第五章固体干燥PPT讲稿.ppt

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1、第五章 固体干燥第1页，共60页，编辑于2022年，星期二教学要求教学要求重重 点：点：干燥介质的湿、热性质，干燥介质的湿、热性质，干燥过程的物、热衡算，干燥过程的物、热衡算，干燥过程的平衡及速率关系。干燥过程的平衡及速率关系。基本概念：基本概念：干燥介质的九个性质；干基湿含量；湿基干燥介质的九个性质；干基湿含量；湿基 湿含量；等焓干燥过程；绝热干燥过程；湿含量；等焓干燥过程；绝热干燥过程；热效率与干燥效率；结合湿份、非结合湿热效率与干燥效率；结合湿份、非结合湿 份、平衡湿份、自由湿份、最大吸湿湿含份、平衡湿份、自由湿份、最大吸湿湿含 量；恒定干燥条件；恒速段、降速段、临量；恒定干燥条件；恒速

2、段、降速段、临 界湿含量。界湿含量。第2页，共60页，编辑于2022年，星期二教学要求教学要求基本公式：基本公式：干燥介质九个性质的计算；干燥过程的干燥介质九个性质的计算；干燥过程的 物料衡算；预热器、干燥器的热衡算；物料衡算；预热器、干燥器的热衡算；恒定干燥条件下干燥时间的计算。恒定干燥条件下干燥时间的计算。第3页，共60页，编辑于2022年，星期二教学要求教学要求理解分析：理解分析：干燥介质的作用；提高干燥过程的热效干燥介质的作用；提高干燥过程的热效 率与干燥效率的措施；干燥过程的平衡率与干燥效率的措施；干燥过程的平衡 关系；传质方向与限度的确定；恒定干关系；传质方向与限度的确定；恒定干

3、燥条件下的干燥曲线及干燥速率曲线及燥条件下的干燥曲线及干燥速率曲线及 测定方法；恒速段、降速段出现的原因测定方法；恒速段、降速段出现的原因 及影响因素。及影响因素。第4页，共60页，编辑于2022年，星期二5-0 概述概述1.干燥干燥利用热能，使固体物料中的湿分汽化利用热能，使固体物料中的湿分汽化 除去的方法。除去的方法。其它除去固体中湿分的方法？其它除去固体中湿分的方法？2.分类分类按操作压强按操作压强常压干燥常压干燥真空干燥真空干燥为什么不加压？为什么不加压？按操作方式按操作方式连续干燥连续干燥间歇干燥间歇干燥第5页，共60页，编辑于2022年，星期二5-0 概述概述按传热方式按传热方式传

4、导干燥（滚筒干燥）传导干燥（滚筒干燥）对流干燥对流干燥流化床干燥流化床干燥喷雾干燥喷雾干燥辐射干燥（红外干燥）辐射干燥（红外干燥）介电干燥（微波干燥）介电干燥（微波干燥）干燥介质干燥介质作用：载热体、载湿体作用：载热体、载湿体物料：热空气、过热水蒸汽、烟道气物料：热空气、过热水蒸汽、烟道气常压连续对流干燥常压连续对流干燥转筒干燥器转筒干燥器第6页，共60页，编辑于2022年，星期二5-0 概述概述干燥过程干燥过程热、质同时传递热、质同时传递 的综合过程。的综合过程。tWptwpwQ湿物料湿物料干燥介质干燥介质传热过程：传热过程：Q=S(t-tW)传质过程：传质过程：NA=kG(pW-p)当传热

5、达到平衡而当传热达到平衡而传质不平衡会出现传质不平衡会出现什么情况？什么情况？第7页，共60页，编辑于2022年，星期二5-0 概述概述特点：特点：1.1.传热、传质不可能单独达到平衡。传热、传质不可能单独达到平衡。2.2.过程可能发生逆转过程可能发生逆转tw1tw2t1t2p2p1pW2pW1QWW第8页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图一、干燥介质的性质一、干燥介质的性质讨论前提：讨论前提：常压常压气体视为理想气体。气体视为理想气体。单位质量绝干气为基准。单位质量绝干气为基准。1.干球温度干球温度 t 干燥介质的真实温度干燥介质的真实温

6、度反映介质热方面的性质反映介质热方面的性质2.湿度湿度 H kg湿分湿分/kg干气干气单位质量绝干气所携带湿分的质量单位质量绝干气所携带湿分的质量反映介质湿方面的性质。反映介质湿方面的性质。第9页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图3.相对湿度相对湿度Hp关系？关系？第10页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图的意义的意义介质的载湿能力介质的载湿能力绝干气：绝干气：饱和气饱和气：数数值值？介？介质质的的载载湿能力大湿能力大如何提高介如何提高介质质的的载载湿能力？湿能力？H的关系的关系是介质湿

7、、热方面的性质是介质湿、热方面的性质第11页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图特殊情况时的特殊情况时的如如ttb例：常压下例：常压下140的热空气的相对湿度。的热空气的相对湿度。已知已知20 其相对湿度为其相对湿度为80。20 时水的饱和蒸汽压时水的饱和蒸汽压2338.59Pa 140时，时，363.0kPa第12页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图4.露点露点 td 一定总压下，介质一定总压下，介质等湿等湿降温至饱和时的温度降温至饱和时的温度露点求取的实际意义？露点求取的实际意义？确定

8、干燥介质离开干燥器的温度确定干燥介质离开干燥器的温度t2露点反映介质哪方面性质？露点反映介质哪方面性质？第13页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图5.湿球温度湿球温度 tW 一定总压下，一定总压下，大量大量介质与湿球温度计感温球接触，介质与湿球温度计感温球接触，达到传热、传质达到传热、传质均衡均衡时感温球的温度时感温球的温度ttWppW大量介质的意义？大量介质的意义？试分析试分析 ttW在保持传质进行时，在保持传质进行时，传热会怎样进行？传热会怎样进行？第14页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质

9、及湿焓图tW反映介质哪方面性质？反映介质哪方面性质？如何根据已知的如何根据已知的t,H求取求取tW？tW求取的实际意义？求取的实际意义？第15页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图6.湿比热湿比热 cp kJ/kg绝干气体绝干气体 1kg绝干气及其所带的绝干气及其所带的 H kg湿分升（降）温湿分升（降）温1 所需要（或放出）的热量，称为比热容，又称湿所需要（或放出）的热量，称为比热容，又称湿比热比热cH反映介质哪方面性质？反映介质哪方面性质？7.焓焓 IH kJ/kg绝干气体绝干气体1kg绝干气及其所带的绝干气及其所带的 H kg湿分所具有

10、的焓湿分所具有的焓（以（以0为基准）为基准）第16页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图IH反映介质哪方面性质？反映介质哪方面性质？如何提高介质的载热能力？如何提高介质的载热能力？第17页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图8.绝热饱和温度绝热饱和温度 tas一定总压下，一定总压下，大量大量液态湿分与一定量的介质绝热液态湿分与一定量的介质绝热接触，达到传热、传质接触，达到传热、传质平衡平衡时，介质的温度。时，介质的温度。tastas条件：条件：水温水温tas绝热绝热Ql=0第18页，共60页

11、，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图tas反映介质哪方面性质？反映介质哪方面性质？tas求取的实际意义？求取的实际意义？对水空气系统，对水空气系统，tastW对水空气系统，对水空气系统，t、tas、tW、td之间有什么关系？之间有什么关系？第19页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图9.湿比容湿比容 vH m3/kg 干气干气1kg绝干气及其所带的绝干气及其所带的 H kg湿分所具有的容积。湿分所具有的容积。vH求取的实际意义？求取的实际意义？vH反映介质哪方面性质？反映介质哪方面性质？第20页，共6

12、0页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图例例1.N2与苯蒸汽体系。在系统总压为与苯蒸汽体系。在系统总压为102.4kPa、温度、温度 为为293K时，系统中苯蒸汽的分压为时，系统中苯蒸汽的分压为7.32kPa。现。现 拟采用加压冷却的方法回收混合气体中的苯。拟采用加压冷却的方法回收混合气体中的苯。问：须将混合气体加压至多少压强，并同时冷却问：须将混合气体加压至多少压强，并同时冷却 到到283K，才能回收，才能回收75%的苯？的苯？若维持恒压冷却，且使苯的回收率达到若维持恒压冷却，且使苯的回收率达到75，则需要冷却至多少温度？则需要冷却至多少温度？第21

13、页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图解：解：如何才能回收到气态的苯？如何才能回收到气态的苯？第22页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图若维持恒压冷却使回收率达到若维持恒压冷却使回收率达到75%，则：，则：H0=0.21447kg(苯）苯）/（kg绝干氮气）绝干氮气）H1=0.05362kg(苯）苯）/（kg绝干氮气）绝干氮气）第23页，共60页，编辑于2022年，星期二例题例题第24页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图二、湿空气的湿焓

14、图二、湿空气的湿焓图掌握掌握5条主线的走向，能确定空气的状态点，条主线的走向，能确定空气的状态点，并查取空气性质。能画出干燥过程在图上变并查取空气性质。能画出干燥过程在图上变化的示意图。化的示意图。1.湿空气的湿焓图简介湿空气的湿焓图简介第25页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图等等H H线线等等线线等等I IH H线线等等t t线线等等p p线线第26页，共60页，编辑于2022年，星期二第27页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图2.湿空气状态点的确定湿空气状态点的确定需要已知什么条件

15、？需要已知什么条件？我们能够得到哪些条件？我们能够得到哪些条件？（1）已知）已知H,t（2）已知）已知tw,t（3）已知）已知t,（4）已知）已知t,td第28页，共60页，编辑于2022年，星期二湿度图湿度图第29页，共60页，编辑于2022年，星期二5-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图A100%30%0.0113050HIH15200kJ/kg第30页，共60页，编辑于2022年，星期二5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算计算内容：绝干气的用量计算内容：绝干气的用量 L kg干气干气/h 除去的湿分量除去的湿分量 W kg/h 介质离开干燥器的温

16、度介质离开干燥器的温度t2,湿度湿度H2 预热器的供热速率预热器的供热速率一、物料中湿分含量的表示一、物料中湿分含量的表示1.湿基湿含量（湿分的质量百分率）湿基湿含量（湿分的质量百分率）第31页，共60页，编辑于2022年，星期二5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算2.干基湿含量（湿分的质量比）干基湿含量（湿分的质量比）关系关系二、物料衡算二、物料衡算干燥器干燥器介质介质G2,X2物料物料t2,H2t1 1,H1 1G1,X1干燥产品干燥产品第32页，共60页，编辑于2022年，星期二5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算1.绝干物料质量绝

17、干物料质量Gc2.物料衡算物料衡算已知什么条件？已知什么条件？我们能够解出哪些参数？我们能够解出哪些参数？第33页，共60页，编辑于2022年，星期二5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算三、热量衡算三、热量衡算干燥器干燥器预热器预热器介质介质物料物料t1,H1L,t0,H0t2,H2G1,X1，1产品产品G2,X2，2G2,X2，1W，1L,t2,H1W，t2QpQDQl1.预热器预热器我们能够求解吗？我们能够求解吗？第34页，共60页，编辑于2022年，星期二5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算2.干燥器干燥器物料物料输入输入输出输出介

18、质介质LIH1=L(cH1t1+r0H1)LIH1=L(cH1t2+r0H1)湿分湿分WcW1 1W(r0+cvt t2 2)产品产品Gc cs1+GcX2cW 1Gc cs2+GcX2cW 2外界外界QDQl第35页，共60页，编辑于2022年，星期二5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算QD+LcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2-cW1)+Gccs(2-1)+GcX2cW(2-1)+Ql外界补充热量介质放热用于三个方面：外界补充热量介质放热用于三个方面：1.汽化湿分；汽化湿分；2加热产品；加热产品；3.热损失热损失QD+LcH1(t1-t2)=W(r0+cv

19、t2-cW1)+Gccm(2-1)+Ql cm=cs+X2cW 我们能够求解吗？我们能够求解吗？第36页，共60页，编辑于2022年，星期二5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算已知：已知：t1,H1,G1,X1,X2,1 待求：待求：t2,H2,L,2方程：物料衡算、热量衡算、方程：物料衡算、热量衡算、t2 2经验公式经验公式方法：试差方法：试差假设：假设：H2，t2经验式经验式计算：计算：2热衡算式热衡算式计算：计算：L物衡算式物衡算式验证假设验证假设第37页，共60页，编辑于2022年，星期二5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算3.热

20、衡算式的简化热衡算式的简化（1）绝热干燥过程）绝热干燥过程条件：条件：QD=0,Ql=0,1 1=2 2=t tw wLcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2-cW1)（2）等焓干燥过程）等焓干燥过程条件：条件：QD=0,Ql=0,WcW1=Gccm(2-1)LcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2)IH1=IH2在在t1,H1,t2,H2四个参数中已知三个求另一个四个参数中已知三个求另一个第38页，共60页，编辑于2022年，星期二5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算四、干燥系统热量衡算四、干燥系统热量衡算干燥器干燥器预热器预热器介质介质物料物料t1,H1L,

21、t0,H0t2,H2G1,X1，1产品产品G2,X2，2G2,X2，2W，2L,t2,H1W，t2QpQDQlQD+QP=LcH1(t2-t0)+W(r0+cvt2-cW1)+Gccm(2-1)+Ql 系统供热用于四个方面：系统供热用于四个方面：1.汽化湿分；汽化湿分；2加热产品；加热产品；3.热损失；热损失；4.放出废热放出废热第39页，共60页，编辑于2022年，星期二5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算系统供热用于四个方面：系统供热用于四个方面：1.汽化湿分；汽化湿分；2加热产品；加热产品；3.放出废热；放出废热；4.热损失热损失QD+QP=Q1+Q2+Q3+

22、Ql1.干燥过程的热效率干燥过程的热效率讨论：如何提高热效率？讨论：如何提高热效率？第40页，共60页，编辑于2022年，星期二5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算2.干燥过程的干燥效率干燥过程的干燥效率讨论：如何提高干燥效率？讨论：如何提高干燥效率？第41页，共60页，编辑于2022年，星期二5-3 干燥过程的平衡及速率关系干燥过程的平衡及速率关系一、几个概念一、几个概念将物料中的湿分分类将物料中的湿分分类1.按除去的难易按除去的难易非结合湿分非结合湿分结合湿分结合湿分2.按能否除去按能否除去自由湿分自由湿分平衡湿分平衡湿分二、等温线二、等温线t一定，由实验测定湿

23、分在物料和介质间的一定，由实验测定湿分在物料和介质间的平衡关系平衡关系只与物料性质有关只与物料性质有关与物料性质及与物料性质及介质状态有关介质状态有关第43页，共60页，编辑于2022年，星期二5-3 干燥过程的平衡及速率关系干燥过程的平衡及速率关系湿含量湿含量 XXh相对湿度相对湿度 非结合湿非结合湿分分结合湿分结合湿分01.00.5X X1 1X X*平衡湿分平衡湿分自由湿分自由湿分 Xh最大吸湿湿含量最大吸湿湿含量X*平衡湿含量平衡湿含量第44页，共60页，编辑于2022年，星期二5-3 干燥过程的平衡及速率关系干燥过程的平衡及速率关系讨论：当介质的讨论：当介质的，t一定时，物料与之接触

24、，一定时，物料与之接触，哪部分湿分是能够被除去的？哪部分湿分是能够被除去的？三、干燥曲线及干燥速率曲线三、干燥曲线及干燥速率曲线1.恒定干燥条件恒定干燥条件恒定介质流量恒定介质流量恒定介质温度恒定介质温度恒定介质湿度恒定介质湿度恒定介质与物料接触方式恒定介质与物料接触方式第45页，共60页，编辑于2022年，星期二5-3 干燥过程的平衡及速率关系干燥过程的平衡及速率关系2.干燥曲线干燥曲线预热段预热段恒速段恒速段降速段降速段注意温度注意温度变化情况变化情况第46页，共60页，编辑于2022年，星期二5-3 干燥过程的平衡及速率关系干燥过程的平衡及速率关系3.干燥速率曲线干燥速率曲线干燥速率干燥

25、速率单位时间、单位面积除去的湿分量单位时间、单位面积除去的湿分量干燥速率曲线：干燥速率曲线：UX曲线曲线注意：只适用于特定的干燥条件，特定的物料。注意：只适用于特定的干燥条件，特定的物料。第47页，共60页，编辑于2022年，星期二5-3 干燥过程的平衡及速率关系干燥过程的平衡及速率关系X*X1XCUCUX2降速段降速段预热段预热段恒速段恒速段XC临界湿含量临界湿含量讨论：讨论：1.恒速段除去的恒速段除去的 是什么湿分？是什么湿分？影响因素为何？影响因素为何？2.降速段呢？降速段呢？3.干燥希望的阶段？干燥希望的阶段？介质条件是影响恒速段速率的主要因素介质条件是影响恒速段速率的主要因素物料性质

26、是影响降速速段速率的主要因素物料性质是影响降速速段速率的主要因素Uc越小、物料越分散越小、物料越分散Xc越小。越小。第48页，共60页，编辑于2022年，星期二5-3 干燥过程的平衡及速率关系干燥过程的平衡及速率关系四、干燥时间的计算四、干燥时间的计算1.恒速段恒速段2.降速段降速段第49页，共60页，编辑于2022年，星期二5-3 干燥过程的平衡及速率关系干燥过程的平衡及速率关系（1）图解积分）图解积分X2XC（2）计算（当）计算（当UX为直线时）为直线时）第50页，共60页，编辑于2022年，星期二5-4 干燥设备干燥设备气流干燥器气流干燥器流化床干燥器流化床干燥器优点优点颗粒浓度高颗粒浓度高温度均匀温度均匀物料停留时间可调物料停留时间可调设备简单设备简单缺点缺点物料停留时间不均匀物料停留时间不均匀物料碰撞严重物料碰撞严重适用？适用？改进？改进？第59页，共60页，编辑于2022年，星期二5-4 干燥设备干燥设备转筒干燥器转筒干燥器优点优点生产效率高生产效率高介质压降低介质压降低对物料适应性强对物料适应性强运行稳定运行稳定缺点缺点设备复杂设备复杂占地面积大占地面积大适用？适用？洞道式干燥器洞道式干燥器喷雾干燥器喷雾干燥器第60页，共60页，编辑于2022年，星期二