第十三章-干燥(化工原理-谭天恩)(课堂PPT).ppt

1目录目录 第十三章第十三章 干燥干燥第一节第一节 概述概述第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图一、湿空气的性质二、湿度图三、湿度图的应用第三节第三节 干燥过程的计算干燥过程的计算 一、湿物料中含水率的表示方法 二、物料衡算 三、热量衡算2目录目录习题课习题课第四节第四节 干燥速率和干燥时间干燥速率和干燥时间 一、干燥速率 二、物料中的几种水分 三、干燥过程及机理 四、恒定干燥条件下干燥时间的计算第五节第五节 干燥器干燥器 一、常用工业干燥器第十三章第十三章 小结小结第三版第18次印刷的教材更正化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章3/101第十三章第十三章 干燥干燥第一节第一节 概述概述（1）机械分离法机械分离法-即通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿。即通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿。这种方法无法彻底去除湿分。这种方法无法彻底去除湿分。（2）吸吸附附脱脱水水-即即用用固固体体吸吸附附剂剂，如如CaCl2、硅硅胶胶等等吸吸去去物物料料中中所所 含的水分。这种方法只能除去少量湿分。含的水分。这种方法只能除去少量湿分。（3）干燥法干燥法-指利用热能，使湿物料中的湿分气化而除去的方法。指利用热能，使湿物料中的湿分气化而除去的方法。湿物料：湿物料：湿分湿分-水分或其它液体水分或其它液体除湿方法：除湿方法：本章将介绍本章将介绍湿分湿分湿物料湿物料化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章4/101第一节第一节 概述概述干干燥燥法法介电加热干燥介电加热干燥传导干燥传导干燥对流干燥对流干燥辐射干燥辐射干燥-热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿分蒸气被热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿分蒸气被气相（又称干燥介质）带走，或用真空泵排走。例如纸制品可以气相（又称干燥介质）带走，或用真空泵排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。铺在热滚筒上进行干燥。-热能以对流方式加入物料，产生的蒸气被干燥介质所带走。热能以对流方式加入物料，产生的蒸气被干燥介质所带走。-由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物料表面，被物料所由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物料表面，被物料所吸收而重新变为热能，从而使湿分汽化。例如用红外线干燥法将自吸收而重新变为热能，从而使湿分汽化。例如用红外线干燥法将自行车表面油漆干燥。行车表面油漆干燥。-将需要干燥的电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电将需要干燥的电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电介质中转变为热能，例如微波干燥食品。介质中转变为热能，例如微波干燥食品。本本章章介介绍绍的的内内容容，干干燥燥介介质质以以热热空空气气、湿分以水为例。湿分以水为例。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章5/101第二节第二节湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图一湿空气的性质一湿空气的性质（1）水汽分压）水汽分压pw干空气干空气水蒸汽水蒸汽本章用到的湿空气性质包括：本章用到的湿空气性质包括：水的浓度、比热容、比容（密度）、焓、温度等。水的浓度、比热容、比容（密度）、焓、温度等。1 1湿空气中水蒸气含量的表示方法湿空气中水蒸气含量的表示方法湿空气湿空气-气体混合物气体混合物（2）湿度）湿度pwpa-又称湿含量，又称湿含量，单位单位kg水水/kg干空气干空气思考思考1：H属于前面介绍的哪一类浓度？属于前面介绍的哪一类浓度？质量比质量比总压总压P思考思考2：取取1kg干空气作为湿度定义基准又何好处？干空气作为湿度定义基准又何好处？干燥过程中干空气的质量不变干燥过程中干空气的质量不变化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章6/101第二节第二节湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图一湿空气的性质一湿空气的性质 1 1湿空气中水蒸气含量的表示方法湿空气中水蒸气含量的表示方法（3）相对湿度）相对湿度 值愈大，表示空气的吸湿能力越小；值愈大，表示空气的吸湿能力越小；1时，饱和。时，饱和。此此式式只只能能用用于于ps P情情形形；当当ps P时，时，pw/P。因为因为pw最大只能达到总压最大只能达到总压P。1-水汽分压与其可能达到的最大值之比。水汽分压与其可能达到的最大值之比。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章7/101一湿空气的性质一湿空气的性质2湿比容湿比容 H-1kg干空气干空气对应的湿空气的体积，单位为对应的湿空气的体积，单位为m3湿空气湿空气 kg干空气干空气1kg干空气干空气？kg水汽水汽湿空气湿空气H比容的一般定义：比容的一般定义：思考思考1：为什么取为什么取1kg干空气作为定义基准？干空气作为定义基准？思考思考2 2：1kg1kg干空气对应的湿空气的质量为多少干空气对应的湿空气的质量为多少kgkg？体积呢？体积呢？化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章8/101一湿空气的性质一湿空气的性质比热容的一般定义：比热容的一般定义：kJ/(kg K)3湿比热容湿比热容cH-kJ/(kg干气干气 K)此时，湿空气的质量（此时，湿空气的质量（1+H）kgca干空气的比热，干空气的比热，kJ/(kgK)cw水气的比热，水气的比热，kJ/(kgK)1.01kJ/(kgK)1.88kJ/(kgK)化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章9/101一湿空气的性质一湿空气的性质焓的一般定义：焓的一般定义：kJ/kg 通通常常规规定定，0时时绝绝干干空空气气及及液液态态水水的焓为零。的焓为零。-kJ/kg干气干气此时，湿空气的质量（此时，湿空气的质量（1+H）kg4湿空气的焓湿空气的焓I0时水的汽化潜热，时水的汽化潜热，r0 2492 kJ/kg化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章10/101一湿空气的性质一湿空气的性质5干球温度干球温度 t-用普通温度计测出的空气温度，简称温度，用普通温度计测出的空气温度，简称温度，是空气的真实温度是空气的真实温度化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章11/101一湿空气的性质一湿空气的性质大量大量湿球温度计湿球温度计6、湿球温度、湿球温度 tw -用用湿球温度计湿球温度计测出的空气温度测出的空气温度 开始时，传质速率最大，传热速率最小。当开始时，传质速率最大，传热速率最小。当达到平衡时，传质所需的热量速率等于传热速达到平衡时，传质所需的热量速率等于传热速率，湿纱布中的水温达到稳定值（肯定比率，湿纱布中的水温达到稳定值（肯定比 t 低），低），这一温度就是这一温度就是湿球温度湿球温度，用，用tw 表示。表示。大量、快速大量、快速流动的空气（空气的流动的空气（空气的流速应大于流速应大于5m/s）与）与少量水少量水接触；接触；传质传质-因存在传质推动力，湿纱布因存在传质推动力，湿纱布中的水汽化进入空气，此过程需要吸中的水汽化进入空气，此过程需要吸热（水提供），因此水温下降；热（水提供），因此水温下降；传热传热-产生传热温差，热量将从空产生传热温差，热量将从空 气传入湿纱布；气传入湿纱布；传质传质思考思考1：为什么酷暑的季节，在水里比在岸上凉快？为什么酷暑的季节，在水里比在岸上凉快？t tw化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章12/101一湿空气的性质一湿空气的性质动态平衡动态平衡思考思考2：上述传热、传质平衡为动态平衡，为什么？上述传热、传质平衡为动态平衡，为什么？思考思考3：若空气（大量）静止，湿球温若空气（大量）静止，湿球温度计测出的温度与度计测出的温度与tw相比高还是低？相比高还是低？传热、传质终了（即达到平衡）时，传热、传质终了（即达到平衡）时，传热、传质仍在进行。传热、传质仍在进行。若空气大量，则测出的温度就是若空气大量，则测出的温度就是tw，只不过，达到，只不过，达到tw所需时间要更长，所需时间要更长，因为传热方式此时以导热、自然对流因为传热方式此时以导热、自然对流为主，比强制对流要小。为主，比强制对流要小。大量大量湿球温度计湿球温度计传质传质为了快速、准确地测出为了快速、准确地测出tw。思考思考4：为什么空气要大量、快速流动？为什么空气要大量、快速流动？化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章13/101一湿空气的性质一湿空气的性质6、湿球温度、湿球温度 tw -是水温，但是却由空气决定，与水无关。是水温，但是却由空气决定，与水无关。空气以对流方式传给水的热量速率空气以对流方式传给水的热量速率水分汽化所需的潜热速率水分汽化所需的潜热速率大量大量湿球温度计湿球温度计传质传质思考思考5 5：湿球温度是水温，为什么要在湿球温度是水温，为什么要在 湿空气性质里介绍？湿空气性质里介绍？可见，可见，twf（t，H），而与水），而与水的初始状态无关。的初始状态无关。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章14/101一湿空气的性质一湿空气的性质思考思考6：上述湿球温度测定过程中，湿上述湿球温度测定过程中，湿空气是等焓的吗？空气是等焓的吗？大量大量湿球温度计湿球温度计传质传质ukH、主要与空气流速有关，主要与空气流速有关，u 却几乎与流速无关；却几乎与流速无关；u对空气对空气水系统，当被测气体温度不水系统，当被测气体温度不太高、流速太高、流速5m/s时，时，因空气因空气 t、H 不变，故湿空气为等焓不变，故湿空气为等焓（称为（称为LewisLewis规则）规则）化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章15/101一湿空气的性质一湿空气的性质u空气温度与水温相等空气温度与水温相等7绝热饱和温度绝热饱和温度tas少量少量塔塔无无穷穷高高设备在绝热条件下干燥湿物料时设备在绝热条件下干燥湿物料时思考思考1：绝热饱和温度在什么场合下能遇到？绝热饱和温度在什么场合下能遇到？u少量空气与大量水；少量空气与大量水；u经过无限长时间接触；经过无限长时间接触；饱和空气饱和空气-是水温是水温思考思考2：上述绝热塔中，湿空气等焓吗？上述绝热塔中，湿空气等焓吗？是的。因为空气降温放出的显热给了是的。因为空气降温放出的显热给了水，但水并没有升温，这部分能量又被水，但水并没有升温，这部分能量又被水蒸汽以潜热的形式带回空气中。水蒸汽以潜热的形式带回空气中。思考思考3：上述传热、传质平衡为静态平衡，上述传热、传质平衡为静态平衡，为什么？为什么？塔顶没有净的质量、热量传递进行。塔顶没有净的质量、热量传递进行。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章16/101一湿空气的性质一湿空气的性质7绝热饱和温度绝热饱和温度tas湿空气为等焓变化湿空气为等焓变化-是水温是水温塔塔无无穷穷高高饱和空气饱和空气假设假设但是却由空气决定，与水无关。但是却由空气决定，与水无关。思考思考4 4：绝热温度是水温，为什么要在湿空绝热温度是水温，为什么要在湿空 气性质里介绍？气性质里介绍？原因如下：原因如下：化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章17/101一湿空气的性质一湿空气的性质湿球温度湿球温度tw与绝热饱和温度与绝热饱和温度tas的异同：的异同：相同之处：相同之处：v湿空气均为等焓变化、湿空气均为等焓变化、v均为空气状态（均为空气状态（t、H）的函数）的函数v空气空气-水体系，有水体系，有tw tas 但但对对其它体系，例如空气其它体系，例如空气甲苯系甲苯系统统，/kH=1.8cH,这时这时tw 与与tas就不等了。就不等了。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章18/101一湿空气的性质一湿空气的性质湿球温度湿球温度tw与绝热饱和温度与绝热饱和温度tas的异同：的异同：不同之处：不同之处：tw-大量空气与少量水接触后的大量空气与少量水接触后的稳定的水温；稳定的水温；空气的状态（空气的状态（t，H）不变；）不变；属动态平衡。属动态平衡。tas-少量空气与大量水经过接少量空气与大量水经过接触后达到的稳定温度；触后达到的稳定温度；空气增湿、降温；空气增湿、降温；属静态平衡；属静态平衡；化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章19/101一湿空气的性质一湿空气的性质8露点露点td 在在总总压压不不变变的的条条件件下下，将将不不饱饱和和湿湿空空气气冷冷却却，直直至至冷冷凝凝出出水水珠珠为为止止（即即达达到到饱饱和和状状态态），此此时时，湿湿空空气气的的温温度度称为露点，用称为露点，用td表示。表示。特点：特点：冷却冷却思考：思考：若已知若已知t、H，如何求，如何求td？思考：思考：若已知若已知t、td，如何求，如何求H？查饱和蒸汽压表查饱和蒸汽压表化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章20/101一湿空气的性质一湿空气的性质汇总：汇总：不饱和湿空气性质：不饱和湿空气性质：P、H、pw、cH、I、t、tw、tas、td，共，共10个个 只需已知只需已知3个变量，其他均可通过上述函数关系计算得个变量，其他均可通过上述函数关系计算得到，但有时需试差。到，但有时需试差。若用图求解就不用试差了。若用图求解就不用试差了。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章21/101二湿度图二湿度图常用的湿度图：常用的湿度图：3个独立变量取为个独立变量取为P、t、H-温湿图（温湿图（t-H图）图）P、I、H-焓湿图（焓湿图（I-H图）图）化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章22/101湿比热容线湿比热容线 （P=1atm时）时）等等 线线 饱和比容线饱和比容线 干空气比容线干空气比容线 绝热饱和线绝热饱和线 等焓线等焓线 等湿球温度线等湿球温度线 湿度图湿度图湿比热容线cH,kJ/kgK 化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章23/101湿比热容线湿比热容线 （P=1atm时）时）等等 线线 饱和比容线饱和比容线 干空气比容线干空气比容线 绝热饱和线绝热饱和线 等焓线等焓线 等湿球温度线等湿球温度线 三、湿度图的应用三、湿度图的应用1 1、查湿空气性质、查湿空气性质例如：已知例如：已知t、H湿比热容线cH,kJ/kgK 值需用线性内插求值需用线性内插求 化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章24/101三、湿度图的应用三、湿度图的应用2表示湿空气的状态变化过程表示湿空气的状态变化过程（1）加热过程）加热过程（2）冷却过程）冷却过程（3）干燥过程）干燥过程增湿、降温增湿、降温焓增大焓增大等焓等焓焓减小焓减小化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章25/101三、湿度图的应用三、湿度图的应用2表示湿空气的状态变化过程表示湿空气的状态变化过程（1）加热过程）加热过程（2）冷却过程）冷却过程（3）干燥过程）干燥过程（4）两股湿空气混合）两股湿空气混合-杠杆原则杠杆原则化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章26/101杠杆原则证明：杠杆原则证明：回忆：回忆：杠杆原则就是物料衡算杠杆原则就是物料衡算由物料衡算可得：由物料衡算可得：L-绝干空气流量绝干空气流量化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章27/101杠杆原则证明：杠杆原则证明：由热量衡算可得：由热量衡算可得：化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章28/101返回目录返回目录作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章29/101第三节第三节 干燥过程的计算干燥过程的计算干燥过程干燥过程干燥室干燥室预热室预热室化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章30/101第三节第三节 干燥过程的计算干燥过程的计算干燥室干燥室预热室预热室思考：思考：1、试在湿度图上画出干燥全过程试在湿度图上画出干燥全过程2、为什么空气要预热？、为什么空气要预热？空气预热有两个好处：空气预热有两个好处：（1）相对湿度下降，吸水能力增强；）相对湿度下降，吸水能力增强；（2）空气温度高，物料温度就高，水）空气温度高，物料温度就高，水汽化速率就快。汽化速率就快。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章31/101第三节第三节 干燥过程的计算干燥过程的计算已知：已知：v干燥介质（空气）的进口条件，干燥介质（空气）的进口条件，如温度、湿度、压力等；如温度、湿度、压力等；v物料的进口条件，物料的进口条件，如温度，湿含量，质量或质量流率；如温度，湿含量，质量或质量流率；v物料的干燥要求物料的干燥要求（湿含量）。（湿含量）。求解：求解：v干燥介质用量干燥介质用量；v干燥条件干燥条件（如进干燥室的空气温度，（如进干燥室的空气温度，出干燥室的空气温度和湿度等）；出干燥室的空气温度和湿度等）；v整个设备的热能消耗整个设备的热能消耗；v干燥室尺寸干燥室尺寸 等等。等等。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章32/101第三节第三节 干燥过程的计算干燥过程的计算一、湿物料中含水率的表示方法一、湿物料中含水率的表示方法干基含水率干基含水率湿基含水率湿基含水率-质量分率质量分率-质量比质量比思考：思考：两种含水率之间的换算关系？两种含水率之间的换算关系？化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章33/101第三节第三节 干燥过程的计算干燥过程的计算-可解出干燥介质用量，蒸发的水分量等可解出干燥介质用量，蒸发的水分量等二、物料衡算二、物料衡算L蒸发的水分量蒸发的水分量绝干空气用量绝干空气用量化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章34/101第三节第三节 干燥过程的计算干燥过程的计算 l 与干燥过程所与干燥过程所经历的途径无关。经历的途径无关。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章35/101第三节第三节 干燥过程的计算干燥过程的计算-可求解整个设备的热能消耗可求解整个设备的热能消耗三、热量衡算三、热量衡算1、预热器的热量衡算、预热器的热量衡算化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章36/101第三节第三节 干燥过程的计算干燥过程的计算-可求解整个设备的热能消耗可求解整个设备的热能消耗三、热量衡算三、热量衡算2、干燥室的热量衡算、干燥室的热量衡算化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章37/101教材更正教材更正vP198202所有所有c1改为改为clvP199：例：例13-6 第（第（4）问求解过程中）问求解过程中L应为应为2870，W应为应为44.5，结果应，结果应为：为：Ql34939，第（第（5）问：结果应为）问：结果应为6.6化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章38/101三、热量衡算三、热量衡算将以下两个热量衡算式相加将以下两个热量衡算式相加 或对整个干燥流程进行热量衡算或对整个干燥流程进行热量衡算：化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章39/101三、热量衡算三、热量衡算化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章40/101三、热量衡算三、热量衡算加入干燥系统的全部能量有四个用途：加入干燥系统的全部能量有四个用途：加热空气、蒸发水分、加热物料和热损失加热空气、蒸发水分、加热物料和热损失物料升温所耗能量热损失物料中水分蒸发所耗的能量新鲜空气被加热所耗的能量 供能方 这这是是干干燥燥的的真真正目的所在。正目的所在。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章41/101三、热量衡算三、热量衡算物料中水分蒸发所耗的能量3、干燥设备的热效率、干燥设备的热效率热效率热效率一般，一般，=3060%，在应用部分废气循环时，在应用部分废气循环时，=5070%化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章42/101三、热量衡算三、热量衡算物料升温所耗能量热损失物料中水分蒸发所耗的能量新鲜空气被加热所耗的能量 供能方 思考：思考：1、如何提高热效率？、如何提高热效率？2、为什么废气循环时热效率较高？、为什么废气循环时热效率较高？此此外外，尽尽量量利利用用废废气气中中的的热热量量，例例如如用用废废气气预预热热冷冷空空气气或或湿湿物物料，或将废气循环使用，也将有助于热效率的提高。料，或将废气循环使用，也将有助于热效率的提高。设设法法减减少少加加热热空空气气、加加热热物物料料和和热热损损失失所所耗耗热热量量，如如将将H2，则则L。如如将将 t2 。如如将将Ql，均可提高，均可提高。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章43/101三、热量衡算三、热量衡算 由于热量的加入，实际由于热量的加入，实际干燥过程中，空气的焓可干燥过程中，空气的焓可能增大，也可能减小。能增大，也可能减小。焓增大焓增大焓减小焓减小化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章44/101三、热量衡算三、热量衡算4 4、理想干燥过程（又称等焓或绝热干燥过程）、理想干燥过程（又称等焓或绝热干燥过程）Qd=0、Ql=0、物料带进、带出的热量均可忽略不计，、物料带进、带出的热量均可忽略不计，化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章45/101三、热量衡算三、热量衡算 空空气气（t1、H1）降降温温，但但焓焓不不变变，这这是是因因为为空空气气不不断断增增湿湿的的缘缘故故，即即水水汽汽（W）将将蒸蒸发发水水分分所所需需的的热热量量以以汽汽化化潜潜热热的形式带回空气中。的形式带回空气中。所所以以空空气气降降温温放放出出的的显显热热蒸蒸发发水水分分所所需需的的热量热量返回目录返回目录化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章46/101习题课习题课汇总汇总：物料衡算物料衡算热量衡算热量衡算理想干燥过程（等焓干燥过程）理想干燥过程（等焓干燥过程）化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章47/101实际干燥过程举例实际干燥过程举例【例例1】常常压压下下拟拟用用温温度度为为20、相相对对湿湿度度为为57.5的的空空气气干干燥燥某某种种湿湿物物料料。空空气气在在预预热热器器中中被被加加热热到到90后后送送入入干干燥燥室室，离离开开时时的的温温度度为为45、湿湿度度为为0.022kg水水/kg干干气气。现现要要求求每每小小时时将将1200kg的的湿湿物物料料由由含含水水率率3%（湿湿基基）干干燥燥至至0.2%（湿湿基基），已已知知物物料料进进、出出口口温温度度分分别别为为20和和60，在在此此温温度度范范围围内内，绝绝干干物物料料的的比比热热为为3.5kJ/(kg)，水水的的平平均均比比热热为为4.19 kJ/(kg)。干干燥燥设设备备热热损损失失可可按按预热器中加热量的预热器中加热量的5%计算。试求：计算。试求：(1)新鲜空气用量，新鲜空气用量，kg/h；(2)预热器的加热量预热器的加热量QP，kW；(3)干燥室内补充的热量干燥室内补充的热量Qd，kW；(4)热效率热效率；(5)画出湿空气状态变化画出湿空气状态变化化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章48/101（1 1）新鲜空气用量，）新鲜空气用量，kg/h查图或计算得查图或计算得H00.008kg干干/kg实际干燥过程举例实际干燥过程举例【解解】化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章49/101实际干燥过程举例实际干燥过程举例（2）预热器的加热量预热器的加热量QP，kW H00.008kg干干/kg化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章50/101实际干燥过程举例实际干燥过程举例H00.008kg干干/kg（3）干燥室内补充的热量）干燥室内补充的热量Qd，kW其中：其中：化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章51/101实际干燥过程举例实际干燥过程举例H00.008kg干干/kg化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章52/101实际干燥过程举例实际干燥过程举例H00.008kg干干/kg代入式代入式中得：中得：化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章53/101实际干燥过程举例实际干燥过程举例H00.008kg干干/kg化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章54/101实际干燥过程举例实际干燥过程举例H00.008kg干干/kg（4）热效率）热效率 化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章55/101实际干燥过程举例实际干燥过程举例H00.008kg干干/kg（5）画出湿空气状态变化）画出湿空气状态变化化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章56/101有废气循环的实际干燥过程举例有废气循环的实际干燥过程举例【例例2】现现将将例例1流流程程改改为为废废气气循循环环流流程程设设计计，如如图图所所示示。将将出出口口废废气气中中的的50%引引到到新新鲜鲜空空气气处处与与新新鲜鲜空空气气混混合合。混混合合气气经经预预热热器器仍仍加加热热至至90后后，再再送送入入干干燥燥室室，出出干干燥燥室室的的废废气气温温度度仍仍为为45，干干燥燥室室加加热热量量Qd不不变变，仍仍为为40.25kW，被被干干燥燥的的物物料料及及干干燥燥要要求求不不变变，热热损损失失仍仍可可取取为为Qp的的5%。试试计计算算：（1）画画出出湿湿空空气气状状态态变变化化，并并与与例例1对对比比。（2）新新鲜鲜空空气气的的用用量量，kg/h；（3）预预热热器器的的加加热热量量Qp，kW；（4）热效率热效率 L2L化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章57/101有废气循环的实际干燥过程举例有废气循环的实际干燥过程举例【例例2】现现将将例例1流流程程改改为为废废气气循循环环流流程程设设计计，如如图图所所示示。将将出出口口废废气气中中的的50%引引到到新新鲜鲜空空气气处处与与新新鲜鲜空空气气混混合合。混混合合气气经经预预热热器器仍仍加加热热至至90后后，再再送送入入干干燥燥室室，出出干干燥燥室室的的废废气气温温度度仍仍为为45，干干燥燥室室加加热热量量Qd不不变变，仍仍为为40.25kW，被被干干燥燥的的物物料料及及干干燥燥要要求求不不变变，热热损损失失仍仍可可取取为为Qp的的5%。试试计计算算：（1）画画出出湿湿空空气气状状态态变变化化，并并与与例例1对对比比。（2）新新鲜鲜空空气气的的用用量量，kg/h；（3）预预热热器器的的加加热热量量Qp，kW；（4）热效率热效率（1）画出湿空气状态变化，并与画出湿空气状态变化，并与例例1对比。对比。例例2【解解】例例2中点中点化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章58/101有废气循环的实际干燥过程举例有废气循环的实际干燥过程举例（2）新鲜空气用量，新鲜空气用量，kg/h-(1)-(1)化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章59/101有废气循环的实际干燥过程举例有废气循环的实际干燥过程举例（3）预热器的加热量预热器的加热量Qp，kW 杠杆原理杠杆原理化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章60/101有废气循环的实际干燥过程举例有废气循环的实际干燥过程举例化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章61/101有废气循环的实际干燥过程举例有废气循环的实际干燥过程举例求解见例求解见例1 1化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章62/101有废气循环的实际干燥过程举例有废气循环的实际干燥过程举例联立式（联立式（1）、（）、（2）得：）得：-(2)化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章63/101有废气循环的实际干燥过程举例有废气循环的实际干燥过程举例由例由例1可知可知（4 4）热效率）热效率 化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章64/101有废气循环的实际干燥过程举例有废气循环的实际干燥过程举例结论：结论：在完成同样的生产任务条件下，若采用在完成同样的生产任务条件下，若采用废气循环流程，新鲜干空废气循环流程，新鲜干空气用量减少，预热器热负荷减小，干燥效率提高，但气用量减少，预热器热负荷减小，干燥效率提高，但出口废气湿度增大，出口废气湿度增大，故故干燥过程速率下降，干燥设备将变大。干燥过程速率下降，干燥设备将变大。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章65/101练习练习【练练习习】现现将将例例1流流程程改改为为废废气气循循环环流流程程设设计计，如如图图所所示示。将将出出口口废废气气中中的的50%引引到到新新鲜鲜空空气气处处与与新新鲜鲜空空气气混混合合。混混合合气气经经预预热热器器仍仍加加热热至至90后后，再再送送入入干干燥燥室室，出出干干燥燥室室的的废废气气温温度度仍仍为为45，湿湿度度仍仍为为0.022kg水水/kg干干气气，被被干干燥燥的的物物料及干燥要求不变，热损失仍可取为料及干燥要求不变，热损失仍可取为Qp的的5%。试计算：。试计算：（1）画画出出湿湿空空气气状状态态变变化化，并并与与例例2对对比比（2）新新鲜鲜空空气气的的用量，用量，kg/h；（3）QP、Qd，kW；（；（4）热效率）热效率；。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章66/101练习练习（1）画画出出湿湿空空气气状状态态变变化，并与例化，并与例1、例、例2对比对比练习练习中点中点化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章67/101返回目录返回目录作业：作业：化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章68/101第四节第四节 干燥速率和干燥时间干燥速率和干燥时间干燥动力学可以解决干燥室尺寸问题干燥动力学可以解决干燥室尺寸问题-干燥动力学干燥动力学求解：求解：干燥介质用量干燥介质用量；干燥条件干燥条件（如进干燥室的空气温度，（如进干燥室的空气温度，出干燥室的空气温度和湿度等）；出干燥室的空气温度和湿度等）；整个设备的热能消耗整个设备的热能消耗；干燥室尺寸干燥室尺寸化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章69/101第四节第四节 干燥速率和干燥时间干燥速率和干燥时间 单单位位时时间间、单单位位干干燥燥表表面面所所汽汽化化的的水水分分量量，称称为为，单位单位kg/m2 s。就是第八章提到的传质速率。就是第八章提到的传质速率。A、Gc、Xd、dX水分水分 N一、干燥速率一、干燥速率其中其中Gc绝干物料质量，绝干物料质量，kg；A 干燥面积，干燥面积，m2；X 物料中干基含水率，物料中干基含水率，kg水水/kg干料。干料。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章70/101二、物料中的几种水分二、物料中的几种水分水水固相固相1、结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分非非结结合合水水-机机械械地地附附着着在在物物料料表表面面的的水水分分，或或物物料料堆堆积积层层 中大空隙中的水分中大空隙中的水分结结合合水水-结结晶晶水水、小小毛毛细细管管内内的的水水分分、细胞内的水分等。细胞内的水分等。特点：与固体相互结合力较弱，较易去除；特点：与固体相互结合力较弱，较易去除；性质与纯水的相同；性质与纯水的相同；特点：结合水的蒸气压低于同特点：结合水的蒸气压低于同 温下水的饱和蒸气压温下水的饱和蒸气压;借化学力或物理化学力借化学力或物理化学力 与固体相结合，较难去与固体相结合，较难去 除除。-取决于物料本身的性质，与空气状况无关。取决于物料本身的性质，与空气状况无关。大孔道大孔道小孔道小孔道化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章71/101二、物料中的几种水分二、物料中的几种水分t，H，pw什么是平衡水分？什么是平衡水分？-在一定空气状态下的干燥极限在一定空气状态下的干燥极限 物物料料总总水水分分中中，除除了了平平衡衡水水分分以以外外的的那那部分水，称为部分水，称为。2 2、平衡水分与自由水分、平衡水分与自由水分-取决于物料本身的性质及空气状态。取决于物料本身的性质及空气状态。什么是自由水分？什么是自由水分？水水固相固相水水固相固相ps水水固相固相 在在一一定定空空气气状状态态下下，湿湿物物料料中中的的恒恒定定含含水水量量称称为为该该物物料料的的 。也也就就是是在在一一定定空空气气状状态态下下物物料料中中不不能能除除去去的的水水分分。用用X*表表示示，单单位位kg水水/kg干料。干料。ps pw化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章72/101二、物料中的几种水分二、物料中的几种水分思考：思考：“在一定空气状态下物料中不能除去的水分在一定空气状态下物料中不能除去的水分”这句这句话是否意味着这部分水再也无法除去了？话是否意味着这部分水再也无法除去了？例如：晒衣服，下雨天和晴天例如：晒衣服，下雨天和晴天化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章73/101二、物料中的几种水分二、物料中的几种水分自自由由水水分分平平衡衡水水分分总总水水分分非非结结合合水水分分结结合合水水分分Why？化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章74/101三、干燥过程及机理三、干燥过程及机理恒定干燥条件恒定干燥条件-湿空气的状态（湿空气的状态（温度、湿度温度、湿度）不变、）不变、空气流速空气流速不变、不变、与物料的接触方式与物料的接触方式不变不变 前提：前提：湿空气湿空气t H u湿空气湿空气t H u化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章75/101三、干燥过程及机理三、干燥过程及机理t，H，pw水水固相固相psX，kg水水/kg绝干料绝干料干燥时间干燥时间 物料温度物料温度所经历的时间很短，所经历的时间很短，通常可忽略不计。通常可忽略不计。非结合水非结合水预热段预热段恒速干燥阶段恒速干燥阶段t，H，pw思考：思考：恒速段除去的是什么水？恒速段除去的是什么水？水水固相固相pst0tw化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章76/101三、干燥过程及机理三、干燥过程及机理t，H，pw水水固相固相pst，H，pw水水固相固相pst0tw空气条件空气条件表面气化控制表面气化控制思考：思考：影响恒速阶段干燥速率的因素？影响恒速阶段干燥速率的因素？恒速段干燥机理：恒速段干燥机理：化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章77/101三、干燥过程及机理三、干燥过程及机理干干燥燥速速率率N,kg/（m2s）X，kg水水/kg绝干料绝干料干燥时间干燥时间 物料温度物料温度所经历的时间很短，所经历的时间很短，通常可忽略不计。通常可忽略不计。恒速段干燥速率曲线：恒速段干燥速率曲线：化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章78/101三、干燥过程及机理三、干燥过程及机理降速干燥阶段降速干燥阶段t，H，pX，kg水水/kg绝干料绝干料干燥时间干燥时间 物料温度物料温度降降速速第第一一阶阶段段tw水水固相固相ps非结合水和部分结合水非结合水和部分结合水降降速速第第二二阶阶段段预热段预热段恒速干燥阶段恒速干燥阶段思考：思考：降速阶段除去的是什么水？降速阶段除去的是什么水？整个干燥过程可分为三个阶段：整个干燥过程可分为三个阶段：从物料表面刚出从物料表面刚出现干区，至全部现干区，至全部表面为干区阶段表面为干区阶段化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章79/101三、干燥过程及机理三、干燥过程及机理t，H，ptw水水固相固相ps物料内部水分迁移控制物料内部水分迁移控制降速段干燥机理：降速段干燥机理：化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章80/101三、干燥过程及机理三、干燥过程及机理X，kg水水/kg绝干料绝干料干燥时间干燥时间 物料温度物料温度降降速速第第一一阶阶段段降降速速第第二二阶阶段段干干燥燥速速率率N,kg/（m2s）降速第一阶段降速第二阶段X*降速段干燥速率曲线：降速段干燥速率曲线：化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章81/101三、干燥过程及机理三、干燥过程及机理干干燥燥速速率率N,kg/（m2s）降速第一阶段降速第二阶段X*临界含水率：临界含水率：t，H，ptw水水固相固相psXC临临界界含含水水率率：物物料料表表面面一一出出现现干干区区时时的的含含水率水率思考：思考：临界含水量大好，还是小好？临界含水量大好，还是小好？小好，小好，因为一旦达到临界含水量，就意因为一旦达到临界含水量，就意味着干燥进入了降速阶段，干燥味着干燥进入了降速阶段，干燥时间将大大加长。时间将大大加长。化工原理化工原理电子教案电子教案/第十三章第十三章82/101三、干燥过程及