中山大學(xué)化工原理課件-第9章-干燥

干燥Drying丁楠2023/7/31干燥Drying丁楠2023/7/311序言一、去濕及其方法二、干燥方法三、對流干燥的傳熱傳質(zhì)過程2023/7/31序言一、去濕及其方法2023/7/312一、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2023/7/31一、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3二、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：熱能利用較多缺點：與傳熱壁面接觸的物料易局部過熱而變質(zhì)，受熱不均勻。例如紙制品可以鋪在熱滾筒上進行干燥。

2023/7/31二、干燥方法1、傳導(dǎo)干燥2023/7/3142、輻射干燥熱能以電磁波的形式由輻射器發(fā)射到濕物料表面，被物料吸收轉(zhuǎn)化為熱能，而將水分加熱汽化。優(yōu)點：生產(chǎn)能力強，干燥產(chǎn)物均勻缺點：能耗大例如用紅外線干燥自行車表面油漆3、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，水分汽化，物料被干燥。優(yōu)點：干燥時間短，干燥產(chǎn)品均勻而潔凈。缺點：費用大。例如微波干燥食品2023/7/312、輻射干燥2023/7/3154、對流干燥熱能以對流給熱的方式由熱干燥介質(zhì)（通常熱空氣）傳給濕物料，使物料中的水分汽化。物料內(nèi)部的水分以氣態(tài)或液態(tài)形式擴散至物料表面，然后汽化的蒸汽從表面擴散至干燥介質(zhì)主體，再由介質(zhì)帶走的干燥過程稱為對流干燥。優(yōu)點：受熱均勻，所得產(chǎn)品的含水量均勻。缺點：熱利用率低。

討論以熱空氣為干燥介質(zhì)，以水為濕分的對流干燥2023/7/314、對流干燥討論以熱空氣為干燥介質(zhì)，以水為濕分的對流干燥26三、對流干燥原理溫度為t、濕份分壓為p的濕熱氣體流過濕物料的表面，物料表面溫度ti低于氣體溫度t。1、傳熱過程由于溫差的存在，氣體以對流方式向固體物料傳熱，使水分汽化；2、傳質(zhì)過程在分壓差的作用下，水分由物料表面向氣流主體擴散，并被氣流帶走。干燥介質(zhì)Q濕物料表面Q濕物料內(nèi)部濕物料內(nèi)部水分濕物料表面

水分干燥介質(zhì)

2023/7/31三、對流干燥原理溫度為t、濕份分壓為p的濕熱氣體流過濕7物料QNTtwpwp干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體干燥過程：物料的去濕過程介質(zhì)的降溫增濕過程注意：只要物料表面的水分分壓高于氣體中水分分壓，干燥即可進行，與氣體的溫度無關(guān)。氣體預(yù)熱并不是干燥的充要條件，其目的在于加快水分汽化和物料干燥的速度，達到一定的生產(chǎn)能力。干燥是熱、質(zhì)同時傳遞的過程2023/7/31物料QNTtwpwp干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體注意：只8第一節(jié)濕空氣的性質(zhì)和濕度圖一、濕空氣的性質(zhì)二、濕度圖及其應(yīng)用2023/7/31第一節(jié)濕空氣的性質(zhì)和濕度圖一、濕空氣的性質(zhì)2023/79一、濕空氣的性質(zhì)1、

水汽分壓pw

P（總壓）=pa（干空氣）+pw（水汽）空氣中水汽分壓越大，水汽含量就越高。摩爾量之比：（一）空氣中水蒸氣含量的表示方法2023/7/31一、濕空氣的性質(zhì)1、

水汽分壓pw空氣中水汽分壓越大，102、濕度H（humidity）濕空氣中水汽的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比，又稱濕含量。對于水蒸氣~空氣系統(tǒng)：

2023/7/312、濕度H（humidity）濕空氣中水汽的質(zhì)量與絕干空氣11當濕空氣中水汽分壓pw等于該空氣溫度下的飽和蒸汽壓ps時，其濕度稱為飽和濕度，用Hs表示。2023/7/31當濕空氣中水汽分壓pw等于該空氣溫度下的飽和蒸汽壓ps123、相對濕度百分數(shù)φ（relativehumidity）

在總壓P一定的條件下，濕空氣中水蒸氣分壓pw與同溫度下的飽和蒸汽壓ps之比。相對濕度代表濕空氣的不飽和程度，φ愈低，表明該空氣偏離飽和程度越遠，干燥能力越大。Φ=1，濕空氣達到飽和，不能作為干燥介質(zhì)。2023/7/313、相對濕度百分數(shù)φ（relativehumidity13將

代入

在總壓一定時1、比容

在濕空氣中，1kg絕干空氣體積和相應(yīng)水汽體積之和，又稱濕容積。

（二）濕比容單位為m3濕空氣

?kg干空氣2023/7/31將代入在總壓一定時1、比容在濕空氣中，114取1Kmol，29Kg，22.4m3,2023/7/31取1Kmol，29Kg，22.4m3,2023/7/31151、比熱

常壓下，將濕空氣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，稱為濕比熱。

（三）濕空氣的熱參數(shù)2023/7/311、比熱常壓下，將濕空氣1Kg絕干空氣及相162、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。

Iw=r0+cwt焓是相對值，00C的干空氣和液態(tài)水的焓為基準態(tài)（0），水汽包括00C時的汽化潛熱和00C以上的顯熱，干空氣只包括顯熱，Ia=cat2023/7/312、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17(四)濕空氣的溫度1）干球溫度t用普通溫度計測得的濕空氣的真實溫度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，達到平衡或穩(wěn)定時所顯示的溫度。2023/7/31(四)濕空氣的溫度1）干球溫度t2023/7/3118t大量的濕空氣t,Htw水2023/7/31t大量的濕空氣tw水2023/7/3119t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,自身降溫，吸熱t(yī)w水溫不再下降，達到平衡2023/7/31t大量的濕空氣水表面水的分壓高N,kH水向空氣Q,自身降溫20對于空氣~水蒸氣系統(tǒng)而言

在一定的總壓下，已知t、tw能否確定H?事實上，不論水溫如何，最終必將達到此動態(tài)平衡2023/7/31對于空氣~水蒸氣系統(tǒng)而言在一定的總壓下，已知t、tw能否確213、絕熱飽和冷卻溫度

水分向空氣中汽化

空氣降溫增濕飽和絕熱焓不變與外界無熱量交換，既無熱量補充，又無熱量損失。

2023/7/313、絕熱飽和冷卻溫度水分向空氣中汽化空氣降溫增濕飽和絕熱22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

2023/7/31對絕熱飽和器作焓衡算，即可求出絕熱飽和溫度一般H及Ha23

是濕空氣在絕熱、冷卻、增濕過程中達到的極限冷卻溫度。對于空氣~水系統(tǒng)，

注意：絕熱飽和溫度于濕球溫度的區(qū)別和聯(lián)系！2023/7/31

24

1、濕球溫度：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。絕熱飽和溫度：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。2、濕球溫度：傳質(zhì)、傳熱仍在進行，因此屬動態(tài)平衡范疇。絕熱飽和溫度：沒有凈的質(zhì)量、熱量傳遞進行，因此屬靜態(tài)平衡范疇。不同之處：1、濕空氣均為等焓變化、2、均為空氣狀態(tài)（t、H）的函數(shù)3、對于空氣水體系,tw

tas，

相同之處：2023/7/311、濕球溫度：大量空氣與少量水接觸后的穩(wěn)定的水溫，空氣的狀254、露點

t,pwt1,pwt2,pw

=Ps,d

將不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時的溫度2023/7/314、露點t,pwt1,p26

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

不飽和空氣：

飽和空氣：

2023/7/31對于水蒸汽~空氣系統(tǒng)，干球溫度、絕熱飽和溫度27二.氣體濕度圖（Humiditychart）濕氣體參數(shù)的計算比較繁瑣，甚至需要試差。為了方便和直觀，通常使用濕度圖。2023/7/31二.氣體濕度圖（Humiditychart）濕氣體參數(shù)的計28空氣濕度圖的繪制（Humiditychart）對于空氣-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都具有相同的tas。橫坐標：空氣的干球溫度，所有縱線為等溫線。右側(cè)縱坐標：空氣的濕度，所有的橫線為等濕度線。(1)等相對濕度線(等線)總壓P一定，對給定的：因

ps=f(t)，

故

H=f(t)。(2)絕熱冷卻線（等tas線）對給定的tas：t

=f(H)2023/7/31空氣濕度圖的繪制（Humiditychart）對于空氣-29(3)濕熱-濕度線(cH-H)

總壓P=101.325kPa時：

濕比熱是濕度的函數(shù)，在圖中的溫度范圍內(nèi)與溫度無關(guān)。(4)濕比容-溫度線(H

-H)對于P=101.325kPa的飽和空氣：

若已知濕度和溫度，即可由對應(yīng)直線查得氣體濕比容。由于Has=f(t)，故Has

=f(t)。2023/7/31(3)濕熱-濕度線(cH-H)總壓P=30tdIcH三.濕度圖的應(yīng)用ttas=twVH2023/7/31tdIcH三.濕度圖的應(yīng)用ttas=twVH2023/731過P點的絕熱冷卻線與=100%的等相對濕度線的交點在橫坐標上對應(yīng)的值即為絕熱飽和溫度。讀得

tas=52℃，即tw=

tas=52

℃；解：由t=62℃的等溫線和H=0.092的等濕度線可以確定一個交點P：過P點的等

線上讀得=60%；空氣濕度圖的用法（Useofhumiditychart）【例1】已知t=62℃，H=0.092，求、tas、tw、td、cH和iH。cH~H=60%1.18cH

kJ/(kg絕干氣體·K)

0.092濕度H絕熱冷卻線tdtas62℃溫度tP過P點的等濕度線（H=0.092）與=100%的等相對濕度線的交點，在橫坐標上對應(yīng)的值即為露點溫度，讀得

td=51℃；過P點的等濕度線與

cH-H

線的交點在頂部橫軸上的讀數(shù)即為

cH

，讀得

cH

=1.18

kJ/(kg絕干氣體·K)；=100%52℃51℃2023/7/31過P點的絕熱冷卻線與=100%的等相對濕度線的交點在橫坐32空氣濕度圖的用法（Useofhumiditychart）在橫軸上作t=52℃的等溫線與=100%的等相對濕度線相交，作過此交點的絕熱冷卻線，與t=62℃的等溫線的交點即為空氣狀態(tài)P點。【例2】測得空氣的干球溫度t=62℃，濕球溫度tw=52℃，試求空氣的H、、tas、td。

解：tw=tas=52℃；先確定tas=52℃的絕熱冷卻線。=60%0.092濕度H絕熱冷卻線tdtas62℃溫度tP=100%52℃51℃由氣體狀態(tài)P

點，用上例中類似的方法可以查出H=0.092，=60%，td=51℃2023/7/31空氣濕度圖的用法（Useofhumiditychar33空氣濕度圖的用法（Useofhumiditychart）【例3】已知空氣的露點溫度

td=51℃，相對濕度

=60%，試求

t、H、tas、tw。解：由

t=51℃的等溫線與=100%的等相對濕度線的交點作過該點的等濕度線(H=0.092)，該線與

=60%的等相對濕度線交于

P

點。=60%0.092濕度H絕熱冷卻線tdtas62℃溫度tP=100%52℃51℃由氣體狀態(tài)P點，用上例中類似的方法可以讀出

P點對應(yīng)的空氣參數(shù)：t=62℃，H=0.092，tas=tw=52℃2023/7/31空氣濕度圖的用法（Useofhumiditychar342．表示濕空氣的狀態(tài)變化過程兩個獨立參數(shù)，確定空氣狀態(tài)點，

j=100%H

j=100%H

AB

t

t

(a)加熱過程

(b)冷卻過程

ABC2023/7/312．表示濕空氣的狀態(tài)變化過程兩個獨立參數(shù)，確定空氣狀態(tài)點，35

j=100%

H

B絕熱飽和線

A

t

(c)絕熱增濕、降溫過程

2023/7/31j36ABCDΦ＝1tH濕空氣在t－H圖上經(jīng)歷如右圖示A→B→C→D→A的封閉循環(huán)。試說明：（1）各部分的作用；（2）B、C兩點所代表的空氣何者接受水份的能力較強。答：

A→B等濕增溫B→C降溫增濕

C→D等濕降溫至飽和D→A維持飽和降溫降濕B點的相對濕度小,B點接受水分能力強2023/7/31ABCDΦ＝1tH濕空氣在t－H圖上經(jīng)歷如右圖示A→B→C→37將不飽和濕空氣冷卻至露點，再維持飽和度不變降溫，請設(shè)計兩個可行的過程（每一個過程有一個參數(shù)不變）將空氣恢復(fù)到原狀態(tài)，指出不變的參數(shù)，并在t-H圖上定性畫出該循環(huán)過程.①—等濕升溫①—等濕升溫②—等溫增濕②—φ不變升溫增濕

2023/7/31將不飽和濕空氣冷卻至露點，再維持飽和度不變降溫，請設(shè)計兩個可382023/7/312023/7/3139Hkg水/kg絕干氣IkJ/kg絕干氣t℃

φpkPa橫坐標H，

等濕線（平行于縱坐標）

縱坐標I，

等焓線（45℃于橫坐標）等溫線t等相對濕度線φ等分壓線p總壓一定H＝0.622φps/(P-φps)p＝PH/(0.622+H)，一般H很小2023/7/31Hkg水/kg絕干氣IkJ/kg絕干氣t℃φ40A由測出的參數(shù)確定濕空氣的狀態(tài)a）水與空氣系統(tǒng)，已知空氣的干球溫度

t和濕球溫度

tw，確定該空氣的狀態(tài)點

A(t,H)。2023/7/31A由測出的參數(shù)確定濕空氣的狀態(tài)a）水與空氣系統(tǒng)，已知空氣的干41tdAb）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和td，求原始狀態(tài)點

A(t,H)。2023/7/31tdAb）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和td，求原始狀態(tài)點42Ac）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和φ，求原始狀態(tài)點A

的位置2023/7/31Ac）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和φ，求原始狀態(tài)點43已知濕空氣某兩個可確定狀態(tài)的獨立變量，求該濕空氣的其他參數(shù)和性質(zhì)

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td、tas。t=30AH=0.016kg/kg干氣D等焓線Ctas=23td=21℃2023/7/31已知濕空氣某兩個可確定狀態(tài)的獨立變量，求該濕空氣的其他參數(shù)和44一、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、干燥過程的圖解第二節(jié)干燥過程的物料與熱量衡算2023/7/31一、濕物料中含水量的表示方法第二節(jié)干燥過程的物料與熱量衡45一、濕物料中含水量的表示方法1、濕基含水量w

2、干基含水量X3、換算關(guān)系

2023/7/31一、濕物料中含水量的表示方法1、濕基含水量w2、干基含水量46干燥過程干燥室預(yù)熱器二、干燥系統(tǒng)的物料衡算空氣預(yù)熱的作用？2023/7/31干燥過程干燥室預(yù)熱器二、干燥系統(tǒng)的物料衡算空氣預(yù)熱的作用？247求解：干燥介質(zhì)用量，蒸發(fā)的水分量等預(yù)熱器L,t0,H0L,t1,H1干燥室L,t2,H2濕物料G1,w1,(X1)產(chǎn)品G2,w2,(X2)新鮮空氣廢氣L——絕干空氣質(zhì)量流量，[kg干氣/hr]；G1、G2——物料進出干燥器總量，[kg物料/hr]。w1(X1)，w2(X2)：干燥前后濕物料的濕（干）基含水量；H1，H2：干燥前后濕空氣的濕度。2023/7/31求解：干燥介質(zhì)用量，蒸發(fā)的水分量等預(yù)熱器L,t0,H0481、水分蒸發(fā)量

＝濕物料中水分減少量＝濕空氣中水分增加量絕對干物料質(zhì)量2023/7/311、水分蒸發(fā)量＝濕物料中水分減少量絕對干物料質(zhì)量2023/492、空氣消耗量L單位空氣消耗量l

（每蒸發(fā)1kg水分時，消耗的絕干空氣數(shù)量）因為：H1=H0

2023/7/312、空氣消耗量L單位空氣消耗量l（每蒸發(fā)1kg水分時，消50夏季要比冬季空氣的消耗量大?？諝獾墓娘L機等裝置要以全年最熱月份的空氣消耗量來決定濕空氣的體積流量。3、干燥產(chǎn)品流量G2

對干燥器作絕干物料的衡算

2023/7/31夏季要比冬季空氣的消耗量大?？諝獾墓娘L機等裝置要以全年最熱月51例：在一連續(xù)干燥器中，每小時處理濕物料1000kg，經(jīng)干燥后物料的含水量由10%降至2%（wb）。以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始濕度H1=0.008kg水/kg絕干氣，離開干燥器時濕度為H2=0.05kg水/kg絕干氣，假設(shè)干燥過程中無物料損失.試求：水分蒸發(fā)量、空氣消耗量以及干燥產(chǎn)品量。解:1）水分蒸發(fā)量：將物料的濕基含水量換算為干基含量，即:2023/7/31例：在一連續(xù)干燥器中，每小時處理濕物料1000kg，經(jīng)干52（2）空氣消耗量進入干燥器的絕干物料為GC

=G1(1－w1)=1000(1－0.1)=900kg絕干料/h

水分蒸發(fā)量為W=GC(X1－X2)=900(0.111－0.0204)=81.5kg水/h2023/7/31（2）空氣消耗量進入干燥器的絕干物料為2023/7/3153（3）干燥產(chǎn)品量原濕空氣的消耗量為：

L?=L(1+H1)=1940(1+0.008)=1960kg濕空氣/h

單位空氣消耗量（比空氣用量）為：2023/7/31（3）干燥產(chǎn)品量原濕空氣的消耗量為：2023/7/3154三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算

1、熱量衡算的基本方程QP：預(yù)熱器內(nèi)加入的熱量，[kJ/h]；QD：干燥器內(nèi)補充的熱量，[kJ/h]；QL：干燥器的熱損失，[kJ/h]。QDQLG1,X1,G2,X2,QP2023/7/31三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算1、熱量衡算的基本方程QP：預(yù)熱器55忽略預(yù)熱器的熱損失，對預(yù)熱器列焓衡算：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為基準單位時間內(nèi)向干燥器補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2023/7/31忽略預(yù)熱器的熱損失，單位時間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量為：對干燥器56(1)預(yù)熱器的加熱量若忽略熱損失，則(2)干燥室的熱量衡算輸入量1）濕物料帶入熱量（焓值）cm：濕物料的平均比熱，[kJ/kg濕料℃]；cw：水的比熱，[kJ/kg水℃]。2023/7/31(1)預(yù)熱器的加熱量若忽略熱損失，則(2)干燥室的熱量衡572）空氣帶入的焓值3）干燥器補充加入的熱量輸出量1）干物料G2帶出焓值：2）廢氣帶出焓值：3）熱損失：2023/7/312）空氣帶入的焓值3）干燥器補充加入的熱量輸出量1）干物料G58Σ輸入＝Σ輸出所需外加總熱量Q：加熱空氣蒸發(fā)水分加熱物料熱損失2023/7/31Σ輸入＝Σ輸出所需外加總熱量Q：加熱空氣蒸發(fā)水分加熱物料熱592023/7/312023/7/31602、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2023/7/312、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61影響熱效率的因素因此，t2不能過低，一般規(guī)定t2比進入干燥器時空氣的濕球溫度tw高20~50℃。3.回收廢氣中熱量4.加強管道保溫，減少熱損失1.一定時，傳熱推動力傳質(zhì)推動力2.一定時，2023/7/31影響熱效率的因素因此，t2不能過低，一般規(guī)定t262等焓干燥過程（絕熱干燥過程或理想干燥過程）——空氣在進、出干燥室的焓值不變。規(guī)定：不向干燥室中補充熱量QD=0；忽略干燥室向周圍散失的熱量QL=0；實際干燥過程——在非絕熱情況下進行的干燥過程。四、干燥過程的圖解2023/7/31等焓干燥過程（絕熱干燥過程或理想干燥過程）——空氣在進、出干631.過程分析：令則有：2023/7/311.過程分析：令則有：2023/7/3164：外界補充的熱量及濕物料中被汽化水分帶入的熱量；補充熱：熱損失及濕物料在干燥室獲得的熱量。損失熱即：△=補充熱﹣損失熱2023/7/31：外界補充的熱量及濕物料中被汽化水分：熱損失及濕物料在干燥室651）等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況：空氣放出的顯熱完全用于蒸發(fā)水分所需的潛熱，而水蒸汽又把這部分潛熱帶回到空氣中，所以空氣焓值不變。濕物料中水分帶入的熱量及干燥器補充的熱量正好與熱損失及物料升溫所需的熱量相抵消，此時，空氣的焓值也保持不變。IHt2Ct1BH0t0A2023/7/311）等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況：空氣放66H0t0AIHt1Bt2C2）實際干燥過程：a.補充熱量小于損失的熱量理想操作線BC:過點B的等焓線C1下方b.補充熱量大于損失的熱量即C2上方補充的熱量足夠多，恰使干燥過程在等溫下進行,操作線為過B點的等溫線

BC3C3實際操作線BC1:在等焓線的下方實際操作線BC2:在等焓線的上方2023/7/31H0t0AIHt1Bt2C2）實際干燥過程：a.補充熱量小672.空氣出口狀態(tài)的確定方法——確定H2、I2a.計算法b.圖解法102ABCI1

t2

t0

t1

I0H0H1H2(H2、I2)2023/7/312.空氣出口狀態(tài)的確定方法——確定H2、I2a.計算法68

例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進行干燥,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%。空氣狀況為：初始溫度為25℃，濕度為0.005kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱后進干燥器的溫度為140℃,若離開干燥器的溫度選定為60℃和40℃，試分別計算需要的空氣消耗量及預(yù)熱器的傳熱速率。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？假設(shè)干燥器為理想干燥器。2023/7/31例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進行干燥,濕69解：因在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過程，

℃℃2023/7/31解：因在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過程，℃℃2023/7/3170絕干物料量：絕干空氣量：2023/7/31絕干物料量：絕干空氣量：2023/7/3171預(yù)熱器的傳熱速率℃2023/7/31預(yù)熱器的傳熱速率℃2023/7/3172分析物料的返潮情況當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到氣體的露點，不會返潮。2023/7/31分析物料的返潮情況當t2=60℃時，干燥器出口空氣中水汽分73t=30℃時，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，物料可能返潮。當t2=40℃時，干燥器出口空氣中水汽分壓為2023/7/31t=30℃時，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，物料可能返潮74第三節(jié)干燥速度和干燥時間一、物料中所含水分的性質(zhì)二、固體物料的干燥機理三、干燥曲線和干燥速率曲線四、干燥時間的計算2023/7/31第三節(jié)干燥速度和干燥時間一、物料中所含水分的性質(zhì)20275一、物料中所含水分的性質(zhì)干燥過程，就是物料的濕份由物料內(nèi)部遷至外部，再由外部汽化進入空氣主體的過程。干燥速率取決于：濕空氣的性質(zhì)、物料所含水份的性質(zhì)。2023/7/31一、物料中所含水分的性質(zhì)干燥過程，就是物料的濕份由物料內(nèi)部遷76一、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（X*）

用某種空氣無法再去除的水分。

與物料的種類、溫度及空氣的相對濕度有關(guān)

物料中的平衡水分隨溫度升高而減小隨濕度的增加而增加。PwPS干燥推動力：時，物料中還存在的水分；不能用干燥方法除去的X*=f（物料種類、空氣性質(zhì)）2023/7/31一、物料中所含水分的性質(zhì)1、平衡水分與自由水分PwPS干燥772）自由水分

在干燥過程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分。木材與，的空氣接觸時，；與，的空氣接觸時，2023/7/312）自由水分木材與，78結(jié)合水分：與物料之間有物理化學(xué)作用，因而產(chǎn)生的蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，pw<ps。包括溶漲水分和小毛細管中的水分。水與物料結(jié)合力強，難于除去非結(jié)合水分

:機械地附著在物料表面，產(chǎn)生的蒸汽壓與純水無異，pw＝ps。包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。水與物料結(jié)合力弱，容易除去。

結(jié)合水分與非結(jié)合水分只與物料的性質(zhì)有關(guān)，而與空氣的狀態(tài)無關(guān)，這是與平衡水分的主要區(qū)別。2、結(jié)合水分和非結(jié)合水分2023/7/31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79物料與水分結(jié)合方式吸附水分：濕物料的粗糙外表面附著的水分。毛細管水分：多孔性物料的孔隙中所含的水分。溶脹水分：物料細胞壁或纖維皮壁內(nèi)的水分。結(jié)合水：包括溶漲水分和小毛細管中的水分。非結(jié)合水：包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。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。

2023/7/31物料與水分結(jié)合方式吸附水分：濕物料的粗糙外表面附著的水分。結(jié)80將圖中各線延長，與相交，交點以左的為結(jié)合水分。交點以右的為非結(jié)合水分。濕含量XX相對濕度非結(jié)合水分結(jié)合水分01.00.52023/7/31將圖中各線延長，與相交，交81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。1.02023/7/31平衡水分一定是結(jié)合水分；1.02023/7/3182

在橫坐標是φ，縱坐標是X的圖中，物料的總水分、平衡水分、自由水分、結(jié)合水分、非結(jié)合水分之間的關(guān)系見圖示?？偹肿杂伤制胶馑址墙Y(jié)合水分結(jié)合水分x*x0x1空氣相對濕度φ100%物料的含水量02023/7/31在橫坐標是φ，縱坐標是X的圖中，物料的總水分、83【練習】在常壓25℃下，水分在ZnO與空氣間的平衡關(guān)系為：相對濕度φ＝100%，平衡含水量X*＝0.2kg水/kg干料。現(xiàn)ZnO的含水量為0.25kg水/kg干料，令其與25℃，φ＝40%的空氣接觸，平衡含水量X*＝0.07kg水/kg干料，求物料的自由水分、平衡水分、結(jié)合水分和非結(jié)合水分。X=0.25X*＝0.07＝40﹪0總含水量平衡水分自由水分結(jié)合水分非結(jié)合水分0.21.0平衡水分=0.07自由水分=0.25-0.07=0.18結(jié)合水分=0.2非結(jié)合水分=0.25-0.2=0.05解：2023/7/31【練習】在常壓25℃下，水分在ZnO與空氣間的平衡關(guān)系為：X84二、固體物料的干燥機理1．表面汽化控制：表面汽化速率內(nèi)部擴散速率當濕物料（其含水量大于平衡含水量）與干燥介質(zhì)（熱空氣）接觸，其表面水分汽化，形成表面與內(nèi)部的濕度差，水分由內(nèi)部向表面擴散。在干燥的不同時期，其控制機理不同：內(nèi)部水分能迅速到達表面，物料表面足夠濕潤，其表面溫度可取tW，干燥速率受表面汽化速率控制，此類干燥操作完全受干燥介質(zhì)性質(zhì)而定。如：紙、皮革的干燥——恒速干燥階段2023/7/31二、固體物料的干燥機理1．表面汽化控制：表面汽化速率內(nèi)部擴852．內(nèi)部擴散控制：表面汽化速率內(nèi)部擴散速率內(nèi)部水分不能迅速到達表面，物料表面不能完全濕潤，蒸發(fā)面向物料內(nèi)部移動。這種情況必須想法增加內(nèi)部擴散速率，或降低表面汽化速率。如：木材常用濕空氣干燥，否則表面干燥，內(nèi)部潮濕，將引起表面干燥收縮而發(fā)生繞曲?！邓俑稍镫A段2023/7/312．內(nèi)部擴散控制：表面汽化速率內(nèi)部擴散速率內(nèi)部水分不能迅速86三、干燥曲線和干燥速率曲線干燥曲線：恒定干燥條件下，物料的含水率X與表面溫度θ與干燥時間τ的關(guān)系

干燥速率：單位時間內(nèi)，單位干燥面積上汽化的水分量

2023/7/31三、干燥曲線和干燥速率曲線干燥曲線：恒定干燥條件下，物料的87天平毫伏表濕物料干燥介質(zhì)熱電偶1、干燥實驗和干燥曲線——測定物料含水量與溫度隨時間的關(guān)系隨干燥時間的延續(xù)，水分不斷汽化，濕料的質(zhì)量不斷下降，直至恒值。此時為動態(tài)平衡，含水量為平衡含水量。將物料放入電烘箱烘干到恒重，即為物料的絕干質(zhì)量Gc記錄：時間～物料質(zhì)量～物料溫度～

2023/7/31天平毫伏表濕物料干燥介質(zhì)熱電偶1、干燥實驗和干燥曲線——測88恒定干燥條件下，用于描述物料含水量X、干燥時間θ及物料表面溫度t之間的關(guān)系曲線。干燥曲線：空氣的溫度、濕度、流速及物料接觸方式不變X-

線t-

線ABCDEX1物料含水量X

物料表面溫度

t

t1干燥時間

XcX*0t2tW0為了比較不同物料在相同條件下的干燥速率，還可以把干燥曲線轉(zhuǎn)化成干燥速率曲線。2023/7/31恒定干燥條件下，用于描述物料含水量X、干燥時間θ及物料891）干燥速率：單位時間內(nèi)，單位干燥面積上汽化的水分量。2、干燥速率曲線ABC段：恒速干燥階段

AB段：預(yù)熱段

BC段：恒速段CDE段：降速干燥階段C點：臨界點

XC：臨界含水量E點：平衡點

X*：平衡水分2023/7/311