（中职）化工单元过程及操作干燥1教学课件 .ppt

（中职）化工单元过程及操作干燥1ppt教材课件汇总完整版电子教案干燥技术干燥技术化学工业出版社化学工业出版社 主要内容主要内容概述及应用概述及应用1对流干燥的物料与干燥介质对流干燥的物料与干燥介质2干燥过程物料衡算与热量衡算干燥过程物料衡算与热量衡算3干燥时间的计算干燥时间的计算4干燥操作条件的确定干燥操作条件的确定5干燥器及干燥技术应用干燥器及干燥技术应用6第一节第一节 概述及应用概述及应用v 化工生化工生产中的固体物料，中的固体物料，总是或多或少含是或多或少含有湿分（水或其他液体），有湿分（水或其他液体），为了便于加工、了便于加工、使用、运使用、运输和和贮藏，往往需要将其中的湿分藏，往往需要将其中的湿分除去。除去湿分的方法有多种，如机械去湿、除去。除去湿分的方法有多种，如机械去湿、吸附去湿、供吸附去湿、供热去湿，其中用加去湿，其中用加热的方法使的方法使固体物料中的湿分汽化并除去的方法称固体物料中的湿分汽化并除去的方法称为干干燥燥，干燥能将湿分去除得比，干燥能将湿分去除得比较彻底。底。v干燥是利用热能除去固体物料中湿分干燥是利用热能除去固体物料中湿分（水分或其它液体）的单元操作。干（水分或其它液体）的单元操作。干燥是利用热能去湿的操作，能量消耗燥是利用热能去湿的操作，能量消耗较多，所以工业生产中湿物料一般都较多，所以工业生产中湿物料一般都采用采用先沉降、过滤或离心分离先沉降、过滤或离心分离等机械等机械方法去湿，方法去湿，然后再用干燥法然后再用干燥法去湿而制去湿而制得合格的产品。得合格的产品。一、干燥的应用一、干燥的应用1.对原料或中原料或中间产品品进行干燥，以行干燥，以满足足工工艺要求。如以湿要求。如以湿矿（俗称尾砂）生（俗称尾砂）生产硫酸硫酸时，为满足反足反应要求，要先要要求，要先要对尾砂尾砂进行干燥，尽可能除去其水分；行干燥，尽可能除去其水分；再如再如涤纶切片的干燥，是切片的干燥，是为了防止后了防止后期期纺丝出出现气泡而影响气泡而影响丝的的质量。量。2.对产品品进行干燥，以提高行干燥，以提高产品中品中的有效成分，同的有效成分，同时满足运足运输、贮藏藏和使用的需要。如化工生和使用的需要。如化工生产中的聚中的聚氯乙乙烯、碳酸、碳酸氢铵、尿素，食品加、尿素，食品加工中的奶粉、工中的奶粉、饼干，干，药品制造中的品制造中的很多很多药剂，其生，其生产的最后一道工序的最后一道工序都是干燥。都是干燥。二、干燥概述二、干燥概述(1)机械去湿机械去湿 物料带水较多物料带水较多时，可先用离时，可先用离心过滤等机械心过滤等机械分离方法以除分离方法以除去大量的水；去大量的水；1.物料的去物料的去湿方法湿方法(3)供热干燥供热干燥向物料提供热向物料提供热量，用以气化量，用以气化其中的湿分，其中的湿分，并设法移去已并设法移去已经气化了的湿经气化了的湿分。分。(2)吸附去湿吸附去湿用某种平衡水汽用某种平衡水汽分压很低的干燥分压很低的干燥剂（与湿物料并剂（与湿物料并存，使物料种的存，使物料种的水分相继经气相水分相继经气相而转入干燥剂内而转入干燥剂内2.干燥操作方法分类干燥操作方法分类按操作按操作压力压力常压干燥、真空干燥常压干燥、真空干燥真空干燥适用于处理热敏性及易氧化的真空干燥适用于处理热敏性及易氧化的物料或要求成分含量极低的场合物料或要求成分含量极低的场合按操作按操作方式方式连续干燥、间歇干燥连续干燥、间歇干燥按传热按传热方式方式传导干燥、对流干燥、辐射干燥、传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥及以上某些方式的联介电加热干燥及以上某些方式的联合干燥合干燥 四种四种传导传导 干燥干燥对流对流 干燥干燥 辐射干辐射干 燥燥介电加热介电加热干干 燥燥供热干燥的分类供热干燥的分类1.传导干燥传导干燥缺缺点点：物物料料层层各各处处受受热热不不均均，内内侧侧可可能能因因 过热而变质。过热而变质。优点优点：热利用率高；：热利用率高；压料辊压料辊料浆料浆蒸蒸汽汽通通入入管管及及冷冷凝凝液液排出管的安置位置排出管的安置位置干物料干物料滚筒干燥器滚筒干燥器2.对流干燥 干干燥燥介介质质与与物物料料间间有有相相对对流流动动，料料在在流流动动中中相互碰撞相互碰撞松散松散(破碎破碎)传热、传质表面积传热、传质表面积。干干燥燥介介质质往往往往采采用用加加热热的的空空气气，以以对对流流传传热热的的方方式式将将热热传传递递给给湿湿物物料料汽汽化化其其中中的的湿湿分分，内内部部湿湿分分扩扩散散至至物物料料表表面面 ，汽汽化化蒸蒸汽汽从从物物料料表表面面扩扩散散至干燥介质主体后被介质带走。至干燥介质主体后被介质带走。v所以，干燥介所以，干燥介质在干燥在干燥过程中既是程中既是载热体体又是又是载湿体湿体。在。在对流干燥中，干流干燥中，干燥介燥介质的温度容易的温度容易调控，被干燥的物控，被干燥的物料不易料不易过热，但干燥介，但干燥介质离开干燥离开干燥设备时，还带有相当一部分有相当一部分热能，故能，故对流干燥的流干燥的热能利用程度能利用程度较差。差。3.辐射干燥（红外线干燥）辐射干燥（红外线干燥）辐辐射射到到湿湿物物料料表表面面的的辐辐射射能能热热能能（靠靠导导热热向向物料内部传递）物料内部传递）气化湿分气化湿分。优点优点：强度比导热、对流干燥大十几倍；：强度比导热、对流干燥大十几倍；缺点：缺点：电耗大。电耗大。工业用工业用辐射器辐射器电能电能专门发射红外线的灯泡。专门发射红外线的灯泡。热能热能用热金属板或陶瓷辐射板产生红外线用热金属板或陶瓷辐射板产生红外线。如如：将将空空气气和和煤煤气气混混合合物物在在白白色色陶陶瓷瓷辐辐射射板板上上进进行行无无烟燃烧，使板面达烟燃烧，使板面达400-500400-500时产生大量红外线。时产生大量红外线。4.介电（微波）加热干燥介电（微波）加热干燥在高频电场的交变作用下，物料被加热除湿。在高频电场的交变作用下，物料被加热除湿。工业和科研用微波加热频率为：工业和科研用微波加热频率为：9.15 GHz 和和 24.5 GHz。3000 MHz高频加热高频加热3000MHz 3 103 GHz超高频加热超高频加热 (微波加热微波加热)高高频频电电场频率场频率干介与物料间流动情况干介与物料间流动情况 例图例图 设备设备从物料表面掠过从物料表面掠过托盘上的物料托盘上的物料从颗粒间穿过从颗粒间穿过将颗粒吹动将颗粒吹动(涌动涌动)沸腾床沸腾床固定床固定床转筒转筒(带抄板带抄板)颗粒下落颗粒下落(气流横穿气流横穿)喷雾干燥器喷雾干燥器颗粒下落颗粒下落(气流上吹气流上吹)将颗粒吹起将颗粒吹起(同向流动同向流动)气流床气流床流流态态化化对流干燥同时传递热量和质量对流干燥同时传递热量和质量传热推动力传热推动力：干介与物料的温度差；：干介与物料的温度差；传质推动力传质推动力：物料与干介的浓度差：物料与干介的浓度差(蒸汽的分压差蒸汽的分压差)。热、质传递方向相反热、质传递方向相反。干介于过程中。干介于过程中降温增湿降温增湿。Q 湿分湿分 除热空气外，还可以用除热空气外，还可以用烟道气或其它高温气体作干烟道气或其它高温气体作干燥介质。燥介质。当脱除的湿分是易燃当脱除的湿分是易燃/爆爆的有机气体，用的有机气体，用N2 2作干介。作干介。Ntitppi三、对流干燥流程三、对流干燥流程v对流干燥的流程对流干燥的流程空气预热器干燥器废气湿物料干燥产品四、对流干燥流程及经济性四、对流干燥流程及经济性(1)干燥过程的传热、传质干燥过程的传热、传质(2)干燥过程进行的必要条件干燥过程进行的必要条件湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压；湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压；干燥介质将汽化的水汽及时带走。干燥介质将汽化的水汽及时带走。传热传热传质传质方向方向从气相到固从气相到固体体从固体到气相从固体到气相推动力推动力温度差温度差水汽分压差水汽分压差第二节第二节 对流干燥物料与干燥介质对流干燥物料与干燥介质一、物料的湿分一、物料的湿分物料的湿分表示物料的湿分表示含水量含水量物料中含水量的表示方式通常有两种：湿基含水量和物料中含水量的表示方式通常有两种：湿基含水量和干基含水量。干基含水量。1.湿基含水量单位质量湿物料所含水分的质量，即湿基含水量单位质量湿物料所含水分的质量，即湿物料中水分的质量分数，称为湿物料的湿基含水湿物料中水分的质量分数，称为湿物料的湿基含水量，用符号量，用符号w表示，其单位为表示，其单位为kg(水水)/kg(湿物料湿物料)。根据其定义，可写成根据其定义，可写成 2.干基含水量：湿物料在干燥过程中，水分不断被干基含水量：湿物料在干燥过程中，水分不断被汽化移走，湿物料的总质量在不断变化，用湿基汽化移走，湿物料的总质量在不断变化，用湿基含水量有时很不方便。考虑到湿物料中的绝干物含水量有时很不方便。考虑到湿物料中的绝干物料量在干燥过程中始终不变（不计漏损），以绝料量在干燥过程中始终不变（不计漏损），以绝干物料量为基准的干基含水量，使用起来较为方干物料量为基准的干基含水量，使用起来较为方便。所谓干基含水量，是指单位绝干物料中所含便。所谓干基含水量，是指单位绝干物料中所含水分的质量，用符号水分的质量，用符号X表示，单位为表示，单位为kg(水水)/kg(绝干料绝干料)。根据其定义，可写成。根据其定义，可写成两种含水量之间的换算关系为两种含水量之间的换算关系为:二、湿空气的状态参数二、湿空气的状态参数(性质性质)本章以本章以空气空气作干燥介质，作干燥介质，水水是湿分为讨论对象是湿分为讨论对象.我我们赖们赖以呼吸、生存的以呼吸、生存的空气空气=绝绝干空气干空气+水水蒸汽蒸汽通常用两个参数来表征空气中所含水分的大小：湿通常用两个参数来表征空气中所含水分的大小：湿度度 H 及相对湿度及相对湿度 当空气中水气当空气中水气 pps 不饱和不饱和 饱和饱和 空气。空气。一、湿度（湿含量）一、湿度（湿含量）H定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气 质量之比。质量之比。nw：湿空气中水汽的摩尔数，：湿空气中水汽的摩尔数，kmol；ng：湿空气中绝干空气的摩尔数，：湿空气中绝干空气的摩尔数，kmol；Mw：水汽的分子量，：水汽的分子量，kg/kmol；Mg：空气的平均分子量，：空气的平均分子量，kg/kmol。当湿空气可视为理想气体时，则有：当湿空气可视为理想气体时，则有：式中：式中：pw为空气中水蒸汽分压。为空气中水蒸汽分压。即即：当总压当总压P为一定值，为一定值，当湿空气中水蒸汽分压当湿空气中水蒸汽分压 pw 恰好等于同温度恰好等于同温度下下水蒸汽的饱和蒸汽压水蒸汽的饱和蒸汽压 ps时，则表明湿空气达到饱和，则表明湿空气达到饱和，此时的湿度此时的湿度H为为饱和湿度饱和湿度Hs。三、相对湿度三、相对湿度 定义：在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压定义：在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pw与与 同温度下水的饱和蒸汽压同温度下水的饱和蒸汽压ps之比的百分数。之比的百分数。即：即：即：即：结论：结论：湿度湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而只能表示出水汽含量的绝对值，而相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。当当 =1=1时时：pw w=ps s，湿空气达饱和，不可作为干燥介质；，湿空气达饱和，不可作为干燥介质；当当 11时：时：pw w ps s，湿空气未达饱和，可作为干燥介质。，湿空气未达饱和，可作为干燥介质。越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。【例题例题】湿空气中水的蒸汽分压湿空气中水的蒸汽分压 pw=23mmHg，总压，总压 P=760mmHg，求，求20 时的相对湿度时的相对湿度 ；若空气分；若空气分别被加热到别被加热到40和和100，求，求 值值。相对湿度相对湿度 与湿度与湿度 H 的关系：的关系：三、湿空气的比热与焓三、湿空气的比热与焓 1.湿比热（湿热）湿比热（湿热）c cH H kJ/kg干气干气 定义：在常压下，将定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的干空气和其所带有的Hkg水水 汽升高温度汽升高温度1所需的热量。所需的热量。：干空气比热干空气比热 =1.01 kJ/kg=1.01 kJ/kg干气干气 ：水汽比热：水汽比热 =1.88 kJ/kg=1.88 kJ/kg水汽水汽 式中式中 2、焓（热含量）、焓（热含量）I I kJ/kg干气干气 定义：湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。定义：湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。计算基准：计算基准：以以00干空气及干空气及00液态水的焓值为液态水的焓值为0 0作基准。作基准。因此，对于温度为因此，对于温度为t、湿度为、湿度为H 的湿空气，的湿空气，其焓值包括由其焓值包括由00的水变为的水变为00水汽所需的潜热及水汽所需的潜热及湿空气由湿空气由00生温至生温至t所需的显热之和。所需的显热之和。即：即：式中：式中：I：温度为：温度为t、湿度为、湿度为H的湿空气的焓值。的湿空气的焓值。kJ/kg干气干气；Ig g：干空气的焓值。：干空气的焓值。kJ/kg干气干气；Iv v：水汽的焓值。：水汽的焓值。kJ/kg水汽水汽；r0 0：0时水的汽化潜热。时水的汽化潜热。r0=2492 kJ/kg水汽水汽。四、湿空气的比容（湿容积）四、湿空气的比容（湿容积）Hm3湿空气湿空气/kg干气干气定义：每单位质量绝干空气中所具有的湿空气（绝干定义：每单位质量绝干空气中所具有的湿空气（绝干 空气和水蒸汽）的总体积。空气和水蒸汽）的总体积。式中：式中：压力：压力P P 、温度、温度t t下湿空气比容。下湿空气比容。m3湿气湿气/kg干气干气：压力：压力P P 、温度、温度t t下干空气比容。下干空气比容。m3干气干气/kg干气干气：压力：压力P P 、温度、温度t t下水汽比容。下水汽比容。m3水水/kg水水、的数值为：所以：定义：一定压力下，将不饱和空气定义：一定压力下，将不饱和空气等湿等湿降温至降温至 饱和，出现第一滴露珠时的温度。饱和，出现第一滴露珠时的温度。湿度湿度H与露点与露点 td 的关系：的关系：五、露点五、露点 tdpd：td下的饱和蒸汽压。下的饱和蒸汽压。露点温度露点温度td湿空气在湿空气在等等H下下冷却至饱和冷却至饱和的温度。的温度。或或 处在处在等等H下，下，Hs,td=H干球温度干球温度t是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。湿球温度计：温度计的感温球用纱布包裹，纱布用水湿球温度计：温度计的感温球用纱布包裹，纱布用水 保持湿润，这支温度计为湿球温度计。保持湿润，这支温度计为湿球温度计。不饱和空气的湿球温度不饱和空气的湿球温度 tw低于干球温度低于干球温度 t。六、干球温度六、干球温度 t四、湿球温度四、湿球温度 tw湿球温度计工作原理分析湿球温度计工作原理分析五、绝热饱和五、绝热饱和(冷却冷却)温度温度tas饱和空气饱和空气tas,Has,Ias空气空气t,H,Itas填填料料绝热饱和冷却塔绝热饱和冷却塔空气增湿降温空气增湿降温增湿至饱和增湿至饱和保温良好保温良好由湿球温度的经验，可知：由湿球温度的经验，可知：tasast 。湿空气在绝热条件下达饱和时的温度。湿空气在绝热条件下达饱和时的温度。补水补水(tas)湿球温度湿球温度 tw 与绝热饱和温度与绝热饱和温度 tas 的关系：的关系：tw ：大量空气与少量水接触，空气大量空气与少量水接触，空气t、H的不变；的不变；tas ：大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。：大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。tw ：是传热与传质速率均衡的结果，属于动平衡；：是传热与传质速率均衡的结果，属于动平衡；tas ：是由热量横算与物料衡算导出的，属于静平衡。：是由热量横算与物料衡算导出的，属于静平衡。tw 与与 tas 数值上的差异取决于数值上的差异取决于/kH 与与cH两者之间的差别两者之间的差别。湿含量的测定和温度间的关系湿含量的测定和温度间的关系温度间的关系如下温度间的关系如下(空气空气-水系统水系统)：不饱和空气不饱和空气 ttas(或或tw)td 饱和空气饱和空气 t=tas(或或tw)=td 若已知湿空气的温度和湿度若已知湿空气的温度和湿度(湿含量湿含量)，则湿空，则湿空气的状态可以确定。其中气的状态可以确定。其中温度温度直接测定，直接测定，湿度湿度则通则通过测定过测定干干、湿球温度湿球温度(或或露点温度露点温度)计算推出。计算推出。三、三、空气的湿度图及其应用空气的湿度图及其应用1、湿度图的构造、湿度图的构造等等H线线等等t线线等相对湿度线等相对湿度线等焓线等焓线绝热冷却线绝热冷却线水蒸汽分压线水蒸汽分压线几条线几条线（1）等）等H线（等湿度线）线（等湿度线）等线为一系列平行于纵轴的直线。等线为一系列平行于纵轴的直线。（2）等）等t 线（等温线）线（等温线）等等t 线为一系列平行于横轴（不是水平线为一系列平行于横轴（不是水平辅助轴）的直线辅助轴）的直线（3）等）等I线（等焓线）线（等焓线）（4 4）等）等线（等相对湿度线）线（等相对湿度线）注意注意：当当H一定时，一定时，t，吸收水汽能力吸收水汽能力。所以湿空。所以湿空气进入干燥器之前须先经过预热以提高其温度和焓值有气进入干燥器之前须先经过预热以提高其温度和焓值有利于载热外，同时也是为了降低相对湿度而有利于载湿；利于载热外，同时也是为了降低相对湿度而有利于载湿；=100%的线称为饱和曲线，线上各点空气为水的线称为饱和曲线，线上各点空气为水蒸气所饱和，此线上放为未饱和区（蒸气所饱和，此线上放为未饱和区（td，则为等则为等H过程；若终温过程；若终温t3td，则过程为则过程为ADE所示，必有部分水汽凝结为水，空气的所示，必有部分水汽凝结为水，空气的湿度降低湿度降低H3H2，每千克绝干空气析出的水分量为每千克绝干空气析出的水分量为 （2 2）绝热增强过程，前已述及等线变化）绝热增强过程，前已述及等线变化（3）两股气流的混合，衡算式）两股气流的混合，衡算式总物料衡算式：总物料衡算式：水分衡算式：水分衡算式：焓衡算式：焓衡算式：