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1、化工原理 固体物料的干燥固体物料的干燥第十一章第十一章 固体物料的干燥固体物料的干燥 通过本章学习，应掌握通过本章学习，应掌握干燥的基本概念和原干燥的基本概念和原理；湿空气的性质及湿焓图；干燥过程的物料衡理；湿空气的性质及湿焓图；干燥过程的物料衡算与热量衡算方法；干燥过程的平衡关系与速率算与热量衡算方法；干燥过程的平衡关系与速率关系。了解干燥时间的计算；关系。了解干燥时间的计算；干燥设备的类型及干燥设备的类型及结构特点。结构特点。学习目的与要求11.1 11.1 干燥过程概述干燥过程概述 11.1.1 11.1.1 干燥的原理与应用干燥的原理与应用第十一章第十一章 固体物料的干燥固体物料的干燥
2、一、干燥过程的原理一、干燥过程的原理气、固相中所含湿分的不同气、固相中所含湿分的不同分 离 物 系分 离 物 系固体中的湿分固体中的湿分形成两相体形成两相体系 的 方 法系 的 方 法引入一气相（干燥介质）引入一气相（干燥介质）传 质 原 理传 质 原 理（固相（固相气相气相） 固 体 物 料 干 燥 过 程湿物料热空气气 膜气相主体Q 推动力 t - twWpWtptN 推动力 pw- p二、干燥过程的应用二、干燥过程的应用湿聚氯乙烯湿聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯产品产品湿尿素湿尿素干燥成尿素干燥成尿素产品产品含水量含水量 3%含水量含水量 0.5%干燥干燥含水量含水量 2%含水量含
3、水量 0.3%干燥干燥应用示例应用示例三、干燥过程与其他除湿方法的比较三、干燥过程与其他除湿方法的比较工程中的常用除湿方法工程中的常用除湿方法v 机械除湿机械除湿v 物理除湿物理除湿v 利用热能除湿利用热能除湿干燥除湿的特点干燥除湿的特点v 除湿除湿彻底彻底v 能耗高能耗高为节能工业上多采用联合除湿为节能工业上多采用联合除湿机械除湿机械除湿干燥除湿干燥除湿沉降沉降过滤过滤离心离心吸附吸附干燥干燥11.1 11.1 干燥过程概述干燥过程概述 11.1.1 11.1.1 干燥的原理与应用干燥的原理与应用第十一章第十一章 固体物料的干燥固体物料的干燥11.1.2 11.1.2 干燥过程的分类干燥过程
4、的分类按操作压力分类干燥按传热方式分类干 燥 过 程 的 分 类干 燥 过 程 的 分 类常压干燥 真空干燥传导干燥 对流干燥按操作方式分类辐射干燥介电加热干燥干燥间歇干燥 连续干燥干燥11.1 干燥过程概述 第十一章第十一章 固体物料的干燥固体物料的干燥11.2.1 11.2.1 湿空气的性质湿空气的性质11.2 湿空气的性质及湿度图 一、湿度一、湿度 H ( (湿含量湿含量) )干燥介质干燥介质干燥湿分干燥湿分计算基准计算基准湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比定义定义湿空气湿空气水分水分1kg 绝干气绝干气kg水汽 / kg绝干气H符号单位kg / kg绝干气H 湿湿质质湿湿绝绝质质空
5、气中水汽的量空气中干气的量常压下湿空气可视为理想气体0 622.pHpp总总180 62229.vgMYYYM一、湿度一、湿度 H ( (湿含量湿含量) )水汽的水汽的分压分压总压总压湿空气中水湿空气中水汽与绝干气汽与绝干气的 摩 尔 比的 摩 尔 比湿空气被水所饱和湿空气被水所饱和0 622.ssspHpp总总若若spp饱和湿空气饱和湿空气( )spf t一、湿度一、湿度 H ( (湿含量湿含量) )空气温度下空气温度下纯水的饱和纯水的饱和蒸汽压蒸汽压二、相对湿度二、相对湿度100%spp0 622.sspHpp总总湿空气中水汽分压与同温度水的饱和蒸汽压之比湿空气中水汽分压与同温度水的饱和蒸
6、汽压之比定义定义符号符号单位单位 干燥干燥能力能力吸收水吸收水分能力分能力 干燥干燥速率速率传质推传质推动力动力p = 0 = 0 绝干空气绝干空气p= ps = 100 饱和空气饱和空气二、相对湿度二、相对湿度分析分析三、比体积三、比体积 vH3mkgHv湿湿绝绝空气干气以以1 kg 绝干气为基准的绝干气为基准的湿空气的体积湿空气的体积m3湿空气湿空气 / kg绝干气绝干气Hv33mmkg绝绝绝绝干气水汽干气定义定义符号符号单位单位设设湿空气的温度为湿空气的温度为 t湿空气的湿度为湿空气的湿度为 H湿空气的总压力为湿空气的总压力为 p总总512731 013 1022 42918273.HH
7、tvp总总52731 013 100 772 1 244273.( .)tHp总总三、比体积三、比体积 vH四、比热容四、比热容 cH常压下将以常压下将以 1kg 绝干气为基准的湿空气的温绝干气为基准的湿空气的温度升高（或降低）度升高（或降低）1 所吸收（或放出）的所吸收（或放出）的热量热量HckJ / (kg绝干气绝干气) 定义定义符号符号单位单位设设湿空气的湿度为湿空气的湿度为 H则则HgvccHc绝干气绝干气比热容比热容水汽的水汽的比热容比热容在常用温度范围内在常用温度范围内 cg =1.01 kJ / (kg绝干气绝干气) cv =1.88 kJ / (kg水汽水汽) 1 01 1 8
8、8.HcH四、比热容四、比热容 cH故有故有 五、焓五、焓 IIkJ/kg绝干气绝干气以以1 kg 绝干气为基准的绝干气为基准的湿空气的焓值湿空气的焓值则则定义定义符号符号单位单位绝干气的焓值为绝干气的焓值为 Ig水汽的焓值为水汽的焓值为 Iv设设gvIIHI湿空气的温度为湿空气的温度为 t湿空气的湿度为湿空气的湿度为 H以以0为为基准基准设设000()()gvIc tHc tHr0()gvcHc tHr1 011 882490( .)IH tH五、焓五、焓 I则则 六、温度六、温度1 1. .干球温度与湿球温度干球温度与湿球温度 用普通温度计直接测得的湿空气的温度，称为用普通温度计直接测得的
9、湿空气的温度，称为干球温度，简称温度，以干球温度，简称温度，以 t 表示。它是湿空气的真表示。它是湿空气的真实温度。实温度。 (1)(1)干球温度干球温度 t(2(2) )湿球温度湿球温度 tW 用湿球温度计测得的湿空气的温度，称为湿球用湿球温度计测得的湿空气的温度，称为湿球温度。温度。湿球温度可度量湿空气的湿度大小湿球温度可度量湿空气的湿度大小。 湿球温度计示意图不饱和湿空气 水接触 水分汽化水分汽化: :向气相主体传递向气相主体传递( (汽化热为水分本身温度降低放出显热汽化热为水分本身温度降低放出显热) )热量传递湿度差 质量传递 温度差热量由气相主体传递给水分热量由气相主体传递给水分(
10、(气相温度下降气相温度下降) )达平衡状态 t tw 温度维持不变 不 饱 和湿 空 气 六、温度六、温度湿球温度的测量机理湿球温度的测量机理(3(3) )湿球温度湿球温度与干球温度及湿度的与干球温度及湿度的关系关系湿空气的干球温度为湿空气的干球温度为 t湿空气的湿度为湿空气的湿度为 H设设湿空气的湿球温度为湿空气的湿球温度为 tw气膜中饱和湿度为气膜中饱和湿度为 Hs,tw传热速率为传热速率为 ()wQS ttJ/s 传质速率为传质速率为 ,()wHs tNk S HHkg/s 六、温度六、温度稳态下稳态下 wtQNr联立得联立得 ,()wwHtws tk rttHH测定测定 t、tw 湿度
11、湿度 H 未饱和湿空气未饱和湿空气t tw 饱和湿空气饱和湿空气t = tw ()wtf tH，六、温度六、温度不饱和不饱和湿空气湿空气 水水绝热绝热状态状态接触接触 水分汽化水分汽化: :向气相主体传递向气相主体传递( (汽化热为水分本身温度降低放出显热汽化热为水分本身温度降低放出显热) )热热量量传传递递 饱和湿空气饱和湿空气湿度差湿度差 质量传递质量传递 温温度度差差 热量由气相主体传递给水分热量由气相主体传递给水分( ( 气 相 温 度 下 降 绝 热 冷 却气 相 温 度 下 降 绝 热 冷 却 ) )达饱和状态达饱和状态 t tas H Has 100 2 2. .绝热饱和冷却温度
12、绝热饱和冷却温度 tas 六、温度六、温度绝热饱和冷却塔示意图1塔 身2填 料3循环泵绝热状态绝热饱和温度绝热饱和温度与干球温度及湿度的与干球温度及湿度的关系关系10()gvIcHc tHr未饱和湿空气的焓未饱和湿空气的焓饱和湿空气的焓饱和湿空气的焓20()gasvasasIcH c tH r绝热过程绝热过程12II六、温度六、温度gvgasvHcHccH cc因为因为H、Has值很小值很小整理得整理得asasasHrttHHc通常通常/HHkcwastrr比较得比较得wastt六、温度六、温度不饱和不饱和湿空气湿空气 饱和湿饱和湿空气空气等湿下冷却等湿下冷却达饱和状态达饱和状态 t td H
13、 Hs,td 100 tps 示例：露珠的产生示例：露珠的产生不饱和湿空气不饱和湿空气 t tw（tas） td饱和湿空气饱和湿空气 t tw（tas）= td3 3. .露点露点 td 六、温度六、温度11.1 11.1 干燥过程概述干燥过程概述 第十一章第十一章 固体物料的干燥固体物料的干燥11.2.1 11.2.1 湿空气的性质湿空气的性质11.2 11.2 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图 11.2.2 11.2.2 湿空气的湿度图湿空气的湿度图 在一定总压下，湿空气的各参数中，只有两个在一定总压下，湿空气的各参数中，只有两个是独立的，只要确定了湿空气的两个独立参数，湿是独立的
14、，只要确定了湿空气的两个独立参数，湿空气的状态就确定了。工程上为了方便计算，常将空气的状态就确定了。工程上为了方便计算，常将湿空气各参数标绘成图，称为湿空气的湿度图。湿空气各参数标绘成图，称为湿空气的湿度图。一、一、 H I 图的构造图的构造湿空气的湿空气的湿度图湿度图湿度焓（湿度焓（HI）图）图湿度温度（湿度温度（Ht）图）图湿空气的HI 图HI 图由以下线群组成图由以下线群组成v 等湿线（等等湿线（等 H 线）线） 范围范围 00.2 kg/kg绝干气绝干气 v 等焓线（等等焓线（等 I 线）线） 范围范围 0680 kJ/kg绝干气绝干气 v 等温线（等等温线（等 t 线）线） 范围范围
15、 0250 v 等相对湿度线（等等相对湿度线（等 线）线） 范围范围 5100 =100 饱和空气线饱和空气线v 水汽分压线（水汽分压线（ p 线）线） 范围范围 026 kPa 一、一、 H I 图的构造图的构造1 1. .已知状态点求湿空气的参数已知状态点求湿空气的参数 已知状态点可由已知状态点可由 H-I 图图求出湿空气的各参数值：求出湿空气的各参数值： v 湿度湿度 Hv 温度温度v 焓焓 Iv 相对湿度相对湿度 v 水汽分压水汽分压 p干球温度干球温度t绝热饱和冷却温度绝热饱和冷却温度tas(湿球温度湿球温度 tW)露点露点td二、二、 H I 图的应用图的应用已知状态点求湿空气的参
16、数已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW2 2. .由两个独立参数确定其它参数由两个独立参数确定其它参数 已知已知两个独立参数两个独立参数可由可由 H-I 图确定湿空气的图确定湿空气的状态点，继而状态点，继而求出湿空气的各参数值。求出湿空气的各参数值。v 已知温度已知温度 t湿球温度湿球温度 tWv 已知温度已知温度 t露点露点 tdv 已知温度已知温度 t相对湿度相对湿度 二、二、 H I 图的应用图的应用已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW1 1. .已知状态点求湿
17、空气的参数已知状态点求湿空气的参数 已知状态点可由已知状态点可由 H-I 图图求出湿空气的各参数值：求出湿空气的各参数值： v 湿度湿度 Hv 温度温度v 焓焓 Iv 相对湿度相对湿度 v 水汽分压水汽分压 p干球温度干球温度t绝热饱和冷却温度绝热饱和冷却温度tas(湿球温度湿球温度 tW)露点露点td二、二、 H I 图的应用图的应用已知状态点求湿空气的参数已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW2 2. .由两个独立参数确定其它参数由两个独立参数确定其它参数 已知已知两个独立参数两个独立参数可由可由 H-I 图确定湿空气的图确定湿空气的状态点，继而状态点，继而求出湿空气的各参数值
18、。求出湿空气的各参数值。v 已知温度已知温度 t湿球温度湿球温度 tWv 已知温度已知温度 t露点露点 tdv 已知温度已知温度 t相对湿度相对湿度 二、二、 H I 图的应用图的应用已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW一、湿物料的含水量一、湿物料的含水量1 1. .湿基含水量湿基含水量 kg / kg湿物料湿物料 w 湿湿质质湿湿总总质质物料中水分量物料的量湿基含水量是指湿物料中水分的质量分率。湿基含水量是指湿物料中水分的质量分率。工业上通常用湿基含水量表示湿含量工业上通常用湿基
19、含水量表示湿含量。注意注意2 2. .干基含水量干基含水量 干基含水量是指湿物料中水分质量与绝干物料质量的比干基含水量是指湿物料中水分质量与绝干物料质量的比X 湿湿质质湿湿绝绝质质物料中水分量物料中干物料量kg / kg绝干料绝干料 两种含水量之间的关系两种含水量之间的关系 1XwX1wXw一、湿物料的含水量一、湿物料的含水量二、湿物料的比热容二、湿物料的比热容 cm将以将以 1kg 绝干料为基准的湿物料的温度升高绝干料为基准的湿物料的温度升高（或降低）（或降低）1 所吸收（或放出）的热量所吸收（或放出）的热量mckJ / (kg绝干料绝干料) 定义定义符号符号单位单位设设湿物料的干基湿含量为
20、湿物料的干基湿含量为 X则则mswccXc绝干料绝干料比热容比热容水分的水分的比热容比热容在常用温度范围内在常用温度范围内 cw =4.187 kJ / (kg水水) 4 187.msccX故有故有 二、湿物料的比热容二、湿物料的比热容 cmkJ/kg绝干料绝干料以以1 kg 绝干料为基准的绝干料为基准的湿物料的焓湿物料的焓值值则则定义定义符号符号单位单位设设swIIXI三、湿物料的焓三、湿物料的焓II水的焓值为水的焓值为 Iw绝干料的焓值为绝干料的焓值为sI以以0为为基准基准00()()swIcXc()swcXc4 187(.)smIcXc 则则 设设湿物料的温度为湿物料的温度为湿物料的干基
21、湿含量为湿物料的干基湿含量为 X三、湿物料的焓三、湿物料的焓I一、物料衡算一、物料衡算干燥器物料衡算示意图干燥器物料衡算示意图 干燥器干燥器 新鲜空气新鲜空气 L1H废气废气 L2H湿物料湿物料 G1X干燥产品干燥产品 G2X1G1w2G2wW绝干空绝干空气流量气流量绝干物绝干物料流量料流量干燥产干燥产品流量品流量湿物料湿物料处理量处理量1 1. .水分蒸发量水分蒸发量W 2112()()WL HHG XXkg/s 以以1 s 为基准，设干燥器内无物料损失，对干为基准，设干燥器内无物料损失，对干燥器作物料衡算燥器作物料衡算一、物料衡算一、物料衡算1122LHGXLHGX则则 单位时间单位时间内
22、内水分蒸发水分蒸发量量2 2. .空气消耗量空气消耗量 L 122121()G XXWLHHHHkg绝干气绝干气/s 得得 一、物料衡算一、物料衡算由由 2112()()WL HHG XX单位时间内消耗单位时间内消耗的绝干空气量的绝干空气量湿空气湿空气( (新鲜空气新鲜空气) )的消耗量为的消耗量为 011 ()LLHkg新鲜气新鲜气/s 湿空气湿空气( (新鲜空气新鲜空气) )的体积消耗量为的体积消耗量为 HVLv m3新鲜气新鲜气/s 一、物料衡算一、物料衡算设设 绝干空气消耗量为绝干空气消耗量为 L 湿空气的湿度为湿空气的湿度为 H1 则则 单位空气消耗量为单位空气消耗量为 211LlW
23、HHkg绝干气绝干气/ kg 水水一、物料衡算一、物料衡算单位时间内消耗单位时间内消耗的绝干空气量的绝干空气量3 3. .湿物料处理量及湿物料处理量及干燥产品流量干燥产品流量 221111()()GGwGw112211()GwGwkg/s 绝干料衡算绝干料衡算湿物料处理量湿物料处理量221111()GwGw干燥产品流量干燥产品流量kg/s 一、物料衡算一、物料衡算二、热量衡算二、热量衡算干燥器热量衡算示意图干燥器热量衡算示意图 Qp 预热器消耗热量，预热器消耗热量，kWQD 干燥器补充热量，干燥器补充热量，kWQL 热损失速率，热损失速率，kW干燥器干燥器 新新鲜鲜空空气气 L废废气气 湿湿物
24、物料料 G干干燥燥产产品品 PQ1预热器预热器 L0t0I0H1t1I1HL2t2I2H1IG22IDQLQ预热器热量衡算预热器热量衡算 01pLIQLI10()PQL II干燥器热量衡算干燥器热量衡算 2121()()DLQL IIG IIQ2021()()PDLQQQL IIG IIQ整个系统热量衡算整个系统热量衡算 一、热量衡算基本方一、热量衡算基本方程程由 gvgvIIHIc tHI0000gvIc tH I2222gvIc tH I设02vvII2020220()()gvIIc ttIHH一、热量衡算基本方程绝干空气的焓水汽的焓则以以0 为基准为基准202vvIrc t2020220
25、1 0124901 88.()(.)()IItttHH故故 一、热量衡算基本方一、热量衡算基本方程程02490r 1 88.vc 1 01.gc 11mIc 22mIc 2121()mIIc一、热量衡算基本方一、热量衡算基本方程程物料的焓值物料的焓值 4 187.mswsccXccX湿 物 料 的湿 物 料 的平 均 比 热平 均 比 热容容绝 干 料 的绝 干 料 的平 均 比 热平 均 比 热容容水 的 比水 的 比热容热容202121012490 188.()()(.)mLQL ttGcWtQ2021()()PDLQQQL IIG IIQ由由整理得整理得 加 热加 热空 气空 气一、热量
26、衡算基本方一、热量衡算基本方程程加 热加 热物 料物 料蒸 发蒸 发水 分水 分损 失损 失热 量热 量练练 习习 题题 目目思考题思考题作业题作业题: 3 3、4 41.1.H I 图的构造如何，如何由湿空气的状态图的构造如何，如何由湿空气的状态 点确定其状态参数？点确定其状态参数？2.2.如何对干燥系统进行物料衡算？如何对干燥系统进行物料衡算？ 3 3. .热量衡算的基本方程式是如何获得的？热量衡算的基本方程式是如何获得的？ 第十一章第十一章 固体物料的干燥固体物料的干燥11.3 11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.311.3.1.1 湿物料的性质湿物
27、料的性质11.311.3.2.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.311.3.3.3 空气通过空气通过干燥器时的状态变化干燥器时的状态变化一、绝热干燥过程一、绝热干燥过程1 1. .绝热干燥过程的状态变化绝热干燥过程的状态变化理想干燥理想干燥等焓干燥等焓干燥pA0H1t2tB1I21II 0t2H1HCv 不向干燥器补充热量不向干燥器补充热量v 干燥器的热损失可忽略干燥器的热损失可忽略v 物料进出干燥器的焓相等物料进出干燥器的焓相等21IID= 0 L= 0 一、绝热干燥过程一、绝热干燥过程2 2. .绝热干燥过程的条件绝热干燥过程的条件 由由2021()()P
28、DLQQQL IIG IIQ102021()()()DLQL IIQL IIG IIQ1020()()L IIL II21II一、绝热干燥过程一、绝热干燥过程 故故10()PQL II 则则二、非绝热干燥过程二、非绝热干燥过程1 1. .非绝热干燥过程的状态变化非绝热干燥过程的状态变化实际实际干燥干燥pA0H1tB1I0t1H12II 12II 12tt CCC等等温温干干燥燥升升焓焓干干燥燥降降焓焓干干燥燥降焓干燥过程应满足以下条件降焓干燥过程应满足以下条件 v 不向干燥器补充热量不向干燥器补充热量v 干燥器的热损失不能忽略干燥器的热损失不能忽略v 物料进出干燥器的焓不相等物料进出干燥器的焓
29、不相等21IID= 0 L 0 2 2. .非绝热干燥过程的条件非绝热干燥过程的条件二、非绝热干燥过程二、非绝热干燥过程102021()()()DLQL IIQL IIG IIQ1020()()L IIL II12II二、非绝热干燥过程二、非绝热干燥过程 由由2021()()PDLQQQL IIG IIQ 故故10()PQL II 则则升焓干燥过程应满足以下条件升焓干燥过程应满足以下条件 v 需向干燥器补充热量需向干燥器补充热量v 干燥器的热损失不能忽略干燥器的热损失不能忽略v 物料进出干燥器的焓不相等物料进出干燥器的焓不相等21II21()DLQG IIQ且且 L 0 二、非绝热干燥过程二、
30、非绝热干燥过程102021()()()DLQL IIQL IIG IIQ1020()()L IIL II12II二、非绝热干燥过程二、非绝热干燥过程 由由2021()()PDLQQQL IIG IIQ 故故10()PQL II 则则 因因21()DLQG IIQ等温干燥过程应满足以下条件等温干燥过程应满足以下条件 v 干燥器的热损失不能忽略干燥器的热损失不能忽略v 物料进出干燥器的焓不相等物料进出干燥器的焓不相等21IIv 需向干燥器补充热量需向干燥器补充热量D足够大，维持足够大，维持 t1= = t2且且 L 0 二、非绝热干燥过程二、非绝热干燥过程第十一章第十一章 固体物料的干燥固体物料的
31、干燥11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.3.1 湿物料的性质11.3.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.3.3 空气通过干燥器时的状态变化11.311.3.4.4 干燥系统的热效率干燥系统的热效率一、干燥系统的热效一、干燥系统的热效率率100%发发热热统统输输总总热热蒸水分所需的量向干燥系入的量干燥系统的热效率定义干燥系统的热效率定义 100%vvPDQQQQQ蒸发水分蒸发水分所需热量所需热量一、干燥系统的热效率一、干燥系统的热效率由由 2124901 884 187(.)vQWt忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则 224901 88(.)vQ
32、Wt故故 224901 88100(.)%WtQ对于理想干燥器对于理想干燥器1210100%tttt二、提高干燥系统热效率的措施二、提高干燥系统热效率的措施提高干燥系统热效率措提高干燥系统热效率措施施v 提高提高 而降低而降低2H2tv 提高空气入口温度提高空气入口温度1tv 采用二级干燥采用二级干燥v 采用内换热器采用内换热器v 干燥系统的保温干燥系统的保温v 采用废气循环工艺采用废气循环工艺二、提高干燥系统热效率的措施二、提高干燥系统热效率的措施带废气循环的干燥系统（带废气循环的干燥系统（1）二、提高干燥系统热效率的措施二、提高干燥系统热效率的措施带废气循环的干燥系统（带废气循环的干燥系统
33、（2）第十一章第十一章 固体物料的干燥固体物料的干燥11.3 11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.4 11.4 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 11.411.4.1.1 物料中水分的性质物料中水分的性质一、一、平衡水分与自由水分平衡水分与自由水分*()Xf湿物料湿物料湿空气湿空气X接触接触时间时间*XX平衡曲线平衡曲线达平衡状态时达平衡状态时平衡湿平衡湿含量含量 X*X1.1.平衡曲线平衡曲线平衡含水量平衡含水量X*与空气相对湿度与空气相对湿度 的关系（的关系（25 ）1新闻纸2羊毛、毛织物3硝化纤维4丝5皮革6陶土7烟叶8肥皂9牛皮胶10木材11玻
34、璃绒12棉花在一定的干燥条件下在一定的干燥条件下不能被除去的水分不能被除去的水分平衡水分平衡水分 X* 大于平衡水分的水分大于平衡水分的水分自由水分自由水分 X- -X* 物料所含水分平衡水分自由水分物料所含水分平衡水分自由水分平衡水分平衡水分 自由水分自由水分 按能否被除去划分，取决于物按能否被除去划分，取决于物料 的 性 质 和 空 气 的 状 态料 的 性 质 和 空 气 的 状 态2.2.平衡水分与自由水分平衡水分与自由水分一、一、平衡水分与自由水分平衡水分与自由水分结合水分的特点spp结合力强，不易除去。二、结合水分与非结合水分物料表面吸附及空隙中所含的水分物料细胞壁及毛细孔道内所含
35、的水分湿物料结合水分非结合水分非结合水分的特点非结合水分的特点spp结合力弱，容易除去。结合力弱，容易除去。物料所含水分结合水分非结合水分物料所含水分结合水分非结合水分结合水分结合水分 非结合水分非结合水分 按除去的难易程度划分，仅取决于物料的性质，而与空气的状态无关。二、二、结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分固体物料中所含水分的性质X总水分*X平衡水分自由水分%100spp 非结合水分结合水分第十一章第十一章 固体物料的干燥固体物料的干燥11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.4 干燥速率与干燥时间 11.4.1 物料中水分的性质11.411.4.2.2 恒定干燥条件下干燥时间的
36、计算恒定干燥条件下干燥时间的计算一、干燥实验和一、干燥实验和干燥曲线干燥曲线1 1. .恒定干燥实验恒定干燥实验恒定干燥条件恒定干燥条件v 间歇操作间歇操作v 用大量的空气干燥少量的物料用大量的空气干燥少量的物料v 维持空气的速度及与物料的接触方式不变维持空气的速度及与物料的接触方式不变实验数据实验数据时时 间间 物料温度物料温度 物料湿含量物料湿含量 X洞道干燥实验流程示意图 1洞道干燥室 2离心鼓风机 3孔板流量计 4温度计 5干燥物料 6重量传感器 7加热器 8湿球温度计 9干球温度计10重量显示仪11温度显示仪12湿球温度显 示仪13电加热控制 仪表一、干燥实验和干燥曲线预热阶段恒速干
37、燥阶段（第一干燥阶段）干燥阶段XdXd变变小XdXd很大变变不降速干燥阶段（第二干燥阶段）XdXd渐渐变变趋趋逐小近于零热量主要用于物料升温热量用于汽化水分热量用于汽化水分和加热物料一、干燥实验和一、干燥实验和干燥曲线干燥曲线2 2. .干燥曲线干燥曲线 将物料含水量将物料含水量（或（或物料表面温度物料表面温度 ）对干燥）对干燥干燥曲线干燥曲线X 曲线曲线 曲线曲线时间时间绘图，所得图形绘图，所得图形称为干燥曲线。称为干燥曲线。干燥曲线（X关系 ）ABCDE预热阶段恒速干燥阶段降速干燥阶段干燥曲线（ 关系 ）ABCDE预热阶段恒速干燥阶段降速干燥阶段12Wt第十一章 固体物料的干燥11.4 干
38、燥速率与干燥时间 11.4.1 物料中水分的性质11.4.2 恒定干燥条件下干燥时间的计算一、干燥实验和干燥曲线二、二、干燥速率曲线及干燥过程分析干燥速率曲线及干燥过程分析1 1. .干燥速率干燥速率单位时间单位干燥面积上汽化的水分质量。单位时间单位干燥面积上汽化的水分质量。dWUSdkg/(m2) dWG dX G dXUSd 定义定义干燥速率定义式干燥速率定义式干燥干燥速率速率2 2. .干燥速率曲线干燥速率曲线U 与与 的关系曲线的关系曲线 干燥速率曲线。干燥速率曲线。干燥曲线干燥曲线( )XfdXdU干燥速率曲线干燥速率曲线()Uf X曲线曲线斜率斜率二、二、干燥速率曲线及干燥过程分析
39、干燥速率曲线及干燥过程分析恒定干燥条件下干燥速率曲线AB预热阶段C恒速干燥阶段DE*X降速干燥阶段CUCX临界湿含量临界干燥速率湿空气湿空气水分传递水分传递 由内部向表面迁移由内部向表面迁移由表面向空气中汽化由表面向空气中汽化湿物料湿物料二、二、干燥速率曲线及干燥过程分析干燥速率曲线及干燥过程分析3 3. .干燥机理及影响因素干燥机理及影响因素(1)(1)恒速干燥阶段恒速干燥阶段内部迁内部迁移速率移速率表面汽表面汽化速率化速率特征特征v表面维持润湿状态，汽化的水分一般为非结合水分表面维持润湿状态，汽化的水分一般为非结合水分v空气传给湿物料显热空气传给湿物料显热水分汽化所需潜热水分汽化所需潜热表
40、面汽化表面汽化控制阶段控制阶段二、二、干燥速率曲线及干燥过程分析干燥速率曲线及干燥过程分析设设二、二、干燥速率曲线及干燥过程分析干燥速率曲线及干燥过程分析一批操作中空气传给物料的总热量为一批操作中空气传给物料的总热量为Q一批操作中蒸发的水分量为一批操作中蒸发的水分量为W则则wtdQr dW空气与物料表面的对流传热速率为空气与物料表面的对流传热速率为()wdQttSd二、二、干燥速率曲线及干燥过程分析干燥速率曲线及干燥过程分析湿物料与空气的传质速率为湿物料与空气的传质速率为,()wHs tdWUkHHSd联立并整理得联立并整理得wtdWdQUSdr Sd,()()wwHs twtUkHHttr二
41、、二、干燥速率曲线及干燥过程分析干燥速率曲线及干燥过程分析1) ) 空气平行流过静止物料层表面空气平行流过静止物料层表面0 80 0204.()L计算计算 经验公式经验公式湿空气的湿空气的质量流速质量流速2) ) 空气垂直流过静止物料层表面空气垂直流过静止物料层表面0 371 17.()L二、二、干燥速率曲线及干燥过程分析干燥速率曲线及干燥过程分析3) ) 气体与运动着的颗粒间的传热气体与运动着的颗粒间的传热0 520 54.()gptpgd ud颗粒平颗粒平均直径均直径空气导空气导热系数热系数空气运空气运动黏度动黏度颗粒沉颗粒沉降速度降速度(2)(2)降速干燥阶段降速干燥阶段内部迁内部迁移速
42、率移速率表 面 汽表 面 汽化 速 率化 速 率v表面逐渐变干，汽化的水分为结合水分表面逐渐变干，汽化的水分为结合水分v干燥速率干燥速率()Uf结结、状状物料本身构形、尺寸内部迁移内部迁移控制阶段控制阶段特征特征二、二、干燥速率曲线及干燥过程分析干燥速率曲线及干燥过程分析1 1. .恒速干燥阶段恒速干燥阶段G dXUSd cUU数数常110cXXcGddXU S 由由三、干三、干燥燥时间的计算时间的计算分离变量积分分离变量积分11()ccGXXU S得得恒速干燥阶恒速干燥阶段干燥时间段干燥时间Xc的来源的来源v由干燥速率曲线得出由干燥速率曲线得出v由手册查出由手册查出三、干三、干燥燥时间的计算
43、时间的计算()CXf质质质质状状态态结结物料的性、干燥介的、干燥器的构Uc的来源的来源v由干燥速率曲线得出由干燥速率曲线得出v由经验公式计算由经验公式计算三、干三、干燥燥时间的计算时间的计算()wcwtUttr2 2. .降速降速干燥阶段干燥阶段2220CXXGdXdSUG dXUSd U 数数常由由三、干三、干燥燥时间的计算时间的计算分离变量积分分离变量积分设设 U 与与 X 为线性关系为线性关系0*cXcUkXX*XUkXXXU0*XUkXX*cXcUkXX三、干三、干燥燥时间的计算时间的计算积分得积分得22*lncXXXGSkXX22*lncccXXXXGSUXX2220*()cXXXG
44、dXdSkXX三、干三、干燥燥时间的计算时间的计算降速干燥阶降速干燥阶段干燥时间段干燥时间若若 X * 很低或缺乏很低或缺乏 X * 数据，令数据，令0*X *XXUkXXk X22lncccXXGS UX三、干三、干燥燥时间的计算时间的计算则则故此故此降速干燥阶降速干燥阶段干燥时间段干燥时间总干燥时间总干燥时间12三、干三、干燥燥时间的计算时间的计算121(ln)ccccG XXXU SXX 0*X 若若一般程序：一般程序：予冻予冻升华干燥升华干燥解析干燥解析干燥升华干燥升华干燥冻干（冻干（freeze-drying）第十一章第十一章 固体物料的干燥固体物料的干燥11.6 11.6 干燥器干
45、燥器11.611.6.1.1 干燥干燥器的基本要求与分类器的基本要求与分类一、干燥器的基本要求一、干燥器的基本要求干燥器的基本要求干燥器的基本要求v 保证干燥产品的质量要求保证干燥产品的质量要求v 干燥速率快干燥速率快v 操作控制方便、劳动条件好操作控制方便、劳动条件好 含水量含水量 强度强度 形状形状v 热效率高热效率高二、干燥器的分类二、干燥器的分类按传热方式分类按传热方式分类对流干对流干燥器燥器厢式干燥器厢式干燥器气流干燥器气流干燥器沸腾干燥器沸腾干燥器转筒干燥器转筒干燥器喷雾干燥器喷雾干燥器传导干传导干燥器燥器滚筒干燥器滚筒干燥器真空盘架式干燥器真空盘架式干燥器红外线红外线干燥器干燥器辐射干辐射干燥器燥器微波干微波干燥器燥器介电干介电干燥器燥器