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1、化工原理干燥化工原理干燥第第7章章 固体干燥固体干燥1、掌握的内家、掌握的内家干燥过程原理、目的及实施；湿空气性质及计算、干燥过程原理、目的及实施；湿空气性质及计算、湿度图构成及应用；水分在气固相间的平衡；湿度图构成及应用；水分在气固相间的平衡；干燥过程的物料衡算；干燥过程中空气状态的确干燥过程的物料衡算；干燥过程中空气状态的确定；结合水分、平衡水分和临界水分的概念及相定；结合水分、平衡水分和临界水分的概念及相互关系；恒速干燥与降速干燥的特点。互关系；恒速干燥与降速干燥的特点。2、熟悉的内容、熟悉的内容干燥过程的热量衡算；干燥器的热效率及提高干干燥过程的热量衡算；干燥器的热效率及提高干燥过程经
2、济性的途径；恒定干燥条件下干燥速率燥过程经济性的途径；恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间计算；干燥过程的强化途径。与干燥时间计算；干燥过程的强化途径。3、了解内容、了解内容常用干燥器的性能特点及选用原则；各种干燥常用干燥器的性能特点及选用原则；各种干燥方法的基本原理、特点及应用。方法的基本原理、特点及应用。第第7章章 固体干燥固体干燥7.1 概述概述1、物料去湿的方法、物料去湿的方法（1）干燥工程目的：去湿）干燥工程目的：去湿去除固体物料中去除固体物料中含有的湿分（水或有机溶剂）含有的湿分（水或有机溶剂）（2）去湿方法）去湿方法机械去湿：离心过滤、压滤、抽滤等机械去湿：离心过滤、压滤、抽滤等吸附
3、去湿吸附去湿 用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaCl2、硅胶等）与湿物料并存，使物料种的水、硅胶等）与湿物料并存，使物料种的水分相继经气相而转入干燥剂内。分相继经气相而转入干燥剂内。热能去湿去湿彻底，但能耗大热能去湿去湿彻底，但能耗大 向物料向物料供热供热以汽化其中的水分。这种利用以汽化其中的水分。这种利用热能除去固体物料中湿分和单元操作称为干燥热能除去固体物料中湿分和单元操作称为干燥（drying）。）。2、物料的干燥方法、物料的干燥方法（1）传导干燥，热能以传导方式通过传热壁面）传导干燥，热能以传导方式通过传热壁面加热物料，使其中的湿分汽化。加热物料，
4、使其中的湿分汽化。（2）对流干燥，干燥介质与湿物料直接接触，）对流干燥，干燥介质与湿物料直接接触，以对流方式给物料供热使湿分汽化。以对流方式给物料供热使湿分汽化。7.1 概述概述(3)辐射干燥，热能以电磁波形式由辐射器发射辐射干燥，热能以电磁波形式由辐射器发射到湿物料表面，被物料吸收并转化为热能，使到湿物料表面，被物料吸收并转化为热能，使湿分汽化。湿分汽化。（4）介电加热干燥，将需要干燥的物料置于高）介电加热干燥，将需要干燥的物料置于高频电场中，利用高频电场的交变作用将湿物料频电场中，利用高频电场的交变作用将湿物料加热，并汽化湿分。加热，并汽化湿分。本章讨论以本章讨论以空气空气为干燥介质，湿分
5、为为干燥介质，湿分为水水的对的对流干燥过程。流干燥过程。7.1 概述概述3、对流干燥过程的特点、对流干燥过程的特点传热：传热：t i(物料表面温度物料表面温度i低低于气流温度于气流温度t)：气体：气体固体固体传质：传质：P水汽水汽 Pi（气流中的水（气流中的水汽分压汽分压P水汽水汽固体表面水分的固体表面水分的分压分压Pi）：湿物料内部的水）：湿物料内部的水表面表面气相。气相。特点：热、质反向传递过程。特点：热、质反向传递过程。HtqWiP水汽水汽pi M7.1 概述概述4、对流干燥流程及经济性、对流干燥流程及经济性（1）对流干燥流程：）对流干燥流程：间歇：湿物料被成批放入间歇：湿物料被成批放入
6、干燥器内，特干燥到指定干燥器内，特干燥到指定的含湿要求后一次取出。的含湿要求后一次取出。连续：湿物料被连续地加入与排出（并流与逆流）连续：湿物料被连续地加入与排出（并流与逆流）。经济性：主要取决于能耗和热的利用率。经济性：主要取决于能耗和热的利用率。7.1 概述概述7.2 湿空气的性质与湿度图湿空气的性质与湿度图7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质7.2.2 湿空气的湿度图及其应用湿空气的湿度图及其应用7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质一、空气中水分含量的表示方法一、空气中水分含量的表示方法1、水汽分压、水汽分压p水汽水汽与露点与露点td 在总压在总压p=const，将水汽分压为，将水汽分压
7、为p的空气的空气等湿等湿冷却至冷却至饱和状态饱和状态，此时的温度称为，此时的温度称为露点露点td可根据可根据td查手册得查手册得p水汽水汽2、空气的湿度、空气的湿度H 空气的湿度空气的湿度H定义为每定义为每kg干空气所带有的水干空气所带有的水汽量，单位是汽量，单位是kg/kg干气，即干气，即3、相对湿度、相对湿度 定义：空气中的水汽分压定义：空气中的水汽分压p水汽水汽与一定总压及一定与一定总压及一定温度下空气中水汽分压可能达到的最大值之比温度下空气中水汽分压可能达到的最大值之比定义为相对湿度，以表示定义为相对湿度，以表示。7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质说明：说明：(1)值说明湿空气偏离饱
8、和空气或绝干空气的值说明湿空气偏离饱和空气或绝干空气的程度，程度，值越小吸湿能力越大；值越小吸湿能力越大；(2)=0，p=0时，表示湿空气中不含水分，为时，表示湿空气中不含水分，为绝干空气。绝干空气。(3)=1，p=ps时，表示湿空气被水汽所饱和，时，表示湿空气被水汽所饱和，不能再吸湿。不能再吸湿。(4)对于空气对于空气-水系统水系统7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质(5)若若 t 总压下湿空气的沸点，湿份总压下湿空气的沸点，湿份 ps P，最大，最大 (空气全为水汽空气全为水汽)湿份的临界温度，气体中的湿份已是真湿份的临界温度，气体中的湿份已是真实气体，此时实气体，此时 =0，理论上吸湿能
9、力不受限制。，理论上吸湿能力不受限制。7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质4、四种温度、四种温度(1)干球温度干球温度 t：湿空气的真实温度，简称温度：湿空气的真实温度，简称温度(或或 K)。将温度计直接插在湿空气中即可测量。将温度计直接插在湿空气中即可测量。(2)空空气的湿球温度气的湿球温度t w（Wet-bulb temperature）定义定义qN对流传热对流传热hkH气体气体t,H气膜气膜对流传质对流传质液滴液滴表面表面tw,Hw液滴液滴当当热热、质质传传递递达达平平衡衡时时，气气体体对对液液体体的的供供热热速速率率恰恰等等于于液液体体汽汽化化的的需需热热速速率率时：时：7.2.1 湿
10、空气的性质湿空气的性质 湿球温度湿球温度是大量空气与少量水长期接触后是大量空气与少量水长期接触后水面的温度水面的温度(水温变化的极限温度水温变化的极限温度)。结论结论：tw=f(t,H)，气体的，气体的 t 和和 H 一定，一定，tw 为定值。为定值。当当t不太高，流速不太高，流速5m/s时，时，Air-H2O系统系统a.饱和气体：饱和气体：H=Hs，tw=t，即饱和空气的干、湿球温，即饱和空气的干、湿球温度相等。度相等。b.不饱和气体：不饱和气体：H Hs，tw tw(或或tas)td 饱和空气：饱和空气：t=tw(或或tas)=td二、与过程计算有关的参数二、与过程计算有关的参数1、湿空气
11、的焓、湿空气的焓I 定义：湿空气的焓为每定义：湿空气的焓为每kg干空气及其所带干空气及其所带kg水汽所具有的焓，水汽所具有的焓，kJ/kg。以以0的气体为基准，水汽的焓以的气体为基准，水汽的焓以0的液态的液态水为基准，故有水为基准，故有7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质对于空气对于空气-水系统：水系统：显热项显热项汽化潜热项汽化潜热项7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质2、湿空气的比体积、湿空气的比体积 H 定义：指定义：指1kg干气及所带的干气及所带的kg水汽所占的总水汽所占的总体积，体积，m3/kg 。除特殊需要外，用绝干空气的比体积代替湿除特殊需要外，用绝干空气的比体积代替湿空气的比体
12、积所选成的误差并不大。空气的比体积所选成的误差并不大。7.2.1 湿空气的性质湿空气的性质7.2.2 湿空气湿度图及其应用湿空气湿度图及其应用等湿线等湿线等焓线等焓线等温线等温线等相对等相对湿度线湿度线水蒸汽水蒸汽分压线分压线一、湿空气的状态点一、湿空气的状态点1、已知湿空气的状、已知湿空气的状态点：态点：H、p、td、tw、t、I I等等2 2、已知两个独立参、已知两个独立参数，确定状态点。数，确定状态点。练习：已知练习：已知p =100kpa,=100kpa,t t=30,=30,H H=0.=0.024kg024kg水水/kg/kg干气，求：干气，求：、td、I I、p p水汽水汽td=
13、28I=98=98%P水汽水汽=3.6kpa7.2.2 湿空气湿度图及其应用湿空气湿度图及其应用二、加热与冷却过程二、加热与冷却过程 若不计换热器的流动阻力，湿空气的加热若不计换热器的流动阻力，湿空气的加热或冷却属于等压过程。或冷却属于等压过程。1、等压加热、等压加热 p一定，一定，p=const，H=const。见下图。见下图AB线。线。t接接纳纳水汽的能力水汽的能力7.2.2 湿空气湿度图及其应用湿空气湿度图及其应用2、等压冷却、等压冷却P=const，ps(t)(1)P水汽水汽 ps(t)，H不变，不变，AC线。线。(2)P水汽水汽=ps(t)，t=td,D点点(3)ttd ps(t)H
14、,DE线。线。7.2.2 湿空气湿度图及其应用湿空气湿度图及其应用三、绝热增湿过程：三、绝热增湿过程：Q损损=0 空气给水的显热全部变为水分汽化的潜热空气给水的显热全部变为水分汽化的潜热返回空气，称为绝热增湿过程。返回空气，称为绝热增湿过程。工程上，常将工程上，常将等焓线等焓线近似地看成既是近似地看成既是绝热绝热增湿线，又是等湿球温度线增湿线，又是等湿球温度线。7.2.2 湿空气湿度图及其应用湿空气湿度图及其应用7.3 固体物料的干燥平衡固体物料的干燥平衡7.3.1 物料中水分含量的表示方法物料中水分含量的表示方法7.3.2水分在气固两相间的平衡水分在气固两相间的平衡7.3.1 物料中水分含量
15、的表示方法物料中水分含量的表示方法(1)湿基含水量湿基含水量w(2)干基含水量干基含水量Xt两者关系：两者关系：7.3.2水分在气固两相间的平衡水分在气固两相间的平衡一、结合水与非结合水一、结合水与非结合水1、结合水：借化学力或物理化学力与固体相结、结合水：借化学力或物理化学力与固体相结合的水。包括：结晶水、毛细管水和吸附水。合的水。包括：结晶水、毛细管水和吸附水。难通过干燥去除。难通过干燥去除。2、非结合水：水分只是机械地附着于固体表面或、非结合水：水分只是机械地附着于固体表面或颗粒堆积层的大空隙中的水。颗粒堆积层的大空隙中的水。易通过干燥去除易通过干燥去除。基本区别基本区别：表现的平衡蒸汽
16、压：表现的平衡蒸汽压pe不同。不同。非结合水：非结合水：pe=ps(pe p水汽水汽)大大结结合水：合水：petw1+(2050)3、t1I1 V Q3 但是升高受下面两种情况限制：但是升高受下面两种情况限制：1)加热物介质温位太高加热物介质温位太高 2)物料不允许接触高温气流物料不允许接触高温气流4、废气再循环、废气再循环(V)或中间加热或中间加热(t1)流程流程 优点：优点：1)避免使用高温加热介质避免使用高温加热介质 2)保证物料不直接接触高温气流保证物料不直接接触高温气流 3)减少新鲜空气用量减少新鲜空气用量Q3 5、良好的保温措施、良好的保温措施Q损损 7.4.3 干燥系统的热效率干
17、燥系统的热效率7.5 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间7.5.1 干燥速率干燥速率7.5.2 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7.5.1 干燥速率干燥速率一、干燥曲线一、干燥曲线干燥曲线干燥曲线：物料含水量：物料含水量 X 与干燥时间与干燥时间 的关系曲线。的关系曲线。A湿含量湿含量XXctwDCBADCBtX*物料表面温度物料表面温度 干燥时间干燥时间 预热段预热段恒速段恒速段降速段降速段预热阶段预热阶段AB恒速干燥阶段恒速干燥阶段BC降速干燥阶段降速干燥阶段CD 在降速阶段干燥速率的变在降速阶段干燥速率的变化规律与物料性质及其内部化规律与物料性质及其内部结构有关
18、。降速的原因大致结构有关。降速的原因大致有如下四个。有如下四个。(1)实际汽化表面减少；实际汽化表面减少；(2)汽化面的内移；汽化面的内移；(3)平衡蒸汽压下降；平衡蒸汽压下降；(4)固体内部水分的扩散极慢固体内部水分的扩散极慢 二、干燥速率及干燥速率曲线二、干燥速率及干燥速率曲线1、干燥速率、干燥速率U：干燥器单位时间内在物料单位干燥器单位时间内在物料单位表面积上汽化的湿分量（表面积上汽化的湿分量（kg湿分湿分/(m2s)）。微分）。微分形式为：形式为：2、干燥曲线、干燥曲线 干燥速度干燥速度 U 与湿含量与湿含量 X 的关系曲线。干燥过的关系曲线。干燥过程的特征在干燥速率曲线上更为直观。程
19、的特征在干燥速率曲线上更为直观。7.5.1 干燥速率干燥速率AB段：预热阶段，所需时间段：预热阶段，所需时间很短，干燥计算忽略。很短，干燥计算忽略。三、恒速干燥阶段和降速干燥三、恒速干燥阶段和降速干燥阶段阶段BC段：干燥速率保持恒定，段：干燥速率保持恒定，即基本上不随物料含水量而变即基本上不随物料含水量而变恒速干燥阶段。恒速干燥阶段。CDE段：在此阶段内干燥速率段：在此阶段内干燥速率随物料含水量的减少而降低随物料含水量的减少而降低降速阶段。降速阶段。ABCD干燥速率干燥速率 UABCD物料温度物料温度 twXcX*湿含量湿含量 XIIIC7.5.1 干燥速率干燥速率两个干燥阶段之间的交点两个干
20、燥阶段之间的交点C称为称为临界点临界点，与该点，与该点对应的物料含水量称为对应的物料含水量称为临界含水量临界含水量XC，其对应，其对应的速度称为的速度称为恒速阶段的速率恒速阶段的速率uC。说明：说明：1、两阶段划分的标志：、两阶段划分的标志：XC临界含水量（临界含水量（C点处点处NAC=NA恒恒）2、实际干燥过程：、实际干燥过程：X*XC(工艺要求及经济性工艺要求及经济性)四、临界含水量四、临界含水量XC 固体物料在恒速干燥终了时的含水量，称固体物料在恒速干燥终了时的含水量，称为临界含水量为临界含水量XC，而从中扣除平衡含水量后则，而从中扣除平衡含水量后则称为临界自由含水量。称为临界自由含水量
21、。7.5.1 干燥速率干燥速率1、多孔、多孔XC 非多孔非多孔XC2、分散程度愈细，、分散程度愈细，XC 3、厚度、厚度 XC 4、干燥条件、干燥条件7.5.1 干燥速率干燥速率7.6 干燥器干燥器7.6.1 干燥器的基本要求与分类干燥器的基本要求与分类7.6.2工业上常用的干燥器工业上常用的干燥器7.6.1 干燥器的基本要求与分类干燥器的基本要求与分类（1）对被干燥物料的适应性）对被干燥物料的适应性（2）设备的生产能力）设备的生产能力（3）能耗的经济性）能耗的经济性 7.6.2工业上常用的干燥器工业上常用的干燥器（1）箱式干燥器）箱式干燥器（2）喷雾干燥器）喷雾干燥器（2）喷雾干燥器）喷雾干燥器（3）气流干燥器）气流干燥器（4）流化床干燥器）流化床干燥器（5）转筒干燥器）转筒干燥器结束结束