《固体干燥参考》PPT课件.ppt

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1、固体干燥固体干燥Drying of Solids 重点：空气的焓湿图、干燥机理、干燥重点：空气的焓湿图、干燥机理、干燥 曲线、干燥时间的计算；曲线、干燥时间的计算；难点：空气的焓湿图、干燥机理。难点：空气的焓湿图、干燥机理。lIn general,drying a solid means the removal of relatively small amounts of water or other liquid from the solid material to reduce the content of residual liquid to an acceptably low valu

2、e.Drying is usually the final step in a series of operations,and the product from a dryer is often ready for final packaging.去湿的方法去湿的方法：机械去湿法机械去湿法 物理化学去湿法物理化学去湿法 热能去湿法热能去湿法 干燥干燥 用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气排除，藉此来除去固体并将产生的蒸气排除，藉此来除去固体物料中湿分的操作。物料中湿分的操作。干燥过程的分类n按操作压力：常压干燥、真空干燥n按操作方式：连续式、间歇

3、式n按传热方式：传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热干燥，以及由其中两种或三种方式组成的联合干燥。干燥过程进行的条件：被干燥物料表面所产生水汽（或其它蒸汽）的压力大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压，压差越大，干燥过程进行越快。所以干燥介质须及时将汽化的水汽带走，以保持一定的汽化水的推动力。湿空气的性质湿空气的性质水蒸气分压水蒸气分压pv湿度湿度(humidity)相对湿度相对湿度当pv=0时，=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。当pv=ps时，=1，表示湿空气为饱和空气。湿空气的比热湿空气的比热在常用的温度范围内湿空气的焓湿空气的焓湿空气的比容湿空气的比容绝热饱和温度绝热饱和温度在空

4、气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得到的是汽化水带来的潜热，空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化，但其焓值不变。对空气水蒸气系统：不饱和湿空气：ttas（或tw）td 饱和的湿空气：t tas（或tw）td湿空气的湿度图湿空气的湿度图-焓湿图焓湿图 n等湿度线等湿度线(等等H线线)n等焓线等焓线(等等I线线)n等温线等温线(等等t线线)n等相对温度线（等等相对温度线（等线）线）n水蒸汽分压线水蒸汽分压线湿焓图的说明与应用湿焓图的说明与应用AEDFBCtwtd=1HpI干球温度干球温度t、露点、露点td、湿球温度、湿球温度tw（或绝热饱和温度（或绝热饱和温度tas）都是由等）都是由等t线确定

5、的。线确定的。通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件是：件是：（）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和湿球温度和湿球温度tw；（）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和露点和露点td；（）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和相对湿度和相对湿度。0HA=1ttwI1230HA=1ttdI120HA=1tI312干燥过程的计算内容干燥过程的计算内容n水分蒸发水分蒸发 n空气用量空气用量 n热量热量 n选择适宜型号的鼓风机选择适宜型号的鼓风机 n设计或选择换热器设计或选择换热器注：工业上常采用湿基含水量。物料含水量的表示方

6、法物料含水量的表示方法干基含水量干基含水量湿基含水量湿基含水量水分蒸发量水分蒸发量w对连续干燥器作水分的物料衡算，以1s为基准。干空气消耗量干空气消耗量比空气用量比空气用量 从湿物料中气化1kg水分所需的干空气量。比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而与干燥过程所经历的途径无关。与干燥过程所经历的途径无关。湿空气的消耗量湿空气的消耗量例：在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后物料的含水量有10%降至2%（wb）。以热空气为干燥介质，初始湿度H1=0.008kg水/kg绝干气，离开干燥器时湿度为H2=0.05kg水/kg绝干气，假设

7、干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。解：（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即进入干燥器的绝干物料为G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg绝干料/h水分蒸发量为W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水/h（2）空气消耗量原湿空气的消耗量为：L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气/h单位空气消耗量（比空气用量）为：（3）干燥产品量v预热器的热量衡算预热器的热量衡算 若忽略预热器的热损失，以1s为基准，则有v干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算v干燥系统消耗的总热量干燥系统消耗

8、的总热量v干燥系统的热效率干燥系统的热效率 定义定义：蒸发水分所需的热量为：Qv=w(2490+1.88t2)-4.1871w若忽略湿物料中水分代入系统中的焓，则有提高热效率的措施提高热效率的措施：使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（注意吸湿性物料）；提高热空气进口温度（注意热敏性物料）；废气回收，利用其预热冷空气或冷物料；注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的热损失。例：某糖厂的回转干燥器的生产能力为4030kg/h（产品），湿糖含水量为1.27%，于310C进入干燥器，离开干燥器时的温度为360C，含水量为0.18%，此时糖的比热为1.26kJ/kg绝干料0C。干燥用空气的初始状况

9、为：干球温度200C，湿球温度170C，预热至970C后进入干燥室。空气自干燥室排出时，干球温度为400C，湿球温度为320C，试求：（1）蒸发的水分量；（2）新鲜空气用量；（3）预热器蒸气用量，加热蒸气压为200kPa（绝压）；（4）干燥器的热损失，QD=0；（5）热效率。t0=200Ctw0=170Ct1=970CQpQD=0G2=4030kg/hw2=0.18%2=360Ct2=400Ctw2=320C1=310Cw1=1.27%QL预热器干燥器解：（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即进入干燥器的绝干物料为G=G2（1-w2）=4030（1-0.18%）=4022.7

10、kg绝干料/h水分蒸发量为W=G（X1-X2）=4022.7（0.0129-0.0018）=44.6kg水/h（2）新鲜空气用量首先计算绝干空气消耗量。由图查得：当t0=200C，tw0=170C时，H0=0.011kg水/kg绝干料；当t2=400C，tw2=320C时，H2=0.0265kg水/kg绝干料。绝干空气消耗量为：新鲜空气消耗量为：L=L（1+H0）=2877.4（1+0.011）=2909kg新鲜空气/h（3）预热器中的蒸气用量查H-I图，得I0=48kJ/kg干空气；I1=127kJ/kg干空气；I2=110kJ/kg干空气Qp=L(I1-I0)=2877.4（127-48）

11、=2.27105kJ/h查饱和蒸气压表得：200kPa（绝压）的饱和水蒸气的潜热为2204.6kJ/kg，故蒸气消耗量为：2.27105/2204.6=103kg/h（4）干燥器的热损失（5）热效率若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则有湿物料的性质湿物料的性质 q湿物料的水分活度湿物料的水分活度水分活度不仅与物料的贮藏性有关，而且决定了干燥进行的方向。aw时，解吸水分（干燥）；q平衡水分和自由水分平衡水分和自由水分 平衡水分随物料的种类及空气的状态（t，）不同而异。平衡水分代表物料在一定空气状况下可以干燥的限度。结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分根据物料与水分结合力的状况，可将物料中所含

12、水分分为结合水分与非结合水分。结合水分结合水分(boundwater)籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。非结合水分非结合水分(unboundwater)物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水分较容易。注注：物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性质，而与干燥介质的状态无关；而平衡水分与自由水分则的性质，而与干燥介质的状态无关；而平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干

13、燥介质状态改变时，平衡水分和还取决于干燥介质的状态。干燥介质状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。自由水分的数值将随之改变。物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分之间的关系见图示。总水分自由水分平衡水分非结合水分结合水分x*x0 x1空气相对湿度100%物料的含水量0干燥机理干燥机理n湿度梯度：湿度梯度：n温度梯度：温度梯度：热导湿方向是从高温到低温。以上两种梯度导致的水分传递称为内部扩散内部扩散。n外部的传质推动力外部的传质推动力：气膜内水蒸气分压与气相主体中水蒸气分压之差。造成该分压的原因是造成该分压的原因是：对对流干燥，由于介质的不断流动，带走气化的水分；对真空

14、干燥而言，则是气化的水分被真空泵抽走。n表面汽化控制表面汽化控制要强化该阶段的干燥速率，对对流干燥而言，提高空气的温度，降低相对湿度，改善空气与物料的接触和流动情况，均有助于提高干燥速率。n内部扩散控制内部扩散控制要强化该阶段的干燥速率，必须从改善内部扩散着手，如：减少物料厚度、使物料堆积疏松、搅拌或翻动物料、采用微波干燥等。干燥曲线与干燥速率曲线干燥曲线与干燥速率曲线 干燥曲线干燥曲线：干燥过程中物料含水量X与干燥时间t、物料表面温度的关系曲线。干燥速率曲线干燥速率曲线：物料干燥速率u与物料含水量X的关系曲线。ABCDEX表面温度干燥时间A BCDEABCDEXU干燥过程分为干燥过程分为恒速

15、干燥恒速干燥和和降速干燥降速干燥两个阶段。两个阶段。恒速干燥阶段恒速干燥阶段：n除去的水分是非结合水；n属于表面汽化控制阶段；n物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度；n干燥速率的大小，主要取决于空气的性质，而与湿物料的性质关系很小。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v恒速干燥阶段恒速干燥阶段 v降速干燥阶段降速干燥阶段图解积分法图解积分法 近似计算法近似计算法干燥设备干燥设备 q干燥器的分类干燥器的分类 v按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器；v按操作方式分：连续式、间歇式；v按供热方式分：对流干燥器、传导干燥器、辐射干燥器、介电加热干燥器；v按介质和物料的相对运动方向

16、分：并流、逆流、错流干燥器；湿物料湿物料气流式干燥系统气流式干燥系统干燥管干燥管干物料干物料旋风分离器旋风分离器蒸汽蒸汽冷凝水冷凝水冷空气冷空气热空气热空气板式换热器板式换热器废气废气风机风机流化床式干燥器流化床式干燥器多室式流化床干燥器多室式流化床干燥器喷动床干燥器喷动床干燥器干物料干物料干物料干物料废气废气风机风机旋风分离器旋风分离器喷动床干燥器喷动床干燥器 湿物料湿物料喷雾干燥器（喷雾干燥器（spray dryer）原理：用喷雾器将稀料液喷成细雾滴分散于热气流中，使水分迅速蒸发而达到干燥的目的。通常雾滴直径为1060um，每升溶液具有100600m2的蒸发面积。喷雾器的类型：离心喷雾器、

17、压力喷雾器、气流喷雾器。优点：干燥时间短，适于热敏性物料；所得产品为空心颗粒，溶解性好，质量高；操作稳定；能连续、自动化生产；由料液直接获得粉末产品，省去了蒸发、结晶、分离和粉碎操作。缺点：体积传热系数低；设备体积庞大；操作弹性较小，热利用律低、能耗大。废废气气干物料干物料旋风分离器旋风分离器蒸汽蒸汽冷凝水冷凝水冷空气冷空气热空气热空气板式换热器板式换热器转筒干燥器（回转式干燥器）转筒干燥器（回转式干燥器）q主要部件：转筒：呈倾斜状，在旋转时，借助重力的作用使物料向低端输送。抄板：将物料抄起后再洒下，增大干燥面积，提高干燥速率；同时促进物料向前运动。q优点：处理量大，适应性强，生产能力大，操作

18、控制方便，干燥时间可藉调节转筒的转速来控制，产品质量均匀。q缺点：设备笨重，热利用率低，结构复杂，占地面积大。滚筒式干燥器滚筒式干燥器 间接加热的连续干燥器，适用于溶液、悬浮液、胶体溶液等流动性物料的干燥。滚筒式干燥器滚筒式干燥器优点：动力消耗少，干燥时间和干燥强度易调节。HumiditylHisthemassofvaporcarriedbyaunitmass of vapor-free gas.So defined,humidity depends only on the partialpressureofthevaporinthemixturewhenthe total pressure

19、is fixed.If the partialpressureofthevaporisPAatm,themolalratioofvaportogasat1atmisPA/(P-PA).Thehumidityisthereforelwhere MA and MB are the molecular weights ofcomponentsAandB,respectively.ThehumidityisrelatedtothemolefractioninthegasphasebytheequationlSinceH/MAisusuallysmallcomparedwith1/MB,often y may be considered to be directlyproportionaltoH.