Transcript 第十一章固体物料的干燥
新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.1 干燥过程概述 11.1.1 干燥的原理与应用 新乡学院化工原理精品课程 一、干燥过程的原理 分离物系 固体中的湿分 形成两相体系的方法 引入一气相（干燥介质） （固相＋气相） 传质原理 气、固相中所含湿分的不同 新乡学院化工原理精品课程 pW 湿 物 料 N 推动力 pw- p p t tW 气膜 Q 推动力 t - tw 气相主体 固体物料干燥过程 热 空 气 新乡学院化工原理精品课程 二、干燥过程的应用 应用示例 湿尿素干燥成尿素产品 含水量 3% 干燥 含水量 ≤0.5% 湿聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯产品 含水量 2% 干燥 含水量 ≤0.3% 新乡学院化工原理精品课程 三、干燥过程与其他除湿方法的比较 工程中的常用除湿方法 机械除湿 物理除湿 利用热能除湿 沉降 过滤 离心 吸附 干燥 干燥除湿的特点 除湿彻底 能耗高 为节能工业上多采用联合除湿 机械除湿 干燥除湿 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.1 干燥过程概述 11.1.1 干燥的原理与应用 11.1.2 干燥过程的分类 新乡学院化工原理精品课程 干燥过程的分类 按操作压力分类 干燥 按传热方式分类 常压干燥 传导干燥 真空干燥 对流干燥 √ 按操作方式分类 间歇干燥 干燥 √ √ √ 连续干燥 √ 干燥 √ 辐射干燥 介电加热干燥 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.1 干燥过程概述 11.2 湿空气的性质及湿度图 11.2.1 湿空气的性质 新乡学院化工原理精品课程 一、湿度 H (湿含量) 干燥介质 湿空气 干燥湿分 水分 计算基准 1kg 绝干气 定义 湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比 符号 H 单位 kg水汽 / kg绝干气 kg / kg绝干气 新乡学院化工原理精品课程 一、湿度 H (湿含量) H 湿空气中水汽的质量 湿空气中绝干气的质量 Mv Mg Y 18 Y 0.622Y 29 常压下湿空气可视为理想气体 H 0.622 p p总 p 水汽 的 分压 总压 湿空 气中 水汽 与绝 干气 的摩 尔比 新乡学院化工原理精品课程 一、湿度 H (湿含量) 若 p ps 湿空气被水所饱和 HS 0.622 pS p总 pS ps f (t ) 空气温度下纯 水的饱和蒸气 压 饱和湿空气 新乡学院化工原理精品课程 二、相对湿度 定义 湿空气中水汽分压与同温度水的饱和蒸气 压之比 符号 单位 ％ p ps 100% H 0.622 ps p总 ps 新乡学院化工原理精品课程 二、相对湿度 分析 ～ 吸收水 分能力 ～ 传质推 动力 p= 0 =0 p= ps = 100％ ～ 干燥 能力 ～ 干燥 速率 绝干空气 饱和空气 新乡学院化工原理精品课程 三、比体积 vH 定义 以1 kg 绝干气为基准的湿空气的体积 符号 vH 单位 m3湿空气 / kg绝干气 3 vH m 湿空气 kg 绝干气 3 3 m 绝干气 m 水汽 kg 绝干气 新乡学院化工原理精品课程 三、比体积 vH 设 湿空气的温度为 t 湿空气的湿度为 H 湿空气的总压力为 p总 H 273 t 1.013 10 1 22 .4 vH 273 p总 29 18 (0.772 1.244 H ) 273 t 273 5 1.013 10 p总 5 新乡学院化工原理精品课程 四、比热容 cH 定义 常压下将以 1kg 绝干气为基准的湿空气 的温度升高（或降低）1 ℃ 所吸收（或 放出）的热量 符号 cH 单位 kJ / (kg绝干气·℃) 设 湿空气的湿度为 H 则 cH cg Hcv 绝干气 比热容 水汽的 比热容 新乡学院化工原理精品课程 四、比热容 在常用温度范围内 cg =1.01 kJ / (kg绝干气·℃) cv =1.88 kJ / (kg水汽·℃) 故有 cH 1.01 1.88H cH 新乡学院化工原理精品课程 五、焓 I 定义 以1 kg 绝干气为基准的湿空气的焓值 符号 单位 kJ/kg绝干气 设 绝干气的焓值为 Ig 水汽的焓值为 Iv 则 I I g HI v 新乡学院化工原理精品课程 五、焓 I 以0℃为基准 设 湿空气的温度为 t 湿空气的湿度为 H I cg (t 0) Hcv (t 0) Hr0 (cg Hcv )t Hr0 则 I (1.01 1.88 H )t 2490 H 新乡学院化工原理精品课程 六、温度 1.干球温度与湿球温度 (1)干球温度 t 用普通温度计直接测得的湿空气的温度，称为 干球温度，简称温度，以 t 表示。它是湿空气的真 实温度。 (2)湿球温度 tW 用湿球温度计测得的湿空气的温度，称为湿 球温度。湿球温度可度量湿空气的湿度大小。 新乡学院化工原理精品课程 湿球温度计示意图 新乡学院化工原理精品课程 六、温度 湿球温度的测量机理 不饱和 湿空气 水 不饱和 湿空气 t ＝ tw 湿度差 接触 质量传递 达平衡状态 温度维持不变 水分汽化:向气相主体传递 (汽化热为水分本身温度降低 放出显热) 温度差 热量传递 热量由气相主体传递给水分 (气相温度下降) 新乡学院化工原理精品课程 六、温度 (3)湿球温度与干球温度及湿度的关系 设 湿空气的干球温度为 t 湿空气的湿球温度为 tw 湿空气的湿度为 H 气膜中饱和湿度为 H s,t w 传热速率为 Q S (t t ) w 传质速率为 N kH S ( H s,t H ) w J/s kg/s 新乡学院化工原理精品课程 六、温度 稳态下 Q Nrt w 联立得 tw t kH rt w ( H s,t w H ) tw f (t，H ) 测定 t、tw 湿度 H 不饱和湿空气 t > tw 饱和湿空气 t = tw 新乡学院化工原理精品课程 六、温度 2.绝热饱和冷却温度 tas 不饱和 湿空气 水 绝热 状态 接触 湿度差 水分汽化:向气相主体传递 (汽化热为水分本身温度降低 质量传递 放出显热) 温度差 热量传递 达饱和状态 饱和湿空气 t ＝ tas H ＝ Has 热量由气相主体传递给水分 (气相温度下降－绝热冷却) ＝ 100％ 新乡学院化工原理精品课程 绝热状态 1－塔 身 2－填 料 3－循环泵 绝热饱和冷却塔示意图 新乡学院化工原理精品课程 六、温度 绝热饱和温度与干球温度及湿度的关系 不饱和湿空气的焓 I1 (cg Hcv )t Hr0 饱和湿空气的焓 I 2 (cg H as cv )tas H as r0 绝热过程 I1 I 2 新乡学院化工原理精品课程 六、温度 因为H、Has值很小 cg Hcv cg H as cv cH 整理得 tas t ras cH H as H 通常 / kH cH 比较得 tw tas ras rt w 新乡学院化工原理精品课程 六、温度 3.露点 td 不饱和 湿空气 等湿下冷却达饱和状态 t ～ ps ～ t ＝ td 饱和湿 空气 示例：露珠的产生 不饱和湿空气 t > tw（tas）> td 饱和湿空气 t ＝ tw（tas）= td H H s,td ＝ 100％ 新乡学院化工原理精品课程 练 习 题 目 思考题 1.湿空气的湿度、相对湿度、比体积、比热容和 焓各表示何意义，如何计算？ 2.湿空气的干球温度、湿球温度、绝热饱和冷却 温度、露点各表示何意义，其关系如何？ 作业题: 1、2 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.1 干燥过程概述 11.2 湿空气的性质及湿度图 11.2.1 湿空气的性质 11.2.2 湿空气的湿度图 新乡学院化工原理精品课程 一、 H-I 图的构造 在一定总压下，湿空气的各参数中，只有两个 是独立的，只要确定了湿空气的两个独立参数，湿 空气的状态就确定了。工程上为了方便计算，常将 湿空气各参数标绘成图，称为湿空气的湿度图。 湿空气的 湿度图 湿度-焓（H-I）图 √ 湿度-温度（H-t）图 新乡学院化工原理精品课程 湿空气的H-I 图 新乡学院化工原理精品课程 一、 H-I 图的构造 H-I 图由以下线群组成 等湿度线（等 H 线） 范围 0～0.2 kg/kg绝干气 等焓线（等 I 线） 范围 0～680 kJ/kg绝干气 等干球温度线（等 t 线） 范围 0～250 ℃ 等相对湿度线（等 线） 范围 5～100 ％ =100 ％ 饱和空气线 蒸汽分压线（ p 线） 范围 0～26 kPa 新乡学院化工原理精品课程 二、 H-I 图的应用 1.已知状态点求湿空气的参数 已知状态点可由 H-I 图求出湿空气的各参数值： 湿度 H 焓 I 相对湿度 水汽分压 p 温度 干球温度t 露点td 绝热饱和冷却温度tas(湿球温度 tW) 新乡学院化工原理精品课程 I A % t tW tas td p H 已知状态点求湿空气的参数 新乡学院化工原理精品课程 二、 H-I 图的应用 2.由两个独立参数确定其它参数 已知两个独立参数可由 H-I 图确定湿空气的 状态点，继而求出湿空气的各参数值。 已知温度 t－湿球温度 tW 已知温度 t－露点 td 已知温度 t－相对湿度 新乡学院化工原理精品课程 I A % t tW tas td p H 已知状态点求湿空气的参数 新乡学院化工原理精品课程 I A % t tW tas td p H 已知状态点求湿空气的参数 新乡学院化工原理精品课程 I A % t tW tas td p H 已知状态点求湿空气的参数 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.1 干燥过程概述 11.2 湿空气的性质及湿度图 11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.3.1 湿物料的性质 新乡学院化工原理精品课程 一、湿物料的含水量 1.湿基含水量 湿基含水量是指湿物料中水分的质量分率。 w 湿物料中水分质量 kg / kg湿物料 湿物料的总质量 注意 工业上通常用湿基含水量表示湿物料的含水量。 新乡学院化工原理精品课程 一、湿物料的含水量 2.干基含水量 干基含水量是指湿物料中水分质量与绝干物料 的质量比。 X 湿物料中水分质量 湿物料中绝干物料质量 两种含水量之间的关系 w X 1 X X w 1 w kg / kg绝干料 新乡学院化工原理精品课程 二、湿物料的比热容 cm 定义 将以 1kg 绝干料为基准的湿物料的温度升 高（或降低）1 ℃ 所吸收（或放出）的热 量 符号 cm 单位 kJ / (kg绝干料·℃) 设 湿物料的干基湿含量为 X 则 cm cs Xcw 绝干料 比热容 水分的 比热容 新乡学院化工原理精品课程 二、湿物料的比热容 在常用温度范围内 cw =4.187 kJ / (kg水·℃) 故有 cm cs 4.187 X cm 新乡学院化工原理精品课程 三、湿物料的焓 I 定义 以1 kg 绝干料为基准的湿物料的焓值 符号 I 单位 kJ/kg绝干料 设 绝干料的焓值为 I s 水的焓值为 Iw 则 I I XI s w 新乡学院化工原理精品课程 三、湿物料的焓 I 以0℃为基准 设 湿物料的温度为 湿物料的干基湿含量为 X I cs ( 0) Xcw ( 0) (cs Xcw ) 则 I (cs 4.187 X ) cm 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.1 干燥过程概述 11.2 湿空气的性质及湿度图 11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.3.1 湿物料的性质 11.3.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算 新乡学院化工原理精品课程 一、物料衡算 绝干空 气流量 新鲜空气 干燥产品 干燥产 品流量 L H1 绝干物 料流量 W 干燥器 L H 2 废气 湿物料 G X2 G2 w2 G X1 G1 w1 干燥器物料衡算示意图 湿物料 处理量 新乡学院化工原理精品课程 一、物料衡算 1.水分蒸发量W 以1s为基准，设干燥器内无物料损失，对干燥 器作物料衡算 LH1 GX1 LH 2 GX 2 则 W L( H 2 H1 ) G( X1 X 2 ) 单位时间 内 水分蒸发 量 kg/s 新乡学院化工原理精品课程 一、物料衡算 2.空气消耗量 L 由 得 W L( H 2 H1 ) G( X1 X 2 ) L G( X 1 X 2 ) H 2 H1 W H 2 H1 单位时间内消耗 的绝干空气量 kg绝干气/s 新乡学院化工原理精品课程 一、物料衡算 设 绝干空气消耗量为 L 湿空气的湿度为 H1 则 湿空气(新鲜空气)的消耗量为 L0 L(1 H1 ) kg湿空气/s 湿空气(新鲜空气)的体积消耗量为 V LvH m3湿空气/s 新乡学院化工原理精品课程 一、物料衡算 单位空气消耗量为 l L W 1 H 2 H 1 单位时间内消耗 的绝干空气量 kg绝干气/ kg 水 新乡学院化工原理精品课程 一、物料衡算 3.湿物料处理量及干燥产品流量 绝干料衡算 G G2 (1 w2 ) G1 (1 w1 ) 湿物料处理量 G1 G2 (1 w2 ) 1 w1 kg/s 干燥产品流量 G2 G1 (1 w1 ) 1 w2 kg/s 新乡学院化工原理精品课程 二、热量衡算 QL 新 鲜 空 气 L t0 I0H0 L t1 预热器 QP L t2 干燥器 I1 H 1 干 燥 产 品 I2 H2 G 1 I 1 G 2 I 2 QD 干燥器热量衡算示意图 Qp— 预热器消耗热量，kW QD— 干燥器补充热量，kW QL— 热损失速率，kW 废 气 湿 物 料 新乡学院化工原理精品课程 一、热量衡算基本方程 预热器热量衡算 LI 0 Qp LI1 QP L( I1 I 0 ) 干燥器热量衡算 QD L( I 2 I1 ) G( I 2 I1) QL 整个系统热量衡算 Q QP QD L( I 2 I 0 ) G( I 2 I1) QL 新乡学院化工原理精品课程 一、热量衡算基本方程 由 I I g HI v cgt HI v 绝干 空气 的焓 水汽 的焓 I 0 cg t0 H 0 I v0 I 2 cg t2 H 2 I v2 设 I v0 I v2 则 I 2 I 0 cg (t2 t 0 ) I v2 ( H 2 H 0 ) 新乡学院化工原理精品课程 一、热量衡算基本方程 以0 ℃为基准 I v2 r0 cvt2 r0 2490 cv 1.88 cg 1.01 故 I 2 I 0 1.01(t 2 t 0 ) (2490 1.88t 2 )( H 2 H 0 ) 新乡学院化工原理精品课程 一、热量衡算基本方程 物料的焓值 I1 cm1 湿物料的 平均比热 容 I 2 cm2 I 2 I1 cm ( 2 1 ) cm cs Xcw cs 4.187 X 绝干料的 平均比热 容 水的比 热容 新乡学院化工原理精品课程 一、热量衡算基本方程 由 Q QP QD L( I 2 I 0 ) G( I 2 I1) QL 整理得 Q 1.01L(t2 t0 ) Gcm (2 1 ) W (2490 1.88t2 ) QL 加热 空气 加热 物料 蒸发 水分 损失 热量 新乡学院化工原理精品课程 练 习 题 目 思考题 1.H-I 图的构造如何，如何由湿空气的状态 点确定其状态参数？ 2.如何对干燥系统进行物料衡算？ 3.热量衡算的基本方程式是如何获得的？ 作业题: 3、4、5 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.3.1 湿物料的性质 11.3.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.3.3 空气通过干燥器时的状态变化 新乡学院化工原理精品课程 一、绝热干燥过程 1.绝热干燥过程的状态变化 I1 t1 理想干燥 等焓干燥 t2 B I1 I 2 C A p t0 H 0 H1 H2 新乡学院化工原理精品课程 一、绝热干燥过程 2.绝热干燥过程的条件 不向干燥器补充热量 Ｑ D= 0 干燥器的热损失可忽略 Ｑ L= 0 物料进出干燥器的焓相等 I 2 I1 新乡学院化工原理精品课程 一、绝热干燥过程 由 Q QP QD L( I 2 I 0 ) G( I 2 I1) QL QP L( I1 I 0 ) 则 Q L( I1 I 0 ) QD L( I 2 I 0 ) G( I 2 I1) QL L( I1 I 0 ) L( I 2 I 0 ) 故 I 2 I1 新乡学院化工原理精品课程 二、非绝热干燥过程 1.非绝热干燥过程的状态变化 C I1 t1 实 际 干 燥 B C C A t0 H 0 H1 t 2 t1 I 2 I1 I 2 I1 p 等 温 干 燥 升 焓 干 燥 降 焓 干 燥 新乡学院化工原理精品课程 二、非绝热干燥过程 2.非绝热干燥过程的条件 降焓干燥过程应满足以下条件 不向干燥器补充热量 Ｑ D= 0 干燥器的热损失不能忽略 Ｑ L> 0 物料进出干燥器的焓不相等 I 2 I1 新乡学院化工原理精品课程 二、非绝热干燥过程 由 Q QP QD L( I 2 I 0 ) G( I 2 I1) QL QP L( I1 I 0 ) 则 Q L( I1 I 0 ) QD L( I 2 I 0 ) G( I 2 I1) QL L( I1 I 0 ) L( I 2 I 0 ) 故 I1 I 2 新乡学院化工原理精品课程 二、非绝热干燥过程 升焓干燥过程应满足以下条件 需向干燥器补充热量 且 QD G( I 2 I1) QL 干燥器的热损失不能忽略 Ｑ L> 0 物料进出干燥器的焓不相等 I 2 I1 新乡学院化工原理精品课程 二、非绝热干燥过程 由 Q QP QD L( I 2 I 0 ) G( I 2 I1) QL QP L( I1 I 0 ) 则 Q L( I1 I 0 ) QD L( I 2 I 0 ) G( I 2 I1) QL 因 QD G( I 2 I1) QL L( I1 I 0 ) L( I 2 I 0 ) 故 I I 1 2 新乡学院化工原理精品课程 二、非绝热干燥过程 等温干燥过程应满足以下条件 需向干燥器补充热量 且 ＱD足够大，维持 t1= t2 干燥器的热损失不能忽略 物料进出干燥器的焓不相等 ＱL> 0 I 2 I1 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.3.1 湿物料的性质 11.3.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.3.3 空气通过干燥器时的状态变化 11.3.4 干燥系统的热效率 新乡学院化工原理精品课程 一、干燥系统的热效率 干燥系统的热效率定义 蒸发水分所需的热量 向干燥系统输入的总热量 Qv Q Qv Q P Q D 100 % 100% 蒸发水分 所需热量 新乡学院化工原理精品课程 一、干燥系统的热效率 由 Qv W (2490 1.88t2 4.1871 ) 忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则 Qv W (2490 1.88t2 ) 故 W (2490 1.88t 2 ) 100% Q 对于理想干燥器 t1 t 2 t1 t0 100% 新乡学院化工原理精品课程 二、提高干燥系统热效率的措施 提高干燥系统热效率措施 提高 H 2 而降低 t 2 提高空气入口温度 t1 采用二级干燥 采用内换热器 干燥系统的保温 采用废气循环工艺 新乡学院化工原理精品课程 二、提高干燥系统热效率的措施 废气循环干燥系统（1） 新乡学院化工原理精品课程 二、提高干燥系统热效率的措施 废气循环干燥系统（2） 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.4 干燥速率与干燥时间 11.4.1 物料中水分的性质 新乡学院化工原理精品课程 一、平衡水分与自由水分 1.平衡曲线 湿空气 X X* 湿物料 X 接触 时间 达平衡状态时 ～X 平衡含 水量 ～ X* X * f ( ) 平衡曲线 新乡学院化工原理精品课程 1-新闻纸； 2-羊毛、毛织物； 3-硝化纤维； 4-丝； 5-皮革； 6-陶土； 平衡含水量X*与空气相对 湿度 的关系（25℃ ） 7-烟叶； 8-肥皂； 9-牛皮胶； 10-木材； 11-玻璃绒； 12-棉花 新乡学院化工原理精品课程 一、平衡水分与自由水分 2.平衡水分与自由水分 在一定的干燥条件下 不能被除去的水分 大于平衡水分的水分 平衡水分 X* 自由水分 X-X* 物料所含水分＝平衡水分＋自由水分 平衡水分 自由水分 按能否被除去划分，取决于 物料的性质和空气的状态。 新乡学院化工原理精品课程 二、结合水分与非结合水分 物料表面吸 附及空隙中 所含的水分 湿物料 结合水分的特点 p ps 非结合 水分 物料细胞壁及 毛细孔道内所 含的水分 结合 水分 结合力强，不易除去。 新乡学院化工原理精品课程 二、结合水分与非结合水分 非结合水分的特点 p ps 结合力弱，容易除去。 物料所含水分＝结合水分＋非结合水分 结合水分 非结合水分 按除去的难易程度划分，仅取 决于物料的性质，而与空气的 状态无关。 新乡学院化工原理精品课程 X 非结合水分 100 % p ps 总 水 分 X 自 由 水 分 结合水分 * 平衡 水分 固体物料中所含水分的性质 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.4 干燥速率与干燥时间 11.4.1 物料中水分的性质 11.4.2 恒定干燥条件下干燥时间的计算 新乡学院化工原理精品课程 一、干燥实验和干燥曲线 1.恒定干燥实验 恒定干燥条件 间歇操作 用大量的空气干燥少量的物料 维持空气的速度及与物料的接触方式不变 实验数据 间 τ 物料温度 θ 时 物料湿含量 X 新乡学院化工原理精品课程 1－洞道干燥室 2－离心鼓风机 3－孔板流量计 4－温度计 5－干燥物料 6－重量传感器 7－加热器 8－湿球温度计 9－干球温度计 10－重量显示仪 11－温度显示仪 12－湿球温度显 示仪 13－电加热控制 仪表 洞道干燥实验流程示意图 新乡学院化工原理精品课程 一、干燥实验和干燥曲线 干燥阶段 热量主要用 于物料升温 预热阶段 ～X ～ ～ dX 较小 d 热量用于 汽化水分 恒速干燥阶段（第一干燥阶段） ～ X ～ 不变～ dX d 降速干燥阶段（第二干燥阶段） ～X ～ ～ dX d 很大 热量用于汽化水 分和加热物料 逐渐减小趋近于零 新乡学院化工原理精品课程 一、干燥实验和干燥曲线 2.干燥曲线 将物料含水量Ｘ（或物料表面温度 ）对干燥 时间τ绘图，所得图形称为干燥曲线。 X -τ 曲线 干燥曲线 θ -τ曲线 新乡学院化工原理精品课程 预热阶段 A B 恒速干燥阶段 C 降速干燥阶段 D E 干燥曲线（X-τ关系 ） 新乡学院化工原理精品课程 恒速干燥阶段 2 E 预热阶段 A B tW D C 降速干燥阶段 1 干燥曲线（θ-τ关系 ） 新乡学院化工原理精品课程 练 习 题 目 思考题 1.空气通过干燥器时有哪些状态变化？ 2.何为平衡水分与自由水分，根据什么划分？ 3.何为结合水分与非结合水分，根据什么划分？ 4.干燥曲线有何形式，其构造如何？ 作业题: 6、7、8 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.4 干燥速率与干燥时间 11.4.1 物料中水分的性质 11.4.2 恒定干燥条件下干燥时间的计算 一、干燥实验和干燥曲线 新乡学院化工原理精品课程 二、干燥速率曲线及干燥过程分析 1.干燥速率 定义 单位时间单位干燥面积上汽化的水分质量。 U dW Sd dW GdX U GdX Sd kg/(m2·ｓ) 干燥 速率 干燥速率定义式 新乡学院化工原理精品课程 二、干燥速率曲线及干燥过程分析 2.干燥速率曲线 U 与Ｘ 的关系曲线 —干燥速率曲线。 干燥曲线 X f ( ) 曲线 斜率 dX d 干燥速率曲线 U U f (X ) 新乡学院化工原理精品课程 恒速干燥阶段 预热阶段 C UC 降 速 干 燥 阶 段 B A D 临界干 燥速率 临界湿 含量 E X * XC 恒定干燥条件下干燥速率曲线 新乡学院化工原理精品课程 二、干燥速率曲线及干燥过程分析 3.干燥机理及影响因素 湿空气 ② ① ① 由内部向表面迁移 水分传递 ②由表面向空气中汽化 湿物料 新乡学院化工原理精品课程 二、干燥速率曲线及干燥过程分析 (1)恒速干燥阶段 内部迁 >> 表面汽 移速率 化速率 特征 表面汽化 控制阶段 表面维持润湿状态，汽化的水分为非结合水分 空气传给湿物料显热＝水分汽化所需潜热 新乡学院化工原理精品课程 二、干燥速率曲线及干燥过程分析 设 一批操作中空气传给物料的总热量为 Q 一批操作中蒸发的水分量为 W 则 dQ rt w dW 空气与物料表面的对流传热速率为 dQ Sd (t tw ) 新乡学院化工原理精品课程 二、干燥速率曲线及干燥过程分析 湿物料与空气的传质速率为 U dW Sd kH ( H s,t w H ) 联立并整理得 U dW Sd dQ rt w Sd U kH ( H s,t w H ) rt w (t tw ) 新乡学院化工原理精品课程 二、干燥速率曲线及干燥过程分析 计算 经验公式 1) 空气平行流过静止物料层表面 0.0204( L) 0.8 2) 空气垂直流过静止物料层表面 1.17( L) 0.37 湿空气的 质量流速 新乡学院化工原理精品课程 二、干燥速率曲线及干燥过程分析 3) 气体与运动着的颗粒间的传热 颗粒平 均直径 g d p ut ) 2 0.54( dp g 空气导 热系数 空气运 动黏度 0.5 颗粒沉 降速度 新乡学院化工原理精品课程 二、干燥速率曲线及干燥过程分析 (2)降速干燥阶段 内部迁 移速率 < 内部迁移 控制阶段 表面汽 化速率 特征 表面逐渐变干，汽化的水分为结合水分 干燥速率 U f (物料本身结构、形状、尺寸) 新乡学院化工原理精品课程 三、干燥时间的计算 1.恒速干燥阶段 U U c 常数 由 U G dX Sd 分离变量积分 1 0 d G Uc S Xc X1 dX 新乡学院化工原理精品课程 三、干燥时间的计算 得 1 G UcS ( X1 X c ) 恒速干燥阶 段干燥时间 X C f (物料的性质、干燥介质的状态、干燥器的结构) Xc的来源 由干燥速率曲线得出 由手册查出 新乡学院化工原理精品课程 三、干燥时间的计算 Uc的来源 由干燥速率曲线得出 由经验公式计算 Uc rt w (t t w ) 新乡学院化工原理精品课程 三、干燥时间的计算 2.降速干燥阶段 U 常数 由 U GdX Sd 分离变量积分 2 2 d 0 G S X2 dX XC U 新乡学院化工原理精品课程 三、干燥时间的计算 设 U 与 X 为线性关系 kX Uc 0 Xc X * U c kX X c X kX * U U 0 X X* U kX X X * X 新乡学院化工原理精品课程 三、干燥时间的计算 2 2 d 0 G S Xc dX X2 kX ( X X ) * 积分得 2 G SkX ln Xc X * X2 X * G Xc X ' 2 S Uc * ln Xc X * X2 X * 降速干燥阶 段干燥时间 新乡学院化工原理精品课程 三、干燥时间的计算 若 X * 很低或缺乏 X * 数据，令 X 0 * 则 U kX X X * k X X 故此 ' 2 G Xc S Uc ln Xc X2 降速干燥阶 段干燥时间 新乡学院化工原理精品课程 三、干燥时间的计算 总干燥时间 1 2 若 X 0 * G X c UcS ( X1 Xc 1 ln Xc X2 ) 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.4 干燥速率与干燥时间 11.4.1 物料中水分的性质 11.4.2 变动条件下的干燥过程 新乡学院化工原理精品课程 变动条件下的干燥过程 在连续干燥 器中，无论空气 与物料的接触方 式是并流、逆流 还是错流，空气 的状态都是沿着 干燥器的长度或 高度变化的 — 变 动条件下的干燥 过程。 连续逆流干燥器中 典型温度分布情况 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.4 干燥速率与干燥时间 11.5 真空冷冻干燥(选读) 11.6 干燥器 11.6.1 干燥器的基本要求与分类 新乡学院化工原理精品课程 一、干燥器的基本要求 干燥器的基本要求 保证干燥产品的质量要求 含水量 形状 强度 干燥速率快 热效率高 操作控制方便、劳动条件好 新乡学院化工原理精品课程 二、干燥器的分类 按传热方式分类 厢式干燥器 气流干燥器 对流干 燥器 √ 沸腾干燥器 √ 转筒干燥器 √ 辐射干 燥器 红外线 干燥器 介电干 燥器 微波干 燥器 喷雾干燥器 传导干 燥器 √ 滚筒干燥器 √ 真空盘架式干燥器 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.6 干燥器 11.6.1 干燥器的基本要求与分类 11.6.2 干燥器的主要型式 新乡学院化工原理精品课程 干燥器的主要型式(自学) 自学要求 ① 掌握5种以上主要干燥器的名称。 ② 了解主要干燥器的结构形式与工作原理。 ③ 了解干燥器选型时应考虑的主要因素。 新乡学院化工原理精品课程 第十一章 固体物料的干燥 11.6 干燥器 11.6.1 干燥器的基本要求与分类 11.6.2 干燥器的主要型式 11.6.3 干燥器的设计(选读) 11.7 增湿与减湿(选读) 新乡学院化工原理精品课程 练 习 题 目 思考题 1.何为干燥速率？ 2.干燥速率曲线的构造如何？ 3.恒定干燥条件下的干燥时间如何计算？ 作业题: 10、11、12 新乡学院化工原理精品课程 本 章 小 结 本章重点掌握内容 湿空气的性质及湿度图 湿空气的性质 湿度图的构造及应用 干燥过程的物料衡算与热量衡算 物料衡算 热量衡算 空气通过干燥器时的状态变化 干燥系统的热效率 新乡学院化工原理精品课程 本 章 小 结 干燥速率与干燥时间 物料中水分的性质 干燥曲线 干燥速率与干燥速率曲线 干燥过程机理