干燥第九章PPT讲稿.ppt

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1、干燥第九章第1页，共86页，编辑于2022年，星期六一、去湿及其方法一、去湿及其方法二、干燥方法二、干燥方法 三、对流干燥的传热传质过程三、对流干燥的传热传质过程 第一节第一节 概述概述第2页，共86页，编辑于2022年，星期六一、去湿及其方法1、何为去湿？、何为去湿？从物料中脱除湿分湿分的过程称为去湿。去湿。湿分：湿分：不一定是水分！2、去湿方法、去湿方法机械去湿法机械去湿法：挤压（拧衣服、过滤）物理法物理法：浓硫酸吸收,分子筛吸附,膜法脱湿化学法化学法：利用化学反应脱除湿分（CaO）干燥法：干燥法：加热第3页，共86页，编辑于2022年，星期六二、干燥方法二、干燥方法 1、传导干燥、传导干

2、燥 热能通过传热壁面以传导的方式传给湿物料 被干燥的物料与加热介质不直接接触，属间接干燥 优点：优点：热能利用较多 缺点：缺点：与传热壁面接触的物料易局部过热而变质，受热不均匀。2、辐射干燥、辐射干燥 热能以电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，被物第4页，共86页，编辑于2022年，星期六料吸收转化为热能，而将水分加热汽化。优点：生产能力强，干燥产物均匀 缺点：能耗大3、介电加热干燥、介电加热干燥 将需干燥的物料置于交频电场内，利用高频电场的交变作用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。优点：干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。缺点：费用大。第5页，共86页，编辑于2022年，星期六4、对流干燥、

3、对流干燥 热能以对流给热的方式由热干燥介质（通常热空气）传给湿物料，使物料中的水分汽化。物料内部的水分以气态或液态形式扩散至物料表面，然后汽化的蒸汽从表面扩散至干燥介质主体，再由介质带走的干燥过程称为对流干燥。优点：受热均匀，所得产品的含水量均匀。缺点：热利用率低。第6页，共86页，编辑于2022年，星期六三、对流干燥的传热传质过程三、对流干燥的传热传质过程对流干燥中，传热和传质同时发生传热和传质同时发生1、传热过程、传热过程 干燥介质 Q湿物料表面 Q湿物料内部2、传质过程、传质过程 湿物料内部湿分湿物料表面 湿分干燥介质 第7页，共86页，编辑于2022年，星期六物物 料料QNTtwpwp

4、干燥介质：载热体、载湿体载热体、载湿体干燥过程：物料的去湿过程 介质的降温增湿过程第8页，共86页，编辑于2022年，星期六典型的对流干燥流程：典型的对流干燥流程：风机预热器干燥器空气蒸气湿物料干燥产品 对流干燥流程示意图第9页，共86页，编辑于2022年，星期六一、一、湿空气的性质湿空气的性质二、二、湿度图及其应用湿度图及其应用 第二节第二节 湿空气湿空气的性质和湿度图的性质和湿度图 第10页，共86页，编辑于2022年，星期六一、湿空气的性质一、湿空气的性质1、湿度、湿度H（humidity）湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比，又称湿含量。对于水蒸气空气系统：第11页，共86页，编辑于

5、2022年，星期六当湿空气中水汽分压pw等于该空气温度下的饱和蒸汽压ps时，其湿度称为饱和湿度，用Hs表示。第12页，共86页，编辑于2022年，星期六2、相对湿度百分数、相对湿度百分数（relative humidity）在总压P一定的条件下，湿空气中水蒸气分压pw与同温度下的饱和蒸汽压ps之比。相对湿度代表湿空气的不饱和程度，愈低，表明该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。=1，湿空气达到饱和，不能作为干燥介质。第13页，共86页，编辑于2022年，星期六将 代入 在总压一定时 3、比容、比容 在湿空气中，1kg绝干空气体积和相应水汽体积之和，又称湿容积。第14页，共86页，编辑于2022

6、年，星期六4、比热、比热 常压下，将湿空气1Kg绝干空气及相应水汽的温度升高（或降低）1所需要（或放出）的热量，称为湿比热。第15页，共86页，编辑于2022年，星期六5、湿空气的焓、湿空气的焓 湿空气中1 kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。第16页，共86页，编辑于2022年，星期六6、干球温度、干球温度t和湿球温度和湿球温度 1）干球温度）干球温度 用普通温度计测得的湿空气的真实温度 2）湿球温度）湿球温度 湿球温度计在温度为t，湿度为H的不饱和空气流中，达到平衡或稳定时所显示的温度。第17页，共86页，编辑于2022年，星期六t大量的湿空气t,Htw水第18页，共86页，编辑于2022

7、年，星期六t大量的湿空气t,H水表面水的分压高N,kH水向空气主体传递Q,蒸发时需要吸热tw自身降温第19页，共86页，编辑于2022年，星期六对于空气水蒸气系统而言 当 时，在一定的总压下，已知t、tw能否确定H?第20页，共86页，编辑于2022年，星期六7、绝热饱和冷却温度、绝热饱和冷却温度 水分向空气中汽化 空气降温增湿饱和绝热焓不变第21页，共86页，编辑于2022年，星期六对绝热饱和器作焓衡算，即可求出绝热饱和温度 一般H及Has值均很小 第22页，共86页，编辑于2022年，星期六 是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。对于空气水系统，注意：绝热饱和温度于湿球温度的

8、区别和联系！注意：绝热饱和温度于湿球温度的区别和联系！第23页，共86页，编辑于2022年，星期六8、露点、露点 将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度 相应的湿度称为饱和湿度 第24页，共86页，编辑于2022年，星期六 对于水蒸汽空气系统，干球温度、绝热饱和温度和露点间的关系为：不饱和空气：饱和空气：饱和空气：第25页，共86页，编辑于2022年，星期六二、湿度图及其应用二、湿度图及其应用 1、H-I图图 P坐标轴五条线 -等湿线等焓线等干球温度线等相对湿度线水蒸汽分压线第26页，共86页，编辑于2022年，星期六2、湿度图的应用、湿度图的应用1）由测出的参数确定湿空气的状态）由测出的参数

9、确定湿空气的状态 a）水与空气系统，已知空气的干球温度t和湿球温度tw，确定该空气的状态点A(t,H)。b）水与空气系统中，已知t和td，求原始状态点A(t,H)。c）水与空气系统中，已知t和，求原始状态点A的位置2）已已知知湿湿空空气气某某两两个个可可确确定定状状态态的的独独立立变变量量，求求该该湿湿空空气气的的其其他他参参数和性质数和性质 第27页，共86页，编辑于2022年，星期六AtdA第28页，共86页，编辑于2022年，星期六A第29页，共86页，编辑于2022年，星期六 例：例：已知湿空气的干球温度t=30，相对湿度=0.6，求湿空气的湿度H，露点td、tas。t=30AH=0.

10、016kg/kg干气Dtd=21等焓线Ctas=23第30页，共86页，编辑于2022年，星期六一、湿物料中含水量的表示一、湿物料中含水量的表示 方法方法二、干燥系统的物料衡算二、干燥系统的物料衡算 三、干燥系统的热量衡算三、干燥系统的热量衡算 四、空气通过干燥器时的状态变化空气通过干燥器时的状态变化 第三节第三节 干燥过程的物料与热量衡算干燥过程的物料与热量衡算 第31页，共86页，编辑于2022年，星期六一、湿物料中含水量的表示方法一、湿物料中含水量的表示方法1、湿基含水量、湿基含水量W 2、干基含水量、干基含水量X3、换算关系、换算关系 第32页，共86页，编辑于2022年，星期六二、干

11、燥系统的物料衡算二、干燥系统的物料衡算 1、水分蒸发量、水分蒸发量 以s为基准，对水分作物料衡算 第33页，共86页，编辑于2022年，星期六2、空气消耗量、空气消耗量L 每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量l 第34页，共86页，编辑于2022年，星期六3、干燥产品流量、干燥产品流量G2 对干燥器作绝干物料的衡算 第35页，共86页，编辑于2022年，星期六三、干燥系统的热量衡算三、干燥系统的热量衡算 1、热量衡算的基本方程、热量衡算的基本方程 忽略预热器的热损失，以1s为基准，对预热器列焓衡算 第36页，共86页，编辑于2022年，星期六单位时间内预热器消耗的热量为：对干燥器列焓衡算，以

12、1s为基准 单位时间内向干燥器补充的热量为 单位时间内干燥系统消耗的总热量为 连续干燥系统热量衡算的基本方程式 第37页，共86页，编辑于2022年，星期六假设：新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废气中水汽的焓 湿物料进出干燥器时的比热取平均值 湿空气进出干燥器时的焓分别为：第38页，共86页，编辑于2022年，星期六湿物料进出干燥器的焓分别为 第39页，共86页，编辑于2022年，星期六可见：向干燥系统输入的热量用于：加热空气；加热物料；蒸发水分；热损失 第40页，共86页，编辑于2022年，星期六2、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 忽略物料中水分带入的焓 第41页

13、，共86页，编辑于2022年，星期六四、空气通过干燥器时的状态变化四、空气通过干燥器时的状态变化 1、等焓干燥过程、等焓干燥过程(理想干燥过程理想干燥过程)规定：不向干燥器中补充热量QD=0；忽略干燥器向周围散失的热量QL=0；物料进出干燥器的焓相等 第42页，共86页，编辑于2022年，星期六将上述条件代入H0t0AIHt1Bt2C第43页，共86页，编辑于2022年，星期六2、非等焓干燥过程、非等焓干燥过程 1）操作线在过）操作线在过B点等焓线下方点等焓线下方条件：不向干燥器补充热量QD=0；不能忽略干燥器向周围散失的热量 QL0；物料进出干燥器时的焓不相等 第44页，共86页，编辑于20

14、22年，星期六IHt1Bt2CC1C2C3第45页，共86页，编辑于2022年，星期六2）操作线在过点）操作线在过点B的等焓线上方的等焓线上方 向干燥器补充的热量大于损失的热量和加热物料消耗的热量之总和 3）操作线为过）操作线为过B点的等温线点的等温线 向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥过程在等温下进行 第46页，共86页，编辑于2022年，星期六 例：例：某种湿物料在常压气流干燥器中进行干燥，湿物料的流量为1kg/s，初始湿基含水量为3.5%，干燥产品的湿基含水量为0.5%。空气状况为：初始温度为25，湿度为0.005kg/kg干空气，经预热后进干燥器的温度为140，若离开干燥器的温度选定为

15、60和40，试分别计算需要的空气消耗量及预热器的传热速率。又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了10，试分析以上两种情况下物料是否返潮？假设干燥器为理想干燥器。第47页，共86页，编辑于2022年，星期六解：解：因在干燥器内经历等焓过程，第48页，共86页，编辑于2022年，星期六绝干物料量：绝干空气量 第49页，共86页，编辑于2022年，星期六预热器的传热速率 第50页，共86页，编辑于2022年，星期六分析物料的返潮情况 当t2=60时，干燥器出口空气中水汽分压为 t=50时，饱和蒸汽压ps=12.34kPa，即此时空气温度尚未达到气体的露点，不会返潮。当t2=40时，干燥器出口空气中水

16、汽分压为 第51页，共86页，编辑于2022年，星期六t=30时，饱和蒸汽压ps=4.25kPa，物料可能返潮。第52页，共86页，编辑于2022年，星期六一、物料中所含水分的性质一、物料中所含水分的性质 二、干燥曲线和干燥速率曲线二、干燥曲线和干燥速率曲线 三、干燥时间的计算三、干燥时间的计算 第四节第四节 干燥速度和干燥时间干燥速度和干燥时间 第53页，共86页，编辑于2022年，星期六一、物料中所含水分的性质一、物料中所含水分的性质 1、平衡水分与自由水分、平衡水分与自由水分1）平衡水分）平衡水分 用某种空气无法再去除的水分。与物料的种类、温度及空气的相对湿度有关 物料中的平衡水分随温度

17、升高而减小 随湿度的增加而增加。2）自由水分）自由水分 在干燥过程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分。第54页，共86页，编辑于2022年，星期六第55页，共86页，编辑于2022年，星期六2、结合水分和非结合水分、结合水分和非结合水分结合水分：结合水分：与物料之间有物理化学作用，因而产生的蒸汽压 低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。包括溶涨水分和小毛细管中的水分。难于除去 非结合水分非结合水分：机械地附着在物料表面，产生的蒸汽压与纯 水无异。包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。容易除去。平衡水分一定是结合水分；平衡水分一定是结合水分；自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。自由水分包括

18、了全部非结合水分和一部分结合水分。第56页，共86页，编辑于2022年，星期六第57页，共86页，编辑于2022年，星期六二、干燥曲线和干燥速率曲线二、干燥曲线和干燥速率曲线 1、干燥实验和干燥曲线、干燥实验和干燥曲线 干燥曲线：恒定干燥条件下，物料的含水率X与时间的关系 2、干燥速率曲线、干燥速率曲线1）干燥速率曲线）干燥速率曲线 干燥速率：单位时间内，单位干燥面积上汽化的水分量 第58页，共86页，编辑于2022年，星期六第59页，共86页，编辑于2022年，星期六 ABC段表示干燥第一阶段，BC段为恒速干燥阶段，AB段为物料的预热阶段，但此段所需的时间很短，一般并入BC段内考虑。CDE段

19、为第二阶段，在此阶段内干燥速率随物料含水量的减小而降低，称为降速干燥阶段。两个干燥阶段之间的交点称为临界点。与该点对应的物料含水量称为临界含水XC。第60页，共86页，编辑于2022年，星期六第61页，共86页，编辑于2022年，星期六2）干燥机理）干燥机理a）恒速干燥阶段 干燥速度由水的表面汽化速度所控制b）降速干燥阶段 过程速度由水分从物料内部移动到表面的速度所控制。c）临界含水量 临界水分随物料本身性质、厚度和干燥速率的不同而异，通常临界水分随恒速阶段的干燥速度和物料厚度的增加而增大。第62页，共86页，编辑于2022年，星期六三、干燥时间的计算三、干燥时间的计算1、恒定干燥条件下干燥时

20、间的计算、恒定干燥条件下干燥时间的计算1）利用干燥速度曲线进行计算）利用干燥速度曲线进行计算 分离变量积分 第63页，共86页，编辑于2022年，星期六2）用对流传热系数或传质系数进行计算）用对流传热系数或传质系数进行计算 水分由表面汽化的速率 第64页，共86页，编辑于2022年，星期六汽化所需热量 3）影响恒速干燥的因素）影响恒速干燥的因素 空气流速的影响 空气湿度的影响空气温度的影响 第65页，共86页，编辑于2022年，星期六2、降速干燥时间的计算、降速干燥时间的计算 不论干燥曲线如何，都可用图解积分法 当干燥曲线为直线或近似直线时 第66页，共86页，编辑于2022年，星期六第67页

21、，共86页，编辑于2022年，星期六3、干燥总时间、干燥总时间 第68页，共86页，编辑于2022年，星期六第五节 干燥设备为满足生产需要，干燥器应达到以下基本要求：适应被干燥物料的多样性和不同产品规格要求；设备的生产能力要高；能耗的经济性；还应便于操作、控制等。第69页，共86页，编辑于2022年，星期六一、一、工业上常用干燥器工业上常用干燥器（1）厢式干燥器（盘架式干燥器）厢式干燥器（盘架式干燥器）原理：原理：主要是以热风通过湿物料的表面，达到干燥的目的。第70页，共86页，编辑于2022年，星期六厢式干燥器中的加热方式有两种：单级加热多级加热第71页，共86页，编辑于2022年，星期六采

22、用废气循环法的优点：采用废气循环法的优点：可灵活准确地控制干燥介质的温度、湿度；干燥推动力比较均匀；增加气流速度使得传热（传质）系数增大；减少热损失，但干燥速率常有所减小。具有中间加热的干燥过程等线C2C1ACt/B3B2B1BH/(kg kg-1)等线t/H/(kg kg-1)MACBB具有废气循环的干燥过程 第72页，共86页，编辑于2022年，星期六厢式干燥器的优点厢式干燥器的优点：构造简单，设备投资少；适应性强，物料损失小，盘易清洗。尤其适用于需要经常更换产品、小批量物料的干燥。物料得不到分散，干燥时间长；若物料量大，所需的设备容积也大；工人劳动强度大；热利用率低；产品质量不均匀。厢式

23、干燥器的主要缺点：厢式干燥器的主要缺点：第73页，共86页，编辑于2022年，星期六（2）气流式干燥器）气流式干燥器 结构：结构：第74页，共86页，编辑于2022年，星期六优点优点：气、固间传递表面积很大，体积传质系数很高，干燥速率大；接触时间短，热效率高，气、固并流操作，可以采用高温介质，对热敏性物料的干燥尤为适宜；由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置；气流干燥器的结构相对简单，占地面积小，运动部件少，易于维修，成本费用低。第75页，共86页，编辑于2022年，星期六缺点：缺点：必须有高效能的粉尘收集装置，否则尾气携带的粉尘将造成很大的浪费，也会对形成对环境的污染；对有毒物质，不易

24、采用这种干燥方法。但如果必须使用时，可利用过热蒸汽作为干燥介质；对结块、不易分散的物料，需要性能好的加料装置，有时还需附加粉碎过程；气流干燥系统的流动阻力降较大，动力消耗较大。第76页，共86页，编辑于2022年，星期六 应用应用：气流干燥器适宜于处理含非结合水及结块不严重又不怕磨损的粒状物料，尤其适宜于干燥热敏性物料或临界含水量低的细粒或粉末物料。对粘性和膏状物料，采用干料返混方法和适宜的加料装置，如螺旋加料器等，也可正常操作。第77页，共86页，编辑于2022年，星期六（3）流化床干燥器（沸腾床干燥器）流化床干燥器（沸腾床干燥器）原理：原理：流化床干燥器是流态化原理在干燥中的应用，流态化原

25、理已在上册中叙述。在流化床干燥器中，颗粒在热气流中上下翻动，彼此碰撞和混合，气、固间进行传热、传质，以达到干燥目的。加料 单层圆筒沸腾床干燥器 至分离器出料热空气分布盘第78页，共86页，编辑于2022年，星期六气体出口加料出料床内分离器第一层第二层热空气 多层流化床干燥器 第79页，共86页，编辑于2022年，星期六 优点优点 与其它干燥器相比，传热、传质速率高；由于传递速率高，气体离开床层时几乎等于或略高于床层温度，因而热效率高；由于气体可迅速降温，所以与其他干燥器比，可采用更高的气体入口温度；设备简单，无运动部件，成本费用低；操作控制容易。第80页，共86页，编辑于2022年，星期六（4

26、）喷雾干燥器）喷雾干燥器 原理：原理：在喷雾干燥器中，将液态物料通过喷雾器喷雾器分散成细小的液滴，在热气流中自由沉降并迅速蒸发，最后被干燥为固体颗粒与气流分离。第81页，共86页，编辑于2022年，星期六 优点优点 在高温介质中，干燥过程极快，适宜于处理热敏性物料；处理物料种类广泛，如溶液、悬浮液、浆状物料等皆可；喷雾干燥可直接获得干燥产品，因而可省去蒸发、结晶、过滤、粉碎等工序；能得到速溶的粉末或空心细颗粒；过程易于连续化、自动化。第82页，共86页，编辑于2022年，星期六二、干燥器的选择二、干燥器的选择（1）选择干燥器需要考虑的问题）选择干燥器需要考虑的问题 被干燥物料的性质；湿物料的干

27、燥特性；处理量；回收问题；能源价格、安全操作和环境因素。缺点：缺点：热效率低；设备占地面积大、设备成本费高；粉尘回收麻烦，回收设备投资大。第83页，共86页，编辑于2022年，星期六（2）干燥器选择步骤）干燥器选择步骤 根据湿物料的形态、干燥特性、产品的要求、处理量和以及所采用的热源为出发点，进行干燥实验，确定干燥动力学和传递特性；确定干燥设备的工艺尺寸，结合环境要求，选择出适宜的干燥器型式；若几种干燥器同时适用时，要进行成本核算及方案比较，选择其中最佳者。第84页，共86页，编辑于2022年，星期六三、干燥新技术与新设备三、干燥新技术与新设备（1）干燥新技术）干燥新技术 过热蒸汽干燥 利用过热蒸汽直接与被干燥物料接触而除去水分的操作。对撞流干燥器 以两股（或多股）高速流动的气流在一定的容器内迎面相撞，其中至少有一股气流携带有待干燥的颗粒物料或液滴，该湿物料在各气流形成的对撞区内完成其干燥过程。第85页，共86页，编辑于2022年，星期六（2）干燥新设备）干燥新设备 流化床喷雾造粒干燥；真空耙式干燥器；旋转快速（或称旋转闪蒸）干燥器；圆盘干燥器。第86页，共86页，编辑于2022年，星期六