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1、第十三章 干燥第1页，本讲稿共66页2022/11/28一、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2页，本讲稿共66页2022/11/28二、干燥方法二、干燥方法 1、传导干燥、传导干燥 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
2、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3页，本讲稿共66页2022/11/28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4页，本讲稿共66页2022/11/284、对流干燥、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
3、，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5页，本讲稿共66页2022/11/28三、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6页，本讲稿共66页2022/11/28物物 料料QNTtwpwp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7页，本讲稿共66页2022/11/28第九章干燥第九章干燥 Drying一、一、湿空气
4、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 湿空气的性质和湿度图湿空气的性质和湿度图 第8页，本讲稿共66页2022/11/28一、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9页，本讲稿共66页2022/11/28 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10页，本讲稿共66页2022/11/282、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
5、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11页，本讲稿共66页2022/11/28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12页，本讲稿共66页2022/11/284、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13页，本讲稿共66页2022/11/285、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14页，本讲稿共66页2022/1
6、1/286、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15页，本讲稿共66页2022/11/28t大量的湿空气t,Htw水第16页，本讲稿共66页2022/11/28t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17页，本讲稿共66页2022/11/28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18页，本讲稿共66页2022/11/287、绝热饱和冷却温度
7、、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19页，本讲稿共66页2022/11/28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20页，本讲稿共66页2022/11/28 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21页，本讲稿共66页2022/11/288、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22页，本讲稿共66页2022/11/28 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
8、为：不饱和空气：饱和空气：饱和空气：第23页，本讲稿共66页2022/11/28二、湿度图及其应用二、湿度图及其应用 1、H-I图图 nPn坐标轴n五条线 -等湿线q等焓线q等干球温度线q等相对湿度线q水蒸汽分压线第24页，本讲稿共66页2022/11/282、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
9、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数和性质参数和性质 第25页，本讲稿共66页2022/11/28AtdA第26页，本讲稿共66页2022/11/28A第27页，本讲稿共66页2022/11/28 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=0.016kg/kg干气Dtd=21等焓线Ctas=23第28页，本讲稿共66页2022/11/28第九章第九章 干燥干燥 Drying一、一、湿物料中含水量的表示方法湿物料中含水量的表示方法二、二、干燥系统的物料衡算干燥系统的物料衡算 三、三、干燥系统的热量衡算干燥系
10、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29页，本讲稿共66页2022/11/28一、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30页，本讲稿共66页2022/11/28二、干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31页，本讲稿共66页2022/11/282、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32页，本讲稿共
11、66页2022/11/283、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33页，本讲稿共66页2022/11/28三、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34页，本讲稿共66页2022/11/28单位时间内预热器消耗的热量为：对干燥器列焓衡算，以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35页，本讲稿共66页2022/11/28假设：n新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废气中水汽的焓 n湿物料进出干燥器
12、时的比热取平均值 湿空气进出干燥器时的焓分别为：第36页，本讲稿共66页2022/11/28湿物料进出干燥器的焓分别为 第37页，本讲稿共66页2022/11/28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38页，本讲稿共66页2022/11/282、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39页，本讲稿共66页2022/11/28四、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：n不向干燥器中补充热量QD=0；n忽略干燥器向周围散失的热量QL=
13、0；n物料进出干燥器的焓相等 第40页，本讲稿共66页2022/11/28将上述条件代入H0t0AIHt1Bt2C第41页，本讲稿共66页2022/11/282、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：n不向干燥器补充热量QD=0；n不能忽略干燥器向周围散失的热量 QL0；n物料进出干燥器时的焓不相等 第42页，本讲稿共66页2022/11/28IHt1Bt2CC1C2C3第43页，本讲稿共66页2022/11/282）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
14、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44页，本讲稿共66页2022/11/28 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45页，本讲稿共66页2022/11/28解：解：因在
15、干燥器内经历等焓过程，第46页，本讲稿共66页2022/11/28绝干物料量：绝干空气量 第47页，本讲稿共66页2022/11/28预热器的传热速率 第48页，本讲稿共66页2022/11/28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汽分压为 第49页，本讲稿共66页2022/11/28t=30时，饱和蒸汽压ps=4.25kPa，物料可能返潮。第50页，本讲稿共66页2022/11/28第九章第九章 干燥干燥 Drying一、一、物料中所含水分的
16、性质物料中所含水分的性质 二、二、干燥曲线和干燥速率曲线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51页，本讲稿共66页2022/11/28一、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52页，本讲稿共66页2022/11/28第53页，本讲稿共66页202
17、2/11/282、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。自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。第54页，本讲稿共66页2022/11/28第55页，本讲稿共66页2022/11/28二、干燥曲线和干燥速率曲线二、干燥曲线和干燥速率曲线 1、
18、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56页，本讲稿共66页2022/11/28第57页，本讲稿共66页2022/11/28 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58页，本讲稿共66页2022
19、/11/28第59页，本讲稿共66页2022/11/282）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60页，本讲稿共66页2022/11/28三、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61页，本讲稿共66页2022/11/282）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62页，本讲稿共66页2022/11/28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 n空气流速的影响 n空气湿度的影响n空气温度的影响 第63页，本讲稿共66页2022/11/282、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64页，本讲稿共66页2022/11/28第65页，本讲稿共66页2022/11/283、干燥总时间、干燥总时间 第66页，本讲稿共66页