廣東工業(yè)大學(xué)化工原理-第九章課件

第九章

干燥

Drying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

第一節(jié)

概述2023/8/3第九章

干燥

Drying一、去濕及其方法第一節(jié)

概1一、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。

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多的水分或有機溶劑(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。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：加熱慣用做法：先采用機械方法把固體所含的絕大部分濕份除去，然后再通過加熱把機械方法無法脫除的濕份干燥掉，以降低除濕的成本。2023/8/3一、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2二、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。2、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2023/8/3二、干燥方法1、傳導(dǎo)干燥2023/7/283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。

2023/8/3料吸收轉(zhuǎn)化為熱能，而將水分加熱汽化。2023/7/2844、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。

2023/8/34、對流干燥2023/7/285三、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)

2023/8/3三、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)生干燥6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2023/8/3物料QNTtwpwp干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體20237干燥過程熱空氣流過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^程傳質(zhì)過程傳質(zhì)過程干燥過程推動力傳質(zhì)推動力：物料表面水分壓P表水

>熱空氣中的水分壓P空水傳熱推動力：熱空氣的溫度t空氣

>物料表面的溫度t物表對流干燥過程實質(zhì)2023/8/3干燥過程熱空氣流過濕物料表面熱量傳遞到濕物料表面濕物料表面水8第九章

干燥

Drying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

2023/8/3第九章

干燥

Drying一、濕空氣的性質(zhì)第二節(jié)

濕9一、濕空氣的性質(zhì)1、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)：

2023/8/3一、濕空氣的性質(zhì)1、濕度H（humidity）濕空氣中水汽10當(dāng)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。2023/8/3當(dāng)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112、相對濕度百分?jǐn)?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，Ф愈低，表明該空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn)，干燥能力越大。φ=1，濕空氣達(dá)到飽和，不能作為干燥介質(zhì)。2023/8/32、相對濕度百分?jǐn)?shù)φ（relativehumidity）12將

代入在總壓一定時

3、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。

2023/8/3將代入在總壓一定時3、比容在濕空氣中，1134、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。

2023/8/34、比熱常壓下，將濕空氣1Kg絕干空氣及相145、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。

2023/8/35、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156、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。

2023/8/36、干球溫度t和濕球溫度1）干球溫度2023/7/2816t大量的濕空氣t,Htw水2023/8/3t大量的濕空氣tw水2023/7/2817t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2023/8/3t大量的濕空氣水表面水的分壓高N,kH水向空氣Q,蒸發(fā)時t18對于空氣~水蒸氣系統(tǒng)而言

當(dāng)

時，

在一定的總壓下，已知t、tw能否確定H?2023/8/3對于空氣~水蒸氣系統(tǒng)而言當(dāng)時，在一定的總壓下，已知t、197、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2023/8/37、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20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

2023/8/3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21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！2023/8/3

228、露點

將不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時的溫度

相應(yīng)的濕度稱為飽和濕度

2023/8/38、露點將不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時的溫度2023/23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：

2023/8/3對于水蒸汽~空氣系統(tǒng)，干球溫度、絕熱飽和溫度24二、濕度圖及其應(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2023/8/3二、濕度圖及其應(yīng)用1、H-I圖P2023/7/28252、濕度圖的應(yīng)用1）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)。b）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和td，求原始狀態(tài)點A(t,H)。c）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和φ，求原始狀態(tài)點A的位置2）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)

2023/8/32、濕度圖的應(yīng)用1）由測出的參數(shù)確定濕空氣的狀態(tài)2023/26AtdA2023/8/3AtdA2023/7/2827A2023/8/3A2023/7/2828

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Dtd=21等焓線Ctas=232023/8/3例：已知濕空氣的干球溫度t=30℃，相對濕度29第九章

干燥

Drying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2023/8/3第九章

干燥

Drying一、濕物料中含水量的表示第三節(jié)30一、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

2023/8/3一、濕物料中含水量的表示方法1、濕基含水量W2、干基含水量31二、干燥系統(tǒng)的物料衡算

1、水分蒸發(fā)量以s為基準(zhǔn)，對水分作物料衡算2023/8/3二、干燥系統(tǒng)的物料衡算1、水分蒸發(fā)量以s為基準(zhǔn)，對水分作322、空氣消耗量L

每蒸發(fā)1kg水分時，消耗的絕干空氣數(shù)量l2023/8/32、空氣消耗量L每蒸發(fā)1kg水分時，消耗的絕干空氣數(shù)量l333、干燥產(chǎn)品流量G2

對干燥器作絕干物料的衡算2023/8/33、干燥產(chǎn)品流量G2對干燥器作絕干物料的衡算2023/734三、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)熱器列焓衡算2023/8/3三、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35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

2023/8/3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36假設(shè)：新鮮干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)出干燥器時的焓分別為：2023/8/3假設(shè)：濕物料進(jìn)出干燥器時的比熱取平均值濕空氣進(jìn)出干燥器時的37濕物料進(jìn)出干燥器的焓分別為2023/8/3濕物料進(jìn)出干燥器的焓分別為2023/7/2838可見：向干燥系統(tǒng)輸入的熱量用于：加熱空氣；加熱物料；蒸發(fā)水分；熱損失2023/8/3可見：向干燥系統(tǒng)輸入的熱量用于：加熱空氣；加熱物料；蒸發(fā)水分392、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2023/8/32、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40四、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

2023/8/3四、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41將上述條件代入H0t0AIHt1Bt2C2023/8/3將上述條件代入H0t0AIHt1Bt2C2023/7/28422、非等焓干燥過程

1）操作線在過B點等焓線下方條件：不向干燥器補充熱量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

2023/8/32、非等焓干燥過程1）操作線在過B點等焓線下方2023/743IHt1Bt2CC1C2C32023/8/3IHt1Bt2CC1C2C32023/7/28442）操作線在過點B的等焓線上方

向干燥器補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點的等溫線

向干燥器補充的熱量足夠多，恰使干燥過程在等溫下進(jìn)行2023/8/32）操作線在過點B的等焓線上方向干燥器補充的熱量45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℃，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。2023/8/3例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進(jìn)行干燥，濕46解：因在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過程，℃℃

2023/8/3解：因在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過程，℃℃2023/7/2847絕干物料量：絕干空氣量2023/8/3絕干物料量：絕干空氣量2023/7/2848預(yù)熱器的傳熱速率℃

2023/8/3預(yù)熱器的傳熱速率℃2023/7/2849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，不會返潮。當(dāng)t2=40℃時，干燥器出口空氣中水汽分壓為t=30℃時，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，物料可能返潮。

2023/8/3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50第九章

干燥

Drying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

2023/8/3第九章

干燥

Drying一、物料中所含水分的性質(zhì)第四51一、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

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。2）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。

2023/8/3一、物料中所含水分的性質(zhì)1、平衡水分與自由水分2023/7522023/8/32023/7/28532、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)生的蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓。包括溶漲水分和小毛細(xì)管中的水分。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。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。

2023/8/32、結(jié)合水分和非結(jié)合水分2023/7/28542023/8/32023/7/2855二、干燥曲線和干燥速率曲線

1、干燥實驗和干燥曲線

干燥曲線：恒定干燥條件下，物料的含水率X與時間θ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

2023/8/3二、干燥曲線和干燥速率曲線1、干燥實驗和干燥曲線干燥曲線562023/8/32023/7/2857

ABC段表示干燥第一階段，BC段為恒速干燥階段，AB段為物料的預(yù)熱階段，但此段所需的時間很短，一般并入BC段內(nèi)考慮。

CDE段為第二階段，