电子课件化学原理第9章 干燥.pptx

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2、章 干燥第一节 概述一、固体物料去湿方法二、湿物料的干燥方法三、对流干燥过程的传热与传质一、固体物料去湿方法去湿去湿:湿分从物料中去除的过程。湿分从物料中去除的过程。去湿的方法去湿的方法:机械去湿机械去湿去湿目的去湿目的:1）工艺要求；）工艺要求；2）贮存；）贮存；3）运输。）运输。物理去湿物理去湿加热去湿（干燥）加热去湿（干燥）干燥单元操作利用热能使湿物料的湿份汽化，水汽或湿份蒸汽经气流带走，从而获得固体产品的操作。二、湿物料的干燥方法（1）热传导干燥法（2）对流传热干燥法（3）红外线辐射干燥法（4）微波加热干燥法（5）冷冻干燥法干燥过程的分类：常压干燥常压干燥真空干燥真空干燥按操作压力分按

3、操作压力分连续式连续式间歇式间歇式按操作方式分按操作方式分传导干燥（间接加热干燥）传导干燥（间接加热干燥）对流干燥（直接加热干燥）对流干燥（直接加热干燥）辐射干燥辐射干燥介电加热干燥介电加热干燥按传热方式分按传热方式分三、对流干燥过程的传热与传质1.传热、传质同时，但方向相反；2.介质是热载体，又是湿载体。干燥过程进行必要条件：1.物料表面水汽压力大于干燥介质中水汽分压；2.干燥介质要将汽化的水分及时带走。HTQWTippiM第二节湿空气的性质（一）湿空气中湿含量的表示方法1.湿度（湿含量）H 定义：1kg干空气所携带的水汽质量。H =Kg水汽Kg干空气=nwMwng Mg=18.02nw28

4、.95ng思考：取1kg干空气作为湿度定义基准又何好处？单位：kg水汽/kg干气（1）若湿空气总压为P，水汽分压为pV，则干空气分压为P-pV(9-1)pV=ps时时，H=Hs(9-2)饱和饱和湿度湿度（2）（一）湿空气中湿含量的表示方法2.相对湿度 定义：一定T、P，pV与同温度下pS之比的百分数。饱和空气，pV=ps，=1，不可作为干燥介质；不饱和空气，pV ps，1，可作为干燥介质。(9-3)表示空气的吸湿能力。推动力：H与的关系：（一）湿空气中湿含量的表示方法H与的关系：H 表示空气中水汽含量的绝对值反映湿空气水气含量的相对大小，不饱和程度，吸收水汽的能力，能力。推动力H不能表示吸湿能

5、力的大小。(9-4)（二）湿空气的比体积、比热容和焓1.湿空气的比体积VHm3湿空气/kg干气定义：1kg绝干空气为基准，湿空气的总体积。1kg干空气干空气H kg水汽湿空气湿空气体积为：Vg体积为：VWH(9-5)(9-6)1kg干空气干空气H kg水汽湿空气湿空气体积为：Vg体积为：VWH物质的量为：1/29标准状态下的体积为：22.4*1/29标准大气压，温度为T：Vg的推导：的推导：物质的量为：1/18标准状态下的体积为：22.4*1/18标准大气压，温度为T：VW的推导：的推导：(9-7)饱和比体积饱和比体积2.湿空气的比热容cH定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水汽升

6、高温度1K所需的热量。kJ/kg干气K(9-8)3.湿空气的焓IH kJ/kg干气定义：湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。(9-10)T,H I(9-8)cH（三）湿空气的温度1.干球温度 TT：是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。（三）湿空气的温度2.露点 Td定义：一定压力,不饱和空气等湿降温至饱和的温度。pS：Td下的饱和蒸汽压。TdT等湿降温pSTd 3.湿球温度 Tw Tw:湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。气流TTw水汽蒸发，要吸热水温低于环境温度，空气传热进来从空气向湿球表面的对流传热速率湿球表面向空气主体的对流传质速率湿球温度计工作原理QN对流传热KH气体T,H

7、气膜对流传质液滴表面Tw,Hw(9-11)水分汽化所需热量、kHu0.8，与kH之比与物性有关。讨论：1）物系一定，Tw=f(t,H)空气水系统，u 5m/s：2）饱和空气：Tw=T；3）不饱和空气：Tw T。测定Tw的意义：1）测定H；2）确定物料表面的温度。4.绝热饱和温度tas 定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。空气变化过程：1）T；2)H；3）I不变。T,H,ITas,Has,Ias(9-12)Tw 与与Tas 的关系：的关系：Tw ：大量空气与少量水接触，空气大量空气与少量水接触，空气T、H的不变；的不变；Tas ：大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。：大量水与一定量空气接触，空

8、气降温、增湿。Tw 与与 Tas 数值上的差异取决于数值上的差异取决于/kH 与与cH两者之间的差别。两者之间的差别。，空气空气水体系：水体系：空气甲苯体系：，Tw Tas 当空气为不饱和状态：T Tw(Tas)Td；当空气为饱和状态：T=Tw(Tas)=Td。（kg/kg干气）（1）（kg/kg干气）说明TW在324325K之间，继续试差法计算，得TW=324.7K水蒸汽分压水蒸汽分压-湿度线湿度线湿比热容湿比热容-湿度线湿度线绝热冷却线绝热冷却线320K325K330K100%40%相对湿度线相对湿度线10%比体积线比体积线H=0.00饱和比饱和比体积线体积线H=0.10(9-4)(9-6

9、)(9-8)(9-7)湿空气T-H图T=343K123H=0.087*AHTd=323.3KBC456789DcH=1.174*pv=125kPa水蒸汽分压水蒸汽分压-湿度线湿度线湿比热容湿比热容-湿度线湿度线绝热冷却线绝热冷却线320K325K330K100%40%相对湿度线相对湿度线10%比体积线比体积线H=0.00饱和比饱和比体积线体积线H=0.10等湿过程T=343K12A1011IH=300*ETW=324.8K12水蒸汽分压水蒸汽分压-湿度线湿度线湿比热容湿比热容-湿度线湿度线绝热冷却线绝热冷却线320K325K330K100%40%相对湿度线相对湿度线10%比体积线比体积线H=0

10、.00饱和比饱和比体积线体积线H=0.10等焓过程T=343K123H=0.087*AHG1314VHS=1.400*15F16VH=1.110*水蒸汽分压水蒸汽分压-湿度线湿度线湿比热容湿比热容-湿度线湿度线绝热冷却线绝热冷却线320K325K330K100%40%相对湿度线相对湿度线10%比体积线比体积线H=0.00饱和比饱和比体积线体积线H=0.10T=343K123H=0.087*AHTd=323.3KBC456789DcH=1.174*pv=125kPaG1011IH=300*1314ETW=324.8K12VHS=1.400*15F16VH=1.110*水蒸汽分压水蒸汽分压-湿度线

11、湿度线湿比热容湿比热容-湿度线湿度线绝热冷却线绝热冷却线320K325K330K100%40%相对湿度线相对湿度线10%比体积线比体积线H=0.00饱和比饱和比体积线体积线H=0.10T=343K1ATd=323.3KBETW=324.8K水蒸汽分压水蒸汽分压-湿度线湿度线湿比热容湿比热容-湿度线湿度线绝热冷却线绝热冷却线320K325K330K100%40%相对湿度线相对湿度线10%比体积线比体积线H=0.00饱和比饱和比体积线体积线当空气为不饱和状态：T Tw(Tas)Td；当空气为饱和状态：T=Tw(Tas)=Td。等湿过程绝热过程本教材的本教材的 T-H图，具有求算全面图，具有求算全面

12、,数值准确数值准确,节省时间等优点。节省时间等优点。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、干燥过程的物料衡算一、干燥过程的物料衡算二、干燥过程的热量衡算二、干燥过程的热量衡算三、干燥器的热效率与干燥效率三、干燥器的热效率与干燥效率 一、干燥过程的物料衡算（一）物料中含水量表示方法（一）物料中含水量表示方法（1）湿基含水量）湿基含水量 w kg水水/kg湿物料湿物料（2）干基含水量干基含水量 X kg水水/kg干物料干物料（3）两者关系）两者关系水份质量绝干料质量(9-13)(9-14)（3）两者关系的其它推导方法）两者关系的其它推导方法(9-13)(9-14

13、)（二）物料衡算（1）干燥产品流量）干燥产品流量G2（2）水分蒸发量）水分蒸发量 W湿物料湿物料G1,w1干燥产品干燥产品G2,w2湿废气体湿废气体L,(H2,2,T2)热气体热气体L,(H1,1,T1)(9-15)(9-16)干燥器的物料衡算方程（3）空气消耗量）空气消耗量水份蒸发的质量流量：单位质量流量水份蒸发的空气消耗量：湿空气的体积流量：(9-17)(9-18)(9-19)可以选定风机型号和计算干燥器的直径。【例 9-3】用干燥器对某盐类结晶进行干燥，一昼夜将10吨湿物料，由最初湿含量10%干燥到最终湿含量1%（以上均为湿基），经预热器后的空气的温度为373K，相对湿度为5%，空气离开

14、干燥器时的温度为338K，相对湿度为25%，且已知进预热器前空气温度为293K。当338K 时，水的饱和蒸气压为24.99 kPa。试求：（1）产品的质量流率kgh-1，（2）如干燥器的截面为圆形，假设热空气在干燥器的线速度为0.4ms-1，干燥器的直径。解：（1）、根据干燥前后的）、根据干燥前后的绝干物料相等可列：绝干物料相等可列：=378.8 kgh-1干燥器预热器G1,w1G2,w2T1,1(H1)T0,H0T2,2(H2)干燥器预热器G1,w1G2,w2T1,1(H1)T0,H0T2,2(H2)(2).求DV9-19H1LT1,19-16H1,H2X1,X2Gc w1,w29-14T2

15、,29-4=0.0327kg/kg-1干气=0.0409kg/kg-1干气=375 kgh-1=4614 kg干气h-1=1.425 m3s-1=2.13 m使用T-H图查本例题中的空气湿度(1)T1=373K(2)H1=0.033*(4)=25%(7)p=4.4*干燥器预热器G1,w1G2,w2T1,1(H1)T0,H0T2,2(H2)(3)T2=338K(5)H2=0.041*电子课件化学原理第9章 干燥二、干燥过程的热量衡算湿物料湿物料G1,X1,1干燥产品干燥产品G2,X2,2热气体热气体L,H1,T1湿废气体湿废气体 L,H2,T2湿气体湿气体L,H0,T0q0预热器预热器干干燥燥器

16、器W待干燥去的水份待干燥去的水份q2待待成成为为产产品品的物料的物料q3Q3q1q6H1,T2q4q5:已成为蒸汽并去除的干燥水份已成为蒸汽并去除的干燥水份空气在干燥器空气在干燥器中放出的热量中放出的热量水分蒸发水分蒸发所需热量所需热量产品升温产品升温所需热量所需热量热损失热损失二、干燥过程的热量衡算(9-17)空气在干燥器空气在干燥器中放出的热量中放出的热量水分蒸发水分蒸发所需热量所需热量产品升温产品升温所需热量所需热量热损失热损失(9-21)(9-20)例9-4有一逆流操作的转筒干燥器，如图所示，筒径有一逆流操作的转筒干燥器，如图所示，筒径1.2m，筒长，筒长7m，用，用于干燥湿基含水量于

17、干燥湿基含水量3%的某晶体，干燥产品的湿基含水量为的某晶体，干燥产品的湿基含水量为0.2%,干燥器的生产能力干燥器的生产能力1080kg h-1产品，冷空气为产品，冷空气为T0=293K及及0=60%,流经预热器（器内加热水蒸气的饱和温度为流经预热器（器内加热水蒸气的饱和温度为383K）加热至）加热至363K，进入干燥器，而空气离开之温度为进入干燥器，而空气离开之温度为328K，晶体物料在干燥器中温，晶体物料在干燥器中温度由度由293K升至升至333K而排出，绝干料的比热容为而排出，绝干料的比热容为1.26 kJ kg-1 K-1。试求：（试求：（1）蒸发水分量；（）蒸发水分量；（2）空气消耗

18、量及出口空气湿度）空气消耗量及出口空气湿度H2；（3）预热器中加热水蒸气消耗量（若热损失为）预热器中加热水蒸气消耗量（若热损失为10%）。）。(1).求WX1,X2Gc w1,w29-14解：(2).由式由式9-20可求可求L;由由T0=293K及及0=60%查图得查图得H0H1=H0T1=363K，T2=328K4.187 kJ kg-1 K-1T2=328K0.0087 kg s-1293K333K忽略干忽略干燥器的燥器的热损失热损失由式由式9-17可求可求H2;(3).空气由预热器获得的热量空气由预热器获得的热量:预热器供给的热量查表得383K时饱和蒸气潜热为水蒸气消耗量三、干燥器的热效

19、率与干燥效率干燥器内的热效率h干燥器内的干燥效率d干燥效率空气在预热器中所获得的热量空气在预热器中所获得的热量空气在干燥器中放出的热量空气在干燥器中放出的热量空气在干燥器中放出的热量空气在干燥器中放出的热量水分蒸发所需热量水分蒸发所需热量空气在预热器中所获得的热量空气在预热器中所获得的热量水分蒸发所需热量水分蒸发所需热量(9-21a)(9-21b)(9-21c)第四节第四节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间一、物料所含湿分的性质一、物料所含湿分的性质二、干燥速率与速率曲线二、干燥速率与速率曲线三、恒速干燥计算三、恒速干燥计算四、干燥时间四、干燥时间一、物料所含湿分的性质干燥过程，就是物料的

20、湿份由物料内部迁至外部，再由外部汽化进入空气主体的过程。湿份（dW）迁移的速度，即干燥速率，取决于：湿空气的性质和物料所含湿份的性质。一、物料所含湿分的性质(一一)自由水分与平衡水分自由水分与平衡水分自由水分（自由水分（XX*）:可用干燥方法除去的水分。可用干燥方法除去的水分。平衡水分（平衡水分（X*）：不能用干燥方法除去的水分。）：不能用干燥方法除去的水分。自由水分等于总水分减去平衡水分自由水分等于总水分减去平衡水分 一、物料所含湿分的性质(一一)自由水分与平衡水分自由水分与平衡水分自由水分（自由水分（XX*）:可用干燥方法除去的水分。可用干燥方法除去的水分。平衡水分（平衡水分（X*）：不能

21、用干燥方法除去的水分。）：不能用干燥方法除去的水分。=60%X*=0.12X*=0.075=40%平衡水分平衡水分平衡水分平衡水分一、物料所含湿分的性质(三三)结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分结合水分结合水分:水与物料有结合力，水与物料有结合力，p1 ps。非结合水分非结合水分:水与物料无结合力，水与物料无结合力，p1 ps。=100%结合水分结合水分例9-5图 9-14为某物料在 298 K时的平衡曲线。设物料的含水量为 0.30kg水kg-1绝干，若与 70%的空气接触，试划分该物料平衡水分与自由水分，结合水分与非结合水分。若与若与 50%的空的空气接触？气接触？若与若与 30%的

22、空的空气接触？气接触？结合水分结合水分非非结合水分结合水分总总水分水分=100%=70%平衡水分平衡水分自由自由水分水分=50%平衡水分平衡水分自由自由水分水分=30%平衡水分平衡水分自由自由水分水分注意：注意：1）结合水分与非结合水分只与物料的性质有）结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，而与空气的状态无关，这是与平衡水分关，而与空气的状态无关，这是与平衡水分的主要区别。的主要区别。2）平衡水分是指定空气，干燥的极限，与空）平衡水分是指定空气，干燥的极限，与空气和物料有关，且一定是结合水分。气和物料有关，且一定是结合水分。3）X低，低，高，可能吸湿。高，可能吸湿。二、干燥速率与速率曲线二、干燥速率与速率曲线干燥速率干燥速率:单位时间、单位干燥面积汽化水分量。单位时间、单位干燥面积汽化水分量。kg水水/m2s(9-22)二、干燥速率与速率曲线 AB段：预热段段：预热段C点：临界点点：临界点 X0：临界含水量：临界含水量E点：平衡点点：平衡点 X*：平衡水分：平衡水分三、恒速干燥速率计算空气对湿物料的传热速率为：湿物料汽化传热速率为：湿物料汽化传质速率为：(9-23)(9-24)四、干燥时间(9-29)(1).恒速阶段：(9-30)(2).降速阶段：图解法积分(9-31)总干燥时间：总干燥时间：