第六章干燥(精品).ppt

化工原理PrinciplesofChemicalEngineering第六章干燥第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述（IntroductionIntroduction）在在化化学学工工业业生生产产中中所所得得到到的的固固态态产产品品或或半半成成品品往往往往含含有有过过多多的的水水分分或或有有机机溶溶剂剂(湿湿份份)，要要制制得得合合格格的的产产品品需需要要除除去去固固体体物料中多余的湿份物料中多余的湿份。例如：例如：制盐工业中，在过饱和的氯化钠溶液中生成的食盐晶粒；制盐工业中，在过饱和的氯化钠溶液中生成的食盐晶粒；塑料工业中，氯乙烯单体在水相中聚合制成的塑料颗粒。塑料工业中，氯乙烯单体在水相中聚合制成的塑料颗粒。除湿方法：机械脱水除湿方法：机械脱水(沉降或过滤沉降或过滤)；干燥；干燥(加热使湿份汽化加热使湿份汽化)惯惯用用做做法法：先先采采用用机机械械方方法法把把固固体体所所含含的的绝绝大大部部分分湿湿份份除除去去，然然后后再再通通过过加加热热把把机机械械方方法法无无法法脱脱除除的的湿湿份份干干燥燥掉掉，以以降降低低除湿的成本。除湿的成本。干干燥燥方方法法的的分分类类：根根据据加加热热方方法法可可分分为为传传导导干干燥燥、对对流流干干燥和辐射干燥。燥和辐射干燥。对流干燥过程举例对流干燥器：空气通过送风机吹入空气预热器，预热后的热空气送入气流干燥管，湿料由螺旋加料器推入干燥器并分散于热气流中，受气流的输送并进行干燥，干燥产品通过旋风分离器从气流中分离出来，湿废气体由引风机抽出排空。1-鼓风机；2-预热器；3-气流干燥管；4-加料斗；5-螺旋加料器；6-旋风分离器；7-卸料阀；8-引风机。化工生产中最常用的是对流干燥。干燥介质：用来传递热量（载热体）和湿份（载湿体）的介质。由于温差的存在，气体以对流方式向固体物料传热，使湿份汽化；在分压差的作用下，湿份由物料表面向气流主体扩散，并被气流带走。对流干燥过程原理温度为 t、湿份分压为 p 的湿热气体流过湿物料的表面，物料表面温度 ti低于气体温度 t。注意：只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干燥即可进行，与气体的温度无关。气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快湿份汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。HtqWtippiM干燥是热、质同时传递的过程干燥是热、质同时传递的过程干燥过程的基本问题干燥过程的基本问题(1)干燥介质用量的确定；干燥介质用量的确定；(2)干燥条件的优化；干燥条件的优化；(3)干燥速率的强化；干燥速率的强化；(4)干燥方法的合理选择。干燥方法的合理选择。解决这些问题需要掌握的基本知识有：解决这些问题需要掌握的基本知识有：(1)湿分在气固两相间的传递规律；湿分在气固两相间的传递规律；(2)湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化；湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化；(3)物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；(4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。第二节第二节第二节第二节 湿气体的性质湿气体的性质湿气体的性质湿气体的性质 及湿度图及湿度图及湿度图及湿度图一、湿空气的性质一、湿空气的性质在干燥操作中，常采用不饱和空气为干燥介质，在干燥操作中，常采用不饱和空气为干燥介质，湿湿空空气气：绝绝干干气气体体与与湿湿份份蒸蒸汽汽的的混混合合物物，其其性性质质与与湿湿份份蒸蒸汽汽的的数数量量有有关关。在在干干燥燥过过程程中中，随随着着物物料料中中湿湿份份的的汽汽化化，气气体体中湿份蒸汽的含量在不断增加，但绝干气体的量保持不变。中湿份蒸汽的含量在不断增加，但绝干气体的量保持不变。1 1、绝对湿度、绝对湿度、绝对湿度、绝对湿度(湿度湿度湿度湿度)HH（HumidityHumidity）湿湿空空气气中中湿湿份份蒸蒸汽汽的的质质量量与与绝绝干干气气体体的的质质量量之之比比。若若湿湿份份蒸蒸汽和绝干气体的摩尔数汽和绝干气体的摩尔数(nw,ng)和摩尔质量和摩尔质量(Mw,Mg)kg湿份蒸汽湿份蒸汽/kg绝干气体绝干气体对于空气对于空气-水系统：水系统：Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96kg/kmol总压一定时，气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。总压一定时，气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。6-16-16-16-16-26-26-26-22 2、相对湿度、相对湿度、相对湿度、相对湿度（Relative humidityRelative humidity）湿湿度度只只表表示示湿湿气气体体中中所所含含湿湿份份的的绝绝对对数数，不不能能反反映映气气体体偏偏离离饱和状态的程度（气体的吸湿潜力）。饱和状态的程度（气体的吸湿潜力）。相相对对湿湿度度：一一定定的的系系统统总总压压和和温温度度下下，气气体体中中湿湿份份蒸蒸汽汽的的分分压压 p 与系统温度下湿份的饱和蒸汽压与系统温度下湿份的饱和蒸汽压 ps 之比。之比。值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大；值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大；=100%时，时，p=ps，气体被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。，气体被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。对于空气对于空气-水系统：水系统：6-36-36-36-36-46-46-46-46-56-56-56-5 值较好反映了湿空气的吸水能力。值较好反映了湿空气的吸水能力。3 3、湿比容、湿比容 H H 或干基湿比容或干基湿比容(mm3 3/kg/kg绝干气体绝干气体)1kg 绝干空气的体积和其带有的绝干空气的体积和其带有的H kgkg水气水气水气水气的体积之和的体积之和.常压下(P=1013.25kN/m2)：4 4、湿比热、湿比热c cH H (Humidheat)Humidheat)或干基湿比热或干基湿比热J/(kgJ/(kg绝干气体绝干气体)1kg绝干空及其带有的其带有的H kgkg水气水气水气水气温度升高1所需要的热量式中：cg 绝干气体的比热，J/(kg绝干气体)；cv 湿份蒸汽的比热，J/(kg水汽)。对于空气-水系统：cg=1.005kJ/(kg)，cv=1.884kJ/(kg)6-66-66-66-66-76-76-76-75 5、湿焓、湿焓、湿焓、湿焓i iHH (Total enthalpy)Total enthalpy)或干基湿焓或干基湿焓或干基湿焓或干基湿焓(kJ/kgkJ/kg绝干气体绝干气体绝干气体绝干气体)1kg 绝干气体及其带有的绝干气体及其带有的H kgkg水气的水气的水气的水气的焓的总和。焓的总和。由由于于焓焓是是相相对对值值，计计算算焓焓值值时时必必须须规规定定基基准准状状态态和和基基准准温温度度，一般取一般取0下的绝干气体和液态水的焓为零，则下的绝干气体和液态水的焓为零，则对于空气对于空气-水系统：水系统：显热项汽化潜热项6-86-86-86-86-8a6-8a6-8a6-8a5-8b5-8b5-8b5-8b6、干、干 球温度（球温度（temperature）和湿球温度和湿球温度tW（wet bulb temperature）用普通的温度计测得湿空气温度为其真实温度。为了与用普通的温度计测得湿空气温度为其真实温度。为了与下面讨论的湿球温度相区别，称为干球温度，用下面讨论的湿球温度相区别，称为干球温度，用t表示。表示。湿球温度湿球温度tW（wet bulb temperature）如图，用水保持润湿的纱布包在如图，用水保持润湿的纱布包在温度计的汞感温部分，纱布下端温度计的汞感温部分，纱布下端浸在水中以保持润湿状态，此种浸在水中以保持润湿状态，此种温度计称为湿球温度计。若将湿温度计称为湿球温度计。若将湿球温度计置于一定温度和湿度的球温度计置于一定温度和湿度的湿空气流中，达到平衡或稳定时湿空气流中，达到平衡或稳定时的温度称为该空气的湿球温度。的温度称为该空气的湿球温度。通过测量湿球温度，可以求出湿空气的湿度通过测量湿球温度，可以求出湿空气的湿度H。空气温度ttW湿度H原理如下：原理如下：由由于于未未饱饱和和的的湿湿空空气气的的温温度度与与纱纱布布水水分分温温度度相相同同，但但湿湿度度不不相相同同，湿湿纱纱布布表表面面的的水水分分必必然然汽汽化化，并并向向空空气气主主体体中中扩扩散散。水水分分汽汽化化结结果果，使使湿湿纱纱布布水水分分温温度度下下降降，致致使使湿湿空空气气与与纱纱布布之之间间产产生生温温度度差差，引引起起湿湿空空气气向向湿湿布布对对流流传传热热，但但湿湿纱纱布布水水分分的的温温度度还还会会下下降降以以弥弥补补水水分分汽汽化化所所需需的的热热量量。直直至至空空气气向向湿湿布布单单位位时时间间传传递递的的热热量量，正正好好等等于于单单位位时时间间自自纱纱布布表表面面汽汽化化水水分分所所需需的的热热量量时时，纱纱布布中中的的水水温温就就保保持持不不变变、达达到到平平衡衡，湿湿球球湿湿度度计计所所指指示示的的温温度度便便是是平平衡衡时时湿湿纱纱布布的的水水分分温温度度，也也就就是是湿空气的湿球湿度湿空气的湿球湿度tW。空气温度ttW湿度H湿球温度与干球温度湿球温度与干球温度当湿空气的温度一定时，若湿度越高，测得的湿球温度也当湿空气的温度一定时，若湿度越高，测得的湿球温度也越高。若空气为水气所饱和，测得的湿球温度就是空气的越高。若空气为水气所饱和，测得的湿球温度就是空气的温度。湿球温度为湿空气的温度和湿度所决定，它是湿空温度。湿球温度为湿空气的温度和湿度所决定，它是湿空气的性质之一。气的性质之一。当湿球温度计的温度达到稳定时，当湿球温度计的温度达到稳定时，气膜层中的湿度为温度气膜层中的湿度为温度tW下的饱和湿度，气膜中水气向空下的饱和湿度，气膜中水气向空气的传递速率为气的传递速率为在定态状态下，传热速率与传质速率的关系为在定态状态下，传热速率与传质速率的关系为rtW-湿球温度下水气的汽化潜热湿球温度下水气的汽化潜热联立上面三式得联立上面三式得5-95-95-95-9实验表明实验表明kH，与与 二者都与二者都与空气的速度的空气的速度的0.8方成正比。故二者方成正比。故二者比值与空气流速无关。对于空气比值与空气流速无关。对于空气水蒸气系统水蒸气系统 kH/1.09。此式表明，湿空气此式表明，湿空气t和和H高，高，tW也就高。也就高。t与与tW差越大，差越大，H越越低。当低。当tW=t，H=HS，tw=HS，因此可以通过测定湿度计的干、因此可以通过测定湿度计的干、湿球温度，查出湿球温度，查出 rtW，和和PS，算出算出HS，tw，然后用上述关系然后用上述关系求出湿空气的湿度求出湿空气的湿度H。5-105-105-105-107、绝热饱和冷却温度、绝热饱和冷却温度tas绝热饱和冷却温度也是湿空气的一种性质。绝热饱和冷却绝热饱和冷却温度也是湿空气的一种性质。绝热饱和冷却温度可在绝热饱和冷却塔中测得。温度可在绝热饱和冷却塔中测得。这是一个等焓过程，在绝热饱和这是一个等焓过程，在绝热饱和冷却温度下对应的湿度称为绝热冷却温度下对应的湿度称为绝热饱和湿度。注意，绝热饱和温度饱和湿度。注意，绝热饱和温度和湿球温度是两个完全不同的概和湿球温度是两个完全不同的概念，但两者都是初始湿空气温度念，但两者都是初始湿空气温度和湿度的函数。和湿度的函数。对于水蒸汽对于水蒸汽空气体系，空气体系，有有tas=tW 可以简化计算。可以简化计算。补充水补充水t，H，I空气空气空气空气tas，Has，I26-116-116-116-119、露点温度露点温度td将不饱和的将不饱和的 空气等湿（空气等湿（H）冷却到饱和状态时的温度称为冷却到饱和状态时的温度称为该空气的露点，以该空气的露点，以td表示。此时空气达到饱和状态。此时空表示。此时空气达到饱和状态。此时空气的湿度为饱和湿度气的湿度为饱和湿度HSHs,td由于温度为由于温度为t的不饱和空气是在等湿下冷却至温度等于的不饱和空气是在等湿下冷却至温度等于td的的饱和状态的饱和状态的,故温度为故温度为t的不饱和空气的湿度的不饱和空气的湿度H=Hs,td6-126-126-126-12若测出露点温度若测出露点温度td,可以查出可以查出td下水的饱和蒸汽压下水的饱和蒸汽压Ps,td可求出总可求出总压为压为P时的湿度。反之时的湿度。反之,可求可求td。对于不饱和空气：对于不饱和空气：ttW（=tas）td饱和：饱和：t=tW=td二、湿空气的湿焓图二、湿空气的湿焓图 （H-IH-I图）图）由前面介绍可知，湿空气的状态可用温度由前面介绍可知，湿空气的状态可用温度t，湿度湿度H，相对相对湿度湿度，水汽分压，水汽分压p，露点露点td，湿球温度湿球温度tW等不同的参量描等不同的参量描述，它们是不是全是独立的呢？湿空气体系实际上是两组述，它们是不是全是独立的呢？湿空气体系实际上是两组分一个相分一个相根据相律根据相律 f=x-+2f=2-1+2=3当总压固定时，当总压固定时，f=2，只用两个独立参量就可以描述湿空气只用两个独立参量就可以描述湿空气的状态。的状态。G（x）=（x1，x2）这两个参数应是不同类型的。这两个参数应是不同类型的。如果一个是湿度参数，另一个则必定是温度参数。如果一个是湿度参数，另一个则必定是温度参数。对有两个独立变量的体系，用公式计算湿空气的其它参数对有两个独立变量的体系，用公式计算湿空气的其它参数往往比较麻烦，有时还必须试差，为了计算方便，将湿空往往比较麻烦，有时还必须试差，为了计算方便，将湿空气的各种参数之间的关系绘制成线图。气的各种参数之间的关系绘制成线图。有两种不同类型的线图，有两种不同类型的线图，H-I图和图和t-H图。我们主要介绍图。我们主要介绍H-I图（湿焓图）。图（湿焓图）。湿焓图湿焓图AEDFBCtwtd=1HpI湿焓图湿焓图1、等湿线：、等湿线：等等H线线为为一一系系列列平平行行于于纵纵轴轴的的直直线线。在在同同一一条条等等H线线上上，不不同同点点具具有有相相同同的的湿湿度度，但但是是湿湿空空气气的的状状态态并并不不相相同同。H的的读读数数范范围围为为0-0.2/绝绝干干空空气气。根根据据露露点点的的定定义义可可知知，凡凡湿湿度度相相同同的的湿湿空空气气，具具有有相相等等的的露露点点td。因因此此在在同同一一条条H线线上湿空气的露点是不变的。上湿空气的露点是不变的。H-IH-I图由以下五种线群所组成图由以下五种线群所组成：等焓线为一系列平行横轴（斜轴）的直线。在同一条等等焓线为一系列平行横轴（斜轴）的直线。在同一条等I线上线上不同点所代表的空气状态不相同。但都具有相同的焓值，图中不同点所代表的空气状态不相同。但都具有相同的焓值，图中I的读数范围为的读数范围为 0-680kJ/绝干空气。绝干空气。绝热增湿过程是等焓过程，在同一条等绝热增湿过程是等焓过程，在同一条等I线上，湿空气的温度线上，湿空气的温度t随其湿度随其湿度H的增加而下降，但其焓却是不变的。的增加而下降，但其焓却是不变的。2、等焓线（等、等焓线（等I线）线）3、等干球温度线、等干球温度线I=1.01t+（1.88t+2490）H上式表明湿空气温度一定时，其焓和湿度成直线关系，在上式表明湿空气温度一定时，其焓和湿度成直线关系，在H-I图中、等图中、等t线即表示在一系列的干球温度线即表示在一系列的干球温度t1、t2下湿空气下湿空气的的I和和H之间关系直线群之间关系直线群由于个直线的斜率为（由于个直线的斜率为（1.88t+2490），），因此因此t越高，等越高，等I线的线的斜率也越大，所以各等斜率也越大，所以各等t线不是相互平行。线不是相互平行。4、等等 线（相对湿度）线（相对湿度）由上式可知，当湿空气的总压一定时，相对湿度由上式可知，当湿空气的总压一定时，相对湿度 =f（H，Ps），），由于由于Ps仅与空气的仅与空气的t有关，因而有关，因而 仅与仅与H及及t有关。对于某一固定有关。对于某一固定的的 值，若假设一个温度，便可由上式求出一个对应的值，若假设一个温度，便可由上式求出一个对应的H值，如值，如此，将若干个（此，将若干个（t，H）点连接起来，即为一条等点连接起来，即为一条等 线。线。湿焓图湿焓图图中有图中有 =5%100%的的11条等条等 线。线。=100%的等的等 线称为线称为饱和空气线。此时空气为水汽所饱和。饱和空气线。此时空气为水汽所饱和。显然，只有位于饱和空气线上方的不饱和区域的空气才能作显然，只有位于饱和空气线上方的不饱和区域的空气才能作为干燥介质。为干燥介质。由图可见，当湿空气的由图可见，当湿空气的H一定时，一定时，t愈高，则愈高，则 值愈低，因此值愈低，因此吸水能力愈大。通常湿空气先经预热器提高温度后再送到干吸水能力愈大。通常湿空气先经预热器提高温度后再送到干燥器。这样使空气的焓值增大有利于载热。同时因相对湿度燥器。这样使空气的焓值增大有利于载热。同时因相对湿度降低而利于载湿。降低而利于载湿。5、蒸气分压线、蒸气分压线蒸气分压线标绘于饱和空气线的下方，表示空气的湿度蒸气分压线标绘于饱和空气线的下方，表示空气的湿度H和和空气中水分分压空气中水分分压p之间的关系之间的关系6-136-136-136-13由此式可见，若湿空气的总由此式可见，若湿空气的总压一定，且压一定，且H0.622时，时，p与与H可视为直线关系。可视为直线关系。三、三、H-I图应用图应用1、某一状态点、某一状态点A各参数的求法。各参数的求法。A=100%tdtWtHp pp pa a例：已测出湿空气的温度例：已测出湿空气的温度t=100，tW=35。求该空气的求该空气的状态点。先从坐标查温度状态点。先从坐标查温度tW=35线与线与=100%相交点相交点a，可可确定其焓值确定其焓值I。由等由等I线查其干球温度线交点，就可得线查其干球温度线交点，就可得H值。值。2、已知湿空气的、已知湿空气的t-tw，t-td，t-，确定状态点确定状态点A方法如下：方法如下：A=100%tWt3H12A=100%tdt3H12A=100%tdtWt2H1%第三节第三节第三节第三节 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算 湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。1、湿湿基基湿湿含含量量 w：单单位位质质量量的的湿湿物物料料中中所所含含液液态态湿湿分分的的质质量。量。2、干干基基湿湿含含量量 X：单单位位质质量量的的绝绝干干物物料料中中所所含含液液态态湿湿分分的的质量。质量。换算关系换算关系：一、湿物料中含水量的表示方法湿物料中含水量的表示方法 工工业业生生产产中中，物物料料湿湿含含量量通通常常以以湿湿基基湿湿含含量量表表示示，但但由由于于物物料料的的总总质质量量在在干干燥燥过过程程中中不不断断减减少少，而而绝绝干干物物料料的的质质量量不不变变，故在干燥计算中以干基湿含量表示较为方便。故在干燥计算中以干基湿含量表示较为方便。5-145-145-145-145-155-155-155-155-165-165-165-16二、干燥系统的物料衡算二、干燥系统的物料衡算物料衡算（Mass balance）G1湿物料进口的质量流率，kg/s；G2产品出口的质量流率，kg/s；Gc绝干物料的质量流率，kg/s；w1物料的初始湿含量；w2产品湿含量；L绝干气体的质量流率，kg/s；H1气体进干燥器时的湿度；H2气体离开干燥器时的湿度；W单位时间内汽化的水分量，kg/s。湿物料G1,w1干燥产品G2,w2热空气L,H1湿废气体L,H2绝干气体消耗量绝干气体消耗量绝干气体比消耗绝干气体比消耗6-176-176-176-17三、热量衡算（三、热量衡算（Heat balanceHeat balance）Qp预热器向气体提供的热量，kW；Qd 向干燥器补充的热量，kW；Ql 干燥器的散热损失，kW。湿物料G1,w1,1,cm1干燥产品G2,w2,2,cm2热气体L,H1,t1,I1湿废气体L,H2,t2,I2湿气体L,H0,t0,I0QpQDQl预热器干燥器1 1、预热器的热量衡算、预热器的热量衡算、预热器的热量衡算、预热器的热量衡算 预热器的作用在于加热空气。根据加热方式可分为两类：预热器的作用在于加热空气。根据加热方式可分为两类：直直接接加加热热式式：如如热热风风炉炉。将将燃燃烧烧液液体体或或固固体体燃燃料料后后产产生生的的高高温烟气直接用作干燥介质；温烟气直接用作干燥介质；间接换热式：如间壁换热器。间接换热式：如间壁换热器。空气预热器传给气体的热量为空气预热器传给气体的热量为 如如果果空空气气在在间间壁壁换换热热器器中中进进行行加加热热，则其湿度不变，则其湿度不变，H0=H1，即即 通通过过预预热热器器的的热热量量衡衡算算，结结合合传传热热基基本本方方程程式式，可可以以求求得得间间壁壁换换热热空空气气预预热器的传热面积。热器的传热面积。立筒式金属体燃煤立筒式金属体燃煤间接加热热风炉间接加热热风炉 6-186-186-186-186-18a6-18a6-18a6-18a2 2、干燥器的热量衡算、干燥器的热量衡算、干燥器的热量衡算、干燥器的热量衡算 故单位时间向干燥器补充的热量为H1，t1，I1H2，t2，I2G2X0，2，I2G1X1，0，I1LLQDQL干燥器6-196-196-196-193 3、整个系统的热量衡算整个系统的热量衡算故单位时间干燥器消耗的热量为：故单位时间干燥器消耗的热量为：6-196-196-196-19以上两式中物料的焓是指以以上两式中物料的焓是指以0为基准时为基准时1绝干物料及所绝干物料及所含水分两者焓之和。以含水分两者焓之和。以kJ/绝干物料表示。绝干物料表示。若物料的温度为若物料的温度为t，干基含水量为干基含水量为X时，则以时，则以1绝干物料绝干物料为基准的湿料焓为：为基准的湿料焓为：6-206-206-206-206-216-216-216-21由于进出、干燥系统时空气中水气的焓值相差不大，由于进出、干燥系统时空气中水气的焓值相差不大，则则 IV0 IV2？于是：于是：又：又：又：又：由于由于c1 c2的值相差不大，故假设两者的值近似等于它们的的值相差不大，故假设两者的值近似等于它们的算术平均值算术平均值cm c1=c2=cm6-226-226-226-22整理得：整理得：6-236-236-236-23其中：其中：1.011.01L L（t t2 2tt0 0）=Q=Q1 1 空气升温所带走的热量空气升温所带走的热量W W（2490+1.88t2490+1.88t2 2）=Q=Q2 2 蒸发水分的热量蒸发水分的热量GCGCm m（2 2 1 1）=Q=Q3 3 物料温升带走的热量物料温升带走的热量 热量损失热量损失QL4、热效率、热效率干燥器的热效率可以定义为：干燥器的热效率可以定义为：6-246-246-246-24第四节第四节 空气通过干燥器时的状态变化空气通过干燥器时的状态变化 理想干燥过程：气体放出的显热全部用于湿（水）分汽化。理想干燥过程：气体放出的显热全部用于湿（水）分汽化。多多数数工工业业干干燥燥器器无无补补充充加加热热，如如果果散散热热损损失失可可视视为为零零且且物物料料的的初初始始温温度度与与产产品品温温度度相相同同，则则加加热热物物料料所所消消耗耗的的热热量量为为零零；或或当当干干燥燥器器的的补补充充加加热热量量恰恰等等于于加加热热物物料料和和散散热热损损失失的的热热量量，则干燥过程可视为理想干燥过程。也称为等焓过程则干燥过程可视为理想干燥过程。也称为等焓过程 一一般般根根据据空空气气在在干干燥燥器器内内焓焓的的变变化化，将将干干燥燥过过程程分分为为绝绝热干燥过程与非绝热干燥过程两大类。热干燥过程与非绝热干燥过程两大类。6-256-256-256-25上式干燥器内焓变化的基本方程上式干燥器内焓变化的基本方程第六节第六节 固体物料在干燥过程中的平衡关系固体物料在干燥过程中的平衡关系 与速率关系与速率关系湿份的传递方向(干燥或吸湿)和限度(干燥程度)由湿份在气体和固体两相间的平衡关系决定。pXpsXh平衡状态：当湿含量为 X 的湿物料与湿份分压为 p 的不饱和湿气体接触时，物料将失去自身的湿份或吸收气体中的湿份，直到湿份在物料表面的蒸汽压等于气体中的湿份分压。平衡湿含量：平衡状态下物料的湿含量。不仅取决于气体的状态，还与物料的种类有很大的关系。X*pX结结合合水水分分：与物料存在某种形式的结合，其汽化能力比独立存在的水要低，蒸汽压或汽化能力与水分和物料结合力的强弱有关。一、物料中的水分一、物料中的水分 非非结结合合水水分分：与物料没有任何形式的结合，具有和独立存在的水相同的蒸汽压和汽化能力。湿含量XXh相对湿度 非结合水分结合水分01.00.5结合水分按结合方式可分为：吸附水分、毛细管水分、溶涨水分(物料细胞壁内的水分)和化学结合水分(结晶水)。化学结合水分与物料细胞壁水分以化学键形式与物料分子结合，结合力较强，难汽化；吸附水分和毛细管水分以物理吸附方式与物料结合，结合力相对较弱，易于汽化。平衡水分和自由水分平衡水分和自由水分 平衡水分：低于平衡湿含量平衡水分：低于平衡湿含量 X*的水分。是不可除水分。的水分。是不可除水分。自由水分：高于平衡湿含量自由水分：高于平衡湿含量 X*的水分。是可除水分。的水分。是可除水分。吸吸湿湿过过程程：若若 X Xc，汽化的是非结合水分。，汽化的是非结合水分。降速干燥段：降速干燥段：X Xc物料实际汽化表面变小物料实际汽化表面变小(出现干区出现干区)，第一降速段；，第一降速段；汽化表面内移，第二降速段；汽化表面内移，第二降速段；平衡蒸汽压下降平衡蒸汽压下降(各种形式的结合水各种形式的结合水)；固体内部水分扩散速度极慢固体内部水分扩散速度极慢(非多孔介质非多孔介质)。降降速速段段干干燥燥速速率率取取决决于于湿湿份份与与物物料料的的结结合合方方式式，以以及及物物料料的的结构，物料外部的干燥条件对其影响不大。结构，物料外部的干燥条件对其影响不大。恒定干燥条件下恒定干燥条件下 =tw，p=ps 和和 kp 不变不变由由物物料料内内部部向向表表面面输输送送的的湿湿份份足足以以保保持持物物料料表表面面的的充充分分湿湿润润，干干燥燥速速率率由由湿湿份份汽汽化化速速率率控控制制(取取决决于于物物料料外外部部的的干干燥燥条条件件)，故恒速干燥段又称为表面汽化控制阶段。，故恒速干燥段又称为表面汽化控制阶段。湿湿物物料料与与气气体体间间的的q 和和 N 恒定恒定理论解释理论解释 开尔文公式：多孔介质内水份的传递：r(m)10-610-710-810-9Pr/P01.0011.0111.1142.95R2r临界湿含量临界湿含量（CriticalmoisturecontentCriticalmoisturecontent）Xc 决定两干燥段的相对长短，是确定干燥时间和干燥器尺寸的基础数据，对制定干燥方案和优化干燥过程十分重要。物料空气条件临界湿含量品种厚度mm速度m/s温度相对湿度%kg水/kg干料粘土6.41.0370.100.11粘土15.91.0320.150.13粘土25.410.6250.400.17高岭土302.1400.400.181铬革101.549-1.25砂0.044mm252.0540.170.210.0440.074mm253.4530.140.100.0740.177mm253.5530.150.0530.2080.295mm253.5550.170.053新闻纸-0190.351.00铁杉木254.0220.341.28羊毛织物-25-0.31白岭粉31.81.0390.200.084白岭粉6.41.037-0.04白岭粉16911260.400.13注意：Xc 与物料的厚度、大小以及干燥速率有关，所以不是物料本身的性质。一般需由实验测定。影响干燥过程的主要因素影响干燥过程的主要因素 物料尺寸和气固接触方式物料尺寸和气固接触方式 减小物料尺寸，干燥面积增大，干燥速率加快。粘土粒径dp，m0.12410-210-310-410-510-6表面积A，m20.0240.33303003000(c)干燥介质自下而上穿过物料层，可形成流化床干燥介质自下而上穿过物料层，可形成流化床(好好)。(b)干燥介质自上而下穿过物料层，不能形成流化床干燥介质自上而下穿过物料层，不能形成流化床(中中)；(a)干燥介质平行掠过物料层表面干燥介质平行掠过物料层表面(差差)；干燥介质条件物料本性物料本性通通过过强强化化外外部部干干燥燥条条件件(t，H，u)来来增增加加传传热热传传质质推推动动力力，减减小小气气膜膜阻阻力力，可可提提高高恒恒速速段段(表表面面汽汽化化控控制制)的干燥速率，但对降速段的干燥速率，但对降速段(内部扩散控制内部扩散控制)的改善不大。的改善不大。强化干燥条件将使强化干燥条件将使 Xc 增加，更多水分将在降速段汽化。增加，更多水分将在降速段汽化。气体温度的提高受热源条件和物料耐热性的限制。气体温度的提高受热源条件和物料耐热性的限制。u，H，需使用更大量的气体，干燥过程能耗增加。，需使用更大量的气体，干燥过程能耗增加。物料本性不影响恒速段的干燥速率；物料本性不影响恒速段的干燥速率；物物料料结结构构不不同同，与与水水分分的的结结合合方方式式、结结合合力力的的强强弱弱不不同同，降速段干燥速率差异很大。降速段干燥速率差异很大。强强化化干干燥燥速速率率时时，须须考考虑虑物物料料本本性性。若若恒恒速速段段速速率率太太快快，有有些些物物料料会会变变形形、开开裂裂或或表表面面结结硬硬壳壳；而而在在降降速速段段则则应应考考虑虑物物料料的的耐耐热热性性，如如热热敏敏性性物物料料不不能能采采用用过过高高温温度度的的气体作为干燥介质。气体作为干燥介质。二、恒定干燥条件下物料的干燥时间二、恒定干燥条件下物料的干燥时间 物物料料的的停停留留时时间间应应大大等等于于给给定定条条件件下下将将物物料料干干燥燥至至指指定定的的湿含量所需的干燥时间，并由此确定干燥器尺寸。湿含量所需的干燥时间，并由此确定干燥器尺寸。若若已已知知物物料料的的初初始始湿湿含含量量 X1 和和临临界界湿湿含含量量 Xc，则则恒恒速速段段的的干燥时间为干燥时间为 1、恒速干燥段的干燥时间若若传传热热干干燥燥面面积积 A 为为已已知知，则则由由上上式式求求干干燥燥时时间间 的的问问题题归归结为气固对流给热系数结为气固对流给热系数 h 的求取。的求取。恒速干燥段的干燥时间(1)对于板状物料或静止的物料层对于板状物料或静止的物料层 L 湿气体质量流速，kg/(m2h)；u0 空空床床气气速速，m/s；L 湿湿气气体体质质量量流流速速，kg/(m2h)；dp 物料粒径，物料粒径，m；cp 物料比热，物料比热，kJ/(kgK)；、气体的密度和粘度。气体的密度和粘度。(2)气体穿流通过颗粒物料的固定床层气体穿流通过颗粒物料的固定床层 适用条件：L=245029300kg/(m2h)，气体温度45150。(3)气体通过颗粒流化床层因流化床中气固两相对流传热机理的复杂性，实验结果分散，误差很大。等速运动段(4)气流干燥器中气体与颗粒间的传热Frantz表观给热系数通用计算式加速运动段的给热系数随物性和操作条件而异注意：利用上述方程计算给热系数来确定干燥速率和干燥时间，其误差较大，仅能作为粗略估计。聚氯乙烯桐荣良三式降速干燥段的干燥时间(1)图解积分法降速段的干燥时间可以从物料干燥曲线上直接读取。计算上通常是采用图解法或解析法。当降速段的U X 呈非线性变化时，应采用图解积分法。在X2Xc 之间取一定数量的X 值，从干燥速率曲线上查得对应的U，计算Gc/U；作图Gc/UX，计算曲线下面阴影部分的面积。XoXcX2Gc/U降速干燥段的干燥时间(2)解析法当降速段的U X 呈线性变化时，可采用解析法。降速段干燥速率曲线可表示为ABCD干燥速率UXUXcX*湿含量XUc当缺乏平衡水分的实验数据时，可以假设X*=0，则有第七节第七节第七节第七节 干燥器干燥器干燥器干燥器 （DryerDryer）干燥器：实现物料干燥过程的机械设备。干燥器：实现物料干燥过程的机械设备。被干燥物料的特点：被干燥物料的特点：形形状状：有有板板状状、块块状状、片片状状、针针状状、纤纤维维状状、粒粒状状、粉粉状状，膏膏糊糊状甚至液状等；状甚至液状等；结构：多孔疏松型，紧密型；结构：多孔疏松型，紧密型；耐热性：热敏性；耐热性：热敏性；结结块块：易易粘粘结结成成块块的的湿湿物物料料在在干干燥燥过过程程中中能能逐逐步步分分散散，散散粒粒性性很很好的湿物料在干燥过程中可能会严重结块。好的湿物料在干燥过程中可能会严重结块。对产品的要求：对产品的要求：干干燥燥程程度度：脱脱除除表表面面水水分分，结结合合水水分分甚甚至至结结晶晶水水分分。要要求求的的平平均均湿含量和干燥均匀性。湿含量和干燥均匀性。外观：一定的晶型和光泽，不开裂变形等。外观：一定的晶型和光泽，不开裂变形等。由由于于物物料料的的多多样样性性，年年生生产产能能力力也也有有很很大大差差别别，故故干干燥燥器器的的形形式式也很多。也很多。干燥器干燥器（DryerDryer）按加热方式可将干燥器分为：按加热方式可将干燥器分为：干燥器的选型应考虑以下因素：干燥器的选型应考虑以下因素：(1)对对流流干干燥燥器器，如如：洞洞道道式式干干燥燥器器、转转筒筒干干燥燥器器、气气流流干干燥燥器器、流化床干燥器、喷雾干燥器等；流化床干燥器、喷雾干燥器等；(2)传传导导干干燥燥器器，如如：滚滚筒筒式式干干燥燥器器、耙耙式式干干燥燥器器、间间接接加加热热干干燥燥器等；器等；(3)辐射干燥器，如：红外线干燥器；辐射干燥器，如：红外线干燥器；(4)介电加热干燥器，如：微波干燥器介电加热干燥器，如：微波干燥器。(1)保保证证物物料料的的干干燥燥质质量量，干干燥燥均均匀匀，不不发发生生变变质质，保保持持晶晶形形完完整整，不发生龟裂变形；不发生龟裂变形；(2)干干燥燥速速率率快快，干干燥燥时时间间短短，单单位位体体积积干干燥燥器器汽汽化化水水分分量量大大，能能做到小设备大生产；做到小设备大生产；(3)能量消耗低，热效率高，动力消耗低；能量消耗低，热效率高，动力消耗低；(4)干干燥燥工工艺艺简简单单，设设备备投投资资小小，操操作作稳稳定定，控控制制灵灵活活，劳劳动动条条件件好，污染环境小。好，污染环境小。对流干燥器对流干燥器（ConvectiveDryerConvectiveDryer）(1)并流干燥并流干燥(2)逆流干燥逆流干燥高高湿湿含含量量物物料料在在进进口口与与高高温温低低湿湿气气体体接接触触，传传热热传传质质推推动动力力大大，干干燥燥速速度度很很快快。低低湿湿含含量量物物料料在在出出口口与与低低温温高高湿湿气气体体接接触触，推推动动力力小小，干干燥燥速速度度较较慢慢。适适用用于于湿湿物物料料能能承承受受强强烈烈干干燥燥而而不不发发生生龟龟裂裂、变变形形或或表表面面结结硬硬壳壳，而而干干物物料料又又不不能能耐耐高高温温，且且产产品品湿湿含含量量较高的情况。较高的情况。(3)错流干燥错流干燥进进口口端端湿湿物物料料与与低低温温高高湿湿的的气气体体接接触触，出出口口端端干干物物料料与与高高温温低低湿湿的的气气体体接接触触，各各处处干干燥燥推推动动力力和和干干燥燥速速度度比比较较均均匀匀，适适用用于于湿湿物物料料不不允允许许强强烈烈干干燥燥，而而干干物物料料又又可可以以耐耐高高温温，产产品品湿湿含含量量很低的场合很低的场合。干干燥燥介介质质垂垂直直穿穿过过物物料料层层，气气体体进进入入和和流流出出物物料料层层时时，其其温温度度和和湿度均有较大变化，要求物料能耐高温，并能承受快速干燥。湿度均有较大变化，要求物料能耐高温，并能承受快速干燥。气流干燥器（Flashdryer）气流干燥器的结构与流程：1-