第十二章干燥

目錄

第十二章干燥第一節(jié) 概述第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖一、濕空氣的性質(zhì)二、濕度圖三、濕度圖的應用第三節(jié)

干燥過程的計算

一、濕物料中含水率的表示方法二、物料衡算三、熱量衡算1目錄習題課第四節(jié)

干燥速率和干燥時間

一、干燥速率二、物料中的幾種水分三、干燥過程及機理四、恒定干燥條件下干燥時間的計算第五節(jié)

干燥器

一、常用工業(yè)干燥器2第十三章干燥第一節(jié)概述（1）機械分離法-----即通過壓榨、過濾和離心分離等方法去濕。這種方法無法徹底去除濕分。（2）吸附脫水-----即用固體吸附劑，如CaCl2、硅膠等吸去物料中所

含的水分。這種方法只能除去少量濕分。（3）干燥法------指利用熱能，使?jié)裎锪现械臐穹謿饣サ姆椒?。濕物料?/p>

濕分----水分或其它液體除濕方法：本章將介紹濕分濕物料3第一節(jié)概述干燥法介電加熱干燥 傳導干燥對流干燥輻射干燥------熱能通過傳熱壁面以傳導方式傳給物料，產(chǎn)生的濕分蒸氣被氣相（又稱干燥介質(zhì)）帶走，或用真空泵排走。例如紙制品可以鋪在熱滾筒上進行干燥。---熱能以對流方式加入物料，產(chǎn)生的蒸氣被干燥介質(zhì)所帶走。----由輻射器產(chǎn)生的輻射能以電磁波形式達到物料表面，被物料所吸收而重新變?yōu)闊崮?，從而使?jié)穹制?。例如用紅外線干燥法將自行車表面油漆干燥。----將需要干燥的電解質(zhì)物料置于高頻電場中，電能在潮濕的電介質(zhì)中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，例如微波干燥食品?/p>

本章介紹的內(nèi)容，干燥介質(zhì)以熱空氣、濕分以水為例。4第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖一．濕空氣的性質(zhì)

（1）水汽分壓pw干空氣水蒸汽本章用到的濕空氣性質(zhì)包括：水的濃度、比熱容、比容（密度）、焓、溫度等。1．濕空氣中水蒸氣含量的表示方法濕空氣---氣體混合物（2）濕度pwpa---又稱濕含量，單位kg水/kg干空氣思考1：H屬于前面介紹的哪一類濃度？質(zhì)量比總壓P思考2：取1kg干空氣作為濕度定義基準又何好處？干燥過程中干空氣的質(zhì)量不變5第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖一．濕空氣的性質(zhì)

1．濕空氣中水蒸氣含量的表示方法（3）相對濕度值愈大，表示空氣的吸濕能力越??；＝1時，飽和。此式只能用于psP情形；當ps>P時，＝pw/P。因為pw最大只能達到總壓P。＝1----水汽分壓與其可能達到的最大值之比。6一．濕空氣的性質(zhì)2．濕比容H-----1kg干空氣對應的濕空氣的體積，單位為m3濕空氣?kg干空氣1kg干空氣？kg水汽濕空氣H比容的一般定義：思考1：為什么取1kg干空氣作為定義基準？思考2：1kg干空氣對應的濕空氣的質(zhì)量為多少kg？體積呢？7一．濕空氣的性質(zhì)比熱容的一般定義：kJ/(kgK)3．濕比熱容cH----kJ/(kg干氣K)此時，濕空氣的質(zhì)量＝（1+H）kgca干空氣的比熱，kJ/(kg·K)cw水氣的比熱，kJ/(kg·K)1.01kJ/(kg·K)1.88kJ/(kg·K)8一．濕空氣的性質(zhì)焓的一般定義：kJ/kg通常規(guī)定，0℃時絕干空氣及液態(tài)水的焓為零。----kJ/kg干氣此時，濕空氣的質(zhì)量＝（1+H）kg4．濕空氣的焓I0℃時水的汽化潛熱，r02492kJ/kg9一．濕空氣的性質(zhì)5．干球溫度t----用普通溫度計測出的空氣溫度，簡稱溫度，是空氣的真實溫度10一．濕空氣的性質(zhì)大量濕球溫度計6、濕球溫度tw

----用濕球溫度計測出的空氣溫度開始時，傳質(zhì)速率最大，傳熱速率最小。當達到平衡時，傳質(zhì)所需的熱量速率等于傳熱速率，濕紗布中的水溫達到穩(wěn)定值（肯定比t低），這一溫度就是濕球溫度，用tw表示。大量、快速流動的空氣（空氣的流速應大于5m/s）與少量水接觸；傳質(zhì)----因存在傳質(zhì)推動力，濕紗布中的水汽化進入空氣，此過程需要吸熱（水提供），因此水溫下降；傳熱---產(chǎn)生傳熱溫差，熱量將從空

氣傳入濕紗布；傳質(zhì)思考1：為什么酷暑的季節(jié)，在水里比在岸上涼快？t>tw11一．濕空氣的性質(zhì)動態(tài)平衡思考2：上述傳熱、傳質(zhì)平衡為動態(tài)平衡，為什么？思考3：若空氣（大量）靜止，濕球溫度計測出的溫度與tw相比高還是低？傳熱、傳質(zhì)終了（即達到平衡）時，傳熱、傳質(zhì)仍在進行。若空氣大量，則測出的溫度就是tw，只不過，達到tw所需時間要更長，因為傳熱方式此時以導熱、自然對流為主，比強制對流要小。大量濕球溫度計傳質(zhì)為了快速、準確地測出tw。思考4：為什么空氣要大量、快速流動？12一．濕空氣的性質(zhì)6、濕球溫度tw

---是水溫，但是卻由空氣決定，與水無關(guān)?？諝庖詫α鞣绞絺鹘o水的熱量速率＝水分汽化所需的潛熱速率大量濕球溫度計傳質(zhì)思考5：濕球溫度是水溫，為什么要在

濕空氣性質(zhì)里介紹？可見，tw＝f（t，H），而與水的初始狀態(tài)無關(guān)。13一．濕空氣的性質(zhì)思考6：上述濕球溫度測定過程中，濕空氣是等焓的嗎？大量濕球溫度計傳質(zhì)kH、主要與空氣流速有關(guān)，卻幾乎與流速無關(guān)；對空氣水系統(tǒng)，當被測氣體溫度不太高、流速>5m/s時，因空氣t、H不變，故濕空氣為等焓（稱為Lewis規(guī)則）

14一．濕空氣的性質(zhì)空氣溫度與水溫相等7．絕熱飽和溫度tas少量塔無窮高設備在絕熱條件下干燥濕物料時思考1：絕熱飽和溫度在什么場合下能遇到？少量空氣與大量水；經(jīng)過無限長時間接觸；飽和空氣---是水溫思考2：上述絕熱塔中，濕空氣等焓嗎？是的。因為空氣降溫放出的顯熱給了水，但水并沒有升溫，這部分能量又被水蒸汽以潛熱的形式帶回空氣中。思考3：上述傳熱、傳質(zhì)平衡為靜態(tài)平衡，

為什么？塔頂沒有凈的質(zhì)量、熱量傳遞進行。15一．濕空氣的性質(zhì)7．絕熱飽和溫度tas濕空氣為等焓變化---是水溫塔無窮高飽和空氣假設但是卻由空氣決定，與水無關(guān)。思考4：絕熱溫度是水溫，為什么要在濕空

氣性質(zhì)里介紹？原因如下：16一．濕空氣的性質(zhì)濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的異同：相同之處：濕空氣均為等焓變化、均為空氣狀態(tài)（t、H）的函數(shù)空氣-水體系，有twtas

但對其它體系，例如空氣甲苯系統(tǒng)，/kH=1.8cH,這時tw

與tas就不等了。

17一．濕空氣的性質(zhì)濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的異同：不同之處：tw----大量空氣與少量水接觸后的穩(wěn)定的水溫；空氣的狀態(tài)（t，H）不變；屬動態(tài)平衡。tas----少量空氣與大量水經(jīng)過接觸后達到的穩(wěn)定溫度；空氣增濕、降溫；屬靜態(tài)平衡；18一．濕空氣的性質(zhì)8．露點td在總壓不變的條件下，將不飽和濕空氣冷卻，直至冷凝出水珠為止（即達到飽和狀態(tài)），此時，濕空氣的溫度稱為露點，用td表示。特點：冷卻思考：若已知t、H，如何求td？思考：若已知t、td，如何求H？查飽和蒸汽壓表19一．濕空氣的性質(zhì)匯總：不飽和濕空氣性質(zhì)：P、H、pw、、cH、I、t、tw、tas、td，共10個只需已知3個變量，其他均可通過上述函數(shù)關(guān)系計算得到，但有時需試差。若用圖求解就不用試差了。20二．濕度圖常用的濕度圖：3個獨立變量取為P、t、H----溫濕圖（t-H圖）

P、I、H----焓濕圖（I-H圖）21濕比熱容線

（P=1atm時）

等線

飽和比容線

干空氣比容線

絕熱飽和線

等焓線

等濕球溫度線

濕度圖濕比熱容線cH,kJ/kgK

22濕比熱容線

（P=1atm時）

等線

飽和比容線

干空氣比容線

絕熱飽和線

等焓線

等濕球溫度線

三、濕度圖的應用1、查濕空氣性質(zhì)例如：已知t、H濕比熱容線cH,kJ/kgK

值需用線性內(nèi)插求

23三、濕度圖的應用2．表示濕空氣的狀態(tài)變化過程（1）加熱過程（2）冷卻過程（3）干燥過程增濕、降溫焓增大等焓焓減小24三、濕度圖的應用2．表示濕空氣的狀態(tài)變化過程（1）加熱過程（2）冷卻過程（3）干燥過程（4）兩股濕空氣混合----杠桿原則25杠桿原則證明：回憶：杠桿原則就是物料衡算由物料衡算可得：L---絕干空氣流量26杠桿原則證明：由熱量衡算可得：27返回目錄作業(yè)：28第三節(jié)

干燥過程的計算干燥過程干燥室預熱室29第三節(jié)

干燥過程的計算干燥室預熱室思考：1、試在濕度圖上畫出干燥全過程2、為什么空氣要預熱？空氣預熱有兩個好處：（1）相對濕度下降，吸水能力增強；（2）空氣溫度高，物料溫度就高，水汽化速率就快。30第三節(jié)

干燥過程的計算已知：干燥介質(zhì)（空氣）的進口條件，如溫度、濕度、壓力等；物料的進口條件，如溫度，濕含量，質(zhì)量或質(zhì)量流率；物料的干燥要求（濕含量）。求解：干燥介質(zhì)用量；干燥條件（如進干燥室的空氣溫度，出干燥室的空氣溫度和濕度等）；整個設備的熱能消耗；干燥室尺寸等等。31第三節(jié)

干燥過程的計算一、濕物料中含水率的表示方法干基含水率濕基含水率----質(zhì)量分率----質(zhì)量比思考：兩種含水率之間的換算關(guān)系？32第三節(jié)

干燥過程的計算-----可解出干燥介質(zhì)用量，蒸發(fā)的水分量等二、物料衡算L蒸發(fā)的水分量絕干空氣用量33第三節(jié)

干燥過程的計算l與干燥過程所經(jīng)歷的途徑無關(guān)。34第三節(jié)

干燥過程的計算----可求解整個設備的熱能消耗三、熱量衡算1、預熱器的熱量衡算35第三節(jié)

干燥過程的計算----可求解整個設備的熱能消耗三、熱量衡算2、干燥室的熱量衡算36教材更正P198~202所有c1改為clP199：例13-6第（4）問求解過程中L應為2870，W應為44.5，結(jié)果應為：Ql＝34939，第（5）問：結(jié)果應為6.637三、熱量衡算將以下兩個熱量衡算式相加或?qū)φ麄€干燥流程進行熱量衡算：38三、熱量衡算39三、熱量衡算加入干燥系統(tǒng)的全部能量有四個用途：加熱空氣、蒸發(fā)水分、加熱物料和熱損失物料升溫所耗能量熱損失物料中水分蒸發(fā)所耗的能量新鮮空氣被加熱所耗的能量

供能方

這是干燥的真正目的所在。40三、熱量衡算物料中水分蒸發(fā)所耗的能量3、干燥設備的熱效率熱效率一般，=30~60%，在應用部分廢氣循環(huán)時，=50~70%41三、熱量衡算物料升溫所耗能量熱損失物料中水分蒸發(fā)所耗的能量新鮮空氣被加熱所耗的能量

供能方

思考：

1、如何提高熱效率？2、為什么廢氣循環(huán)時熱效率較高？此外，盡量利用廢氣中的熱量，例如用廢氣預熱冷空氣或濕物料，或?qū)U氣循環(huán)使用，也將有助于熱效率的提高。設法減少加熱空氣、加熱物料和熱損失所耗熱量，如將H2，則L。如將t2。如將Ql，均可提高。42三、熱量衡算由于熱量的加入，實際干燥過程中，空氣的焓可能增大，也可能減小。

焓增大焓減小43三、熱量衡算4、理想干燥過程（又稱等焓或絕熱干燥過程）

Qd=0、Ql=0、物料帶進、帶出的熱量均可忽略不計，44三、熱量衡算空氣（t1、H1）降溫，但焓不變，這是因為空氣不斷增濕的緣故，即水汽（W）將蒸發(fā)水分所需的熱量以汽化潛熱的形式帶回空氣中。所以空氣降溫放出的顯熱＝蒸發(fā)水分所需的熱量返回目錄45習題課匯總：物料衡算熱量衡算理想干燥過程（等焓干燥過程）46實際干燥過程舉例【例1】常壓下擬用溫度為20℃、相對濕度為57.5％的空氣干燥某種濕物料?？諝庠陬A熱器中被加熱到90℃后送入干燥室，離開時的溫度為45℃、濕度為0.022kg水/kg干氣?，F(xiàn)要求每小時將1200kg的濕物料由含水率3%（濕基）干燥至0.2%（濕基），已知物料進、出口溫度分別為20℃和60℃，在此溫度范圍內(nèi)，絕干物料的比熱為3.5kJ/(kg·℃)，水的平均比熱為4.19kJ/(kg℃)。干燥設備熱損失可按預熱器中加熱量的5%計算。試求：

(1)新鮮空氣用量，kg/h；

(2)預熱器的加熱量QP，kW；

(3)干燥室內(nèi)補充的熱量Qd，kW；

(4)熱效率；

(5)畫出濕空氣狀態(tài)變化47（1）新鮮空氣用量，kg/h查圖或計算得H0＝0.008kg干/kg實際干燥過程舉例【解】48實際干燥過程舉例（2）預熱器的加熱量QP，kW

H0＝0.008kg干/kg49實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg（3）干燥室內(nèi)補充的熱量Qd，kW其中：50實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg51實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg代入式中得：52實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg53實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg（4）熱效率54實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg（5）畫出濕空氣狀態(tài)變化55有廢氣循環(huán)的實際干燥過程舉例【例2】現(xiàn)將例1流程改為廢氣循環(huán)流程設計，如圖所示。將出口廢氣中的50%引到新鮮空氣處與新鮮空氣混合?；旌蠚饨?jīng)預熱器仍加熱至90℃后，再送入干燥室，出干燥室的廢氣溫度仍為45℃，干燥室加熱量Qd不變，仍為40.25kW，被干燥的物料及干燥要求不變，熱損失仍可取為Qp的5%。試計算：（1）畫出濕空氣狀態(tài)變化，并與例1對比。（2）新鮮空氣的用量，kg/h；（3）預熱器的加熱量Qp，kW；（4）熱效率L2L56有廢氣循環(huán)的實際干燥過程舉例【例2】現(xiàn)將例1流程改為廢氣循環(huán)流程設計，如圖所示。將出口廢氣中的50%引到新鮮空氣處與新鮮空氣混合?；旌蠚饨?jīng)預熱器仍加熱至90℃后，再送入干燥室，出干燥室的廢氣溫度仍為45℃，干燥室加熱量Qd不變，仍為40.25kW，被干燥的物料及干燥要求不變，熱損失仍可取為Qp的5%。試計算：（1）畫出濕空氣狀態(tài)變化，并與例1對比。（2）新鮮空氣的用量，kg/h；（3）預熱器的加熱量Qp，kW；（4）熱效率（1）畫出濕空氣狀態(tài)變化，并與例1對比。例2【解】例2中點57有廢氣循環(huán)的實際干燥過程舉例（2）新鮮空氣用量，kg/h--------(1)58有廢氣循環(huán)的實際干燥過程舉例（3）預熱器的加熱量Qp，kW

杠桿原理59有廢氣循環(huán)的實際干燥過程舉例60有廢氣循環(huán)的實際干燥過程舉例求解見例161有廢氣循環(huán)的實際干燥過程舉例聯(lián)立式（1）、（2）得：--------(2)62有廢氣循環(huán)的實際干燥過程舉例由例1可知（4）熱效率63有廢氣循環(huán)的實際干燥過程舉例結(jié)論：在完成同樣的生產(chǎn)任務條件下，若采用廢氣循環(huán)流程，新鮮干空氣用量減少，預熱器熱負荷減小，干燥效率提高，但出口廢氣濕度增大，故干燥過程速率下降，干燥設備將變大。64練習【練習】現(xiàn)將例1流程改為廢氣循環(huán)流程設計，如圖所示。將出口廢氣中的50%引到新鮮空氣處與新鮮空氣混合?；旌蠚饨?jīng)預熱器仍加熱至90℃后，再送入干燥室，出干燥室的廢氣溫度仍為45℃，濕度仍為0.022kg水/kg干氣，被干燥的物料及干燥要求不變，熱損失仍可取為Qp的5%。試計算：（1）畫出濕空氣狀態(tài)變化，并與例2對比（2）新鮮空氣的用量，kg/h；（3）QP、Qd，kW；（4）熱效率；。65練習（1）畫出濕空氣狀態(tài)變化，并與例1、例2對比練習中點66返回目錄作業(yè)：67第四節(jié)

干燥速率和干燥時間干燥動力學可以解決干燥室尺寸問題----干燥動力學求解：干燥介質(zhì)用量；干燥條件（如進干燥室的空氣溫度，出干燥室的空氣溫度和濕度等）；整個設備的熱能消耗；干燥室尺寸68第四節(jié)

干燥速率和干燥時間單位時間、單位干燥表面所汽化的水分量，稱為~，單位kg/m2s。就是第八章提到的傳質(zhì)速率。A、Gc、Xd、dX水分N一、干燥速率其中Gc絕干物料質(zhì)量，kg；A干燥面積，m2；X物料中干基含水率，kg水/kg干料。69二、物料中的幾種水分水固相1、

結(jié)合水分與非結(jié)合水分非結(jié)合水-------機械地附著在物料表面的水分，或物料堆積層

中大空隙中的水分結(jié)合水-------結(jié)晶水、小毛細管內(nèi)的水分、

細胞內(nèi)的水分等。特點：與固體相互結(jié)合力較弱，較易去除；

性質(zhì)與純水的相同；特點：結(jié)合水的蒸氣壓低于同

溫下水的飽和蒸氣壓;

借化學力或物理化學力

與固體相結(jié)合，較難去

除。----取決于物料本身的性質(zhì)，與空氣狀況無關(guān)。

大孔道小孔道70二、物料中的幾種水分t，H，pw什么是平衡水分？-------在一定空氣狀態(tài)下的干燥極限物料總水分中，除了平衡水分以外的那部分水，稱為~。2、平衡水分與自由水分

---取決于物料本身的性質(zhì)及空氣狀態(tài)。

什么是自由水分？水固相水固相ps水固相在一定空氣狀態(tài)下，濕物料中的恒定含水量稱為該物料的~。也就是在一定空氣狀態(tài)下物料中不能除去的水分。用X*表示，單位kg水/kg干料。ps>pw71二、物料中的幾種水分思考：“在一定空氣狀態(tài)下物料中不能除去的水分”這句話是否意味著這部分水再也無法除去了？例如：曬衣服，下雨天和晴天72二、物料中的幾種水分自由水分平衡水分總水分非結(jié)合水分結(jié)合水分Why？73三、干燥過程及機理恒定干燥條件------濕空氣的狀態(tài)（溫度、濕度）不變、

空氣流速不變、

與物料的接觸方式不變

前提：濕空氣tHu濕空氣tHu74三、干燥過程及機理t，H，pw水固相psX，kg水/kg絕干料干燥時間物料溫度所經(jīng)歷的時間很短，通?？珊雎圆挥嫛?/p>

非結(jié)合水預熱段恒速干燥階段t，H，pw思考：恒速段除去的是什么水？水固相pst0tw75三、干燥過程及機理t，H，pw水固相pst，H，pw水固相pst0tw空氣條件表面氣化控制思考：影響恒速階段干燥速率的因素？恒速段干燥機理：76三、干燥過程及機理干燥速率N,kg/（m2·s）X，kg水/kg絕干料干燥時間物料溫度所經(jīng)歷的時間很短，通?？珊雎圆挥嫛?/p>

恒速段干燥速率曲線：77三、干燥過程及機理降速干燥階段t，H，pX，kg水/kg絕干料干燥時間物料溫度降速第一階段tw水固相ps非結(jié)合水和部分結(jié)合水降速第二階段預熱段恒速干燥階段思考：降速階段除去的是什么水？整個干燥過程可分為三個階段：從物料表面剛出現(xiàn)干區(qū)，至全部表面為干區(qū)階段78三、干燥過程及機理t，H，ptw水固相ps物料內(nèi)部水分遷移控制降速段干燥機理：79三、干燥過程及機理X，kg水/kg絕干料干燥時間

物料溫度降速第一階段降速第二階段干燥速率N,kg/（m2·s）降速第一階段降速第二階段X*降速段干燥速率曲線：80三、干燥過程及機理干燥速率N,kg/（m2·s）降速第一階段降速第二階段X*臨界含水率：t，H，ptw水固相psXC臨界含水率：物料表面一出現(xiàn)干區(qū)時的含水率思考：臨界含水量大好，還是小好？小好，因為一旦達到臨界含水量，就意味著干燥進入了降速階段，干燥時間將大大加長。81三、干燥過程及機理干燥速率N,kg/（m2·s）降速第一階段降速第二階段X*臨界含水率：t，H，ptw水固相psXC思考：影響臨界含水量大小的因素？物料本身的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、厚度等

物料層越薄，則XC越小

干燥介質(zhì)狀況（流速、溫度、濕度等）流速越小、溫度越低、濕度越大，則恒速干燥速率越小，XC越小

82四、恒定干燥條件下干燥時間的計算N1、恒速段干燥時間1的計算水固相twt，H，p根據(jù)熱量衡算，知其中83四、恒定干燥條件下干燥時間的計算N2、降速段干燥時間2的計算

如圖，若降速段的干燥曲線可近似為直線，則作業(yè)：返回目錄84第五節(jié)

干燥器85一、常用工業(yè)干燥器廂式干燥器（DiscTypeDrier）小型的稱為烘箱，大型的稱為烘房，是典型的常壓、間歇式、對流干燥設備。任何形狀的物料

適用場合：優(yōu)點：缺點：對物料的適應性強。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。