化工原理干燥概要

1、化工原理 A(2)Principles of Chemical Engineering A(2),A2-5,,,第1章 蒸餾第2章 吸收第3章 蒸餾和吸收塔設(shè)備第4章 液-液萃取第5章 干燥,化工原理 A（2）,本章內(nèi)容提要,§5-1 概述§5-2 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖*§5-3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算*§5-4 干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率

2、關(guān)系§5-5 干燥器,一、除濕及其方法,1、何為除濕？,從濕物料中脫除濕分的過程稱為除濕。 濕分不一定是水分！（水分或其它液體） 2、除濕方法 機(jī)械法 ：擠壓（擰衣服、壓榨、過濾、離心分離） 吸附法：固體吸附劑吸附（硅膠、無水CaCl2、分子篩等） 干燥法：加熱（利用熱能，使?jié)裎锪现械臐穹制ィ?§5-1 概述,干燥方法,二、干燥方法,,傳導(dǎo)干燥,,,,,對流干燥,,,,,

3、,輻射干燥,,,,,,,介電干燥,,,,,§5-1 概述,三、對流干燥的傳熱傳質(zhì)過程,1、傳熱過程,干燥介質(zhì),濕物料表面,濕物料內(nèi)部,2、傳質(zhì)過程,濕物料內(nèi)部,濕物料表面,干燥介質(zhì),§5-1 概述,對流干燥是熱量和質(zhì)量同時、反向的傳遞過程。,,干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體干燥過程：物料的去濕過程 介質(zhì)的降溫增濕過程,傳熱,傳質(zhì),濕物料,推動力（t－tw）,推動力（pw－p

4、）,,傳質(zhì)、傳熱同時發(fā)生,本章討論以空氣作干燥介質(zhì)，以水為濕份的對流干燥過程。,,方向相反,干燥介質(zhì),§5-1 概述,一、濕空氣的性質(zhì)* 1．濕度Ｈ與相對濕度φ 2．比容vH 3．比熱容cH 4．焓I 5．干球溫度t與濕球溫度tw 6． 絕熱飽和溫度tas 7． 露點(diǎn)td二、濕空氣的 H-I 圖* 1． H-I 圖中的線群 2． H-I 圖應(yīng)用,§

5、;5-2 濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖,一、濕空氣的性質(zhì)*,（1）濕度H,,濕空氣的性質(zhì)：,又稱濕含量或絕對濕度 , 為濕空氣中水汽的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比，H。,§5-2 濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖,濕度、比容、比熱容、焓、溫度等。,1、濕度與相對濕度,(2)相對濕度φ,居室里比較舒適的氣象條件是：室溫達(dá)25℃ 時，相對濕度控制在40%~50％ 為宜；室溫達(dá)18℃ 時，相對濕度應(yīng)控制在30%~40％ 。,濕空氣中水汽分壓pv與同溫度

6、水的飽和蒸汽壓ps的百分比稱為相對濕度，φ 。,相對濕度代表濕空氣的不飽和程度。φ=0，絕對干燥空氣，吸納水汽能力最強(qiáng)。φ=1，濕空氣達(dá)到飽和，不能作為干燥介質(zhì)。 0<φ<1，濕空氣未達(dá)到飽和。Φ愈低，表明該空氣吸濕能力越大。高溫干燥原理： H一定， t↗， ps↗，而 pv不變，→ φ↘ 。,濕空氣的性質(zhì)*,（低壓干燥原理： pv ↘ ， ps不變， → φ↘ ）,（冰箱，冷凍干燥）,,,2. 比容（濕容積）v

7、H,[m3濕空氣 ? kg干空氣],濕空氣的性質(zhì)*,含1kg絕干氣的濕空氣之體積稱為濕空氣的比容 ，vH,（常壓下）,3．比熱容（濕比熱）cH,比熱容是指常壓下，含1kg絕干氣的濕空氣之溫度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的熱量，cH。,濕空氣的性質(zhì)*,cg??干空氣的比熱，kJ/(kg·℃)cv??水汽的比熱，kJ/(kg·℃),?1.01kJ/(kg·℃),?1.88kJ/(kg·℃),[

8、kJ/(kg干氣?℃)],4．焓I,r0＝2490 kJ/kg（水0℃時的汽化熱）,含1kg絕干氣的濕空氣的焓，I。,若 Ig—絕干空氣的焓，kJ/kg絕干氣 Iv—水汽的焓，kJ/kg水汽,則,濕空氣的性質(zhì)*,[kJ/kg干氣],通常規(guī)定，0℃時絕干空氣及液態(tài)水的焓為零。,5．干球溫度 t 和濕球溫度 tw,干球溫度t：用普通溫度計直接測得的濕空氣的溫度。是濕空氣的真實(shí)溫度。,濕球溫度計：用濕紗布包裹溫度計的感溫部分（

9、水銀球），紗布下端浸在水中，以保證紗布一直處于充分潤濕狀態(tài)，這種溫度計稱為濕球溫度計。,將濕球溫度計置于溫度為ｔ、濕度為Ｈ的流動不飽和空氣中，濕紗布中的水分汽化，并向空氣主流中擴(kuò)散；同時汽化吸熱使?jié)窦啿贾械乃疁叵陆担c空氣間出現(xiàn)溫差，引起空氣向水分傳熱。,濕球溫度tw：當(dāng)空氣傳給水分的顯熱恰好等于水分汽化所需的潛熱時，空氣與濕紗布間的熱質(zhì)傳遞達(dá)到平衡，濕球溫度計上的溫度維持恒定。此時濕球溫度計所測得的溫度稱為濕空氣的濕球溫度。,濕空氣的

10、性質(zhì)*,因此，空氣的濕球溫度tw與空氣的干球溫度ｔ和濕度Ｈ有關(guān)：tw=f (t，H),在一定總壓下，只要測出濕空氣的干、濕球溫度，就可由上式計算出空氣的濕度。,干球溫度 t 和濕球溫度 tw,實(shí)驗(yàn)證明，傳質(zhì)系數(shù)kH和對流傳熱系數(shù)?均與空氣流速的0.8次方成正比，故可認(rèn)為其比值?/ kH與氣流速度無關(guān)，對于空氣～水蒸汽系統(tǒng)，當(dāng)被測氣體溫度不太高、流速>5m/s時， ?/ kH =1.09。,t越小，H越小，tw就越小,6．絕熱飽和溫

11、度tas,絕熱飽和溫度tas: 在與外界絕熱情況下，空氣與大量水經(jīng)過無限長時間接觸后，達(dá)到與水溫相等的空氣溫度。,設(shè)塔與外界絕熱，初始濕空氣（t，H）與大量水充分接觸，水分汽化進(jìn)入空氣中，汽化所需熱量由空氣溫度下降放出顯熱供給。若空氣與水分兩相有足夠長的接觸時間，最終空氣為水汽所飽和，而溫度降到與循環(huán)水溫相同。,空氣在塔內(nèi)的狀態(tài)變化是在絕熱條件下降溫、增濕直至飽和的過程，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度tas就是初始濕空氣（t，H）的絕熱飽和溫度，

12、與之相應(yīng)的濕度稱為絕熱飽和濕度Has。,濕空氣的性質(zhì)*,空氣傳給水分的顯熱 = 水分汽化所需的潛熱。,絕熱塔內(nèi)氣液兩相間的傳熱過程為：,tas是濕空氣的性質(zhì)，它是濕空氣在絕熱、冷卻、增濕過程中達(dá)到的極限冷卻溫度。,在一定的總壓下，只要測出濕空氣的初始溫度t和絕熱飽和溫度tas，就可用上式算出濕空氣的濕度Ｈ。,濕空氣：狀態(tài)（t, H,φ<1, I）→ 狀態(tài)(tas, Has, φ=1, Ias) 為絕熱過程，所以焓不變，即有 I

13、= Ias。,絕熱飽和溫度tas,即空氣的絕熱飽和溫度tas也與空氣的干球溫度ｔ和濕度Ｈ有關(guān)： t越小，H越小，tas就越小,濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的差異：,,,,實(shí)驗(yàn)證明，對于湍流狀態(tài)下的水蒸汽～空氣系統(tǒng)，常用溫度范圍內(nèi)α/kH與濕空氣比熱容ｃH值很接近，同時ras≈rtw, 即在一定溫度ｔ與濕度Ｈ下：,tw ? tas,絕熱飽和溫度tas,（路易

14、斯規(guī)則）,水汽-空氣系統(tǒng),7．露點(diǎn)td,在總壓不變的條件下，將不飽和濕空氣(t,H,φ)冷卻，直至冷凝出水珠為止，此時，濕空氣的溫度稱為露點(diǎn)，td。相應(yīng)的濕度稱為飽和濕度，Hs,td。,對水蒸氣－空氣系統(tǒng)，t， tw， tas，td 之間的關(guān)系為：,不飽和空氣，t > tas (或tw) >td,飽和空氣， t = tas (或tw) = td,濕空氣的性質(zhì)*,t→td 等濕過程（H不變）, ps↓，φ↑,t=td

15、時：,濕空氣的性質(zhì)*,濕度,相對濕度,比容,[m3濕空氣 ? kg干空氣],比熱容,焓,濕球溫度,絕熱飽和溫度,[℃],干球溫度,露點(diǎn),t→tas(或tw) 等焓過程 t→td 等濕過程,[-],tas≈tw,自學(xué)教材P245【例5-1】, P249 【例5-2】,作業(yè)教材P293 第1題,二、濕空氣的 H-I 圖*,濕空氣的有關(guān)性質(zhì)可由前面所學(xué)的公式計算。,工程上為了方便計算，常將濕空氣的各參數(shù)標(biāo)繪成圖，只要知道濕空氣

16、任意兩個獨(dú)立參數(shù)，即可從圖上查出其它參數(shù)。 常用的有濕度-焓（ H-I）圖、溫度–濕度（t-H）圖等。,我們僅討論應(yīng)用最廣的H-I 圖。,教材中H-I 圖是根據(jù)常壓數(shù)據(jù)繪制的，若系統(tǒng)總壓偏離常壓較遠(yuǎn)，則不能應(yīng)用此圖。,1． H-I 圖中的線群,§5-2 濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖,,H-I圖,等I 線群（0~680 kJ/kg絕干空氣）,等H線群（0~0.2kg水/kg絕干空氣）,等φ線群(5% ~100%),等蒸汽分壓p

17、v線群,（0~250℃）,等t線群,,,,,水蒸氣分壓線,,等濕降溫：等H線與φ=100%線交點(diǎn)→,2. H-I圖應(yīng)用,已知狀態(tài)點(diǎn)A,等溫線→,露點(diǎn)td,等φ線→,濕空氣的 H-I 圖*,1）根據(jù)H-I圖上濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)，可查出濕空氣的其它性質(zhì)參數(shù)。,等焓線→,等濕線→,絕熱飽和溫度tas (或濕球溫度tw),等焓降溫：等I線與φ=100%線交點(diǎn)→,濕空氣中水汽的分壓 pv,等H 線與蒸汽分壓線的交點(diǎn)→,t（干球溫度）,I（焓）,H（濕

18、度）,φ（相對濕度）,2）根據(jù)濕空氣的任意兩個獨(dú)立的參數(shù)，可確定其狀態(tài)點(diǎn)。,（注意：td–H、p–H、td–p、tw–I、tas–I 等各對都不是相互獨(dú)立的）,（a）由t–tw定狀態(tài),（b）由t–td定狀態(tài),（c）由t–φ定狀態(tài),（等焓）,（等濕）,（交點(diǎn)）,H-I 圖應(yīng)用,自學(xué)教材P253【例5-3】,作業(yè)教材P293 第2題,§5-3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算,一、物料濕含量的表示方法 1．濕基含水量 2．干基

19、含水量二、干燥系統(tǒng)的物料衡算* 1．水分蒸發(fā)量W 2．空氣消耗量L 3．干燥產(chǎn)品流量Ｇ2三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算* 1．熱量衡算的基本方程 2．干燥系統(tǒng)的熱效率四、空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化 1．等焓干燥過程 2．非等焓干燥過程,干燥過程,干燥室,預(yù)熱室,§5-3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算,已知：干燥介質(zhì)（空氣）的進(jìn)口條件，如溫度、濕度、壓力等；物料的進(jìn)口條件，如溫度，濕含量，質(zhì)量或質(zhì)量

20、流率；物料的干燥要求（濕含量）。求解：干燥介質(zhì)用量；干燥條件（如進(jìn)干燥室的空氣溫度，出干燥室的空氣溫度和濕度等）；整個設(shè)備的熱能消耗；干燥室尺寸 等等。,,,,§5-3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算,一、物料濕含量的表示方法,§5-3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算,§5-3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算,二、干燥系統(tǒng)的物料衡算*,L — 絕干空氣的消耗量，kg絕干氣/sH1,

21、 H2 — 濕空氣進(jìn)、出干燥器時的濕度，kg水/kg絕干氣G — 絕干物料進(jìn)、出干燥器時的流量，kg絕干料/sX1, X2 — 濕物料進(jìn)、出干燥器時的干基含水量，kg水/kg絕干料G1, G2 — 濕物料進(jìn)、出干燥器時的流量，kg濕物料/sw1, w2 — 濕物料進(jìn)、出干燥器時的濕基含水量，kg水/kg濕物料,連續(xù)逆流干燥物料衡算示意圖,2、空氣消耗量L,每蒸發(fā)1kg水分時，消耗的絕干空氣量l,[kg水/s],對水分作物料衡算,

22、1、水分蒸發(fā)量W,干燥系統(tǒng)的物料衡算*,[kg絕干氣/kg水],[kg絕干氣/s],（空氣獲得的水分）,（物料失去的水分）,3、干燥產(chǎn)品流量G2,對進(jìn)出干燥器的絕干物料進(jìn)行衡算：,干燥系統(tǒng)的物料衡算*,注意：干燥產(chǎn)品是指離開干燥器時的物料，并非是絕干物料，它仍是含少量水分的濕物料。,[kg濕物料/s],整個系統(tǒng),Q＝ Qp ＋QD,干燥器,預(yù)熱器(忽略其熱損失),Qp＝L(I1-I0),QD＝ L(I2-I1)＋ G(I2’-I1’)

23、＋QL,熱量衡算：,其中物料的焓I’包括絕干物料的焓和水分的焓，即,1、熱量衡算的基本方程,連續(xù)逆流干燥熱量衡算示意圖,三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算*,§5-3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算,H0, H1, H2 — 濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時的濕度，kg/kg絕干氣I0, I1, I2 — 濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時的焓，kJ/kg絕干氣t0, t1, t2 — 濕空

24、氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時的溫度，℃Qp— 單位時間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量，kWθ1,θ2 — 濕物料進(jìn)、出干燥器時的溫度，℃I1’, I2’ — 濕物料進(jìn)、出干燥器時的焓，kJ/kg絕干料QD — 單位時間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量，kW QL — 干燥器的熱損失速率，kW,1、熱量衡算的基本方程,,(1) 將濕度為H0的新鮮空氣L由t0加熱至t2，所需熱量,系統(tǒng)所需總熱量,(2) 濕物料進(jìn)料G1=G2+W

25、，其中干燥產(chǎn)品G2由θ1加熱至θ2，所需熱量為,水分W 由θ1被加熱汽化并升溫至t2，所需熱量為,(溫度θ1 的水先降至0℃，汽化，再加熱至t2）,包括:,(3) 干燥系統(tǒng)損失的熱量QL,因此,干燥系統(tǒng)的熱量衡算*,空氣升溫所需熱量,蒸發(fā)水份所需熱量,物料升溫所需熱量,干燥器熱量損失,,,,,和濕物料中水分帶入系統(tǒng)的焓，則有：,,,若忽略空氣中水汽進(jìn)出系統(tǒng)的焓變,,干燥系統(tǒng)的熱量衡算*,1、熱量衡算的基本方程,,,,,2、干燥系統(tǒng)的熱效

26、率,干燥系統(tǒng)的熱量衡算*,即有：,熱效率愈高表明干燥系統(tǒng)的熱利用率愈好。,可通過提高t1、降低t2、提高H2及廢熱利用等措施來提高熱效率。,自學(xué)教材P257【例5-5】,但提高t1不適合熱敏性物料；降低t2、提高H2會導(dǎo)致干燥過程熱質(zhì)傳遞推動力的降低，從而降低干燥速率。,四、空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化,§5-3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算,根據(jù)空氣在干燥器內(nèi)焓的變化，將干燥過程分為等焓過程與非等焓過程。,1、等焓干燥過程(絕

27、熱或理想干燥過程 ),不向干燥器補(bǔ)充熱量，QD=0； 忽略干燥器向周圍散失的熱量， QL=0； 物料進(jìn)出干燥器的焓相等， I2’=I1’,代入干燥器熱衡式 QD＝ L(I2-I1)＋ G(I2’-I1’) ＋QL,得 I2=I1,（表明空氣通過干燥器時焓恒定）,H0,t0,,,A,,,I,H,,t1,B,,t2,C,等焓干燥過程空氣的狀態(tài)變化示于H-I圖：,由ｔ0及Ｈ0確定空氣進(jìn)入預(yù)熱器前的狀態(tài)點(diǎn)A,空氣在預(yù)熱器內(nèi)等濕加熱至

28、ｔ1，即至點(diǎn)B,空氣在干燥器內(nèi)等焓吸濕降溫至t2，即至點(diǎn)C,t,過點(diǎn)Ｂ的等焓線是理想干燥過程的操作線。,條件：,注意：,溫度 t,濕度 H,相對濕度 φ,空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化,1、等焓干燥過程(絕熱或理想干燥過程 ),思考：I ？,2、非等焓干燥過程（實(shí)際干燥過程 ）,不向干燥器補(bǔ)充熱量，QD=0； 不能忽略干燥器向周圍散失的熱量， QL>0； 物料進(jìn)出干燥器時的焓不相等， I2’-I1’>0,空氣通過干燥器時的狀

29、態(tài)變化,非等焓干燥過程空氣焓的變化情況,空氣焓值降低,,空氣焓值增大,空氣等溫變化，焓值增大,代入式 QD＝ L(I2-I1)＋ G(I2’-I1’) ＋QL,得 I2<I1,(2)空氣焓值增大,向干燥器補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量與加熱物料消耗的熱量之和, 有I2>I1,向干燥器補(bǔ)充的熱量足夠多，能使空氣在干燥過程中維持恒定的溫度ｔ1,(3)空氣等溫變化,條件：,(1)空氣焓值降低,,例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進(jìn)

30、行干燥，濕物料的流量為1kg/s，初始濕基含水量為3.5%，干燥產(chǎn)品的濕基含水量為0.5%?？諝鉅顩r為：初始溫度為25℃，濕度為0.005kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)干燥器的溫度為140℃，若離開干燥器的溫度選定為60℃和40℃， 試分別計算需要的空氣消耗量及預(yù)熱器的傳熱速率。 又若空氣在干燥器的后續(xù)設(shè)備中溫度下降了10℃，試分析以上兩種情況下物料是否返潮？假設(shè)干燥器為理想干燥器。,解：理想干燥器，空氣在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓

31、過程，,絕干物料量 ：,絕干空氣量：,,預(yù)熱器的傳熱速率,分析物料的返潮情況,當(dāng)t2=60℃時，干燥器出口空氣中水汽分壓為,t=60℃時，飽和蒸汽壓ps=12.34kPa，,即此時空氣溫度尚未達(dá)到氣體的露點(diǎn)，不會返潮。,當(dāng)t2=40℃時，干燥器出口空氣中水汽分壓為,t=30℃時，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，,物料可能返潮。,自學(xué)教材P261、262【例5-6、例5-7 】,作業(yè)教材P294 第3、4題,§5-4 干燥過程

32、物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系,一、物料中的水分* 1．平衡水分及自由水分 2．結(jié)合水分與非結(jié)合水分二、恒定干燥條件下的干燥速率曲線 1、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線 2、干燥速率曲線 3、干燥機(jī)理三、恒定干燥條件下干燥時間的計算,§5-4 干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系,一、物料中的水分,濕物料內(nèi)部,水分?jǐn)U散,濕物料表面,干燥介質(zhì),,水分?jǐn)U散,,干燥傳質(zhì)過程：,水分除去的難易程度取決于濕物料內(nèi)部物料與水分的結(jié)合方

33、式。,1、平衡水分與自由水分,濕物料與某狀態(tài)的空氣接觸足夠長時間后，熱質(zhì)傳遞達(dá)于平衡，物料表面水汽的分壓等于空氣中的水汽分壓，此時物料含水量恒定，此含水量稱為該物料在該空氣狀態(tài)下的平衡水分（平衡含水量），X*。,[kg水分／kg絕干料],平衡水分是一定干燥條件下不能被干燥除去的那部分水分，是干燥的極限。,平衡水分，X*,濕物料中超過平衡水分的那部分水分稱為自由水分，自由水分可被干燥除去。,平衡水分與物料的種類有關(guān)平衡水分隨空氣相對濕度

34、的增加而增加平衡水分隨溫度的升高而減少（∵溫度升高，水的飽和蒸汽壓增大，空氣相對濕度減?。?物料中的水分,1、平衡水分與自由水分,平衡曲線,在相同的空氣狀態(tài)下，不同物料的平衡水分有較大的差別； 對于同一種物料，空氣的相對濕度越小，平衡水分越低，此即能夠被干燥除去的水分越多。 φ＝0時，各種物料的平衡水分均為零，即只有絕干空氣才有可能將濕物料干燥成絕干物料。,在點(diǎn)B，濕物料與飽和空氣達(dá)平衡，物料表面水汽的分壓等于空氣中

35、的水汽分壓，并等于同溫度下純水的飽和蒸汽壓 ps。,物料中的水分,2、結(jié)合水分與非結(jié)合水分,濕物料在B點(diǎn)的平衡水分XB*稱為結(jié)合水分。 濕物料中超出XB*的那部分水分稱為非結(jié)合水。,（∵φ=pv/ps=1）,非結(jié)合水：機(jī)械地附著在物料表面（物料中的吸附水分和大孔隙中的水分），產(chǎn)生的蒸汽壓與純水的相同，易用干燥除去。 結(jié)合水：與物料之間有物理化學(xué)作用（包括溶漲水分和毛細(xì)管中的水分 ），產(chǎn)生的蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽

36、壓，難用干燥除去 (其中平衡水分不能用干燥除去）。,,,,,,將某濕物料的平衡曲線延長與φ=100%線交于點(diǎn)Ｂ。,二、恒定干燥條件下的干燥速率曲線,§5-4 干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系,1、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線,設(shè)計干燥器，需知物料達(dá)到一定的干燥要求所需要的干燥時間，為此要知道干燥速率。 由于干燥同時涉?zhèn)鳠岷蛡髻|(zhì)，機(jī)理復(fù)雜，目前只能通過間歇干燥實(shí)驗(yàn)來測定干燥速率曲線。,干燥過程,,恒定干燥：,變動干燥：,干燥過程

37、中空氣的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式等都不發(fā)生變化,如用大量空氣干燥少量物料,干燥過程中空氣的狀態(tài)不斷變化,如連續(xù)操作的干燥過程,實(shí)驗(yàn)中，用大量熱空氣干燥少量濕物料，空氣的溫度、濕度、氣速及流動方式都恒定不變。,實(shí)驗(yàn)中，測定每個Δτ時間間隔內(nèi)，物料質(zhì)量變化ΔW’ 及物料的表面溫度θ，直到物料的質(zhì)量不再變化，此時物料與空氣達(dá)到平衡，物料中所含水分即為該干燥條件下物料的平衡水分。,再將物料置于烘箱內(nèi)烘干到恒重（控制溫度低于物料的分解溫

38、度），即得絕干物料的質(zhì)量。,干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線,將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理后繪制干燥曲線：X-τ圖和θ-τ圖。,物料含水量Ｘ與干燥時間τ的關(guān)系曲線,物料表面溫度θ與干燥時間τ的關(guān)系曲線,恒定干燥條件下某物料的干燥曲線,實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于干燥器的設(shè)計與放大時，生產(chǎn)條件應(yīng)與實(shí)驗(yàn)條件相似。,2、干燥速率曲線,干燥速率（通量）：單位時間、單位干燥面積上汽化的水分質(zhì)量，U,[kg/(m2·ｓ)],(干燥速率的微分式),由上圖物料含水量Ｘ與干燥時間τ

39、的關(guān)系曲線可得dX/dτ 與X的關(guān)系，得到干燥速率曲線：,可看出, 干燥過程可大致劃分為兩個階段:,I:,ABC段,AB段一般很短，通常并入BC段內(nèi)考慮,恒速干燥階段,II: CDE段 降速干燥階段,兩個干燥階段間的交點(diǎn)Ｃ稱為臨界點(diǎn)，與點(diǎn)C對應(yīng)的物料含水量稱為臨界含水量，以Xc表示，,W’— 一批操作中汽化的水量，kg,G’— 一批操作中絕干物料的質(zhì)量，kg,干燥速率隨物料含水量的減小而降低。,恒定干燥條件下的干燥速率曲線,,U

40、c,臨界點(diǎn)的干燥速率仍等于恒速干燥階段的速率，以Uc表示。,I: ABC段 恒速干燥階段,其中AB段為預(yù)熱段,干燥速率升高,物料含水量略有下降，表面溫度略有升高。,在BC段內(nèi)，空氣傳給物料的顯熱恰等于水分汽化所需的潛熱，物料表面溫度維持在tw不變，物料的含水量隨干燥時間直線下降，而干燥速率保持恒定，故稱為恒速干燥階段。,干燥速率曲線,至B點(diǎn)，物料的表面溫度升至空氣的濕球溫度tw。,II: CDE段 降速干燥階段,干燥速率曲

41、線,干燥進(jìn)入ＣＤ段后，物料開始升溫，熱空氣傳給物料的熱量一部分用于加熱物料使其由tw升高到θ2,另一部分用于水分汽化 。,在此階段內(nèi)干燥速率隨物料含水量的減少而降低，直至E點(diǎn)，物料的含水量等于平衡含水量X* ，干燥速率降為零，干燥過程停止。,恒定干燥條件下的干燥速率曲線,3、干燥機(jī)理,恒速干燥階段與降速干燥階段中的干燥機(jī)理及影響因素各有不同。,（1）恒速干燥階段,此階段，物料表面充分潤濕，與濕球溫度計的濕紗布表面的狀況類似。,物料表面的

42、溫度θ 等于空氣的濕球溫度tw，物料表面空氣的濕度等于tw下的飽和濕度Hs,tw，且空氣傳給濕物料的顯熱恰等于水分汽化所需的汽化熱：,其中空氣與物料表面的對流傳熱通量為,濕物料與空氣的傳質(zhì)速率為,因干燥在恒定的空氣條件下進(jìn)行，故隨空氣條件而變的α和kH值均不變，且(ｔ– tw)及(Hs,tw – H)也為定值。因此，上述二式表示的濕物料和空氣間的傳熱速率及傳質(zhì)速率均保持不變，即濕物料以恒定的速率U向空氣中汽化水分。,由上三式整理得：,干

43、燥機(jī)理,恒速干燥階段的干燥速率的大小取決于物料表面水分的汽化速率，亦即決定于物料外部的干燥條件，與物料內(nèi)部水分的狀態(tài)無關(guān)，所以恒速干燥階段又稱為表面汽化控制階段。,在恒速干燥階段中，濕物料內(nèi)部的水分向其表面?zhèn)鬟f的能力能完全滿足水分自物料表面汽化的要求，從而使物料表面始終維持恒定充分的潤濕狀態(tài)。,一般來說，恒速干燥階段汽化的水分為非結(jié)合水，與自由液面的汽化情況相同。,干燥機(jī)理,（2）降速干燥階段,從點(diǎn)Ｄ開始，汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動，汽化

44、所需熱量通過已被干燥的固體層而傳遞到汽化面，從物料中汽化出的水分也通過這層固體傳遞到空氣主流中，這時干燥速率比CD段下降得更快。,濕物料的含水量降到Ｘc以后，水分自物料內(nèi)部向表面遷移的速率小于物料表面水分汽化速率，物料表面不能維持充分潤濕。,此時部分表面變干，空氣傳給的熱量不能全部用于汽化水分，有一部分用于加熱物料，因此干燥速率逐漸減小，物料溫度升高，在部分表面上汽化出的是結(jié)合水分。,至點(diǎn)Ｅ時干燥速率降至零，物料中所含水分即為該空氣狀態(tài)

45、下的平衡水分。,至D點(diǎn)時，全部物料表面都不含非結(jié)合水。,降速階段的干燥速率取決于物料本身結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)關(guān)系不大。,干燥機(jī)理,（3）臨界含水量Xc,臨界含水量Xc是恒速干燥段和降速干燥段的分界點(diǎn)，Ｘc值越大，轉(zhuǎn)入降速干燥段越早，相同的干燥任務(wù)所需干燥時間越長，對干燥過程不利。,Xc值的大小與物料的性質(zhì)、厚度及干燥速率等有關(guān)。,例如，無孔吸水性物料的比多孔物料的大；物料層越厚越大；干燥介質(zhì)溫度高、濕度低，則恒速干燥

46、段干燥速率大，這可能使物料表面板結(jié)，較早地進(jìn)入降速干燥段，Ｘc較大。,了解影響Ｘc的因素，控制干燥操作：減低物料層的厚度，加強(qiáng)對物料的攪拌都可減小Xc，同時又可增大干燥面積。如采用氣流干燥器或流化床干燥器時，Ｘc值一般均較低。,濕物料的臨界含水量通常由實(shí)驗(yàn)測得，或從手冊中查得。,不同物料的臨界含水量,三、恒速干燥條件下干燥時間的計算,§5-4 干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系,分離變量，并確定積分邊界條件：,τ＝0,τ＝τ1

47、,干燥速率,（1）利用干燥速度曲線進(jìn)行計算,積分得恒速階段干燥時間τ1：,根據(jù)恒速階段Uc的確定方法不同有兩種計算干燥時間的方法,,Uc,為常數(shù),干燥速率,1、恒速階段,（2）用對流傳熱系數(shù)或傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行計算,恒速階段干燥時間的計算,前面由恒速段的干燥機(jī)理得到：,代入式,（3）恒速干燥的影響因素,干燥速率越快，干燥時間越短,空氣的流速越高（α、kH越大）空氣溫度越高（t越大）空氣濕度越低（H越?。?,但溫度過高、濕度過低，可能會因干

48、燥速率太快而引起物料變形、開裂或表面硬化。此外，空氣速度太大，還會產(chǎn)生氣流夾帶現(xiàn)象。所以，應(yīng)視具體情況選擇適宜的操作條件。,恒定干燥條件下干燥時間的計算,2、 降速階段,汽化速率,不為常數(shù),τ＝τ0,,Uc,τ＝τ2,（1）任何情況都可用圖解積分法求。,（2）當(dāng)干燥曲線為直線或近似直線時，,代入上式中積分得降速階段干燥時間τ2：,總干燥時間：τ=τ1+τ2,變動干燥條件下的干燥操作,§5-4 干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率

49、關(guān)系,對變動干燥條件下的干燥操作，干燥過程中空氣的狀態(tài)不斷變化。,若干燥時濕空氣的狀態(tài)沿等I線變化，在逆流干燥器中空氣與濕物料的溫度分布如圖：,干燥時間的計算（略）,§5-5 干燥器,一、干燥器的主要型式 1．廂式干燥器 2．洞道式干燥器 3．帶式干燥器 4．轉(zhuǎn)筒干燥器 5．氣流干燥器 6．流化床干燥器 7．噴霧干燥器 8．滾筒干燥器二、干燥器的選型,干燥器分類,干燥器,,下面按加熱方式

50、分類進(jìn)行介紹,常用干燥器按加熱方式分類,小型的稱為烘箱，大型的稱為烘房典型的常壓、間歇式、對流干燥設(shè)備。,優(yōu)點(diǎn)：對物料的適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：物料得不到分散，干燥速率低，熱利用率較差, 產(chǎn)品質(zhì)量不均勻, 產(chǎn)量不大。,適用場合：任何形狀的物料,一、干燥器的主要型式,1、廂式干燥器(盤式干燥器 ),2、 洞道式干燥器,一、干燥器的主要型式,適用場合：處理量大、干燥時間長的物料優(yōu)、缺點(diǎn)：同廂式干燥器,一、干燥器的主要型式,3、帶式干燥器,4、

51、轉(zhuǎn)筒干燥器,特點(diǎn)： 生產(chǎn)能力大，可連續(xù)操作。 結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。使用范圍廣，可干燥顆粒物料、膏糊狀物料、甚至液體物料。 操作彈性大。,一、干燥器的主要型式,5、氣流干燥器,適用場合：主要用于干燥晶體和小顆粒物料，尤其是熱敏性、易氧化、不宜粉碎的物料,一、干燥器的主要型式,6、沸騰床干燥器（流化床干燥器）,適用場合：主要用于干燥晶體和小顆粒物料,優(yōu)點(diǎn)：干燥效率高。,一、干燥器的主要型式,7、噴霧干燥器,一、干燥器的主要型式,噴霧器結(jié)構(gòu)

52、,一、干燥器的主要型式,8、滾筒干燥器,雙滾筒干燥器,一、干燥器的主要型式,真空耙式干燥器,微波干燥器,紅外線干燥器,冷凍干燥器,§5-5 干燥器,二、干燥器的選型,主要干燥器的選擇表,對流傳導(dǎo)輻射介電,物料衡算,廂式 洞道帶式 轉(zhuǎn)筒氣流 噴霧流化床,干燥實(shí)驗(yàn)　干燥曲線Ｘ-τ，θ-τ,干燥章小結(jié),干燥,,濕空氣性質(zhì)及濕焓圖,,性質(zhì),濕焓圖：,濕度H,相對濕度φ,干球溫度t,濕球溫度tw,,露點(diǎn)td,絕熱飽和溫度t

53、as,比容vH,比熱容cH,焓I,等H線 、等I線、等φ線、等t線、水蒸氣分壓pv線,,濕料中含水量的表示方法：,熱量衡算,干燥過程的物料衡算與熱量衡算,干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系,結(jié)合水分與非結(jié)合水分,平衡水分X*與自由水分,,恒定干燥條件下的干燥速率,恒定干燥條件下的干燥時間,tw ? tas,t→tas(或tw) 等Ｉ過程,,干燥速率U,干燥速率曲線 U-X,臨界含水量Xc,,恒速段,降速段,干燥方法,,干燥器,,對