化工原理课件13 干 燥.ppt

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1、13 干干 燥燥福州大学化学化工学院福州大学化学化工学院 李李 玲玲TEL：13805023223 Email：13 干燥干燥13.1 13.1 概述概述13.1.1 13.1.1 干燥的目的、本质及分类干燥的目的、本质及分类13.1.1.1 13.1.1.1 目的目的 将湿固体物料除去湿分（水或其他液体）将湿固体物料除去湿分（水或其他液体）去湿。去湿。去湿的方法：去湿的方法：（1 1）机机械械去去湿湿，即即通通过过压压榨榨、过过滤滤、离离心心分分离离等等方方法法去去湿湿，这这是是一一种种低低能能耗耗的的去去湿湿方方法法，但但这这种种方方法法湿湿分分的的除除去去不不完完全。全。（2 2）热热能

2、能去去湿湿，即即借借热热能能使使物物料料的的湿湿分分汽汽化化，并并将将汽汽化化产产生生的的蒸蒸汽汽由由惰惰性性气气体体带带走走或或用用真真空空抽抽吸吸而而除除去去的的方方法法，这这种种方法简称为方法简称为干燥干燥。13.1 13.1 概述概述13.1.1.2 13.1.1.2 本质本质 本本质质：水水分分从从物物料料表表面面向向气气相相转转移移的的过过程程。干干燥燥过过程程是是传传质质和和传传热热相相结结合合的的过过程程（热热、质质反反向向传传递递），干干燥燥速速率率同同时由传热速率和传质速率所支配。时由传热速率和传质速率所支配。必必要要条条件件：被被干干燥燥物物料料表表面面上上的的蒸蒸汽汽压

3、压超超过过干干燥燥介介质质中中的蒸汽分压，即的蒸汽分压，即pm pw。p=(pm-pw),干燥速率干燥速率 因因此此，作作为为干干燥燥介介质质的的热热空空气气必必须须不不断断提提供供热热量量给给湿湿物物料料，使使湿湿物物料料表表面面的的水水分分不不断断汽汽化化pm,物物料料内内部部的的水水分分可可继继续续扩扩散散到到表表面面来来。另另一一方方面面，干干燥燥介介质质应应及及时时将将汽汽化化的的水水汽带走汽带走pw，以保持一定的传质推动力以保持一定的传质推动力p。13.1 13.1 概述概述13.1.1.3 13.1.1.3 分类分类 根根据据热热能能传传递递方方式式的的不不同同分分成成以以下四类

4、：下四类：（1 1）传导干燥）传导干燥 刮刀刮刀加料加料产品产品加热蒸汽加热蒸汽传导干燥传导干燥滚筒干燥器滚筒干燥器 能能通通过过传传热热壁壁面面以以传传导导方方式式传传给给与壁面接触的湿物料。与壁面接触的湿物料。优点：热能利用程度较高；优点：热能利用程度较高；缺缺点点：与与金金属属壁壁面面接接触触的的物物料料在在干燥时易形成过热而变质。干燥时易形成过热而变质。13.1 13.1 概述概述（2 2）对流干燥）对流干燥 热能以对流方式由热空气传热能以对流方式由热空气传给与其直接接触的湿物料，产生给与其直接接触的湿物料，产生的蒸汽也由热空气带走。的蒸汽也由热空气带走。优点：热空气的温度调节比优点：

5、热空气的温度调节比较方便，物料不至于被过热。较方便，物料不至于被过热。缺点：热空气离开干燥器时缺点：热空气离开干燥器时尚带有相当大的一部分热能，因尚带有相当大的一部分热能，因此对流干燥的热能利用程度比传此对流干燥的热能利用程度比传导干燥差。导干燥差。出料出料至至分离器分离器加料加料热热空气空气分布板分布板13.1 13.1 概述概述（3 3）辐射干燥）辐射干燥 热热能能以以电电磁磁波波的的形形式式由由辐辐射射器器发发射射到到达达湿湿物物料料表表面面，被被湿湿物物料料吸吸收收后后又又转转变变为为热热能能将将水水分分加加热热汽汽化化而而达达到到干干燥燥的的目目的。的。优优点点：生生产产强强度度大大

6、，产产品品干干燥燥均均匀匀而而洁洁净净，设设备备紧紧凑凑使使用灵活，可以减少占地面积，缩短干燥时间。用灵活，可以减少占地面积，缩短干燥时间。缺点：电能消耗大。缺点：电能消耗大。（4 4）介电加热干燥）介电加热干燥 将将需需要要干干燥燥的的物物料料置置于于高高频频电电场场内内，依依靠靠电电能能加加热热物物料料并并使使湿湿分分汽汽化化。此此法法由由于于加加热热的的能能量量是是由由高高频频装装置置产产生生的的，其所需的费用较大，故在工业上的应用受到限制。其所需的费用较大，故在工业上的应用受到限制。13.1 13.1 概述概述13.1.2 13.1.2 对流干燥流程及其经济性对流干燥流程及其经济性对流

7、干燥流程示意图（并流、连续）对流干燥流程示意图（并流、连续）预热器预热器湿物料湿物料干燥产品干燥产品空气空气干燥器干燥器废气废气经济性：能耗和热的利用率经济性：能耗和热的利用率13.2 13.2 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质（1 1）水蒸汽分压水蒸汽分压pw（kPa）空空气气中中水水蒸蒸汽汽分分压压pw，水水汽汽含含量量就就越越高高，根根据据分分压压定定律，律，pw与与干空气分压干空气分压pa之比之比为为水汽与干空气的摩尔数之比，其中水汽与干空气的摩尔数之比，其中p为湿空气的总压。为湿空气的总压。13.2.1 13.2.1 湿空气

8、的性质湿空气的性质（2）湿空气湿含量（湿度）湿空气湿含量（湿度）定义：单位质量干空气中含有水汽的质量为湿度或湿含量，定义：单位质量干空气中含有水汽的质量为湿度或湿含量，记为记为H。（13-1）对理想气体，摩尔比等于分压比，所以湿度又可写成下式：对理想气体，摩尔比等于分压比，所以湿度又可写成下式：（13-1a）H=kg水汽水汽/kg干空气。干空气。13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质 湿度越大，说明空气中水汽含量越高，在总压一定条件湿度越大，说明空气中水汽含量越高，在总压一定条件下，下，pw已知，则由上式可求湿度已知，则由上式可求湿度H；若湿度已知，则可由：若湿度已知，则可由：求

9、得求得pw。所以水汽分压与湿度是等价性质。所以水汽分压与湿度是等价性质。非空气非空气水系统水系统空气空气乙醇系统乙醇系统 注：注：式中式中pw、p的单位可取的单位可取atm、kPa、mmHg，但，但pw与与p的单位必须一致；的单位必须一致；13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质（3）相对湿度）相对湿度（13-2）0 1。相对湿度可用来衡量湿空气的不饱和程度。相对湿度可用来衡量湿空气的不饱和程度。=0，即，即pw=0，为绝干空气；为绝干空气；=1，即，即pw=ps，此时湿空气中水蒸汽分压达到最大值，为此时湿空气中水蒸汽分压达到最大值，为饱和湿空气饱和湿空气 当总压当总压p一定时，一

10、定时，H随及温度随及温度t而变，在一定总压而变，在一定总压p下，只下，只要知道要知道 、t就可求就可求H。（13-3）饱和湿度饱和湿度（13-4）13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质 思考思考：在：在t、H相同的条件下，提高压强对于干燥操作是相同的条件下，提高压强对于干燥操作是否有利？为什么？否有利？为什么？t 相同，相同，ps不变，不变，H相同，相同，p，吸收水汽能力吸收水汽能力，不，不利于干燥。因此干燥操作经常在常压或真空条件下进行。利于干燥。因此干燥操作经常在常压或真空条件下进行。13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质（4）湿空气的湿比热）湿空气的湿比热cH

11、（湿质量热容）湿质量热容）在常压下将在常压下将1kg的绝干空气和其所带有的的绝干空气和其所带有的Hkg水蒸汽的温水蒸汽的温度升高度升高1 所需的总热量，称为所需的总热量，称为湿空气的比热湿空气的比热，简称，简称湿比热湿比热。cH=ca+cwH cH 湿空气的比热，湿空气的比热，kJ/kg绝干空气绝干空气；ca 干空气的比热，干空气的比热，kJ/kg绝干空气绝干空气；cw 水蒸汽的比热，水蒸汽的比热，kJ/kg水蒸汽水蒸汽；H 湿度，湿度，kg水汽水汽/kg绝干空气。绝干空气。在工程计算中，在工程计算中，ca、cw通常取为常数，通常取为常数，ca=1.01 kJ/kg，cw=1.88 kJ/kg

12、，则则cH=1.01+1.88H （kJ/kg ，SI制）制）13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质（5）湿空气的焓）湿空气的焓II=Ia+iwH I 湿空气的焓，湿空气的焓，kJ/kg绝干空气；绝干空气；Ia 绝干空气的焓，绝干空气的焓，kJ/kg绝干空气；绝干空气；iw 水蒸汽的焓，水蒸汽的焓，kJ/kg水蒸汽；水蒸汽；H湿度，湿度，kg水汽水汽/kg绝干空气。绝干空气。注注：由由于于焓焓值值只只有有相相对对量量没没有有绝绝对对量量，故故存存在在基基准准问问题题，由由物物化化知知识识可可知知焓焓值值取取物物质质常常态态为为基基准准态态，即即0 的的空空气气和和液液体体水（非蒸

13、汽）水（非蒸汽）,Ia=ca（t-0）=ca t，iw=cw（t-0）+r0 I=Ia+iwH=ca t+(cwt+r0)H=(ca+cw H)t+r0 H （13-5a）I=Ia+iwH=ca t+(cwt+r0)H=(ca+cw H)t+r0 H （13-5a）13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质 ca+cw H=cH I=cH t+r0 H r0 水在水在0 时的汽化潜热，时的汽化潜热，SI制制r0=2492 kJ/kg，工程制工程制r0=595 kcal/kgf。I=（1.01+1.88H）t+2492 HkJ/kg（SI制）制）I=（0.24+0.45H）t+595

14、Hkcal/kgf（工程制工程制）13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质（6）湿空气比容）湿空气比容（湿比容）（湿比容）H 绝干空气比容绝干空气比容 水汽的比容水汽的比容 湿比容为单位质量干空气的体积和其所带有的水汽的湿比容为单位质量干空气的体积和其所带有的水汽的体积之和，记为体积之和，记为H；H=a+w HH 湿比容，湿比容，m3/kg绝干空气；绝干空气；a 绝干空气比容，绝干空气比容，m3/kg绝干空气；绝干空气；w 水汽的比容，水汽的比容，m3/kg水蒸汽；水蒸汽；13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质（7）湿空气的绝热饱和温度）湿空气的绝热饱和温度tas 循

15、环水循环水tas湿空气湿空气H,t补充水补充水tasHas,tas图图13-1 空气增湿塔空气增湿塔绝热冷却绝热冷却过程示意图过程示意图（13-7）或或ras tas下水的汽化潜热，下水的汽化潜热，kJ/kg；Has tas下空气的饱和湿度，下空气的饱和湿度，kg/kg。气相：气相：I始始=I末末绝热饱和绝热饱和增湿塔增湿塔13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质（8）干球温度）干球温度t 用普通温度计所测得温度为湿空气的干球温度（一般所用普通温度计所测得温度为湿空气的干球温度（一般所讲的温度均指干球温度）。讲的温度均指干球温度）。（9）湿球温度）湿球温度tw twtpwpwHwH

16、湿纱布湿纱布有效气膜有效气膜平衡时的热量衡算：平衡时的热量衡算：湿空气传给纱布热量：湿空气传给纱布热量：（13-9）水分汽化速率：水分汽化速率：（13-10）汽化所需的潜热汽化所需的潜热（13-10a）13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质Q1,Q2传热、需热速率，传热、需热速率，kW；A湿纱布与空气的接触面积，湿纱布与空气的接触面积，m2；空气与湿纱布之间的对流传热系数，空气与湿纱布之间的对流传热系数，kW/(m K);t,tW 空气的干、湿球温度，空气的干、湿球温度，；GW水分汽化速率，水分汽化速率，kg/s；kH以湿度差以湿度差(H)为推动力的传质系数，为推动力的传质系数，

17、kg/(m2 s);rW水在水在tW下的汽化潜热，下的汽化潜热，kJ/kg;HW 空气在空气在tW下下饱和湿度，饱和湿度，kg/kg;H空气的湿度，空气的湿度，kg/kg。13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质在达到稳定即达到湿球温度时，在达到稳定即达到湿球温度时，Q1=Q2，即即或或 式式中中rW、HW是是湿球温度湿球温度tW的的函数，求必须用试差。湿球函数，求必须用试差。湿球温度温度tW主要取决于主要取决于 空气状态：空气状态：t、H；流动条件：影响着流动条件：影响着、kH。对对空空气气水水系系统统，空空气气速速度度为为3.810m/s范范围围内内,u0.8，kHu0.8，所

18、以所以/kHu0与流速无关而只与物性有关。与流速无关而只与物性有关。对空气对空气水系统水系统 /kH1.09 cH；对空气对空气有机液体系统有机液体系统/kH1.672.09cH 比比较较湿湿球球温温度度与与绝绝热热饱饱和和温温度度可可知知对对空空气气水水系系统统，若若湿湿空气空气t，H相同，则相同，则tas tW；空气空气有机液体系统，有机液体系统，tastW。13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质 H，tW，空气达到饱和状态时空气达到饱和状态时 tW=t。讨论讨论：当当t一定时，一定时，即，即pw，p=ps-pw，水分汽化速率水分汽化速率，传热速率传热速率，所以达到的湿球温度

19、所以达到的湿球温度；13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质（10）露点）露点td 定义：湿空气在湿度不变条件下冷却，达到饱和状态时定义：湿空气在湿度不变条件下冷却，达到饱和状态时的温度为露点温度，记为的温度为露点温度，记为td。湿湿空气（未饱和）空气（未饱和）单独冷却单独冷却t，H不变，不变，p不变，则不变，则pw不变不变但但ps，t（t=td）,（pw=ps,饱和饱和）继续冷却继续冷却t，湿空气中水蒸汽冷凝析出，湿空气中水蒸汽冷凝析出，H。13.2.1 13.2.1 湿空气的性质湿空气的性质注意注意：不饱和湿空气（不饱和湿空气（）：）：t twtas td，饱和湿空气（饱和湿空

20、气（）：）：t=tw=tas=td，tas与与td大小的比较：大小的比较：tas与与td均为同样的湿空气状态均为同样的湿空气状态t、H达到饱和时的温度，但达到饱和时的温度，但Has Hd，tas td。13.2.2 13.2.2 空气的湿度图空气的湿度图 湿空气的性质可以根据湿空气的性质可以根据以上介绍的公式进行计算，以上介绍的公式进行计算，但工程上也将不同状态下的但工程上也将不同状态下的湿空气性质计算绘制成图即湿空气性质计算绘制成图即湿度图，便于工程计算。目湿度图，便于工程计算。目前工程计算中用得比较广泛前工程计算中用得比较广泛的是采用的是采用tH图，此外也有图，此外也有用用IH图。图。13

21、.2.2 13.2.2 空气的湿度图空气的湿度图（1）等干球温度线（等）等干球温度线（等 t 线）：所有与纵坐标轴平行的线。线）：所有与纵坐标轴平行的线。（2）等湿度线（等）等湿度线（等 H 线）：所有与横坐标轴平行的线。线）：所有与横坐标轴平行的线。当当H一一定定，t，吸吸湿湿能能力力越越强强。所所以以湿湿空空气气进进入入干干燥燥器器之之前前须须先先经经过过预预热热，以以提提高高其其温温度度，这这除除了了提提高高焓焓以以使使其其作为载热体外，同时也是为了降低其湿度而作为载湿体。作为载热体外，同时也是为了降低其湿度而作为载湿体。（3）等相对湿度线（等）等相对湿度线（等 线）：线）：=1的线称为

22、饱和曲线。的线称为饱和曲线。图图13-3是是以以总总压压为为101.3kPa为为前前提提制制的的，当当相相对对湿湿度度一一定定，t100 时，时，ps=p=101.3kPa，H一定，一定，书上图有错书上图有错。13.2.2 13.2.2 空气的湿度图空气的湿度图（4）绝热冷却线）绝热冷却线 空气在绝热冷却过程中，其温度空气在绝热冷却过程中，其温度t和湿度和湿度H近似地沿着（近似地沿着（t，H）和（和（tas，Has）两点之间的直线而变化，此线称为绝热两点之间的直线而变化，此线称为绝热饱和或绝热冷却线，其斜率为饱和或绝热冷却线，其斜率为-cH/ras。注意注意：对空气：对空气水系统，水系统，tw

23、=tas，绝热冷却线几乎与湿球绝热冷却线几乎与湿球温度线重合，某一状态（温度线重合，某一状态（t，H）的湿空气沿绝热冷却线与饱的湿空气沿绝热冷却线与饱和空气线相交，其交点所指出的温度即该湿空气的绝热饱和温和空气线相交，其交点所指出的温度即该湿空气的绝热饱和温度度tas也是湿球温度也是湿球温度tw。13.2.2 13.2.2 空气的湿度图空气的湿度图（5）等焓线（等）等焓线（等I线）线）或或（7）干空气比容线：）干空气比容线：常压下（压力一定）为与温度成正比的一直线；常压下（压力一定）为与温度成正比的一直线；（6）湿比热线）湿比热线与湿度成正比的一条直线；与湿度成正比的一条直线；13.2.2 1

24、3.2.2 空气的湿度图空气的湿度图（8）饱和空气比容线：）饱和空气比容线：常压下（压力一定）为温度的函数，是一曲线常压下（压力一定）为温度的函数，是一曲线。注注意意：教教材材中中的的湿湿度度图图为为常常压压条条件件下下绘绘制制的的，不不适适用用于于其其他压力；湿度图主要有他压力；湿度图主要有tH、IH两种形式；两种形式；在多数教材湿度图中存在的问题在多数教材湿度图中存在的问题当当 一一定定，H与与t呈呈非非线线性性关关系系；当当t，H（相相对对湿湿度度不不变变）；但但是是t升升高高到到100以以上上时时，总总压压力力仍仍为为1atm，所所以以饱饱和和蒸蒸汽汽压压仍仍为为100所所对对应应的的

25、1atm。故故t100的的湿湿度度不不变变与与100时时的的湿湿度度相相同同，等等相相对对湿湿度度线线在在温温度度为为100时时以以上上时时应应为为水平线（饱和线左上方为饱和区，右下方为未饱和区）。水平线（饱和线左上方为饱和区，右下方为未饱和区）。13.2.3 13.2.3 湿空气状态的确定湿空气状态的确定根据相律：根据相律：自由度自由度=组分数组分数-相数相数+2 湿湿空空气气各各种种性性质质中中只只有有三三个个独独立立变变量量，一一般般p不不变变，剩剩余余两两个个独独立立变变量量。湿湿度度图图上上的的点点就就代代表表一一种种湿湿空空气气状状态态，湿湿空气状态可以由湿度图上的一个点来表示。空

26、气状态可以由湿度图上的一个点来表示。湿空气性质主要有：湿空气性质主要有：t、p、H、pw、tas、tw、td、I等，等，是否相互独立？不是的，哪些参数相互独立，哪些是有关联是否相互独立？不是的，哪些参数相互独立，哪些是有关联的？的？13.2.3 13.2.3 湿空气状态的确定湿空气状态的确定 在在等等湿湿线线上上任任一一点点H相相同同，但但温温度度t不不同同，他他们们的的露露点点温温度度td均均相相同同，H与与td等等价价，这这两两参参数数并并非非相相互互独独立立，不不能能由由此此两参数确定湿空气的状态；两参数确定湿空气的状态；在在等等焓焓线线上上任任一一点点，H与与t不不同同，但但tas与与

27、tw均均相相同同，即即I与与tas、tw不相互独立；不相互独立；所所以以（H，td）、（H，pw）、(I，tw)、(I，tas)、（tw，tas）均均无无法法确确定定湿湿空空气气状状态态，但但（t,H）、(t,)、（t,tw）、（t，tas）、（t，td）、（t，I）、（I，H）等等是是相相互互独独立的，可以用于确定湿空气状态。立的，可以用于确定湿空气状态。13.2.4 13.2.4 湿度图的应用湿度图的应用（1）湿空气状态点）湿空气状态点A的确定的确定 绝热冷却线绝热冷却线AHAHAH（2）其他参数的确定）其他参数的确定 通常湿空气已知参数为通常湿空气已知参数为 t 和和tw，t 和和td，

28、t和和 ，三种条件下空气的状态点确定分别如图三种条件下空气的状态点确定分别如图、所示。所示。*13.2.3 13.2.3 湿空气状态的确定湿空气状态的确定*13.3 13.3 干燥器的物料衡算及热量衡算干燥器的物料衡算及热量衡算13.3.1 13.3.1 对流干燥流程及操作原理对流干燥流程及操作原理干燥产品干燥产品G2，w2对流干燥流程示意图（并流、连续）对流干燥流程示意图（并流、连续）预热器预热器湿物料湿物料G1，w1空气空气干燥器干燥器废气废气L,H0,t0L,H1,t1L,H2,t213.3.2 13.3.2 物料衡算物料衡算（1）物料中的含水率）物料中的含水率 以湿物料为基准的含水率（

29、湿基含水率）以湿物料为基准的含水率（湿基含水率）w以绝干物料为基准的含水率以绝干物料为基准的含水率干基含水率干基含水率X（13-14）（13-15）X与与w的关系的关系（13-16）13.3.2 13.3.2 物料衡算物料衡算（2）干燥后的物料质量）干燥后的物料质量G2和水分蒸发量和水分蒸发量W 总物料衡算：总物料衡算：G1=G2+W （13-17）绝干绝干物料衡算：物料衡算：Gc=G1（1-w1）=G2（1-w2）（13-18）式式中中 Gc湿湿物料中绝对干物料的质量，物料中绝对干物料的质量，kg/h;G1 进入干燥器的湿物料质量，进入干燥器的湿物料质量，kg/h;G2 离开干燥器的物料质量

30、，离开干燥器的物料质量，kg/h;w1 干燥前物料中的含水率，湿基；干燥前物料中的含水率，湿基；w2 干燥后物料中的含水率，湿基。干燥后物料中的含水率，湿基。13.3.2 13.3.2 物料衡算物料衡算（13-19）若用干基含水率计算，则蒸发水分量若用干基含水率计算，则蒸发水分量W为为 13.3.2 13.3.2 物料衡算物料衡算（3）空气用量的确定）空气用量的确定 通过干燥器的绝干空气质量是不变的，故用它作为计算通过干燥器的绝干空气质量是不变的，故用它作为计算的基准。的基准。水分衡算：水分衡算：（13-20）或或（13-20a）式中式中 L绝干空气的质量流量，绝干空气的质量流量，kg/h;H

31、1、H2进、出干燥器的空气湿度，进、出干燥器的空气湿度，kg/kg;（13-20a）13.3.2 13.3.2 物料衡算物料衡算 令令l=L/W为为比空气用量比空气用量，即从湿物料中汽化，即从湿物料中汽化1kg水分所水分所需的干空气用量，需的干空气用量，kg干干空气空气/kg水，则水，则（13-21）通过预热器前后，空气的湿度不变，若以通过预热器前后，空气的湿度不变，若以H0表示进入预表示进入预热器时的空气湿度，则热器时的空气湿度，则H1=H0（13-21a）13.3.2 13.3.2 物料衡算物料衡算实际空气（新鲜）用量：实际空气（新鲜）用量：或或湿湿空气的体积流量空气的体积流量Vh（m3/

32、h）式中式中t、H由风机所在部位的空气状态而定。由风机所在部位的空气状态而定。13.3.3 13.3.3 热量衡算热量衡算干燥器干燥器预热器预热器LH0,t0H1,t1Qp(kJ/h)qp(kJ/kg水水)Qd(kJ/h)qd(kJ/kg水水)H2,t2G1,tM1G2,tM2,cMLql(kJ/kg水水)图图13-7 干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算（13-22）每每千克水分所需的全部热量千克水分所需的全部热量13.3.3 13.3.3 热量衡算热量衡算预热器加入的热量预热器加入的热量kJ/kg水水干燥室内补充的热量干燥室内补充的热量kJ/kg水水干燥所需的全部热量干燥所需的全部热量kJ/k

33、g水水干燥后物料的比热干燥后物料的比热绝干绝干物料的比热，物料的比热，kJ/kgK 水的比热，水的比热，kJ/kgK 对对整个干燥系统进行热量衡算：输入热量整个干燥系统进行热量衡算：输入热量=输出热量输出热量（13-23）13.3.3 13.3.3 热量衡热量衡算算令令干燥系统所需的总热量为：干燥系统所需的总热量为：（13-23a）l=1/(H2-H0)（13-23b）13.3.3 13.3.3 热量衡算热量衡算注：注：预热器加入热量预热器加入热量 qp=l(I1-I0)或或 Qp=L(I1-I0)干燥室内所需补充的热量干燥室内所需补充的热量或或干燥器干燥器预热器预热器LH0,t0H1,t1Q

34、p(kJ/h)qp(kJ/kg水水)Qd(kJ/h)qd(kJ/kg水水)H2,t2G1,tM1G2,tM2,cMLql(kJ/kg水水)图图13-7 干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算13.3.4 13.3.4 干燥过程的计算及图示干燥过程的计算及图示（13-23a）即即式中式中13.3.4.1 13.3.4.1 等焓干燥等焓干燥 则则 I I2 2=I I1 1称为理想干燥过程或等焓干燥过程、绝热过程称为理想干燥过程或等焓干燥过程、绝热过程即即“补充的热量补充的热量”=“=“损失的热损失的热量量”工程上符合下列条件的干燥过程可认为是等焓干燥过程：工程上符合下列条件的干燥过程可认为是等焓干燥过

35、程：干燥器内不补充热量，干燥器内不补充热量，qd=0；干燥器绝热良好，干燥器绝热良好，ql=0；物料进出干燥器时的温差不大，物料进出干燥器时的温差不大，tM1 tM2。13.3.4.1 13.3.4.1 等焓干燥等焓干燥 等焓干燥过程湿空气出口状态的确定可采用以下方法：等焓干燥过程湿空气出口状态的确定可采用以下方法：（1 1）解析法（已知空气出口温度）解析法（已知空气出口温度t t2 2时用此法方便）时用此法方便）I2=I1 (1.01+1.88H2)t t2 2+2492+2492H2=(1.01+1.88H1)t t1 1+2492+2492H1 若已知干燥器出口湿空气的温度或湿度，则可根

36、据上式若已知干燥器出口湿空气的温度或湿度，则可根据上式确定另一参数从而确定出口湿空气状态。确定另一参数从而确定出口湿空气状态。13.3.4.1 13.3.4.1 等焓干燥等焓干燥 （2 2）图解法）图解法 若干燥器出口湿空气的温度和湿度均未知，可采用图解若干燥器出口湿空气的温度和湿度均未知，可采用图解法较方便；法较方便；ABC注意：等焓干燥过程注意：等焓干燥过程 Qp=L（I1-I0）=L（I2-I0）13.3.4.2 13.3.4.2 非等焓干燥非等焓干燥 非非等焓干燥过程，实际干燥过程等焓干燥过程，实际干燥过程（1）0 即即 qd+cl tM1 qM+ql “补充的热量补充的热量”“损失的

37、热量损失的热量”I2 I1（2）0 即即 qd+cl tM1 qM+ql “补充的热量补充的热量”“损失的热损失的热量量”I2 H1）代代入入式式中中求求出出t，在在t-H图图上上求求出出点点P（t，H），），连结连结BP延长延长至至 线相交，得出口状态点线相交，得出口状态点C1或或C2，最后读出最后读出t2、H2 值。值。ABC1C213.3.4.3 13.3.4.3 干燥器的热效率干燥器的热效率 q用于汽化用于汽化1kg水分的热量水分的热量 等焓干燥过程，湿空气放出的热量全部用于水分的蒸等焓干燥过程，湿空气放出的热量全部用于水分的蒸发，此时：发，此时：（2）提高热效率的途径）提高热效率的途

38、径 提高空气出口湿度或降低出口温度提高空气出口湿度或降低出口温度 13.3.4.3 13.3.4.3 干燥器的热效率干燥器的热效率 措施措施：t2,H2L=W/(H2-H1)，qp,q,q不变，不变，h；注注意意：t2,H2湿湿空空气气出出口口相相对对湿湿度度增增大大，要要注注意意避避免免返返潮潮现象的发生；现象的发生；代代价价：t2,H2干干燥燥器器内内湿湿空空气气与与物物料料间间的的传传热热、传传质质推推动动力均下降，干燥时间延长，所需干燥器的体积要增大。力均下降，干燥时间延长，所需干燥器的体积要增大。提高空气进入干燥器的温度提高空气进入干燥器的温度 措施：措施：t1 qp，若，若qp一定

39、，则一定，则L，h；13.3.4.3 13.3.4.3 干燥器的热效率干燥器的热效率 注意：注意：t1温度较高，对热敏性物料不适用；温度较高，对热敏性物料不适用；代价：代价：t2 预热器所需加热蒸汽的品位高。预热器所需加热蒸汽的品位高。采用中间加热采用中间加热措措施施：湿湿空空气气进进出出口口状状态态不不变变则则采采用用中中间间加加热热器器时时，干干燥燥器器内内的的平平均均温温度度低低于于没没有有采采用用中中间间加加热热器器的的干干燥燥器器，热热损损失失降降低，从而提高热效率低，从而提高热效率h；代价：代价：需要中间加热器，平均温度低，干燥器体积要增大。需要中间加热器，平均温度低，干燥器体积要

40、增大。13.3.4.3 13.3.4.3 干燥器的热效率干燥器的热效率 部分废气循环部分废气循环 措措施施：湿湿空空气气出出口口温温度度若若较较高高，作作为为废废气气排排放放也也是是一一种种热热量量损损失失，为为利利用用废废气气的的余余热热，可可将将其其与与新新鲜鲜空空气气混混合合，若若与与新新鲜鲜空空气气混混合合后后进进入入预预热热器器则则为为“先先混混合合、后后预预热热”废废气气循循环环流流程程；若若与与预预热热器器出出口口的的空空气气混混合合后后进进入入干干燥燥器器，则则为为“先先预预热热、后后混混合合”废废气气循循环环流流程程；在在循循环环流流程程中中干干燥器平均温度降低，热损失减少，

41、热效率提高；燥器平均温度降低，热损失减少，热效率提高；注注意意：当当干干燥燥器器进进出出口口湿湿空空气气状状态态不不变变时时，不不论论循循环环方方式式如如何何，在在等等焓焓条条件件下下其其绝绝干干空空气气消消耗耗量量和和热热量量消消耗耗量量均与无循环情况的相同（见指南）；均与无循环情况的相同（见指南）；代价：代价：在干燥器中传热、传质推动力下降，所需干燥在干燥器中传热、传质推动力下降，所需干燥器体积增大。器体积增大。13.3.4.3 13.3.4.3 干燥器的热效率干燥器的热效率 13.3.4.3 13.3.4.3 干燥器的热效率干燥器的热效率 干燥器干燥器预热器预热器 改善保温措施改善保温措

42、施例例 用用连连续续逆逆流流干干燥燥器器干干燥燥含含水水2%物物料料9000kg/h，物物料料进进出出口口温温度度分分别别为为25、35；产产品品要要求求含含水水0.2%（均均为为湿湿基基），绝绝干干物物料料比比热热1.6，空空气气干干球球温温度度为为27，湿湿球球温温度度为为20，预预热热至至90，空空气气离离开开干干燥燥器器时时为为60，干干燥燥器器热热损损失失为为600kJ/kg，试试求：求：（1）产品量；）产品量；（2）绝干、新鲜空气量；）绝干、新鲜空气量；（3）预热器耗热量；）预热器耗热量；（4）干燥器所需总热量；）干燥器所需总热量；（5）热效率；）热效率；（6）返潮校核。）返潮校核

43、。13.3.4.3 13.3.4.3 干燥器的热效率干燥器的热效率 13.4 13.4 干燥速度与干燥时间干燥速度与干燥时间 13.4.1 水分在空气与物料间的平衡关系水分在空气与物料间的平衡关系pspwX*XSSpwX*图图13-10 pw-X*关系示意图关系示意图13.4.1 水分在空气与物料间的平衡关系水分在空气与物料间的平衡关系（1）结合水分与非结合水分）结合水分与非结合水分 根根据据水水分分干干燥燥的的难难易易程程度度，可可以以将将湿湿物物料料中中的的水水分分划划分分为为结结合合水水分分与与非非结结合合水水分分。非非结结合合水水分分：机机械械附附着着水水分分和和大大毛毛细细管水分，易

44、于干燥；管水分，易于干燥；结结合合水水分分：小小毛毛细细管管水水分分等等，难难于于干干燥；燥；当当湿湿空空气气 =100%时时的的物物料料平平衡衡含含水水量量为结合水分，其余为非结合水分。为结合水分，其余为非结合水分。结合水分与非结合水分的区分与物料结合水分与非结合水分的区分与物料性质有关，与湿空气的状态无关。性质有关，与湿空气的状态无关。pspwX*XSSpwX*pw-X*关系示意图关系示意图13.4.1 水分在空气与物料间的平衡关系水分在空气与物料间的平衡关系（2）平衡水分、自由水分）平衡水分、自由水分 按造水分能否干燥划分为按造水分能否干燥划分为平衡水分平衡水分与与自由水分自由水分。平平

45、衡衡时时，物物料料中中的的水水分分称称为为平平衡衡水水分分，其其含含量量用用X*表表示示，平平衡衡水水分分与与与与湿湿空空气气性性质质有有关关，与与物物料料结结构构、水水分分性性质质有有关关。如如教教材材（图图13-11）湿湿空空气气状状态态相相同同（相相对对湿湿度度一一样样），物物料料不不同同则则其其平平衡衡含含水水量量不不同同；同同一一物物料料用用不不用用状状态态的的湿湿空空气气进进行行干燥，其平衡含水量也不相同。干燥，其平衡含水量也不相同。平平衡衡含含水水量量是是干干燥燥过过程程的的极极限限，当当湿湿空空气气相相对对湿湿度度 0 0时，时，X*00；但实际难以实现。但实际难以实现。湿湿物

46、物料料中中除除平平衡衡水水分分外外能能够够被被干干燥燥的的水水分分为为自自由由水水分分，在在干燥过程中被干燥掉的水分一定是自由水分。干燥过程中被干燥掉的水分一定是自由水分。13.4.1 水分在空气与物料间的平衡关系水分在空气与物料间的平衡关系图图13-12各水分分别为：各水分分别为：结合水分结合水分19%19%非结合水分非结合水分6%6%平衡水分平衡水分10.5%7%自由水分自由水分14.5%18%（3）水分与物料的结合方式）水分与物料的结合方式 附附着着水水分分：靠靠机机械械力力与与物物料料附附着着与与普普通通水水分分一一样样易易除除去，去，pM=ps；毛毛细细管管水水分分：直直径径小小于于

47、1m的的毛毛细细管管中中所所含含的的水水分分由由于于液液面面为为凹凹面面，水水分分蒸蒸汽汽压压pM ps，难难除除去去；直直径径较较大大的的孔道中的水分则与附着水分相同；孔道中的水分则与附着水分相同；化学结合水分：靠化学作用力结合，难除去；化学结合水分：靠化学作用力结合，难除去；溶胀水分：细胞内水分，溶胀水分：细胞内水分，pM XC有孔有孔 物料尺寸物料尺寸，XC 空空速速 恒恒速速干干燥燥速速率率 XC 恒恒速速干干燥燥时时间间，提提早早进进入入降速段，总体干燥时间可能延长。降速段，总体干燥时间可能延长。当当X XC时时，要要提提高高干干燥燥速速率率，应应从从改改变变干干燥燥介介质质性性质质

48、入手；入手；当当X XC时，要提高干燥速率，应从改变物料性质入手；时，要提高干燥速率，应从改变物料性质入手；13.4.3 恒定干燥条件下恒速干燥时间的计算恒定干燥条件下恒速干燥时间的计算 干干燥燥时时间间分分为为两两个个部部分分：恒恒速速干干燥燥时时间间1、降降速速干干燥燥时时间间2。（1）应用干燥速度曲线进行计算应用干燥速度曲线进行计算在恒速阶段，有在恒速阶段，有u=uC=常数，积分上式得常数，积分上式得（13-31a）（13-32）根根据据该该式式可可计计算算恒恒速速干干燥燥时时间间，但但必必须须求求出出恒恒速速干干燥燥速率，如何求？速率，如何求？13.4.3 恒定干燥条件下恒速干燥时间的

49、计算恒定干燥条件下恒速干燥时间的计算（2）应用对流传热系数或传质系数进行计算）应用对流传热系数或传质系数进行计算对流传热速率：对流传热速率：（13-33）汽化速率：汽化速率：汽化所需热量：汽化所需热量：（13-34）（13-35）（13-38）13.4.3 恒定干燥条件下恒速干燥时间的计算恒定干燥条件下恒速干燥时间的计算（3）影响恒速干燥速度的因素）影响恒速干燥速度的因素 空气流速的影响空气流速的影响 空气温度的影响空气温度的影响 空气湿度的影响空气湿度的影响 t不变，不变，H,tw，(t-tw),则则uc；（13-39）（13-40）13.4.4 恒定干燥条件下降速干燥时间的计算恒定干燥条件

50、下降速干燥时间的计算（1）图解积分法）图解积分法（2）近似计算法）近似计算法 将降速干燥阶段近似为直线，即假定降速阶段的干燥速将降速干燥阶段近似为直线，即假定降速阶段的干燥速度与物料中的自由水分成正比，即度与物料中的自由水分成正比，即（13-41）式式中中 KX以以X为推动力的系数，为推动力的系数，kg/(m2s),即即CE线的斜线的斜率。率。13.4.4 恒定干燥条件下降速干燥时间的计算恒定干燥条件下降速干燥时间的计算将将代入恒速干燥时间计算式得代入恒速干燥时间计算式得总干燥时间为：总干燥时间为：13.5 干燥器干燥器 干干燥燥所所处处理理的的对对象象湿湿物物料料种种类类众众多多，对对产产品