食工原理第七章物料干燥要点优秀PPT.ppt

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1、 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；第六章第六章物料干燥物料干燥q去湿去湿：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的过程。过程。q去湿的方法去湿的方法：机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分别等方法除机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分别等方法除去湿分。去湿分。物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸取物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸取水分。该法费用高，操作麻烦，只适用于

2、小批量固体物料的去水分。该法费用高，操作麻烦，只适用于小批量固体物料的去湿，或用于除去气体中的水分。湿，或用于除去气体中的水分。热能去湿法：如蒸发、干燥等热能去湿法：如蒸发、干燥等用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气解用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气解除，藉此来除去固体物料中湿分的操作，称为固体的干燥。除，藉此来除去固体物料中湿分的操作，称为固体的干燥。第一节第一节概述概述q干燥过程的分类干燥过程的分类按操作压力：常压干燥、真空干燥按操作压力：常压干燥、真空干燥按操作方式：连续式、间歇式按操作方式：连续式、间歇式按传热方式：传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介按传热方式

3、：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电加热干燥，以及由其中两种或三种方式组成的联合干燥。合干燥。q在工业上应用最普遍的是对流干燥。通常运用的干燥介质是空在工业上应用最普遍的是对流干燥。通常运用的干燥介质是空气，被除去的湿分是水分。空气既是载热体又是载湿体。气，被除去的湿分是水分。空气既是载热体又是载湿体。q物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。q干燥过程进行的条件：被干燥物料表面所产生水汽（或其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，它蒸汽

4、）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。所以干燥介质须刚好将汽化压差越大，干燥过程进行越快。所以干燥介质须刚好将汽化的水汽带走，以保持确定的汽化水的推动力。的水汽带走，以保持确定的汽化水的推动力。1水蒸气分压水蒸气分压pv空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，依空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，依据气体分压定律，则有据气体分压定律，则有2湿度湿度(humidity)H又称为湿含量或确定温度又称为湿含量或确定温度(absolutehumidity)。它以湿空气中所含水蒸汽的质量与确定干空气的质它以湿空气中所含水蒸汽的质量与确定干空气的质量之比表示，运用符号

5、，其单位为：量之比表示，运用符号，其单位为：kg水气水气/kg干空气干空气。其次节其次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、湿空气的性质常温下，湿空气可视为志向气体，则有常温下，湿空气可视为志向气体，则有 在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压pv等于该空气温度等于该空气温度下纯水的饱和蒸气压下纯水的饱和蒸气压ps，则有则有 由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿度是温度和总压的函数，即度是温度和总压的函数，即3相对湿度相对湿度 当当pv=0时，时，=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气

6、。表示湿空气不含水分，即为绝干空气。当当pv=ps时，时，=1，表示湿空气为饱和空气。表示湿空气为饱和空气。在确定温度及总压下，湿空气的水汽分压在确定温度及总压下，湿空气的水汽分压pv与同温度下与同温度下水的饱和蒸汽压水的饱和蒸汽压pS之比的百分数，称为相对湿度之比的百分数，称为相对湿度(relativehumidity)，用符号，用符号表示，即表示，即u相对湿度：可以说明湿空气偏离饱和空气的程度，能用相对湿度：可以说明湿空气偏离饱和空气的程度，能用于判定该湿空气能否作为干燥介质，于判定该湿空气能否作为干燥介质，值与越小，则吸湿实值与越小，则吸湿实力越大。力越大。u湿度：是湿空气含水量的确定值

7、，不能用于辨别湿空气湿度：是湿空气含水量的确定值，不能用于辨别湿空气的吸湿实力。的吸湿实力。在确定总压和温度下，两者之间的关系为在确定总压和温度下，两者之间的关系为相对湿度和确定湿度的关系相对湿度和确定湿度的关系相相对对湿湿度度和和确确定定湿湿度度的的关关系系4湿空气的比热湿空气的比热CH 式中式中cH湿空气的比热，湿空气的比热，kJ/(绝干气绝干气oC)；cg绝干空气的比热，绝干空气的比热，kJ/(绝干气绝干气oC)；cv水气的比热，水气的比热，kJ/(水气水气oC)上式说明：湿空气的比热只是湿度的函数上式说明：湿空气的比热只是湿度的函数。在常压下，将湿空气中在常压下，将湿空气中1kg绝干空

8、气及相应绝干空气及相应kg水汽的温度水汽的温度上升（或降低）上升（或降低）1oC所须要（或放出）的热量，称为比热，又所须要（或放出）的热量，称为比热，又称为湿热，用符号称为湿热，用符号CH表示，单位是表示，单位是kJ/(绝干气绝干气oC)，即，即在常用的温度范围内，有在常用的温度范围内，有5湿空气的焓湿空气的焓 I湿空气中湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和，称为湿绝干空气的焓与相应水汽的焓之和，称为湿空气的焓，用符号空气的焓，用符号I表示，单位是表示，单位是kJ/kg干空气。干空气。注：空气的焓是依据干空气及液态水在注：空气的焓是依据干空气及液态水在0oC时焓为零作基准而计算的，因时

9、焓为零作基准而计算的，因此，对于温度为此，对于温度为t及湿度为的湿空气，其焓包括由及湿度为的湿空气，其焓包括由0oC的水变为的水变为0oC的的水汽所需的潜热及湿空气由水汽所需的潜热及湿空气由0oC升温至升温至toC所需的显热之和，即所需的显热之和，即I=Ig+IvH 式中式中湿空气的焓，湿空气的焓，kJ/kg绝干气；绝干气；Ig绝干空气的焓，绝干空气的焓，kJ/kg绝干气；绝干气；Iv水气的焓，水气的焓，kJ/kg水气。水气。6湿空气的比容湿空气的比容vH 在湿空气中，在湿空气中，1kg绝干气体积和相应的绝干气体积和相应的Hkg水气体积之和，水气体积之和，称为湿空气的比容，亦称湿容积称为湿空气

10、的比容，亦称湿容积(humidvolume)，用符号用符号v vH表示，单位为：表示，单位为：m3湿空气湿空气/kg绝干气。绝干气。7露点露点 td 不饱和的空气在湿含量不变的状况下冷却，达到饱和状不饱和的空气在湿含量不变的状况下冷却，达到饱和状态时的温度，称为该湿空气的露点态时的温度，称为该湿空气的露点(dewpiont),用符号用符号td表示。表示。当空气从露点接着冷却时，其中部分水蒸汽便会以露珠的当空气从露点接着冷却时，其中部分水蒸汽便会以露珠的形式凝合出来。空气的总压确定，露点时的饱和水蒸汽压形式凝合出来。空气的总压确定，露点时的饱和水蒸汽压ps,td仅与空气的湿度仅与空气的湿度Hs,

11、td有关，即有关，即ps,td=f(Hs,td)或或td=(Hs,td)湿度越大，湿度越大，td越大。越大。在露点时，空气的湿度为饱和湿度，在露点时，空气的湿度为饱和湿度，=1。8干球温度干球温度t和湿球温度和湿球温度twtw补充液，温度补充液，温度tw空气空气湿度湿度H温度温度t干球温度干球温度t：空气的温度空气的温度湿球温度湿球温度tw：不饱和空气的湿球温度不饱和空气的湿球温度tw低于干球温度低于干球温度t。形成原理（如图所示）：形成原理（如图所示）：干球温度干球温度t和湿球和湿球温度温度twl对于某确定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温度对于某确定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，

12、湿球温度值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为：在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为：Q=S（t-tw）对空气对空气水蒸气系统而言，水蒸气系统而言，/kH=1.09气膜中水气向空气的传递速率为：气膜中水气向空气的传递速率为：N=kH（Hs,tw-H）S在稳定状态下，穿热速率和传质速率之间的关系为：在稳定状态下，穿热速率和传质速率之间的关系为：Q=Nrtwl湿球温度事实上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真湿球温度事实上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真实温度，由于此温

13、度由湿空气的温度、湿度所确定，故称其为湿实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所确定，故称其为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。强调：强调：9绝热饱和温度绝热饱和温度tas 空气空气tas，Has，I2空气空气t，H，I1补充水补充水 tas水水tas绝热降温增湿过程及等焓过程绝热降温增湿过程及等焓过程在空气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得到的是汽在空气绝热增湿过程中，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更，化水带来的潜热，空气的温度和湿度虽随过程的进行而变更，但其

14、焓值不变。但其焓值不变。形成原理：形成原理：绝热增湿过程进行到空气被水汽绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和，则空气的温度不再下降，所饱和，则空气的温度不再下降，而等于循环水的温度，称此温度为而等于循环水的温度，称此温度为该空气的绝热饱和温度，用符号该空气的绝热饱和温度，用符号tas 表示，其对应的饱和湿度为表示，其对应的饱和湿度为as，此此刻水的温度亦为刻水的温度亦为tas。绝热饱和温度绝热饱和温度 塔顶和塔底处湿空气的焓分别为：塔顶和塔底处湿空气的焓分别为：由于和由于和as值与值与l相比皆为一很小的数值，故可视为相比皆为一很小的数值，故可视为CH、CHas不随湿度而变，即不随湿度而变，即CH

15、=CHas。则有则有湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程，即：湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程，即：I1=I2 试验测定表明，对于在湍流状态下的空气水蒸气系统而言，a/kH CH，同时 r00 rtw，故在确定温度t和湿度H下，有强调：绝热饱和温度强调：绝热饱和温度tas与湿球温度与湿球温度tw是两个完全不的概念。是两个完全不的概念。但是两者都是湿空气状态但是两者都是湿空气状态(t和和H)的函数。特殊是对空气水的函数。特殊是对空气水气系统，两者在数值上近似相等，对其他系统而言，不存在气系统，两者在数值上近似相等，对其他系统而言，不存在此关系。此关系。对空气水蒸气系统对空气水蒸气系统，干球温度、绝热

16、饱和温度（或湿，干球温度、绝热饱和温度（或湿球温度）及露点之间的关系为：球温度）及露点之间的关系为：对于不饱和湿空气：对于不饱和湿空气：ttas（或或tw）td 对于饱和的湿空气：对于饱和的湿空气：t tas（或或tw）td 在工程计算中，常用的是以湿空气的焓值在工程计算中，常用的是以湿空气的焓值I为纵坐标，湿度为纵坐标，湿度H为横坐标的焓湿图，即为横坐标的焓湿图，即I-H图。图。图上共有五种线，图上任一点都代表确定温度图上共有五种线，图上任一点都代表确定温度t和湿度的和湿度的湿空气状态。湿空气状态。l等湿度线等湿度线(等等H H线线)：l等焓线等焓线(等等I I线线)：l等温线等温线(等等t

17、 t线线)：l等相对温度线（等等相对温度线（等线）线）l水蒸汽分压线：水蒸汽分压线：二、湿空气的湿度图二、湿空气的湿度图 1等湿度线等湿度线(等等H线线)2等焓线等焓线(等等I线线)3等温线等温线(等等t线线)I=(1.88t+2490)H+1.01t当空气的干球温度当空气的干球温度t不变时，不变时，I与与H成直线关系，故在成直线关系，故在I-H图中图中对应不同的对应不同的t，可作出很多等，可作出很多等t线。线。各种不同温度的等温线，其各种不同温度的等温线，其斜率为斜率为(1.88t+2492)，故温度愈高，其斜率愈大。因此，这很，故温度愈高，其斜率愈大。因此，这很多成直线的等多成直线的等t线

18、并不是相互平行的。线并不是相互平行的。一组与纵轴平行的直线。在同一条等一组与纵轴平行的直线。在同一条等H线上，湿空气的露点线上，湿空气的露点td不变。不变。一组与横轴平行的直线一组与横轴平行的直线。在同一条等。在同一条等I线上，湿空气的温度线上，湿空气的温度t随湿度随湿度H的增大而下降，但其焓值不变。的增大而下降，但其焓值不变。4等相对温度线（等等相对温度线（等线）线）当湿空气的湿度为确定值时，温度愈高，其相对湿度当湿空气的湿度为确定值时，温度愈高，其相对湿度值愈值愈低，即其作为干燥介质时，吸取水汽的实力愈强，故湿空气进低，即其作为干燥介质时，吸取水汽的实力愈强，故湿空气进入干燥器之前必需经过

19、预热器预热提高温度，目的除了提高湿入干燥器之前必需经过预热器预热提高温度，目的除了提高湿空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而作空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而作为载湿体。为载湿体。5水蒸汽分压线水蒸汽分压线该线表示空气的湿度与空气中的水蒸汽分压该线表示空气的湿度与空气中的水蒸汽分压pv之间关系曲之间关系曲线。当湿空气的总压不变时，水蒸汽的分压线。当湿空气的总压不变时，水蒸汽的分压pv随湿度而变随湿度而变更。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为更。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为kN/m2。AEDFBCtwtd=1HpI 干球温度干球温度t、露点露点td、湿球

20、温湿球温度度tw（或绝热饱和温度或绝热饱和温度tas）都都是由等是由等t线确定的。线确定的。依据湿空气随意两个独立的参数，就可以在H-I图上确定该空气的状态点，然后查出空气的其他性质。非独立的参数如：非独立的参数如：tdH，pH，tdp，twI，tasI等，它们均等，它们均在同一等在同一等H线或等线或等I线上。线上。湿焓图的说明与应用湿焓图的说明与应用 通常依据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件是：0HA=1ttwI1230HA=1ttdI1230HA=1tI12（）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

21、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。例：例：已知湿空气的总压为已知湿空气的总压为101.3kN/m2,湿度为湿度为H=0.02kg水水/kg干空气，干球温度为干空气，干球温度为70oC。试用试用I-H图求解：图求解：(a)水蒸汽分压水蒸汽分压p；(b)相对湿度相对湿度；(c)热焓热焓；(d)露点露点td；(e)湿球温度湿球温度tw；解解由已知条件：由已知条件：101.3kN/m2，H=0.02kg水水/kg干空气，干空气，t=20oC，在在I-H图上定出湿空气的状态点点。图上定出湿空气的状态点点。pv=3kN/m2=10%I122kJ/kg干空气干空气td=

22、24oCtw=33oCtBtABAtBtABA=1HI1间壁式加热和冷却间壁式加热和冷却若空气的温度变更范围在露点以上，则空气中的含水量始终若空气的温度变更范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。三、湿空气的基本状态变更过程三、湿空气的基本状态变更过程2间壁式冷却减湿间壁式冷却减湿BA=1HIHAHB 利用上述方法，假如将凝合出来的水分设法除去，再将所得的饱和空气加热，则不会复原原来的状态，而空气的湿度小于原空气的湿度，即达到减湿的目的。上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，上

23、述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，接着冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝合出来，而且温度不断接着冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝合出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。降低，但空气始终在饱和状态。3不同状态空气的混合不同状态空气的混合若混合后的空气状态点落若混合后的空气状态点落入超饱和区，例如图中入超饱和区，例如图中3-4直线上的直线上的d点，则混合物将点，则混合物将分成气态的饱和空气和液态分成气态的饱和空气和液态的水两部分，前者的状态点的水两部分，前者的状态点为过为过d点的等温线与点的等温线与=1线的线的交点交点e。=1HII1InI2H1HnH21234detI设有状态不

24、同的空气设有状态不同的空气1和和2，对应的干空气的量为，对应的干空气的量为G1和和G2，对应的状态为（对应的状态为（H1，I1），（），（H2，I2）。）。两空气混合后，由物两空气混合后，由物料衡算和热量衡算，可求得料衡算和热量衡算，可求得4绝热冷却增湿过程绝热冷却增湿过程BA=1HItAtas绝热饱和过程的进行，其结绝热饱和过程的进行，其结果一方面表现为空气的冷却，果一方面表现为空气的冷却，另一方面表现为空气的增湿，另一方面表现为空气的增湿，故称为绝热冷却增湿过程。故称为绝热冷却增湿过程。空气和水干脆接触时，空气的状态变更可视为空气和液态空气和水干脆接触时，空气的状态变更可视为空气和液态水表

25、面边界层内的饱和空气不断混合的过程。水表面边界层内的饱和空气不断混合的过程。若空气（以若空气（以A点表示）与温度为点表示）与温度为tas的冷却水（其表面的饱和的冷却水（其表面的饱和空气以空气以B点表示）相接触，由于水温保持点表示）相接触，由于水温保持不变，不变，B B点的位置也点的位置也固定不变，则空气的不断混合过程就表现为空气状态从固定不变，则空气的不断混合过程就表现为空气状态从A点不点不断向断向B点移动。点移动。第三节第三节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 干燥过程的计算中应通过干燥器的物料衡算和热量衡算计算出湿物料中水分蒸发、空气用量和所需热量，再依此选择适宜型号

26、的鼓风机、设计或选择换热器等。一、物料含水量的表示方法一、物料含水量的表示方法 1湿基含水量湿基含水量w以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数。以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数。第三节第三节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 一、物料含水量的表示方法一、物料含水量的表示方法 不含水分的物料通常称为确定干物料或称干料。以确定干物不含水分的物料通常称为确定干物料或称干料。以确定干物料为基准的湿物料中含水量，称为干基含水量，亦即湿物料中水料为基准的湿物料中含水量，称为干基含水量，亦即湿物料中水分质量与确定干料的质量之比，单位为分质量与确定干料的

27、质量之比，单位为kg水分水分/kg绝干料。绝干料。两种含水量之间的换算关系为两种含水量之间的换算关系为注：工业上常接受湿基含水量。注：工业上常接受湿基含水量。2干基含水量干基含水量：新鲜空气新鲜空气L，H1干燥产品干燥产品G2，X2废气废气L，H2湿物料湿物料G1，X1L绝干空气的消耗量，绝干空气的消耗量，kg绝干气绝干气/s；H1，H2分别为湿空气进出干燥器时的湿度，分别为湿空气进出干燥器时的湿度，kg水气水气/kg绝干气；绝干气；X1，X2分别为物料进出干燥器时的干基含水量，分别为物料进出干燥器时的干基含水量，kg水气水气/kg绝干料；绝干料；G1，G2分别为物料进出干燥器时的流量，分别为

28、物料进出干燥器时的流量，kg湿物料湿物料/s；G绝干物料的流量，绝干物料的流量，kg绝干料绝干料/s。通过物料衡算可确定将湿物料干燥到规定的含水量所蒸以的水重量、空气消耗量、干燥产品的流量。二、物料衡算二、物料衡算1水分蒸发量水分蒸发量w 2干空气消耗量干空气消耗量 L对上图对上图所示的连续干燥器作水分的物料衡算，以所示的连续干燥器作水分的物料衡算，以1 1s为基准。为基准。令令l=L/W，称为比空气用量，其意义是从湿物料中气化称为比空气用量，其意义是从湿物料中气化1kg水分所需的干空气量。水分所需的干空气量。假如簇新空气进入干燥器前先通过预热器加热，由于加热前后空气的湿度不变，以H0表示进入

29、预热器时的空气湿度，则有上式说明：比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，上式说明：比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而与干燥过程所经验的途径无关。而与干燥过程所经验的途径无关。3干燥产品的流量干燥产品的流量G2式中式中w1、w2物料进出干燥器时的湿基含水量物料进出干燥器时的湿基含水量湿空气的消耗量为：湿空气的消耗量为：例：在一连续干燥器中，每小时处理湿物料例：在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后经干燥后物料的含水量有物料的含水量有10%降至降至2%（wb）。）。以热空气为干燥介质，以热空气为干燥介质，初始湿度初始湿度H1=0.008kg水水/kg绝干气，离开干燥器时

30、湿度为绝干气，离开干燥器时湿度为H2=0.05kg水水/kg绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：绝干气，假设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。水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。进入干燥器的绝干物料为进入干燥器的绝干物料为G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg绝干料绝干料/h解：（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）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即水分蒸发量为水分蒸发量为W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水水/h例例题题（2）空气消耗量）空气消耗量原湿空气的消

31、耗量为：原湿空气的消耗量为：L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气湿空气/h（3）干燥产品量）干燥产品量单位空气消耗量（比空气用量）为：单位空气消耗量（比空气用量）为：Qp预热器的传热速率，预热器的传热速率，kw；QD向干燥器中补充热量的速率，向干燥器中补充热量的速率，kw；QL干燥器的热损失速率，干燥器的热损失速率，kw LH0,t0,I0LH1,t1,I1QpQDG2,X2,2,I2LH2,t2,I2G1,X1,1,I1QL预热器预热器干燥器干燥器通过干燥器的热量衡算可以确定物料干燥所消耗的热量或通过干燥器的热量衡算可以确定物料干燥所消耗的热量或干燥器排出空气的

32、状态干燥器排出空气的状态(H2，t2，I2)。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2干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算3干燥系统消耗的总热量干燥系统消耗的总热量若忽视预热器的热损失，以若忽视预热器的热损失，以1s为基准，则有为基准，则有湿物料的焓湿物料的焓假设：假设：（1）簇新空气中水蒸气的焓等于离开干燥器时废空气中水蒸）簇新空气中水蒸气的焓等于离开干燥器时废空气中水蒸气的焓，即：气的焓，即：Iv0=Iv2。（2）进出干燥器的湿物料比热相等，即：）进出干燥器的湿物料比热相等，即：Cm1=Cm2=Cm。由于由于 由上式可以看出：向系统输入的热量用于：加热空气、加由上式可以看出

33、：向系统输入的热量用于：加热空气、加热物料、蒸发水分、热损失等四个方面。热物料、蒸发水分、热损失等四个方面。4干燥系统的热效率干燥系统的热效率蒸发水分所需的热量为：蒸发水分所需的热量为：定义定义：若忽视湿物料中水分代入系统中的焓，则有若忽视湿物料中水分代入系统中的焓，则有Qv=w(2490+1.88t2)-4.1871wu使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（留意吸湿性物料）使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（留意吸湿性物料）；u提高热空气进口温度（留意热敏性物料）；提高热空气进口温度（留意热敏性物料）；u废气回收，利用其预热冷空气或冷物料；废气回收，利用其预热冷空气或冷物料；u留意干燥设备

34、和管路的保温隔热，削减干燥系统的热损失。留意干燥设备和管路的保温隔热，削减干燥系统的热损失。提高热效率的措施提高热效率的措施例：某糖厂的回转干燥器的生产实力为例：某糖厂的回转干燥器的生产实力为4030kg/h（产品），湿（产品），湿糖含水量为糖含水量为1.27%，于，于310C进入干燥器，离开干燥器时的温度进入干燥器，离开干燥器时的温度为为360C，含水量为，含水量为0.18%，此时糖的比热为，此时糖的比热为1.26kJ/kg绝干料绝干料0C。干燥用空气的初始状况为：干球温度。干燥用空气的初始状况为：干球温度200C，湿球温度，湿球温度170C，预热至，预热至970C后进入干燥室。空气自干燥室

35、排出时，干后进入干燥室。空气自干燥室排出时，干球温度为球温度为400C，湿球温度为，湿球温度为320C，试求：，试求：（1）蒸发的水重）蒸发的水重量；（量；（2）簇新空气用量；（）簇新空气用量；（3）预热器蒸气用量，加热蒸气压）预热器蒸气用量，加热蒸气压为为200kPa（绝压）；（绝压）；（4）干燥器的热损失，）干燥器的热损失，QD=0；（；（5）热）热效率。效率。t0=200C tw0=170C t1=970CQpQD=0G2=4030kg/h w2=0.18%2=360C t2=400C tw2=320C 1=310C w1=1.27%QL预热器预热器干燥器干燥器例例题题解：解：进入干燥器

36、的绝干物料为进入干燥器的绝干物料为G=G2（1-w2）=4030（1-0.18%）=4022.7kg绝干料绝干料/h水分蒸发量为水分蒸发量为W=G（X1-X2）=4022.7（0.0129-0.0018）=44.6kg水水/h（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即即（2）簇新空气用量：首先计算绝干空气消耗量。）簇新空气用量：首先计算绝干空气消耗量。绝干空气消耗量为：绝干空气消耗量为：簇新空气消耗量为：簇新空气消耗量为：L=L（1+H0）=2877.4（1+0.011）=2909kg簇新空气簇新空气/h由图查得：当由图查得：当t

37、0=200C，tw0=170C时，时，H0=0.011kg水水/kg绝干料；绝干料；当当t2=400C，tw2=320C时，时，H2=0.0265kg水水/kg绝干料。绝干料。查查H-I图，得图，得（3）预热器中的蒸气用量）预热器中的蒸气用量查饱和蒸气压表得：查饱和蒸气压表得：200kPa（绝压）的饱和水蒸气的潜热为绝压）的饱和水蒸气的潜热为2204.6kJ/kg，Qp=L(I1-I0)=2877.4（127-48）=2.27105kJ/h故蒸气消耗量为：故蒸气消耗量为：2.27105/2204.6=103kg/hI0=48kJ/kg干空气；干空气；I1=127kJ/kg干空气；干空气；I2=

38、110kJ/kg干空气干空气（4）干燥器的热损失）干燥器的热损失（5）热效率）热效率若忽视湿物料中水分带入系统中的焓，则有若忽视湿物料中水分带入系统中的焓，则有aw含含水水量量水分活度：水蒸气分压水分活度：水蒸气分压pv与同温度下纯水的饱和蒸气压与同温度下纯水的饱和蒸气压ps之比。之比。物料的水分活度与其含水量和温度有关。确定温度下水分活物料的水分活度与其含水量和温度有关。确定温度下水分活度与含水量的关系曲线称为吸着等温线。度与含水量的关系曲线称为吸着等温线。水分活度不仅与物料的贮藏性有关，水分活度不仅与物料的贮藏性有关，而且确定了干燥进行的方向。而且确定了干燥进行的方向。aw时，解吸水分（干

39、燥）；时，解吸水分（干燥）；第四节第四节湿物料的性质及干燥机理湿物料的性质及干燥机理一、湿物料的水分活度一、湿物料的水分活度划分依据：物料所含水分能否用干燥方法除去。划分依据：物料所含水分能否用干燥方法除去。物料中的水分与确定温度物料中的水分与确定温度t、相对湿度、相对湿度的不饱和湿空气达到的不饱和湿空气达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件(t、)下物料的下物料的平衡水分。平衡水分。在干燥过程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的那一在干燥过程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的那一部分，称为部分，称为自由水分自由水分。l平衡水分随物料的种类及

40、空气的状态平衡水分随物料的种类及空气的状态(t，)不同而异。不同而异。l平衡水分代表物料在确定空气状况下可以干燥的限度。平衡水分代表物料在确定空气状况下可以干燥的限度。二、平衡水分二、平衡水分(equilibrium waterequilibrium water)和自由水分和自由水分(free waterfree water)划分依据：依据物料与水分结合力的状况划分依据：依据物料与水分结合力的状况1结合水分结合水分包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分、及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。分、及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。特

41、点：籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力特点：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。的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。三、结合水分三、结合水分三、结合水分三、结合水分(bound waterbound water)与非结合水分与非结合水分与非结合水分与非结合水分(unbound waterunbound water)2非结合水分非结合水分包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附

42、水分、较大孔隙中的水分等。面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。特点：物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温特点：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简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简洁。洁。l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；质，而与干燥介质的状态无关；l平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质状态变更时，平衡水分和自由水分的数值将随之变更。

43、状态变更时，平衡水分和自由水分的数值将随之变更。强调：强调：物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合物料的总水分、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。水分之间的关系见图示。总总水水分分自自由由水水分分平平衡衡水水分分非结合水分非结合水分结结合合水水分分x*x0 x1空气相对湿度空气相对湿度100%物物料料的的含含水水量量0在干燥过程中物料内外的温度不一样，温度梯度促使水分传在干燥过程中物料内外的温度不一样，温度梯度促使水分传递（称为热导湿），方向是从高温到低温。递（称为热导湿），方向是从高温到低温。1湿度梯度的形成湿度梯度的形成以上两种梯度导致的水分传递称为以上

44、两种梯度导致的水分传递称为内部扩散内部扩散。湿物料表面水分的汽化，遂形成物料内部与表面的湿度差，湿物料表面水分的汽化，遂形成物料内部与表面的湿度差，促使物料内部的水分向表面移动。促使物料内部的水分向表面移动。2温度梯度的形成温度梯度的形成四、四、干燥机理干燥机理 造成该分压的缘由是：造成该分压的缘由是：3外部的传质推动力：外部的传质推动力：水分由物料内部扩散到表面后，便在表面气化，可认为在表水分由物料内部扩散到表面后，便在表面气化，可认为在表面旁边存在一层气膜，在气膜内水蒸气分压等于物料中水分的面旁边存在一层气膜，在气膜内水蒸气分压等于物料中水分的蒸气压，水分在气相中的传质推动力为此蒸气压与气

45、相主体中蒸气压，水分在气相中的传质推动力为此蒸气压与气相主体中水蒸气分压之差。水蒸气分压之差。u对对流干燥，由于介质的不断流淌，带走气化的水分；对对流干燥，由于介质的不断流淌，带走气化的水分；u对真空干燥而言，则是气化的水分被真空泵抽走。对真空干燥而言，则是气化的水分被真空泵抽走。水分的内部扩散和表面汽化是同时进行的，但在干燥过程的不同阶段其速率不同，从而限制干燥速率的机理也不相同。缘由在于受到物料的结构、性质、湿度等条件和干燥介质的影响。强化措施（对对流干燥而言）强化措施（对对流干燥而言）：提高空气的温度，降低相对：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淌状况，均有助于提高干

46、燥湿度，改善空气与物料的接触和流淌状况，均有助于提高干燥速率。速率。在干燥过程中，当物料中水分表面汽化的速率小于内部扩散在干燥过程中，当物料中水分表面汽化的速率小于内部扩散的速率时，称为表面汽化限制；的速率时，称为表面汽化限制；当物料中水分表面汽化的速率大于内部扩散的速率，称为内当物料中水分表面汽化的速率大于内部扩散的速率，称为内部扩散限制。部扩散限制。强化措施：从改善内部扩散着手，如：削减物料厚度、使物料强化措施：从改善内部扩散着手，如：削减物料厚度、使物料积累疏松、搅拌或翻动物料、接受微波干燥等。积累疏松、搅拌或翻动物料、接受微波干燥等。干燥速率：单位时间内在单位干燥面积上汽化的水重量干燥

47、速率：单位时间内在单位干燥面积上汽化的水重量W。恒定干燥条件：干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接恒定干燥条件：干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，在整个干燥过程中均保持恒定。触方式，在整个干燥过程中均保持恒定。u=dw/Ad式中式中u干燥速率干燥速率,kg/m2h；W汽化水重量汽化水重量,kgA干燥面积干燥面积,m2；干燥所需时间干燥所需时间,h第五节第五节干燥速率和干燥时间干燥速率和干燥时间一、恒定干燥条件下的干燥速率一、恒定干燥条件下的干燥速率dW=-GdXu=dW/Ad=-GdX/Ad式中式中湿物料中确定干料的量湿物料中确定干料的量,kg；X湿物料中干基的含水量湿物料中干基

48、的含水量,kg水水/kg干物料；干物料；负号表示物料含水随着干燥时间负号表示物料含水随着干燥时间的增加而削减。的增加而削减。u=dw/Ad 影响干燥速率的因素影响干燥速率的因素（对对流干燥而言）（对对流干燥而言）湿物料的性质与形态：包括物理结构、化学组成、形态大小、湿物料的性质与形态：包括物理结构、化学组成、形态大小、料层厚薄及水分结合方式。料层厚薄及水分结合方式。物料的湿度：物料的水分活度与湿度有关，因而影响干燥速物料的湿度：物料的水分活度与湿度有关，因而影响干燥速率。率。物料的温度：温度与水分的蒸气压和扩散系数有关。物料的温度：温度与水分的蒸气压和扩散系数有关。干燥介质的状态：温度越高，相

49、对湿度越低，干燥速率越大。干燥介质的状态：温度越高，相对湿度越低，干燥速率越大。干燥介质的流速：由边界层理论可知，流速越大，气膜越薄，干燥介质的流速：由边界层理论可知，流速越大，气膜越薄，干燥速率越大。干燥速率越大。介质与物料的接触状况：主要是指介质的流淌方向。流淌方介质与物料的接触状况：主要是指介质的流淌方向。流淌方向垂直于物料表面时，干燥速率最快。向垂直于物料表面时，干燥速率最快。影响干燥速影响干燥速率的因素率的因素（对对流干（对对流干燥而言）燥而言）ABCDEX表表面面温温度度干燥时间干燥时间ABCDEABCDEXU1干燥曲线：干燥过程中物料含水量干燥曲线：干燥过程中物料含水量X与干燥时

50、间与干燥时间t、物料表面物料表面温度温度的关系曲线。的关系曲线。2干燥速率曲线：物料干燥速率干燥速率曲线：物料干燥速率u与物料含水量与物料含水量X的关系曲线。的关系曲线。二、干燥曲线与干燥速率曲线二、干燥曲线与干燥速率曲线干燥过程分为干燥过程分为恒速干燥恒速干燥和和降速干燥降速干燥两个阶段。两个阶段。3恒速干燥阶段：恒速干燥阶段：如如BC段所示（段所示（AB段为物料预热段，此段所需时间很短，段为物料预热段，此段所需时间很短，一般并入一般并入BC段考虑）。段考虑）。l除去的水分是非结合水；除去的水分是非结合水；l属于表面汽化限制阶段；属于表面汽化限制阶段；l物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度