第七章-干燥課件

第七章

干燥

Drying一、去濕及其方法二、

三、對流干燥的傳熱傳質(zhì)過程

第一節(jié)

概述2023/5/10一、去濕及其方法1、何為去濕？從物料中脫除濕分的過程稱為去濕。濕分：不一定是水分！2、去濕方法機(jī)械去濕法：擠壓（擰衣服、過濾）物理法：濃硫酸吸收,分子篩吸附,膜法脫濕化學(xué)法：利用化學(xué)反應(yīng)脫除濕分（CaO）干燥法：加熱用加熱的方式除去濕物料中的濕分以獲得固體產(chǎn)品的單元操作稱為干燥。2023/5/10二、干燥方法

1、傳導(dǎo)干燥熱能通過傳熱壁面以傳導(dǎo)的方式傳給濕物料，被干燥的物料與加熱介質(zhì)不直接接觸，屬間接干燥

優(yōu)點(diǎn)：熱能利用較多

缺點(diǎn)：與傳熱壁面接觸的物料易局部過熱而變質(zhì)，受熱不均勻。2023/5/103、介電加熱干燥

將需干燥的物料置于交頻電場內(nèi)，利用高頻電場的交變作用將濕物料加熱，水分氣化，物料被干燥。優(yōu)點(diǎn)：干燥時間短，干燥產(chǎn)品均勻而潔凈。缺點(diǎn)：費(fèi)用大。

2023/5/104、對流干燥熱能以對流給熱的方式由熱干燥介質(zhì)傳給濕物料，使物料中的水分氣化，氣化的蒸汽從表面擴(kuò)散至干燥介質(zhì)主體，再由介質(zhì)帶走的干燥過程稱為對流干燥。優(yōu)點(diǎn)：受熱均勻，所得產(chǎn)品的含水量均勻。

缺點(diǎn)：熱利用率低。

2023/5/10三、對流干燥的傳熱傳質(zhì)過程對流干燥中，傳熱和傳質(zhì)同時發(fā)生1、傳熱過程

干燥介質(zhì)

Q濕物料表面

Q濕物料內(nèi)部2、傳質(zhì)過程

濕物料內(nèi)部濕分濕物料表面

濕分干燥介質(zhì)

2023/5/10物料QNTtwpwp干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體干燥過程：物料的去濕過程干燥介質(zhì)的降溫增濕過程2023/5/10一、濕空氣的性質(zhì)二、濕度圖及其應(yīng)用

第二節(jié)

濕空氣的性質(zhì)和濕度圖

2023/5/10當(dāng)濕空氣中水汽分壓pv等于該空氣溫度下純水的飽和蒸汽壓ps時，其濕度稱為飽和濕度，用Hs表示。2023/5/10將

代入在總壓一定時，

2023/5/103、比體積（濕容積）

含有1kg絕干空氣的濕空氣所占有的體積，又稱濕容積。（m3/kg絕干氣）2023/5/104、比熱容

常壓下，將濕空氣中1kg絕干空氣及相應(yīng)水汽的溫度升高（或降低）1℃所需要（或放出）的熱量，又稱濕熱。

（kJ/kg絕干氣·℃）2023/5/105、濕空氣的焓

濕空氣中1kg絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之和。規(guī)定：0℃為基溫，0℃時絕干氣與液態(tài)水的焓值均為零。(kJ/kg絕干氣)2023/5/106、干球溫度t和濕球溫度

1）干球溫度用普通溫度計測得的濕空氣的真實(shí)溫度

。2）濕球溫度

濕球溫度計在溫度為t，濕度為H的不飽和空氣流中，達(dá)到平衡或穩(wěn)定時所顯示的溫度。

2023/5/10t大量的濕空氣t,H水表面水的分壓高N,kH水向空氣主體傳遞Q,蒸發(fā)時需要吸熱t(yī)w自身降溫2023/5/10對于水蒸氣~空氣系統(tǒng)而言

當(dāng)

時，

在一定的總壓下，已知t、tw能否確定H?2023/5/10對絕熱飽和器作焓衡算，即可求出絕熱飽和溫度

一般H及Has值均很小，

2023/5/10是濕空氣在絕熱、冷卻、增濕過程中達(dá)到的極限冷卻溫度。

對于水蒸汽~空氣系統(tǒng)，

2023/5/10對于水蒸汽~空氣系統(tǒng)，干球溫度、絕熱飽和溫度和露點(diǎn)間的關(guān)系為：

不飽和空氣：

飽和空氣：

2023/5/10二、濕焓圖及其應(yīng)用

1、H-I圖

P坐標(biāo)軸五條線

-等濕線-等焓線-等干球溫度線-等相對濕度線-水蒸汽分壓線2023/5/102、濕度圖的應(yīng)用1）由測出的參數(shù)確定濕空氣的狀態(tài)

2023/5/10AtdA2023/5/10A2023/5/10

例：已知濕空氣的干球溫度t=30℃，相對濕度φ=0.6，求濕空氣的濕度H，露點(diǎn)td、tas。

t=30AH=0.016kg/kg干氣Dtd=21等焓線Ctas=232023/5/10一、濕物料中含水量的表示

方法二、干燥系統(tǒng)的物料衡算

三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算

四、空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化

第三節(jié)

干燥過程的物料與熱量衡算2023/5/10一、濕物料中含水量的表示方法1、濕基含水量w2、干基含水量X3、換算關(guān)系(kg水/kg絕干料)2023/5/104、濕物料的比熱容cm

仿照濕空氣比熱容的計算方法，濕物料的比熱容可寫成如下形式：物料中所含水分的比熱容取為4.187kJ/（kg水·℃）2023/5/10濕物料的焓Iˊ包括絕干物料的焓（0℃物料為基溫）和物料中所含水分（0℃液態(tài)水為基準(zhǔn)）的焓。5、濕物料的焓

IˊIˊ=csθ+cwXθ=（cs+cwX）θ=cmθ

2023/5/10二、干燥系統(tǒng)的物料衡算

1、水分蒸發(fā)量以1s為基準(zhǔn)，設(shè)干燥器內(nèi)無物料損失，對水分作物料衡算2023/5/102、空氣消耗量L

每蒸發(fā)1kg水分時，消耗的絕干空氣數(shù)量l2023/5/103、干燥產(chǎn)品流量G2

對干燥器作絕干物料的衡算2023/5/10三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算

1、熱量衡算的基本方程

忽略預(yù)熱器的熱損失，以1s為基準(zhǔn)，對預(yù)熱器作焓衡算p12023/5/10單位時間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量為：對干燥器列焓衡算，以1s為基準(zhǔn)單位時間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量為單位時間內(nèi)干燥系統(tǒng)消耗的總熱量為——連續(xù)干燥系統(tǒng)熱量衡算的基本方程式

2023/5/10假設(shè)：新鮮空氣中水汽的焓等于離開干燥器廢氣中水汽的焓

濕物料進(jìn)出干燥器時的比熱取平均值

濕空氣進(jìn)出干燥系統(tǒng)時的焓分別為：2023/5/10濕物料進(jìn)出干燥器的焓分別為2023/5/10可見：向干燥系統(tǒng)輸入的熱量用于：加熱空氣；蒸發(fā)水分；加熱物料；熱損失2023/5/102、干燥系統(tǒng)的熱效率

蒸發(fā)水分所需的熱量為忽略物料中水分帶入的焓2023/5/10四、濕空氣的基本狀態(tài)變化過程1、間壁式加熱和冷卻以及冷凝減濕過程(1)間壁式加熱和冷卻特點(diǎn)：等濕過程，過程線為直線，加熱↑，冷卻↓2023/5/10(2)間壁式冷卻+冷凝減濕過程當(dāng)濕空氣被冷卻至露點(diǎn)時，空氣達(dá)到飽和狀態(tài)，濕空氣中的水蒸汽就開始在冷卻面上凝結(jié)出來，隨著冷卻過程的進(jìn)行，水分也不斷析出，而溫度則不斷降低，但空氣始終維持在飽和狀態(tài)，這時過程線主要沿φ=100%線變化。2023/5/102、不同狀態(tài)濕空氣的混合過程設(shè)有兩股空氣，對應(yīng)的絕干空氣量為L1和L2，對應(yīng)的狀態(tài)為（H1，I1）和（H2，I2），混合后的濕度和焓值可由物料及熱量衡算求得?；旌锨昂笏至坎蛔儯篖1H1+L2H2=（L1+L2）Hm

混合前后焓值不變：L1I1+L2I2=（L1+L2）Im

由上兩式可得：2023/5/10可見，混合點(diǎn)m（在H-I圖上）位于1，2兩狀態(tài)點(diǎn)的聯(lián)線上，且m點(diǎn)劃分線段1-2，（杠桿定律）同時可由上兩式解得：，2023/5/10五、空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化

1、等焓干燥過程(理想干燥過程)

規(guī)定：不向干燥器中補(bǔ)充熱量QD=0；忽略干燥器向周圍散失的熱量QL=0；物料進(jìn)出干燥器的焓相等

2023/5/10將上述條件代入H0t0AIHt1Bt2C2023/5/102、非等焓干燥過程

1）操作線在過B點(diǎn)等焓線下方條件：不向干燥器補(bǔ)充熱量QD=0；不能忽略干燥器向周圍散失的熱量

QL≠0；物料進(jìn)出干燥器時的焓不相等

2023/5/102）操作線在過點(diǎn)B的等焓線上方

向干燥器補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量和加熱物料消耗的熱量之總和3）操作線為過B點(diǎn)的等溫線

向干燥器補(bǔ)充的熱量足夠多，恰使干燥過程在等溫下進(jìn)行2023/5/10IHt1Bt2CC1C2C32023/5/10例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進(jìn)行干燥，濕物料的流量為1kg/s，初始濕基含水量為3.5%，干燥產(chǎn)品的濕基含水量為0.5%?？諝鉅顩r為：初始溫度為25℃，濕度為0.005kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)干燥器的溫度為140℃，若離開干燥器的溫度選定為60℃和40℃，假設(shè)干燥器為理想干燥器。試分別計算需要的空氣消耗量L及預(yù)熱器的傳熱速率Qp。又若空氣在干燥器的后續(xù)設(shè)備中溫度下降了10℃，試分析以上兩種情況下物料是否返潮？2023/5/10解：因在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過程，℃℃

2023/5/10絕干物料量：絕干空氣量2023/5/10預(yù)熱器的傳熱速率℃

2023/5/10分析物料的返潮情況

當(dāng)t2=60℃時，干燥器出口空氣中水汽分壓為t=50℃時，飽和蒸汽壓ps=12.34kPa，即此時空氣溫度尚未達(dá)到氣體的露點(diǎn)，不會返潮。2023/5/10t=30℃時，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，物料可能返潮。

當(dāng)t2=40℃時，干燥器出口空氣中水汽分壓為2023/5/10［練］在一等焓干燥器內(nèi)將濕基含水率為24％的物料干燥至15.5％。原料處理量為4200kg/h，如果干燥空氣從溫度為5℃，濕度為0.0032kg/kg絕干氣的環(huán)境狀態(tài)下加熱至43℃，假定從該物料中排出的廢氣濕度為0.0131kg/kg絕干氣，試確定汽化的水分量W、空氣消耗量L和預(yù)熱器加熱量Qp。

2023/5/10一、物料中所含水分的性質(zhì)

二、干燥曲線和干燥速率曲線

三、干燥時間的計算

第四節(jié)

干燥速度和干燥時間

2023/5/10一、物料中所含水分的性質(zhì)

1、平衡水分與自由水分1）平衡水分

濕物料與一定狀態(tài)（溫度和濕度一定）的空氣接觸達(dá)平衡時，殘余在濕物料中不能排除的水分。與物料的性質(zhì)及空氣的相對濕度有關(guān)

當(dāng)溫度不變時，物料中的平衡水分隨相對濕度的增加而增加2）自由水分

在干燥過程中所能除去的水分，即物料中超出平衡水分的那一部分水分2023/5/102023/5/102023/5/102、結(jié)合水分和非結(jié)合水分結(jié)合水分：與物料之間有物理化學(xué)作用，因而產(chǎn)生的蒸汽壓小于同溫度下純水的飽和蒸汽壓。包括細(xì)胞壁內(nèi)水分和小毛細(xì)管中的水分。難于除去

非結(jié)合水分：機(jī)械地附著在物料表面，物料表面產(chǎn)生的蒸汽壓與純水無異。包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。容易除去平衡水分一定是結(jié)合水分；自由水分包括了全部非結(jié)合水分和一部分結(jié)合水分。

2023/5/10二、干燥曲線和干燥速率曲線

1、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線

干燥曲線：恒定干燥條件(空氣的狀態(tài)不變)，物料的干基含水量X、物料表面溫度θ與時間t的關(guān)系。2、干燥速率曲線1）干燥速率曲線

干燥速率：單位時間內(nèi)，單位干燥面積上汽化的水分量

2023/5/10典型干燥過程都可明顯的劃分為兩個階段：恒速干燥和降速干燥階段。a.恒速干燥階段：此階段的干燥速率維持不變。b.降速干燥階段：干燥速率逐漸下降，物料溫度逐漸上升，物料含水量曲線趨于平緩。c.干燥過程的臨界含水量XC：恒速干燥與降速干燥階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)。與該點(diǎn)對應(yīng)的物料含水量稱為臨界含水量XC。

2023/5/102023/5/102023/5/102）干燥機(jī)理一般干燥過程是水分由物料內(nèi)部擴(kuò)散至表面后，在表面汽化，并向氣相中傳遞。

表面汽化控制：濕物料內(nèi)部的水分能夠迅速到達(dá)物料表面（即內(nèi)擴(kuò)散速率遠(yuǎn)大于表面汽化速率），使物料表面保持充分的潤濕狀態(tài)，物料表面溫度約等于空氣的濕球溫度。

內(nèi)部擴(kuò)散控制：濕物料內(nèi)部的水分無法及時到達(dá)物料表面（即內(nèi)擴(kuò)散速率遠(yuǎn)小于表面汽化速率），汽化表面不斷向內(nèi)部轉(zhuǎn)移，物料表面溫度不斷升高。

恒速干燥階段是表面汽化控制，降速干燥階段是內(nèi)部擴(kuò)散控制。2023/5/10三、干燥時間的計算1、恒定干燥條件下干燥時間的計算1）利用干燥速度曲線進(jìn)行計算

分離變量積分

2023/5/103）影響干燥速率的因素

空氣流速的影響

空氣溫度的影響空氣濕度的影響2023/5/102、降速干燥時間的計算

不論干燥曲線如何，都可用圖解積分法3、干