最新干燥速率与干燥过程计算PPT课件.ppt

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1、干燥速率与干燥过程计算武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件恒定干燥条件恒定干燥条件：变动干燥操作：变动干燥操作：空气空气状态状态是否是否变化变化 干燥过程中空气状态不断变化。干燥过程中空气状态不断变化。空气的温度、湿度、流速空气的温度、湿度、流速及物及物 料接触方式不变。料接触方式不变。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学

2、化工原理课件武汉工程大学化工原理课件二、恒速干燥阶段二、恒速干燥阶段 5.恒速干燥阶段的干燥速率只与空气的状态有关，恒速干燥阶段的干燥速率只与空气的状态有关，而与物料的种类无关。而与物料的种类无关。2.(NA)C 常量常量3.物料表面温度为物料表面温度为tw；4.在该阶段除去的水分为非结合水分；在该阶段除去的水分为非结合水分；1.湿物料表面全部润湿，即湿物料水分从物料内部迁湿物料表面全部润湿，即湿物料水分从物料内部迁移至表面的速率移至表面的速率大于大于水分在表面汽化的速率。水分在表面汽化的速率。恒速干燥恒速干燥阶段为表面汽化控制。阶段为表面汽化控制。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理

3、课件三、三、降速干燥阶段降速干燥阶段 1.降速的原因降速的原因 实际汽化表面减小实际汽化表面减小;汽化面内移汽化面内移;平衡蒸汽压下降平衡蒸汽压下降;固体内部水分的扩散极慢。固体内部水分的扩散极慢。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件 (4)降速干燥阶段的干燥速率降速干燥阶段的干燥速率与物料种类、结构、与物料种类、结构、形状及尺寸有关形状及尺寸有关，而与空气状态关系不大。，而与空气状态关系不大。2.降速干燥阶段特点降速干燥阶段特点 (1)随着干燥时间的延长，干基含水量随着干燥时间的延长，干基含水量X减小，干燥减小，干燥速率降低，速率降低，物料表面温度逐渐升高物料表面温度逐渐升高；(

4、2)物料表面温度大于湿球温度物料表面温度大于湿球温度；(3)除去的水分为除去的水分为非结合、结合水分非结合、结合水分；武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件四、四、临界含水量临界含水量 等速干燥阶段的速率越大，等速干燥阶段的速率越大，Xc降低物料厚度，降低物料厚度，Xc物料越细，物料越细，Xc武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件五、干燥操作对物料性状的影响五、干燥操作对物料性状的影响 1.恒速段可以采用较高的气流温度恒速段可以采用较高的气流温度，以提高干燥，以提高干燥速率和热的利用率。速率和热的利用率。2.降速段降速段尤其是干燥后期尤其是干燥后期需控制干燥速率需控制干燥速

5、率，防，防止物料温度过高。止物料温度过高。b.某些物质因脱水而产生种种物理的、化学的以某些物质因脱水而产生种种物理的、化学的以致生物的变化。如木材脱水收缩，内部产生应力，严致生物的变化。如木材脱水收缩，内部产生应力，严重时可使木材沿薄弱面开裂。有些物质脱水后会产生重时可使木材沿薄弱面开裂。有些物质脱水后会产生表面硬化、干裂，起皱等不良现象。表面硬化、干裂，起皱等不良现象。a.降速段，物料温度升高；降速段，物料温度升高；原因：原因：武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件14.3.2 间歇干燥过程的计算间歇干燥过程的计算 物料在恒定干燥条件下所需干燥时间的确定方法：物料在恒定干燥条件下所

6、需干燥时间的确定方法：a.同一物料的干燥试验确定同一物料的干燥试验确定b.当生产条件与试验差别不大时，可进行估算。当生产条件与试验差别不大时，可进行估算。14.3.2.1 恒速阶段的干燥时间恒速阶段的干燥时间11.物料的自由含水量由物料的自由含水量由X1降至降至XC忽略物料的预热阶段忽略物料的预热阶段 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件2.NA的确定的确定 按传质或传热速率式估算按传质或传热速率式估算 实验测定实验测定几种典型的气流与物料的接触方式时的给热系数几种典型的气流与物料的接触方式时的给热系数 空气平行于物料表面流动空气平行于物料表面流动 kW/m2武汉工程大学化工原理课

7、件武汉工程大学化工原理课件G为为气体的气体的质质量流速，量流速，kg/(m2s)条件条件为为G=0.688.14 kg/（m2s），气温），气温t=45150空气自上而下或自下而上穿过颗粒堆积层空气自上而下或自下而上穿过颗粒堆积层 单一球形颗粒悬浮于气流中单一球形颗粒悬浮于气流中武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件14.3.2.2 降速阶段的干燥时间降速阶段的干燥时间2 1.物料的自由含水量由物料的自由含水量由XC降至降至X2（X2X*)所需时间所需时间 2.计算计算 近似计算法近似计算法 数值积分法或图解积分法数值积分法或图解积分法武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件

8、近似计算法近似计算法用虚线用虚线CE代替代替CDEX实际含水量实际含水量X自由含水量自由含水量武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件教材教材p247 例例14-4X1=0.10 Xc=0.08 X*=0 X2=0.04X1=0.10 Xc=0.08X2=0.04恒速段恒速段降速段降速段武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件常常压压下将下将300kg物料物料(w1=25%)置于置于t=90，tw=40的空气的空气中，空气以中，空气以7m/s的流速平行流的流速平行流过过物料。干燥面物料。干燥面积为积为5.5 m2，湿，湿物料在物料在该该条件下的条件下的Xc=0.12 kg水水/

9、kg干料，干料，X*=0.03 kg水水/kg干干料，降速段可料，降速段可视为视为直直线线。试试求：求：(1)除去除去40 kg水分所需的干燥水分所需的干燥时间时间(h)；(2)将物料将物料继续继续干燥，再除去干燥，再除去20kg水分所需的干燥水分所需的干燥时间时间(h)；(3)其他条件不其他条件不变变，只是将物料，只是将物料层层厚度减半，求将物料干燥厚度减半，求将物料干燥至同第至同第(1)的含水量一的含水量一样时样时所需干燥所需干燥时间时间。已知：空气平行于物料表面流已知：空气平行于物料表面流动时动时的的对对流流给热给热系数系数为为kW/(m2)，G的的单单位位为为kg/(m2s)；t的的单

10、单位位为为；r的的单单位位kJ/kg；40下水的下水的饱饱和蒸汽和蒸汽压为压为7.377 kPa。汽化潜热武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件解解:(1)除去40 kg水分所需的干燥时间 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件(2)再除去20 kg水分所需干燥时间 降速段恒速段降速段武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件(3)Xc将减小，而将减小，而X1不变，故干燥过程仍属恒速段不变，故干燥过程仍属恒速段 Gc减半减半武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件3.总干燥时间总干燥时间 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件14.3.3 连续干燥过

11、程的一般特性连续干燥过程的一般特性 一一、连续干燥器中气流与物料的接触方式、连续干燥器中气流与物料的接触方式 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件二、连续干燥过程的特点二、连续干燥过程的特点 1.预热段预热段(物料中的水分临界水分）物料中的水分临界水分）沿设备长度增加，物料表面温度上升到气流的湿球温度，沿设备长度增加，物料表面温度上升到气流的湿球温度，气流温度下降。气流温度下降。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件2.表面汽化阶段表面汽化阶段(物料中的水分临界水分物料中的水分临界水分)沿设备长度增加，物料表面水分汽化，空气湿度增加，空气沿设备长度增加，物料表面水分汽化，

12、空气湿度增加，空气经历绝热增湿过程经历绝热增湿过程；物料表面温度基本保持不变，为空气的湿球；物料表面温度基本保持不变，为空气的湿球温度。温度。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件3.升温阶段升温阶段(物料中的水分临界水分物料中的水分临界水分)沿设备长度增加，物料温度升高，气流温度继续下降。沿设备长度增加，物料温度升高，气流温度继续下降。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件二、连续干燥过程的数学描述分析二、连续干燥过程的数学描述分析 1.考察方法：考察方法：欧拉法欧拉法 考察对象：在垂直于气流运动方向上取一设备微元考察对象：在垂直于气流运动方向上取一设备微元 2.过程数学

13、描述方程过程数学描述方程 气固相际传热及传质速率方程式气固相际传热及传质速率方程式 物料内部的传热、传质速率方程式物料内部的传热、传质速率方程式 物料衡算式物料衡算式热量衡算式热量衡算式武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件14.3.4 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算 一一、空气干燥器的操作原理图、空气干燥器的操作原理图 1.进料口；进料口；2干燥室；干燥室；3卸料口；卸料口；4抽风机；抽风机；5空气预热器；空气预热器；6补充加热器补充加热器武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件二二、物料衡算、物料衡算 水分蒸发量；水分蒸发量；空气消耗量；空气消耗

14、量；干燥产品流量干燥产品流量 2.水分蒸发量水分蒸发量W 1.计算目的计算目的武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件3.空气消耗量空气消耗量 干空气质量流量干空气质量流量 实际实际空气（新空气（新鲜鲜空气）空气）质质量流量量流量kg湿空气湿空气/s风风机的机的风风量量qV（m3湿空气湿空气/s）比空气用量比空气用量 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件4.干燥产品质量流量干燥产品质量流量 注意：注意：G2是指离开干燥器的物料的流量，其中包括是指离开干燥器的物料的流量，其中包括绝干物料及含有的少量水分。绝干物料及含有的少量水分。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课

15、件三、三、热量衡算热量衡算 忽略预热器的热损失忽略预热器的热损失 1.预热器的热量衡算预热器的热量衡算 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件2.干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算 或或cpm湿物料的比湿物料的比热热容，容，kJ/(kg干物料干物料.)对对于水于水cpl=4.18 kJ/(kg.)武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件四、四、物料衡算与热量衡算的联立求解物料衡算与热量衡算的联立求解 1.设计型问题分析设计型问题分析 目标：目标：计算完成一定干燥任务所需干空气用量计算完成一定干燥任务所需干空气用量 干燥任干燥任务务Gc、W、1、X1、X2空气初始状空气初始状态态

16、H1(=H0)QL可按可按传热传热公式求或取公式求或取QL=(0.050.10)QP 2不能任意选择不能任意选择 未知变量：未知变量：V、H2、t1、t2、QD V、W、H2、H0、t1、Gc、1X1、QD、t2、1、X2、QL武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件未知变量：未知变量：V、H2、t1、t2、QD t1可以选定可以选定未知变量：未知变量：V、H2、t2、QD 约束方程：约束方程：2个个 设计者应选择的参数设计者应选择的参数2个个 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件2、干燥过程的物料和热量衡算常遇到以下两种情况、干燥过程的物料和热量衡算常遇到以下两种情况 未

17、知变量：未知变量：V、H2、t2、QD 选择选择气体出干燥器的状气体出干燥器的状态态（如（如t2及及 即即H2已定，求已定，求V与与QD。选选定定QD（如许多干燥器（如许多干燥器QD=0，即不补充热量），即不补充热量）及气体出干燥器状态的一个参数，求及气体出干燥器状态的一个参数，求V及另一个气体出及另一个气体出口参数。口参数。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件五、理想干燥器过程的物料和热量衡算五、理想干燥器过程的物料和热量衡算 1.理想干燥过程理想干燥过程 热量衡算式热量衡算式 整个干燥整个干燥过过程湿物料不升温（物料中的水分都在表程湿物料不升温（物料中的水分都在表面汽化段去除，

18、物料的升温很小面汽化段去除，物料的升温很小1 2）、无热损失、干、无热损失、干燥器不补充热量；燥器不补充热量；干燥干燥过过程中湿物料中水分程中湿物料中水分带带入的入的热热量及量及补补充的充的热热量量刚刚好与好与热损热损失及升温物料所需的失及升温物料所需的热热量相抵消。量相抵消。理想干燥过程（或等焓干燥、绝热干燥过程）。理想干燥过程（或等焓干燥、绝热干燥过程）。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件2.湿度图表示湿度图表示 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件例例14-5武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件废气循环的干燥过程废气循环的干燥过程(理想干燥器理想干燥

19、器)从废气中取从废气中取80%(质量分数质量分数)与湿度为与湿度为0.0033kg/kg干气、干气、温度为温度为16的新鲜空气混合后进入预热器的新鲜空气混合后进入预热器(如附图示如附图示)。已知废气的温度为已知废气的温度为67，湿度为，湿度为0.03 kg水水/kg干气。干气。物料最初含水量为物料最初含水量为47%(湿基，下同湿基，下同)，最终含水量为，最终含水量为5%，干燥器的生产能力为，干燥器的生产能力为1 500kg湿物料湿物料/h。试求干。试求干燥器每小时消耗的空气量和预热器的耗热量。设干燥燥器每小时消耗的空气量和预热器的耗热量。设干燥器是理想干燥器。器是理想干燥器。武汉工程大学化工原

20、理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件六、六、实际干燥过程的物料和热量衡算实际干燥过程的物料和热量衡算(1)当当(2)当当武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件例例14-6实际干燥过程中气体出口状态的计算实际干燥过程中气体出口状态的计算武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件14.3.5 干燥过程的热效率干燥过程的热效率 一、一、空气在干燥器中放出热量的分析空气在干燥器中放出热量的分析 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件加入干加

21、入干燥系统燥系统的热量的热量蒸发水蒸发水分耗热分耗热Q1物料升温物料升温耗热耗热Q2加热加热空气空气耗热耗热Q3热热损损失失QL武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件二、干燥器的热效率二、干燥器的热效率 若若（等（等焓焓、理想、理想、绝热绝热干燥），干燥），则则 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件三、三、提高提高的措施的措施 1.当当t0，t1一定时，降低废气的温度一定时，降低废气的温度t2 干燥速率干燥速率NA，,设备设备容容积积弊：弊：t2不能不能过过低以避免出低以避免出现现返潮返潮现现象象）武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件2.当当t0，t2一定时，

22、提高空气的预热温度一定时，提高空气的预热温度t1 弊：弊：t1除受除受热热源能位的限制外源能位的限制外还应还应以物料不致在以物料不致在高温下受高温下受热热破坏破坏为为限。限。3.减少干燥过程的各项热损失减少干燥过程的各项热损失 a.做好干燥设备和管道的保温工作，做好干燥设备和管道的保温工作，b.防止干燥系统的渗透。防止干燥系统的渗透。4.采用部分废气循环操作采用部分废气循环操作 弊：干燥速率降低，干燥时间增加，装置费用增弊：干燥速率降低，干燥时间增加，装置费用增加，存在一最佳废气循环量，一般废气循环量为总气加，存在一最佳废气循环量，一般废气循环量为总气量的量的20%30%。武汉工程大学化工原理

23、课件武汉工程大学化工原理课件教材例教材例14-7 预热温度对热效率的影响预热温度对热效率的影响t1/127140QL5%Q6%QV(kg/s)7.776.09H20.01620.0189Qp(kW)847749Q3(kW)491385QL(kW)42.444.90.370.426武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件某湿物料在常压干燥器内进行绝热干燥，干燥后的某湿物料在常压干燥器内进行绝热干燥，干燥后的产品为产品为4 000 kg/h，湿物料的含水率为，湿物料的含水率为15%(湿基，湿基，下同下同)，产品的含水率不得高于，产品的含水率不得高于1%，空气的初始温，空气的初始温度为度为2

24、0，相对湿度为，相对湿度为40%。空气预热至。空气预热至120后后进入干燥器，气体出干燥器的温度选定为进入干燥器，气体出干燥器的温度选定为70。问：。问：所需湿空气用量所需湿空气用量(m3/h)；(2)预热器的热负荷预热器的热负荷(kW)；(3)干燥器的热效率；干燥器的热效率；(4)若选定气体出干燥若选定气体出干燥器的温度过高器的温度过高(或过低或过低)，其弊端是什么？，其弊端是什么？武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件某湿物料在常压干燥器内进行绝热干燥某湿物料在常压干燥器内进行绝热干燥,已知条件见上已知条件见上图图.问问:所需湿空气用量所需湿空气用量(m3/h)；(2)预热器的热

25、负荷预热器的热负荷(kW)；(3)干燥器的热效率；干燥器的热效率；(4)若选定气体出干燥器若选定气体出干燥器的温度过高的温度过高(或过低或过低)，其弊端是什么？，其弊端是什么？武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件(1)空气流量武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件(2)预热器的热负荷预热器的热负荷(3)热效率热效率(4)若选定气体出干燥器的温度过高，其弊端是：废气若选定气体出干燥器的温度过高，其弊端是：废气带走的热量增加，干燥器的热效率降低。若选定气体出带走的热量增加，干燥器的热效率降低。若选定气体出干燥器的温度过低，其弊端是：降低干燥效率，延长干干燥器的温度过低，其弊端

26、是：降低干燥效率，延长干燥时间，增加设备容积，还可能出现气流在设备及管道燥时间，增加设备容积，还可能出现气流在设备及管道出口处因散热而析出水滴，导致产品出现返潮现象。出口处因散热而析出水滴，导致产品出现返潮现象。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件某湿物料用热空气进行干燥。已知空气的初始温度某湿物料用热空气进行干燥。已知空气的初始温度为为25，湿球温度为，湿球温度为18。现将空气预热至。现将空气预热至120后送入干燥室，从干燥室出来的空气温度为后送入干燥室，从干燥室出来的空气温度为80。湿物料进干燥室前温度为湿物料进干燥室前温度为20，含水率为，含水率为2.5%(湿湿基，下同基，下

27、同)，出干燥室的温度为，出干燥室的温度为60，含水率为，含水率为0.2%；湿物料处理量为；湿物料处理量为8 000kg/h，绝干物料的比，绝干物料的比热容为热容为1.84 kJ/(kg)。干燥室内无补充热量，设。干燥室内无补充热量，设备热损失估计为外加总热量的备热损失估计为外加总热量的5%。试求：。试求：单位单位时间获得的产品质量时间获得的产品质量(kg/h)；(2)水分蒸发量水分蒸发量(kg/h)；(3)干空气用量干空气用量(kg/h)；(4)预热器内所加入的热预热器内所加入的热量量(kJ/h)；(5)干燥器的热效率干燥器的热效率.武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件试求：试求：

28、单位时间获得的产品质量单位时间获得的产品质量(kg/h)；(2)水分水分蒸发量蒸发量(kg/h)；(3)干空气用量干空气用量(kg/h)；(4)预热器内预热器内所加入的热量所加入的热量(kJ/h)；(5)干燥器的热效率干燥器的热效率.武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件(1)单位时间获得的产品质量单位时间获得的产品质量(2)水分蒸发量水分蒸发量 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件(3)干空气用量干空气用量武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件(4)预热器内所加入的热量预热器内所加入的热量(5)干燥器的热效率干燥器的热效率 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学

29、化工原理课件实际干燥过程实际干燥过程(热损失按汽化热损失按汽化1kg水分计水分计)某连续干燥器干燥含水某连续干燥器干燥含水1.5%(湿基，下同湿基，下同)的物料的物料9200kg/h，物料的进口温度为，物料的进口温度为25，出口温度为，出口温度为34，产品含水量为，产品含水量为0.2%，产品比热为，产品比热为1.84kJ/(kgK)，空气以干球温度，空气以干球温度25、湿球温度、湿球温度23进入预热器加热至进入预热器加热至95后，送入干燥器，空后，送入干燥器，空气离开干燥器时的干球温度是气离开干燥器时的干球温度是65，预热器使用，预热器使用145饱和蒸汽作为加热热源，中间补充加热耗用饱和蒸汽作

30、为加热热源，中间补充加热耗用145饱和蒸汽饱和蒸汽117kg/h，干燥器的散热损失为，干燥器的散热损失为370kJ/kg水，试求：水，试求：干燥器的生产能力；干燥器的生产能力；(2)水分蒸发量；水分蒸发量；(3)绝干空气的消耗量；绝干空气的消耗量；(4)若预热若预热器的总传热系数器的总传热系数K=25W/(m2K)，当不计预热器，当不计预热器的热损失时，预热器需要的传热面积；的热损失时，预热器需要的传热面积；(5)干燥器干燥器的热效率。的热效率。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件试求：试求：干燥器的生产能力；干燥器的生产能力；(2)水分蒸发量；水分蒸发量；(3)绝干空气的消耗量；绝干空气的消耗量；(4)若预热器的总传热系数若预热器的总传热系数K=25W/(m2K)，当不计预热器的热损失时，预热器，当不计预热器的热损失时，预热器需要的传热面积；需要的传热面积；(5)干燥器的热效率。干燥器的热效率。武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件(1)干燥器的生产能力干燥器的生产能力(2)水分蒸发量水分蒸发量 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件(3)绝干空气的消耗量绝干空气的消耗量 武汉工程大学化工原理课件武汉工程大学化工原理课件(4)预热器需要的传热面积预热器需要的传热面积(5)干燥器的热效率干燥器的热效率