化工原理第十章-干燥课件.ppt
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1、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十章 干 燥10.1 概述10.1.1 干燥的目的、本质及分类10.1.1.1 目的 将湿固体物料除去湿分(水或其他液体)去湿。去湿的方法:(1)机械去湿,即通过压榨、过滤、离心分离等方法去湿,这是一种低能耗的去湿方法,但这种方法湿分的除去不完全。(2)热能去湿,即借热能使物料的湿分汽化,并将汽化产生的蒸汽由惰性气体带走或用真空抽吸而除去的方法,这种方法简称为干燥。10.1.1.2 本质 本质:水分从物料表面向气相转移的过程。干燥过程是传质和传热相结合的过程(热、质反向传递),干燥速率同时由传热速率和传质速率所支配。必要条件:被干燥物料表面
2、上的蒸汽压超过干燥介质中的蒸汽分压,即pm pw。p=(pm-pw),干燥速率 因此,作为干燥介质的热空气必须不断提供热量给湿物料,使湿物料表面的水分不断汽化pm,物料内部的水分可继续扩散到表面来。另一方面,干燥介质应及时将汽化的水汽带走pw,以保持一定的传质推动力p。物料湿分热空气tQNpiip热空气与物料间传热和传质10.1.1.3 分类 根据热能传递方式的不同分成以下四类:(1)传导干燥 刮刀加料产品加热蒸汽传导干燥滚筒干燥器 能通过传热壁面以传导方式传给与壁面接触的湿物料。优点:热能利用程度较高;缺点:与金属壁面接触的物料在干燥时易形成过热而变质。(2)对流干燥 热能以对流方式由热空气
3、传给与其直接接触的湿物料,产生的蒸汽也由热空气带走。优点:热空气的温度调节比较方便,物料不至于被过热。缺点:热空气离开干燥器时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导干燥差。出料至分离器加料热空气分布板(3)辐射干燥 热能以电磁波的形式由辐射器发射到达湿物料表面,被湿物料吸收后又转变为热能将水分加热汽化而达到干燥的目的。优点:生产强度大,产品干燥均匀而洁净,设备紧凑使用灵活,可以减少占地面积,缩短干燥时间。缺点:电能消耗大。(4)介电加热干燥 将需要干燥的物料置于高频电场内,依靠电能加热物料并使湿分汽化。此法由于加热的能量是由高频装置产生的,其所需的费用较大,故在工业上的应用
4、受到限制。10.1.2 对流干燥流程及其经济性对流干燥流程示意图(并流、连续)预热器湿物料干燥产品空气干燥器废气经济性:能耗和热的利用率1 水蒸气分压pv 空气中水蒸气分压愈大,水分含量就愈高,根据气体分压定律,则有2 湿度(humidity)H 又称为湿含量或绝对湿度(absolute humidity)。它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示,使用符号,其单位为:kg水气/kg干空气。10.2 湿空气的性质及湿度图10.2.1 湿空气的性质 常温下,湿空气可视为理想气体,则有 在饱和状态时,湿空气中水蒸气分压pv等于该空气温度下纯水的饱和蒸气压ps,则有 由于水的饱和蒸气压
5、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3 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。在一定温度及总压下,湿空气的水汽分压pv 与同温度下水的饱和蒸汽压 pS 之比的百分数,称为相对湿度(relative humidity),用符号表示,即 u相对湿度:可以说明湿空气偏离饱和空气的程度,能用于判定该湿空气能否作为干燥介质,值与越小,则吸湿能力越大。u湿度:是湿空气含水量的绝对值,不能用于分辨湿空气的吸湿能力。在一定总压和温度下,两者之间的关系为相对湿度和绝对湿度的关系4 湿空气的比热CH 式中 cH湿空气的比热,k
6、J/(绝干气oC);cg绝干空气的比热,kJ/(绝干气oC);cv水气的比热,kJ/(水气oC)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1kg绝干空气及相应kg 水汽的温度升高(或降低)1oC所需要(或放出)的热量,称为比热,又称为湿热,用符号CH表示,单位是kJ/(绝干气oC),即 在常用的温度范围内,有5 湿空气的焓 I 湿空气中1kg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I表示,单位是kJ/kg干空气。注:空气的焓是根据干空气及液态水在0 oC时焓为零作基准而计算的,因此,对于温度为t 及湿度为的湿空气,其焓包括由0o C的水变为0o C的水汽所需的潜热
7、及湿空气由0oC升温至t oC所需的显热之和,即 I=Ig+IvH 式中湿空气的焓,kJ/kg绝干气;Ig 绝干空气的焓,kJ/kg绝干气;Iv水气的焓,kJ/kg水气。t6 湿空气的比容vH 在湿空气中,1kg绝干气体积和相应的Hkg水气体积之和,称为湿空气的比容,亦称湿容积(humid volume),用符号vH表示,单位为:m3湿空气/kg绝干气。7 露点 td 不饱和的空气在湿含量不变的情况下冷却,达到饱和状态时的温度,称为该湿空气的露点(dew piont),用符号td表示。当空气从露点继续冷却时,其中部分水蒸汽便会以露珠的形式凝结出来。空气的总压一定,露点时的饱和水蒸汽压ps,td
8、 仅与空气的湿度Hs,td有关,即 ps,td=f(Hs,td)或 td=(Hs,td)湿度越大,td 越大。在露点时,空气的湿度为饱和湿度,=1。8 干球温度t和湿球温度twtw补充液,温度tw空气湿度H温度t干球温度t:空气的温度 湿球温度tw:不饱和空气的湿球温度tw低于干球温度t。形成原理(如图所示):干球温度t和湿球温度twl对于某一定干球温度的湿空气,其相对湿度越低,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。在稳定状态时,空气向湿纱布表面的传热速率为:Q=S(t-tw)对空气水蒸气系统而言,/kH=1.09气膜中水气向空气的传递速率为:N=kH(Hs,tw-H)
9、S在稳定状态下,传热速率和传质速率之间的关系为:Q=Nrtwl湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度,而并不代表空气的真实温度,由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定,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。强调:9 绝热饱和温度tas 空气tas,Has,I2空气t,H,I1补充水 tas水tas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。形成原理: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,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tas
10、 表示,其对应的饱和湿度为as,此刻水的温度亦为tas。绝热饱和温度 塔顶和塔底处湿空气的焓分别为:由于和as值与l相比皆为一很小的数值,故可视为CH、CHas不随湿度而变,即CH=CHas。则有湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程,即:I1=I2 实验测定表明,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,故在一定温度t和湿度H下,有强调:绝热饱和温度tas与湿球温度tw是两个完全不的概念。但是两者都是湿空气状态(t和H)的函数。特别是对空气水气系统,两者在数值上近似相等,对其他系统而言,不存在此关系。对空气水蒸气系统,干球温度、绝热饱和温度(或湿球温度)及露点之间
11、的关系为:对于不饱和湿空气:ttas(或tw)td 对于饱和的湿空气:t tas(或tw)td 在工程计算中,常用的是以湿空气的焓值I为纵坐标,湿度H为横坐标的焓湿图,即I-H图。图上共有五种线,图上任一点都代表一定温度t和湿度的湿空气状态。l等湿度线(等H线):l等焓线(等I线):l等温线(等t线):l等相对温度线(等线)l水蒸汽分压线:10.2.2 湿空气的湿度图 22802250246023702340231024302400249002030 40 50 60 107080 90 100温度/1101200.010.030.020.080.060.050.040.100.120.140
12、.16H湿空气的湿度-温度图湿度/kg.(kg干空气)-1汽化潜热/kJ.(kgH2O)-1湿比体积/m3.(kg干空气)-11.350.950.851.350.751.051.251.15汽化潜热对湿度湿比热容对温度饱和比体积对温度湿比体积对温度 H=0.140.120.080.100.040.060.020.00绝热饱和线1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35湿比热容/kJ.(kgH2O.)-11 等湿度线(等H线)2 等焓线(等I线)3 等温线(等t线)I=(1.88t+2490)H+1.01t 当空气的干球温度t不变时,I与H成直线关系,故在I-
13、H图中对应不同的t,可作出许多等t线。各种不同温度的等温线,其斜率为(1.88t+2492),故温度愈高,其斜率愈大。因此,这许多成直线的等t线并不是互相平行的。一组与纵轴平行的直线。在同一条等H线上,湿空气的露点td不变。一组与斜轴平行的直线。在同一条等I线上,湿空气的温度t随湿度H的增大而下降,但其焓值不变。4 等相对温度线(等线)当湿空气的湿度为一定值时,温度愈高,其相对湿度值愈低,即其作为干燥介质时,吸收水汽的能力愈强,故湿空气进入干燥器之前必须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为载湿体。5 水蒸汽分压线 该线表示空气的湿度与空
14、气中的水蒸汽分压pv之间关系曲线。当湿空气的总压不变时,水蒸汽的分压pv随湿度而变化。水蒸汽分压标于右端纵轴上,其单位为kN/m2。AEDFBCtwtd=1HpI 干球温度t、露点td、湿球温度tw(或绝热饱和温度tas)都是由等t线确定的。根据湿空气任意两个独立的参数,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:tdH,pH,tdp,twI,tasI等,它们均在同一等H线或等I线上。湿焓图的说明与应用 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:0HA=1ttwI1230HA=1ttdI1230HA=1tI12()湿空气的干球温度t和湿球温度t
15、w;()湿空气的干球温度t和露点td;()湿空气的干球温度t和相对湿度。10.3 干燥器的物料衡算及热量衡算10.3.1 对流干燥流程及操作原理干燥产品G2,w2对流干燥流程示意图(并流、连续)预热器湿物料G1,w1空气干燥器废气L,H0,t0L,H1,t1L,H2,t2(1)物料中的含水率 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干基含水率X X与w的关系10.3.2 物料衡算(2)干燥后的物料质量G2和水分蒸发量W 总物料衡算:G1=G2+W 绝干物料衡算:Gc=G1(1-w1)=G2(1-w2)式中 Gc湿物料中绝对干物料的质量,kg/h;G1 进入干燥器的湿物料质
16、量,kg/h;G2 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;w2 干燥后物料中的含水率,湿基。若用干基含水率计算,则蒸发水分量W为(3)空气用量的确定 通过干燥器的绝干空气质量是不变的,故用它作为计算的基准。水分衡算:或式中 L绝干空气的质量流量,kg/h;H1、H2进、出干燥器的空气湿度,kg/kg;令l=L/W为比空气用量,即从湿物料中汽化1kg水分所需的干空气用量,kg干空气/kg水,则 通过预热器前后,空气的湿度不变,若以H0表示进入预热器时的空气湿度,则H1=H0实际空气(新鲜)用量:或湿空气的体积流量Vh(m3/h)式中t、H由风机所在部位的空气状态而定。
17、10.3.3 热量衡算干燥器 预热器LH0,t0H1,t1Qp(kJ/h)qp(kJ/kg水)Qd(kJ/h)qd(kJ/kg水)H2,t2G1,tM1G2,tM2,cMLql(kJ/kg水)图10-7 干燥器的热量衡算每千克水分所需的全部热量预热器加入的热量kJ/kg水干燥室内补充的热量kJ/kg水干燥所需的全部热量kJ/kg水干燥后物料的比热绝干物料的比热,kJ/kgK 水的比热,kJ/kgK 对整个干燥系统进行热量衡算:输入热量=输出热量令干燥系统所需的总热量为:l=1/(H2-H0)注:预热器加入热量 qp=l(I1-I0)或 Qp=L(I1-I0)干燥室内所需补充的热量或干燥器 预热
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- 化工 原理 第十 干燥 课件
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