空氣被水汽所飽和，則空氣的溫度不再下降，而等于循環(huán)水的溫度，稱此溫度為該空氣的絕熱飽和溫度，用符號(hào)tas

表示，其對(duì)應(yīng)的飽和濕度為Xas，此刻水的溫度亦為tas。

實(shí)驗(yàn)測(cè)定表明，對(duì)于在湍流狀態(tài)下的空氣－水蒸氣系統(tǒng)而言，a/kX≈CX

，同時(shí)r00≈rw，故在一定溫度t和濕含量X下，有強(qiáng)調(diào)：絕熱飽和溫度tas與濕球溫度tw是兩個(gè)完全不的概念。但是兩者都是濕空氣狀態(tài)(t和X)的函數(shù)。特別是對(duì)空氣－水氣系統(tǒng)，兩者在數(shù)值上近似相等，對(duì)其他系統(tǒng)而言，不存在此關(guān)系。參數(shù)濕球溫度絕熱飽和溫度空氣特點(diǎn)空氣多，水分少空氣一定，大量水水汽化所需熱來(lái)自水溫下降來(lái)自空氣（氣溫下降）物理含義熱、質(zhì)速率達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡絕熱冷卻增濕至飽和空氣性質(zhì)溫度，濕度不變溫度下降，濕度增大性質(zhì)空氣狀態(tài)函數(shù)空氣狀態(tài)函數(shù)聯(lián)系對(duì)空氣--水汽系統(tǒng)，當(dāng)空氣流速較大時(shí)，二者相等(4)露點(diǎn)td，p

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,p表示；相應(yīng)的濕含量為飽和濕含量，以Xs表示。處于露點(diǎn)溫度的濕空氣的相對(duì)濕度=

1，空氣濕含量達(dá)到飽和濕含量，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

分析：⑴相對(duì)濕度Φ1----由X求Φ1（查20℃時(shí)水的飽和蒸汽壓ps=2.334kpa）空氣中的水氣分壓為：

⑵Φ2-----溫度提高后，Ps提高，X不變且pw不變，即空氣中水汽分壓未變。【例7-1】濕空氣在總壓101.3kpa、干球溫度為20℃下，濕含量為0.01kg/Kg絕干空氣,求：⑴相對(duì)濕度⑵溫度提高到50℃，計(jì)算相對(duì)濕度⑶總壓提高到125kpa，溫度為20℃，計(jì)算相對(duì)濕度⑷如總壓提高到250kpa，溫度維持20℃不變，計(jì)算每100m3原來(lái)濕空氣所冷凝出來(lái)的水分量。⑵Φ2-----溫度提高后-----Φ減小查附錄ps=14.99kPa,

φ2=pw/ps=1.603/14.99=10.7%⑶Φ3---溫度不變，H不變，總壓改變，則水汽分壓為：總壓增大，相對(duì)濕度增大，吸收水分的能力降低。⑷總壓P增大----求Xs----析出的水量。當(dāng)總壓為101.3kPa時(shí)，空氣中水氣分壓為1.603kPa，現(xiàn)總壓為250kPa，約為原總壓的2.5倍，因pw與p成正比，則理論上水氣分壓可達(dá)到pw=2.5×1.603=4.01kPa，但實(shí)際上20℃下水的飽和蒸汽壓ps=2.334kPa，因此在加壓中必有水析出，空氣中水氣分壓保持不變，空氣濕含量變?yōu)轱柡蜐窈?，即：Xs=0.622ps/(p-ps)=0.622×2.334/(259-2.334)=0.00586加壓前空氣濕含量X=0.01kg水/kg干空氣加壓后每kg干空氣所冷凝水分量為：△X=X-Xs=0.01-0.00586=0.00414kg水/kg干空氣原空氣比容為：

vX=(0.772+1.244X)(273+T)/273=0.842m3/kg干空氣則100m3原濕空氣所冷凝水分量為：

W＝100×0.00414/0.842=0.492kg[結(jié)論]1·當(dāng)總壓一定時(shí)，氣體溫度越高，其容納水分的最大能力越大。（為何預(yù)熱）2·溫度一定時(shí)，總壓增大，空氣容納水分的最大能力下降，從而干燥多在常壓或真空條件下進(jìn)行。二、濕度圖（Humiditychart）濕空氣參數(shù)的計(jì)算比較繁瑣，甚至需要試差。為了方便和直觀，通常使用濕度圖。等濕線等熱含量線等溫線飽和空氣線p-H線空氣濕度圖的繪制（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。物理意義：以絕熱冷卻線上所有各點(diǎn)為始點(diǎn)，經(jīng)過(guò)絕熱飽和過(guò)程到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，所有各狀態(tài)的氣體的溫度都變?yōu)橥粶囟?。橫坐標(biāo)：空氣的濕度，所有的豎線為等濕含量線。右側(cè)縱坐標(biāo)：空氣的干球溫度，所有縱線為等溫線。(1)等濕含量線(等X線)對(duì)給定的tas：t=f(X)在同一條等濕含量線上不同點(diǎn)所代表的濕空氣狀態(tài)不同，但X相同，露點(diǎn)是將濕空氣等X冷卻至=1時(shí)的溫度。(2)等干球溫度線(等t線)

I與X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

X=f(t)。(5)蒸氣分壓線總壓P一定，

ps=f(X)，p-X近似為直線關(guān)系。(3)等熱含量線（等I線）AEDFBCtwtd,p

φ=1XpI

干球溫度td、露點(diǎn)td,p、濕球溫度tw（或絕熱飽和溫度tas）都是由等t線確定的。

根據(jù)濕空氣任意兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，就可以在I-X圖上確定該空氣的狀態(tài)點(diǎn)，然后查出空氣的其他性質(zhì)。

非獨(dú)立的參數(shù)如：td,p~X，p~X，td,p~p，tw~I，tas~I等，它們均在同一等X線或等I線上。三、濕焓圖的應(yīng)用舉例1、確定濕空氣的參數(shù)

通常根據(jù)下述已知條件之一來(lái)確定濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)，已知條件是：0HA

φ=1ttwI1230HA

φ=1tTd,PI1230HA

φ=1tIφ12（１）濕空氣的干球溫度t和濕球溫度tw；（２）濕空氣的干球溫度t和露點(diǎn)td,P

；（３）濕空氣的干球溫度t和相對(duì)濕度φ。2、冷熱空氣的混合設(shè)n為每千克干熱空氣需要混合的干冷空氣的千克數(shù)0B(I1,t1,X1)

φ=1t1t0It2M(I2,t2,X2)A(I0,t0,X0)X1X2X0【例7-2】已知濕空氣的總壓為101.3kN/m2,濕度為X=0.02kg/kg干空氣，干球溫度為70oC。試用I-X圖求解：(a)水蒸汽分壓pw；(b)相對(duì)濕度φ

；(c)熱焓Ｉ；(d)露點(diǎn)td,p

；(e)濕球溫度tw

；解由已知條件：Ｐ＝101.3kN/m2，X=0.02kg/kg干空氣，t=20oC，在I-X圖上定出濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)Ａ點(diǎn)。

pw=3kN/m2

φ=10%

I＝122kJ/kg干空氣

td,p=24oC

tw=33oC第三節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算

干燥過(guò)程的計(jì)算中應(yīng)通過(guò)干燥器的物料衡算和熱量衡算計(jì)算出濕物料中水分蒸發(fā)、空氣用量和所需熱量，再依此選擇適宜型號(hào)的鼓風(fēng)機(jī)、設(shè)計(jì)或選擇換熱器等。干燥流程如下圖所示

空氣I0,X0,t0熱空氣I1,X1,t1Qp

廢氣I2,X2,t2預(yù)熱器干燥器濕物料G1,q1,w1干物料G2,q2,w2一、物料含水量的表示方法

1相對(duì)水分量w以濕物料為計(jì)算基準(zhǔn)的物料中水分的質(zhì)量分率或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。2絕對(duì)水分

不含水分的物料通常稱為絕對(duì)干物料或稱干料。以絕對(duì)干物料為基準(zhǔn)的濕物料中含水量，稱為絕對(duì)水分，亦即濕物料中水分質(zhì)量與絕對(duì)干料的質(zhì)量之比，單位為kg水分/kg絕干料。

兩種含水量之間的換算關(guān)系為注：工業(yè)上常采用相對(duì)含水量。二、干燥過(guò)程的物料衡算（Massbalance）

G1—濕物料進(jìn)口的物料量，kg/h；G2—產(chǎn)品出口的物料量，kg/h；

Gd

—絕干物料的物料量，kg/h；

M1,M2—進(jìn)出干燥器物料中含水量，kg/h；

wr’,wr’’

—進(jìn)出干燥器物料的相對(duì)水分，％；Wa’,wa’’—進(jìn)出干燥器物料的絕對(duì)水分，％；濕物料G1,

wr’干燥產(chǎn)品G2,

wr’熱空氣L1

,

X1濕廢氣體L2

,

X2水分蒸發(fā)量：

干燥器以每小時(shí)進(jìn)出的質(zhì)量為基準(zhǔn)。假定進(jìn)入干燥器的物料沒(méi)有損失，干燥介質(zhì)也沒(méi)有漏逸，則進(jìn)入干燥器的物質(zhì)的量應(yīng)等于出干燥器物質(zhì)的量L1、L2----進(jìn)出干燥器干空氣量，kg/hX1,X2---進(jìn)出干燥器空氣（干燥介質(zhì)）的濕含量，kg/kgG1,G2---進(jìn)出干燥器的物料量，kg/h每蒸發(fā)1千克水所消耗的干空氣量l表示，則【例7-3】在一連續(xù)干燥器中，每小時(shí)處理濕物料1000kg，經(jīng)干燥后物料的含水量有10%降至2%（ｗｂ）。以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始濕度Ｘ1=0.008kg/kg絕干氣，離開(kāi)干燥器時(shí)濕度為Ｘ2=0.05kg/kg絕干氣，假設(shè)干燥過(guò)程中無(wú)物料損失，試求：水分蒸發(fā)量、空氣消耗量以及干燥產(chǎn)品量。進(jìn)入干燥器的絕干物料為Gd=G1（1-wr'）=1000（1-0.1）=900kg絕干料/h解：（1）水分蒸發(fā)量：將物料的相對(duì)水分換算為絕對(duì)水分，即水分蒸發(fā)量為W=Gd（wa'-wa''）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水/h例題（2）空氣消耗量原濕空氣的消耗量為：L1=L（1+X1）=1940（1+0.008）=1960kg/h（3）干燥產(chǎn)品量單位空氣消耗量（比空氣用量）為：三、熱量衡算（Heatbalance）

空氣I0,X0,t0熱空氣I1,X1,t1Qp

廢氣I2,X2,t2預(yù)熱器干燥器濕物料G1,q1,w1干物料G2,q2,w21.干燥器收入熱量

（取0度為基準(zhǔn)溫度，以每蒸發(fā)1千克水所消耗的熱量為計(jì)算單位）（1）每千克水分帶入熱量G0--絕干物料質(zhì)量，kg/hC0,CW---絕對(duì)干物料及水的比熱q1----如干燥器物料溫度（2）濕物料代入顯熱（4）每千克水在干燥器中補(bǔ)充的熱量

Gtr---托板或運(yùn)輸設(shè)備質(zhì)量Ctr---托板或運(yùn)輸設(shè)備比熱t(yī)1----托板或運(yùn)輸設(shè)備入干燥器溫度（3）托板或運(yùn)輸設(shè)備代入的熱量Qad-----在干燥器中補(bǔ)充的熱量（2）干物料帶走顯熱2、干燥器支出熱量（1）、空氣離開(kāi)干燥器帶走熱量（3）托板或運(yùn)輸設(shè)備代走的熱量F---干燥器外表面積，m2tw、ta---干燥器壁面及環(huán)境溫度列出熱量平衡方程式（4）散失到干燥器周?chē)臒崃渴闺x開(kāi)干燥器的空氣溫度降低，濕度增加（注意吸濕性物料）；提高熱空氣進(jìn)口溫度（注意熱敏性物料）；部分廢氣循環(huán)操作，回收利用其預(yù)熱冷空氣或冷物料；注意干燥設(shè)備和管路的保溫隔熱，減少干燥系統(tǒng)的熱損失。提高熱效率的措施【例7-4】某糖廠的回轉(zhuǎn)干燥器的生產(chǎn)能力為4030kg/h（產(chǎn)品），濕糖含水量為1.27%，于310C進(jìn)入干燥器，離開(kāi)干燥器時(shí)的溫度為360C，含水量為0.18%，此時(shí)糖的比熱為1.26kJ/kg絕干料?0C。干燥用空氣的初始狀況為：干球溫度200C，濕球溫度170C，預(yù)熱至970C后進(jìn)入干燥室?？諝庾愿稍锸遗懦鰰r(shí)，干球溫度為400C，濕球溫度為320C，試求：（1）蒸發(fā)的水分量；（2）新鮮空氣用量；（3）預(yù)熱器蒸氣用量，加熱蒸氣壓為200kPa（絕壓）；（4）干燥器的熱損失，Qad=0；（5）熱效率。t0=200Ctw0=170Ct1=970CQpQad=0G2=4030kg/hwr''=0.18%

θ2=360Ct2=400Ctw2=320C

θ1=310C

wr'=1.27%QL預(yù)熱器干燥器例題解：進(jìn)入干燥器的絕干物料為Gd=G2（1-wa''）=4030（1-0.18%）=4022.7kg/h水分蒸發(fā)量為W=Gd（wa'-wa''）=4022.7（0.0129-0.0018）=44.6kg/h（1）水分蒸發(fā)量：將物料的濕基含水量換算為干基含水量，即（2）新鮮空氣用量：首先計(jì)算絕干空氣消耗量。絕干空氣消耗量為：新鮮空氣消耗量為：L?=L（1+X0）=2877.4（1+0.011）=2909kg/h由圖查得：當(dāng)t0=200C，tw0=170C時(shí)，X0=0.011kg水/kg絕干料；當(dāng)t2=400C，tw2=320C時(shí)，X2=0.0265kg水/kg絕干料。查H-I圖，得（3）預(yù)熱器中的蒸氣用量

查飽和蒸氣壓表得：200kPa（絕壓）的飽和水蒸氣的潛熱為2204.6kJ/kg，L'=L(I1-I0)=2877.4（127-48）=2.27×105kJ/h故蒸氣消耗量為：

2.27×105/2204.6=103kg/hI0=48kJ/kg干空氣；I1=127kJ/kg干空氣；I2=110kJ/kg干空氣（4）干燥器的熱損失（5）熱效率若忽略濕物料中水分帶入系統(tǒng)中的焓，則有1.自由水物料直接與水接觸而吸收的水分，存在于物料的大毛細(xì)管（f>0.1mm）中。具有和獨(dú)立存在的水相同的蒸汽壓和汽化能力。第三節(jié)干燥過(guò)程濕含量WWh相對(duì)濕度自由水大氣吸附水01.00.5一.物料中水分的結(jié)合形式物理水：不與物料中任何成分相化合，隨溫度升高從物料中排出?；瘜W(xué)結(jié)合水：和組成中某些成分相化合，在干燥過(guò)程中不可能從物料中排出。粘土質(zhì)物料中自由水分排除時(shí)，物料相互靠攏，從而產(chǎn)生收縮。濕含量wwh相對(duì)濕度自由水大氣吸附水01.00.52.大氣吸附水

存在于物料微細(xì)毛細(xì)管中及物料細(xì)分散的膠體顆粒表面的水，被固體表面吸附，與物料結(jié)合較牢。表面的水蒸氣分壓小于同溫度下的飽和水蒸汽壓。粘土質(zhì)物料中大氣吸附水分排除時(shí)，物料不產(chǎn)生收縮。當(dāng)物料表面水蒸氣分壓等于周?chē)橘|(zhì)水蒸氣分壓時(shí)，水分不能夠再排除，此時(shí)物料中的水分稱平衡水分。平衡水分屬于大氣吸附水，其值取決于空氣的溫度和相對(duì)濕度。吸濕過(guò)程：若w<wh

，則物料將吸收飽和氣體中的水分使?jié)窈吭黾又翝窈縲h，即最大吸濕濕含量，物料不可能通過(guò)吸收飽和氣體中的濕份使?jié)窈砍^(guò)wh。欲使物料增濕超過(guò)wh，必須使物料與液態(tài)水直接接觸。干燥過(guò)程：當(dāng)濕物料與不飽和空氣接觸時(shí)，w向w*接近，干燥過(guò)程的極限為w*。物料的w*與濕空氣的狀態(tài)有關(guān)，空氣的溫度和濕度不同，物料的w*不同。欲使物料減濕至絕干，必須與絕干氣體接觸。

濕含量wwh相對(duì)濕度自由水大氣吸附水可排除的水分平衡水分w*01.00.5大氣吸附水分最高點(diǎn)二、對(duì)流干燥過(guò)程對(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第四節(jié)干燥設(shè)備

一、干燥器的主要型式

干燥器的主要型式歸納起來(lái)可分為10種，每種型式的干燥器都有其各自的特點(diǎn)，為了便于比較，討論時(shí)則重以下幾個(gè)方面。

1.設(shè)備簡(jiǎn)圖并流、逆流、錯(cuò)流干燥器的特點(diǎn)并流：含水量高的物料與溫度最高而濕度最低的介質(zhì)相接觸，在進(jìn)口端的干燥推動(dòng)力大，在出口端的推動(dòng)力小。適用情況：（1）干物料不耐高溫而濕物料允許快速干燥；在干燥第一階段，物料溫度始終維持在濕球溫度，到第二階段，物料溫度才逐漸上升，但此時(shí)介質(zhì)溫度已下降，物料不致于過(guò)熱。（2）物料的吸濕性小或最終水分要求不很低；物料在出口處與溫度最低、濕度最高（即相對(duì)濕度最大）的介質(zhì)接觸，其平衡水分高。逆流：物料與干燥介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向相反，干燥推動(dòng)力在干燥器中分布較均勻。適用情況：（1）濕物料不宜快干而干物料能耐高溫；（2）物料的吸濕性強(qiáng)或最終含水量要求低；注：在逆流時(shí)，濕物料進(jìn)入的溫度不應(yīng)低于干燥介質(zhì)在此處的露點(diǎn)，否則濕度高的干燥介質(zhì)中有一部分水蒸氣會(huì)冷凝在濕物料上，從而增加干燥時(shí)間。錯(cuò)流：高溫介質(zhì)與物料運(yùn)動(dòng)方向相垂直，如果物料表面都與濕度小、溫度高的介質(zhì)接觸，可獲得較高的推動(dòng)力，但介質(zhì)的用量和熱量的消耗也較大。適用情況：（1）物料在干燥的始、終都允許快速干燥和高溫；（2）要求設(shè)備緊湊（過(guò)程速度大）而允許較多的介質(zhì)和能耗。(一)廂式干燥器又稱盤(pán)式干燥器

一、常用對(duì)流干燥器

氣固流動(dòng)方式：熱空氣水平流過(guò)盛入淺盤(pán)的濕物料表面

操作特征物料移動(dòng)方式：裝料車(chē)輸送，干燥時(shí)濕物料保持靜止不動(dòng)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)設(shè)備投資少操作彈性強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度大缺點(diǎn)熱量損失大產(chǎn)品質(zhì)量不均勻

（二）噴霧干燥器

氣固流動(dòng)方式：逆流操作操作特征

物料移動(dòng)方式：噴霧輸送

直徑設(shè)備參數(shù)高度速度氣相參數(shù)濕度含水量

主要參數(shù)固相參數(shù)霧滴直徑停留時(shí)間時(shí)間參數(shù)干燥時(shí)間干燥速率速率參數(shù)速率曲線

原理：用噴霧器將稀料液噴成細(xì)霧滴分散于熱氣流中，使水分迅速蒸發(fā)而達(dá)到干燥的目的。通常霧滴直徑為10~60um，每升溶液具有100~600m2的蒸發(fā)面積。噴霧器的類(lèi)型：離心噴霧器、壓力噴霧器、氣流噴霧器。優(yōu)點(diǎn)：干燥時(shí)間短，適于熱敏性物料；所得產(chǎn)品為空心顆粒，溶解性好，質(zhì)量高；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)：體積傳熱系數(shù)低；設(shè)備體積龐大；操作彈性較小，熱利用律低、能耗大。噴霧干燥器（spraydryer）（三）