(7.6)--第5节化工原理绪论化工原理.ppt

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1、*1第十三章第十三章 干燥干燥 Drying一、一、干燥器的基本要求干燥器的基本要求二、二、工业上常用的干燥器工业上常用的干燥器三、三、干燥器的选择干燥器的选择第四节第四节 干燥器干燥器*2一、干燥器的基本要求一、干燥器的基本要求 适应被干燥物料的多样性和不同产品规格要求；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；设备的生产能力要高；能耗低；能耗低；还应便于操作、控制等。还应便于操作、控制等。二、工业上常用干燥器二、工业上常用干燥器（1）厢式（盘架式）干燥器）厢式（盘架式）干燥器原理：主要是以热风通过湿物料原理：主要是以热风通过湿物料的表面，达到干燥的目的。的表面，达到干燥

2、的目的。*3厢式干燥器中的加热方式有两种：厢式干燥器中的加热方式有两种：单级加热单级加热多级加热多级加热*4采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，但干燥速率常数有所减小。多级加热的干燥过程多级加热的干燥过程等等线线C2C1ACt/B3B2B1BH/(kg kg-1)等等线线t/H/(kg kg-1)MACBB具有废气循环的干燥过程具有废气循环的干燥过程*5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；构造简单，设备投资少；适应性强，物料损失小，盘易清洗。适应性强，物料损失

3、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。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；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；若物料量大，所需的设备容积也大；人工劳动强度大；人工劳动强度大；热利用率低；热利用率低；产品质量不均匀。产品质量不均匀。厢式干燥器的主要缺点：厢式干燥器的主要缺点：*6（2）气流式干燥器）气流式干燥器 结构：结构：*7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

4、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，运行成本低。*8缺点：缺点：必须配有高效的粉尘收集装置，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较大，动力消耗较大。*9 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。*10（

5、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。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。加料加料 单层圆筒沸腾床干燥器单层圆筒沸腾床干燥器 至分离器至分离器出料出料热空气热空气分布盘分布盘*11气体出口气体出口加料加料出料出料床内分离器床内分离器第一层第一层第二层第二层热空气热空气 多层流化床干燥器多层流化床干燥器*12 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

6、，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。*13（4）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。*14 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。*15三、干燥器的选择三、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

7、物料的干燥特性；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、费用高；粉尘回收麻烦，回收设备投资大。*16（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，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。*17例例1 常常压压下下拟拟用用温温度度为为20、湿湿度度为为0.008kg水水/kg干干气气的的空空气气干干燥燥某某种种湿湿物物料料。空空气气在在预预热热器器中中被被加加热热到到

8、90后后送送入入干干燥燥室室，离离开开时时的的温温度度为为45、湿湿度度为为0.022kg水水/kg干干气气。现现要要求求每每小小时时将将1200kg的的湿湿物物料料由由含含水水率率3%（湿湿基基）干干燥燥至至0.2%（湿湿基基），已已知知物物料料进进、出出口口温温度度分分别别为为20和和60，在在此此温温度度范范围围内内，绝绝 干干 物物 料料 的的 比比 热热 为为 3.5kJ/(kg)，水水 的的 平平 均均 比比 热热 为为4.19kJ/(kg)。干干燥燥设设备备热热损损失失可可按按预预热热器器中中加加热热量量的的5%计计算。试求：算。试求：(1)新鲜空气用量，新鲜空气用量，kg/h；

9、(2)预热器的加热量预热器的加热量QP，kW；(3)干燥室内补充的热量干燥室内补充的热量Qd，kW；(4)热效率热效率。补充例题补充例题*18（1 1）新鲜空气用量，）新鲜空气用量，kg/h；*19(2)预热器的加热量预热器的加热量QP，kW*20(3)干燥室内补充的热量干燥室内补充的热量Qd，kW*21其中：其中：*22*23(4)热效率热效率*24例例2 工工业业上上生生产产磷磷酸酸过过程程中中会会产产生生大大量量的的磷磷石石膏膏，为为了了使使这这些些磷磷石石膏膏能能够够得得以以回回收收利利用用，需需要要对对其其进进行行水水洗洗、干干燥燥处处理理。已已知知水水洗洗后后的的磷磷石石膏膏在在恒

10、恒定定干干燥燥条条件件下下进进行行干干燥燥时时，单单位位干干燥燥面面积上积上(m2)磷石膏的重量与随时间的变化关系如下表所示：磷石膏的重量与随时间的变化关系如下表所示：(1)试试判判断断有有无无匀匀速速干干燥燥阶阶段段，如如果果有有求求匀匀速速干干燥燥阶阶段段的的干干燥速度燥速度UC和临界含水率和临界含水率XC?(2)若若已已知知单单位位面面积积上上绝绝干干物物料料的的质质量量为为17.2kg，试试求求平平衡衡含含水率。水率。(3)若若已已知知空空气气的的湿湿度度为为0.008kg水水/kg干干空空气气，物物料料表表面面的的饱饱和湿度为和湿度为0.022kg水水/kg干空气，求水分蒸发的速率常

11、数干空气，求水分蒸发的速率常数kH。t/min05101520253035404550mass/kg 25.8 25.3 24.6 23.5 22.4 21.3 20.7 20.2 19.8 19.5 19.3*25解：解：根据给定的物料质量随时间的变化关系就可以得到根据给定的物料质量随时间的变化关系就可以得到X与与U之间的关系之间的关系X05101520253035404550U25.825.224.723.522.621.320.520.119.719.419.2利用上述数据，以利用上述数据，以U对对X作图得：作图得：*26从图中可以看出，存在一个恒速干燥阶段，恒速干燥阶段从图中可以看出，

12、存在一个恒速干燥阶段，恒速干燥阶段的的UC=0.22kg/(m2min)，XC=0.238*27以湿物料质量以湿物料质量G 对对作图得：作图得：(2)求平衡含水率。求平衡含水率。从图中可以看出：随着时间的延长物料中水分的蒸发速率越从图中可以看出：随着时间的延长物料中水分的蒸发速率越来越慢，最终物料的质量趋近于一个恒定值，这个恒定值大来越慢，最终物料的质量趋近于一个恒定值，这个恒定值大约为约为19.0kg/m2。*28于是临界含水率为：于是临界含水率为：(3)求水分蒸发的速率常数求水分蒸发的速率常数kH。例例3 接接上上题题，若若已已知知干干空空气气的的温温度度为为60，求求恒恒速速干干燥燥阶阶

13、段段物料与热空气之间的对流传热系数物料与热空气之间的对流传热系数？*29根据物料表面的饱和湿度根据物料表面的饱和湿度=0.022kg水水/kg干空气干空气查化工原理（上）课后附录七，得此时水的饱和温度为查化工原理（上）课后附录七，得此时水的饱和温度为26.5，即，即tw=26.5。此时水的汽化潜热。此时水的汽化潜热rw=2430kJ/kg。*30已知恒速段的传热速率方程：已知恒速段的传热速率方程：C为常数，为常数，、单位为单位为K。例例4：已知干燥介质温度为已知干燥介质温度为363K，湿球温度湿球温度307K，物料初物料初始干基含水率为始干基含水率为0.45，当干燥了，当干燥了2.5h后，物料

14、干基含水率后，物料干基含水率为为0.15，已知物料临界含水率、平衡含水率分别为，已知物料临界含水率、平衡含水率分别为0.2、0.04，试求：（，试求：（1）将物料干燥至）将物料干燥至X2=0.10需要多少干燥时需要多少干燥时间；（间；（2）将空气温度提高到）将空气温度提高到373K（湿球温度为（湿球温度为310K）后，）后，再求干燥时间。再求干燥时间。*31解解:(1):(1)根据题意，这是一个恒定干燥条件下干燥时间的计算问题。根据题意，这是一个恒定干燥条件下干燥时间的计算问题。X2Xc；干干燥燥过过程程包包括括恒恒速速段段与与降降速速段段，相相应应的的干干燥燥时时间间包包括括恒恒速速干干燥燥

15、时时间间和和降降速速干干燥燥时时间间，在在恒恒定定干干燥燥条条件件下下，干干燥燥时时间间可可用用下式计算：下式计算：式中式中X1、XC、X*均已知，均已知，未知，但可以通过题给条件，干燥未知，但可以通过题给条件，干燥至至X2=0.15时，干燥时间为时，干燥时间为2.5h求得：求得：*32 当物料干燥至当物料干燥至X2=0.1，干燥仍由恒速和降速两阶段组成，由，干燥仍由恒速和降速两阶段组成，由于干燥操作条件不变，即于干燥操作条件不变，即 值不变，所以干燥时间值不变，所以干燥时间 为：为：*33 其中其中 从上式可以看出，干燥介质温度提高，使得干燥速率提高从上式可以看出，干燥介质温度提高，使得干燥

16、速率提高从而缩短干燥时间；从而缩短干燥时间；又又 ；（2）干燥介质温度升高以后所需的干燥时间）干燥介质温度升高以后所需的干燥时间*34假设湿空气温度提高后的降速段斜率用假设湿空气温度提高后的降速段斜率用 表示，所以有：表示，所以有：*35例例4：空空气气的的干干球球温温度度为为25，湿湿球球温温度度为为20，经经预预热热气气加加热热至至60，送送入入干干燥燥器器内内绝绝热热增增湿湿，离离开开干干燥燥器器的的温温度度降降为为30，已已知知20下下水水的的汽汽化化潜潜热热rw=2446.3kJ/kg，水水的的饱饱和和蒸蒸汽汽压压ps=2.33kPa，30下下水水的的饱饱和和蒸蒸汽汽压压ps=4.2

17、47kPa求：求：(1)出口空气的湿度、焓及相对湿度；出口空气的湿度、焓及相对湿度；(2)100m3新新鲜鲜空空气气预预热热至至60所所需需的的热热量量及及干干燥燥器器移移走走的的水蒸气的量。水蒸气的量。解：解：(1)*36得：得：由于在干燥器内进行的是绝热增湿过程，所以由于在干燥器内进行的是绝热增湿过程，所以I1=I2，即，即*37(2)100m3新鲜空气中绝干空气的质量新鲜空气中绝干空气的质量mc预热至预热至60所需的热量所需的热量*38干燥器移走的水蒸气的量干燥器移走的水蒸气的量例例5：在在常常压压绝绝热热干干燥燥器器(可可视视为为理理想想干干燥燥过过程程)中中用用热热空空气气干干燥燥某

18、某种种湿湿物物料料。空空气气的的有有关关参参数数为为：温温度度为为25，湿湿度度为为0.009kg/kg绝绝干干气气，在在预预热热器器中中升升温温至至t1后后进进入入干干燥燥器器，离离开开干干燥燥器器的的温温度度为为50，湿湿度度为为0.03 kg/kg绝绝干干气气。湿湿物物料料进进出出干干燥燥器器的的干干基基含含水水量量分分别别为为0.25及及0.025 kg/kg绝干料，干燥产品量为绝干料，干燥产品量为0.5kg/s。试求：。试求：(1)新鲜空气用量；新鲜空气用量；(2)空气进入干燥器的温度；空气进入干燥器的温度；(3)预热器的传热量。预热器的传热量。*39解：解：(1)新鲜空气用量新鲜空气用量对湿空气中的水蒸气进行物料衡算有：对湿空气中的水蒸气进行物料衡算有：*40(2)空气进入干燥器的温度空气进入干燥器的温度因为在绝热干燥器内进行的干燥过程是一个等焓过程，因为在绝热干燥器内进行的干燥过程是一个等焓过程，所以所以(1.01+1.880.009)t1+24900.009=(1.01+1.880.03)50+24900.03=128.02kg/kg绝干气解得：解得：t1=102.8 解得：解得：I1=128.02kJ/kg*41(3)预热器的传热量预热器的传热量新鲜空气的焓：新鲜空气的焓：=48.08kJ/kg绝干气