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1、第六章 干 燥 Chapter6DryingChapter6Drying6.1湿空气的性质与湿度图湿空气的性质与湿度图6.2干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算与热量衡算6.3干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间6.4干燥器干燥器概述概述（IntroductionIntroduction）在在化化学学工工业业生生产产中中所所得得到到的的固固态态产产品品或或半半成成品品往往往往含含有有过过多多的的水水分分或或有有机机溶溶剂剂(湿湿份份)，要要制制得得合合格格的的产产品品需需要要除除去去固固体体物料中多余的湿份。物料中多余的湿份。例如：例如：制盐工业中，在过饱和的氯化钠溶液中生成的食盐晶
2、粒；制盐工业中，在过饱和的氯化钠溶液中生成的食盐晶粒；塑料工业中，氯乙烯单体在水相中聚合制成的塑料颗粒。塑料工业中，氯乙烯单体在水相中聚合制成的塑料颗粒。除湿方法：除湿方法：机械脱水机械脱水(沉降或过滤沉降或过滤)；干燥；干燥(加热使湿份汽化加热使湿份汽化)惯惯用用做做法法：先先采采用用机机械械方方法法把把固固体体所所含含的的绝绝大大部部分分湿湿份份除除去去，然然后后再再通通过过加加热热把把机机械械方方法法无无法法脱脱除除的的湿湿份份干干燥燥掉掉，以以降降低低除湿的成本。除湿的成本。干干燥燥方方法法的的分分类类：根根据据加加热热方方法法可可分分为为传传导导干干燥燥、对对流流干干燥和辐射干燥。燥
3、和辐射干燥。对流干燥过程举例对流干燥过程举例对对流流干干燥燥器器：空空气气通通过过送送风风机机吹吹入入空空气气预预热热器器，预预热热后后的的热热空空气气送送入入气气流流干干燥燥管管，湿湿料料由由螺螺旋旋加加料料器器推推入入干干燥燥器器并并分分散散于于热热气气流流中中，受受气气流流的的输输送送并并进进行行干干燥燥，干干燥燥产产品品通通过过旋旋风风分分离离器器从从气气流流中中分分离离出出来来，湿废气体由引风机抽出排空。湿废气体由引风机抽出排空。1-1-鼓风机；鼓风机；2-2-预热器；预热器；3-3-气流干燥管；气流干燥管；4-4-加料斗；加料斗；5-5-螺旋加料器；螺旋加料器；6-6-旋风分离器；
4、旋风分离器；7-7-卸料阀；卸料阀；8-8-引风机。引风机。化工生产中最常用的是对流干燥。化工生产中最常用的是对流干燥。干干燥燥介介质质：用用来来传传递递热热量量（载载热热体体）和湿份（载湿体）的介质。和湿份（载湿体）的介质。由由于于温温差差的的存存在在，气气体体以以对对流流方方式式向固体物料传热，使湿份汽化；向固体物料传热，使湿份汽化；在在分分压压差差的的作作用用下下，湿湿份份由由物物料料表表面向气流主体扩散，并被气流带走。面向气流主体扩散，并被气流带走。对流干燥过程原理对流干燥过程原理对流干燥过程原理对流干燥过程原理温温度度为为 t、湿湿份份分分压压为为 p 的的湿湿热热气气体体流流过过湿
5、湿物物料料的的表表面面，物物料表面温度料表面温度 ti低于气体温度低于气体温度 t。注注意意：只只要要物物料料表表面面的的湿湿份份分分压压高高于于气气体体中中湿湿份份分分压压，干干燥燥即可进行，与气体的温度无关。即可进行，与气体的温度无关。气气体体预预热热并并不不是是干干燥燥的的充充要要条条件件，其其目目的的在在于于加加快快湿湿份份汽汽化化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。HtqWtippi M干燥是热、质同时传递的过程干燥是热、质同时传递的过程干燥过程的基本问题干燥过程的基本问题干燥过程的基本问题干燥过程的基本问题(1)干燥介质用量的确定；干燥介质用
6、量的确定；(2)干燥条件的优化；干燥条件的优化；(3)干燥速率的强化；干燥速率的强化；(4)干燥方法的合理选择。干燥方法的合理选择。解决这些问题需要掌握的基本知识有：解决这些问题需要掌握的基本知识有：(1)湿分在气固两相间的传递规律；湿分在气固两相间的传递规律；(2)湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化；湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化；(3)物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；(4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本本章主要介绍运用
7、上述基本知识解决工程中物料干燥的基本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。湿气体的性质湿气体的性质湿气体的性质湿气体的性质 湿湿气气体体：绝绝干干气气体体与与湿湿份份蒸蒸汽汽的的混混合合物物，其其性性质质与与湿湿份份蒸蒸汽汽的数量有关。的数量有关。在在干干燥燥过过程程中中，随随着着物物料料中中湿湿份份的的汽汽化化，气气体体中中湿湿份份蒸蒸汽汽的的含量在不断增加，但绝干气体的量保持不变。含量在不断增加，但绝干气体的量保持不变。干干球球温温度度t：湿湿气气体体的的真真实实温温度度，简简称称温温度度（或或K）。将温度计直接插在湿气体中即可测量将温度计
8、直接插在湿气体中即可测量。系系统统总总压压P：即即湿湿气气体体的的总总压压。干干燥燥过过程程中中系系统统总总压压基基本本上恒定不变。上恒定不变。干干燥燥操操作作通通常常在在常常压压下下进进行行，常常压压干干燥燥的的系系统统总总压压接接近近大大气气压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。湿气体的干球温度和总压湿气体的干球温度和总压湿气体的干球温度和总压湿气体的干球温度和总压湿份的表示方法湿份的表示方法湿气体中湿份蒸汽的压力，用湿气体中湿份蒸汽的压力，用p 表示（表示（kpa）；）；当当气气体体为为湿湿份份蒸蒸汽汽所所饱饱和和时时，湿湿份份分分压压达达到到最
9、最大大值值，即即系系统统温度下湿份的饱和蒸汽压。温度下湿份的饱和蒸汽压。对于空气对于空气-水系统：水系统：Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96kg/kmol湿份分压湿份分压（Moisturepartialpressure）湿湿气气体体中中湿湿份份蒸蒸汽汽的的质质量量与与绝绝干干气气体体的的质质量量之之比比。若若湿湿份份蒸蒸汽和绝干气体的摩尔数汽和绝干气体的摩尔数(nw,ng)和摩尔质量和摩尔质量(Mw,Mg)绝对湿度绝对湿度(湿度湿度)H（Humidity）总压一定时，气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。kg湿份蒸汽湿份蒸汽/kg绝干气体绝干气体相对湿度相对湿度（Relative h
10、umidityRelative humidity）湿湿度度只只表表示示湿湿气气体体中中所所含含湿湿份份的的绝绝对对数数，不不能能反反映映气气体体偏偏离离饱和状态的程度（气体的吸湿潜力）。饱和状态的程度（气体的吸湿潜力）。相相对对湿湿度度：一一定定的的系系统统总总压压和和温温度度下下，气气体体中中湿湿份份蒸蒸汽汽的的分分压压p 与系统温度下湿份的饱和蒸汽压与系统温度下湿份的饱和蒸汽压ps 之比。之比。值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大；值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大；=100%时，时，p=ps，气体被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。气体被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。对于空气对
11、于空气-水系统：水系统：相对湿度相对湿度相对湿度相对湿度（RelativehumidityRelativehumidity）若若t 总总压压下下湿湿份份的的沸沸点点，湿湿份份psP，最最大大 (气气体体全全为为湿湿份蒸汽份蒸汽)湿湿份份的的临临界界温温度度，气气体体中中的的湿湿份份已已是是真真实实气气体体，此此时时 0，理论上吸湿能力不受限制。，理论上吸湿能力不受限制。=f(H,t)。ps 随随温温度度的的升升高高而而增增加加，H 不不变变提提高高t，气体的吸湿能力增加，故气体用作干燥介质应预热。气体的吸湿能力增加，故气体用作干燥介质应预热。H 不不变变而而降降低低t，气气体体趋趋近近饱饱和和
12、状状态态。当当气气体体达达到到饱饱和和状态状态(露点露点)而继续冷却时，气体中的湿份将呈液态析出。而继续冷却时，气体中的湿份将呈液态析出。湿份为水时，可按下式由系统温度湿份为水时，可按下式由系统温度t 计算饱和蒸汽压计算饱和蒸汽压湿比容湿比容 H H (Humid volume)(Humid volume)或干基湿比容或干基湿比容 (m(m3 3/kg/kg绝干气体绝干气体)1kg绝干气体及所含湿份蒸汽所具有的体积绝干气体及所含湿份蒸汽所具有的体积常压下常压下(P=1013.25kpa)：湿比热湿比热c cH H (Humid heat)(Humid heat)或干基湿比热或干基湿比热J/(k
13、gJ/(kg绝干气体绝干气体 )1kg绝干气体及所含湿份蒸汽温度升高绝干气体及所含湿份蒸汽温度升高1所需要的热量所需要的热量式中：式中：cg 绝干气体的比热，绝干气体的比热，J/(kg绝干气体绝干气体)；cv 湿份蒸汽的比热，湿份蒸汽的比热，J/(kg湿份蒸汽湿份蒸汽)。对于空气对于空气-水系统：水系统：cg=1.005kJ/(kg)，cv=1.884kJ/(kg)湿焓湿焓i iH H (Total enthalpy)(Total enthalpy)或干基湿焓或干基湿焓 (kJ/kg(kJ/kg绝干气体绝干气体)1kg绝干气体及所含湿份蒸汽所具有焓的总和绝干气体及所含湿份蒸汽所具有焓的总和由由
14、于于焓焓是是相相对对值值，计计算算焓焓值值时时必必须须规规定定基基准准状状态态和和基基准准温温度度，若取若取0下的绝干气体和液态湿份的焓为零，则下的绝干气体和液态湿份的焓为零，则对于空气对于空气-水系统：水系统：显热项显热项汽化潜热项汽化潜热项干燥过程的基本规律干燥过程的基本规律 湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。湿基湿含量湿基湿含量w：单位质量的湿物料中所含液态湿分的质量。单位质量的湿物料中所含液态湿分的质量。干基湿含量干基湿含量X：单位质量的绝干物料中所含液态湿分的质量。单位质量的绝干物料中所含液态湿分的质量。换算关系：换算关系：物料湿分的表示方法物料
15、湿分的表示方法工工业业生生产产中中，物物料料湿湿含含量量通通常常以以湿湿基基湿湿含含量量表表示示，但但由由于于物物料料的的总总质质量量在在干干燥燥过过程程中中不不断断减减少少，而而绝绝干干物物料料的的质质量量不不变变，故在干燥计算中以干基湿含量表示较为方便。故在干燥计算中以干基湿含量表示较为方便。湿份在气体和固体间的平衡关系湿份在气体和固体间的平衡关系 湿湿份份的的传传递递方方向向(干干燥燥或或吸吸湿湿)和和限限度度(干干燥燥程程度度)由由湿湿份份在在气体和固体两相间的平衡关系决定。气体和固体两相间的平衡关系决定。pXpsXh平平衡衡状状态态：当当湿湿含含量量为为 X 的的湿湿物物料料与与湿湿
16、份份分分压压为为 p 的的不不饱饱和和空空气气接接触触时时，物物料料将将失失去去自自身身的的湿湿份份或或吸吸收收气气体体中中的的湿湿份份，直到湿份在物料表面的蒸汽压等于气体中的湿份分压。直到湿份在物料表面的蒸汽压等于气体中的湿份分压。平平衡衡湿湿含含量量：平平衡衡状状态态下下物物料料的的湿湿含含量量。不不仅仅取取决决于于气气体体的的状态，还与物料的种类有很大的关系。状态，还与物料的种类有很大的关系。X*p结结合合水水分分：与与物物料料存存在在某某种种形形式式的的结结合合，其其汽汽化化能能力力比比独独立立存存在在的的水水要要低低，蒸蒸汽汽压压或或汽汽化化能能力力与与水水分分和和物物料料结结合合力
17、力的的强强弱有关。弱有关。结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分 非非结结合合水水分分：与与物物料料没没有有任任何何形形式式的的结结合合，具具有有和和独独立立存存在在的水相同的蒸汽压和汽化能力。的水相同的蒸汽压和汽化能力。湿含量湿含量XXh相对湿度相对湿度 非结合非结合水分水分结合水分结合水分01.00.5结结合合水水分分按按结结合合方方式式可可分分为为：吸吸附附水水分分、毛毛细细管管水水分分、溶溶涨水分涨水分(物料细胞壁内的水分物料细胞壁内的水分)和化学结合水分和化学结合水分(结晶水结晶水)。化化学学结结合合水水分分与与物物料料细细胞胞壁壁水水分分以
18、以化化学学键键形形式式与与物物料料分分子子结结合合，结结合合力力较较强强，难难汽汽化化；吸吸附附水水分分和和毛毛细细管管水水分分以以物物理吸附方式与物料结合，结合力相对较弱，易于汽化。理吸附方式与物料结合，结合力相对较弱，易于汽化。平衡水分和自由水分平衡水分和自由水分平衡水分和自由水分平衡水分和自由水分 平衡水分：平衡水分：低于平衡湿含量低于平衡湿含量X*的水分。是不可除水分。的水分。是不可除水分。自由水分：自由水分：高于平衡湿含量高于平衡湿含量X*的水分。是可除水分。的水分。是可除水分。吸吸湿湿过过程程：若若X Xc，汽化的是非结合水分。汽化的是非结合水分。降速干燥段：降速干燥段：X Xc物
19、料实际汽化表面变小物料实际汽化表面变小(出现干区出现干区)，第一降速段；，第一降速段；汽化表面内移，第二降速段；汽化表面内移，第二降速段；平衡蒸汽压下降平衡蒸汽压下降(各种形式的结合水各种形式的结合水)；固体内部水分扩散速度极慢固体内部水分扩散速度极慢(非多孔介质非多孔介质)。降降速速段段干干燥燥速速率率取取决决于于湿湿份份与与物物料料的的结结合合方方式式，以以及及物物料料的的结结构构，物物料料外外部部的的干干燥燥条条件件对对其其影影响响不不大大。降降速速干干燥燥段段又称为内部迁移控制阶段。又称为内部迁移控制阶段。恒定干燥条件下恒定干燥条件下 =tw，p=psh 和和kp 不变不变由由物物料料
20、内内部部向向表表面面输输送送的的湿湿份份足足以以保保持持物物料料表表面面的的充充分分湿湿润润，干干燥燥速速率率由由湿湿份份汽汽化化速速率率控控制制(取取决决于于物物料料外外部部的的干干燥燥条条件件)，故，故恒速干燥段又称为表面汽化控制阶段。恒速干燥段又称为表面汽化控制阶段。湿湿物物料料与与气气体体间间的的q和和N恒定恒定临界湿含量临界湿含量（Critical moisture contentCritical moisture content）Xc 决决定定两两干干燥燥段段的的相相对对长长短短，是是确确定定干干燥燥时时间间和和干干燥燥器器尺尺寸的基础数据，对制定干燥方案和优化干燥过程十分重要。寸
21、的基础数据，对制定干燥方案和优化干燥过程十分重要。物物料料空气条件空气条件临界湿含量临界湿含量品种品种厚度厚度mm速度速度m/s温度温度相对湿度相对湿度%kg水水/kg干干料料粘土粘土6.41.0370.100.11粘土粘土15.91.0320.150.13粘土粘土25.410.6250.400.17高岭土高岭土302.1400.400.181铬革铬革101.549-1.25砂砂0.044mm252.0540.170.210.0440.074mm253.4530.140.100.0740.177mm253.5530.150.0530.2080.295mm253.5550.170.053新闻纸新
22、闻纸-0190.351.00铁杉木铁杉木254.0220.341.28羊毛织物羊毛织物-25-0.31白岭粉白岭粉31.81.0390.200.084白岭粉白岭粉6.41.037-0.04白岭粉白岭粉16911260.400.13注注意意：Xc 与与物物料料的的厚厚度度、大大小小以以及及干干燥燥速速率率有有关关，所所以以不不是物料本身的性质。一般需由实验测定。是物料本身的性质。一般需由实验测定。影响干燥过程的主要因素影响干燥过程的主要因素 物料尺寸和气固接触方式物料尺寸和气固接触方式 减小物料尺寸，干燥面积增大，干燥速率加快。减小物料尺寸，干燥面积增大，干燥速率加快。粘土粒径粘土粒径dp，m0
23、.12410-210-310-410-510-6表面积表面积A，m20.0240.33303003000(c)干燥介质自下而上穿过物料层，可形成流化床干燥介质自下而上穿过物料层，可形成流化床。(b)干燥介质自上而下穿过物料层，不能形成流化床干燥介质自上而下穿过物料层，不能形成流化床；(a)干燥介质平行掠过物料层表面干燥介质平行掠过物料层表面；干燥介质条件干燥介质条件 物料本性物料本性 通通过过强强化化外外部部干干燥燥条条件件(t，H，u)来来增增加加传传热热传传质质推推动动力力，减减小小气气膜膜阻阻力力，可可提提高高恒恒速速段段(表表面面汽汽化化控控制制)的干燥速率，但对降速段的干燥速率，但对
24、降速段(内部扩散控制内部扩散控制)的改善不大。的改善不大。强化干燥条件将使强化干燥条件将使Xc 增加，更多水分将在降速段汽化。增加，更多水分将在降速段汽化。气体温度的提高受热源条件和物料耐热性的限制。气体温度的提高受热源条件和物料耐热性的限制。u，H，需使用更大量的气体，干燥过程能耗增加。需使用更大量的气体，干燥过程能耗增加。物料本性不影响恒速段的干燥速率；物料本性不影响恒速段的干燥速率；物物料料结结构构不不同同，与与水水分分的的结结合合方方式式、结结合合力力的的强强弱弱不不同同，降速段干燥速率差异很大。降速段干燥速率差异很大。强强化化干干燥燥速速率率时时，须须考考虑虑物物料料本本性性。若若恒
25、恒速速段段速速率率太太快快，有有些些物物料料会会变变形形、开开裂裂或或表表面面结结硬硬壳壳；而而在在降降速速段段则则应应考考虑虑物物料料的的耐耐热热性性，如如热热敏敏性性物物料料不不能能采采用用过过高高温温度度的的气体作为干燥介质。气体作为干燥介质。干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算 物料衡算（物料衡算（Mass balanceMass balance）G1湿湿物物料料进进口口的的质质量量流流率率，kg/s；G2产品出口的质量流率，产品出口的质量流率，kg/s；Gc绝干物料的质量流率，绝干物料的质量流率，kg/s；w1物料的初始湿含量；物料的初始湿含量；w2产品湿含量；产
26、品湿含量；L绝干气体的质量流率，绝干气体的质量流率，kg/s；H1气体进干燥器时的湿度；气体进干燥器时的湿度；H2气体离开干燥器时的湿度；气体离开干燥器时的湿度；W单单位位时时间间内内汽汽化化的的水水分分量量，kg/s。湿物料湿物料G1,w1干燥产品干燥产品G2,w2热空气热空气L,H1湿废气体湿废气体L,H2绝干气体消耗量绝干气体消耗量绝干气体比消耗绝干气体比消耗热量衡算（热量衡算（Heat balanceHeat balance）Qp预热器向气体提供的热量，预热器向气体提供的热量，kW；Qd 向干燥器补充的热量，向干燥器补充的热量，kW；Ql 干燥器的散热损失，干燥器的散热损失，kW。湿物
27、料湿物料G1,w1,1,cm1干燥产品干燥产品G2,w2,2,cm2热气体热气体L,H1,t1,I1湿废气体湿废气体L,H2,t2,i2湿气体湿气体L,H0,t0,I0QpQdQl预热器预热器干干燥燥器器整个干燥系统的热量衡算整个干燥系统的热量衡算 在在连连续续稳稳定定操操作作条条件件下下，系系统统无无热热量量积累，单位时间内积累，单位时间内(以以1秒钟为基准秒钟为基准)：湿物料湿物料G1,w1,1,cm1干燥产品干燥产品G2,w2,2,cm2热气体热气体L,H1,t1,i1湿废气体湿废气体L,H2,t2,i2湿气体湿气体L,H0,t0,i0QpQdQl气体焓变气体焓变物料焓变物料焓变物料焓：
28、物料焓：气体焓：气体焓：整个干燥系统的热量衡算整个干燥系统的热量衡算 汽化湿分所需要的热量：汽化湿分所需要的热量：物料焓变：物料焓变：加热固体产品所需要的热量加热固体产品所需要的热量 ：放空热损失放空热损失 ：总热量衡算总热量衡算 ：预热器的热量衡算预热器的热量衡算 预热器的作用在于加热空气。根据加热方式可分为两类：预热器的作用在于加热空气。根据加热方式可分为两类：直直接接加加热热式式：如如热热风风炉炉。将将燃燃烧烧液液体体或或固固体体燃燃料料后后产产生生的的高高温烟气直接用作干燥介质；温烟气直接用作干燥介质；间接换热式：间接换热式：如间壁换热器。如间壁换热器。空气预热器传给气体的热量为空气预
29、热器传给气体的热量为如如果果空空气气在在间间壁壁换换热热器器中中进进行行加加热热，则其湿度不变，则其湿度不变，H0=H1，即即通通过过预预热热器器的的热热量量衡衡算算，结结合合传传热热基基本本方方程程式式，可可以以求求得得间间壁壁换换热热空空气气预预热器的传热面积。热器的传热面积。立筒式金属体燃煤立筒式金属体燃煤间接加热热风炉间接加热热风炉干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算 热气体在干燥器中冷却而放出的热量热气体在干燥器中冷却而放出的热量：物物理理意意义义：气气体体在在干干燥燥器器中中放放出出的的热热量量和和补补充充加加热热的的热热量量用于汽化湿分、加热产品和补偿设备的散热损失。用于汽化湿分、加
30、热产品和补偿设备的散热损失。干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算 理想干燥过程：理想干燥过程：气体放出的显热全部用于湿分汽化。气体放出的显热全部用于湿分汽化。多多数数工工业业干干燥燥器器无无补补充充加加热热，如如果果散散热热损损失失可可视视为为零零且且物物料料的的初初始始温温度度与与产产品品温温度度相相同同，则则加加热热物物料料所所消消耗耗的的热热量量为为零零；或或当当干干燥燥器器的的补补充充加加热热量量恰恰等等于于加加热热物物料料和和散散热热损损失失的的热热量量，则干燥过程可视为理想干燥过程。则干燥过程可视为理想干燥过程。理想干燥过程的热量衡算式为理想干燥过程的热量衡算式为理想干燥过程可近似为等
31、焓过程，理想干燥过程可近似为等焓过程，对空气对空气-水系统：水系统：干燥系统的热效率和干燥效率干燥系统的热效率和干燥效率 热热效效率率的的定定义义：用用于于汽汽化化湿湿分分和和加加热热物物料料的的热热量量与与外外界界向向干干燥系统提供的总热量之比，即燥系统提供的总热量之比，即Ql,Ql，h 。气气体体用用量量，Ql ，干干燥燥任任务务一一定定，气气体体用量，用量，Qd，可以提高干燥系统的热效率。可以提高干燥系统的热效率。干燥系统热量衡算式干燥系统热量衡算式若若 Ql=Qd=0干燥系统的热效率和干燥效率干燥系统的热效率和干燥效率 干干燥燥效效率率：汽汽化化湿湿分分所所需需热热量量与与气气体体在在
32、干干燥燥器器中中放放出出的的热热量量之比值。（因为汽化湿分的热量才是有效热量）之比值。（因为汽化湿分的热量才是有效热量）干燥系统的干燥系统的总效率总效率：对理想干燥过程：对理想干燥过程：Qg=Qw，d,max=100%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需热速率时：的需热速率时：干燥过程中的物料温度干燥过程中的物料温度 在不同的干燥阶段，物料温度的变化规律不同。在不同的干燥阶段，物料温度的变化规律不同。恒速干燥段的物料温度恒速干燥段的物料温度 恒定条件下，恒速干燥段物料表面维持在一个稳定温度恒定条件下，恒速干燥段物料表面
33、维持在一个稳定温度tw。(1)气体的湿球温度（气体的湿球温度（Wet-bulbtemperature）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 湿球温度湿球温度 tw 定义式定义式 由由于于方方程程的的非非线线性性，求解求解tw 需用试差法。需用试差法。恒速干燥段的物料温度恒速干燥段的物料温度因因流流速速等等影影响响气气膜膜厚厚度度的的因因素素对对和和kH 有有相相同同的的作作用用，可可认认为为与与速速度度等等因素无关，而仅取决于系统的物性。因素无关，而仅取决于系统的物性。饱和气体：饱和气体：H=Hw，tw=t，即饱和气体的干、湿球温度
34、相等。即饱和气体的干、湿球温度相等。不饱和气体：不饱和气体：H Hw，tw t。对于空气对于空气-水系统：水系统：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。恒速干燥段的物料温度恒速干燥段的物料温度(2)湿球温度的测定湿球温度的测定湿湿球球温温度度计计测测定定湿湿球球温温度度的的条条件件是是保保证证纯纯对对流流传传热热，即即气气体体应应有有较较大大的的流流速速和和不不太太高高的的温温度度，否否则则，热热传传导导或或热热辐辐射射的的影影响响不不能能忽忽略略，测测得得的的湿湿球球温温度度会会有有较较大大的误差。的误差。通通过过测测定定气气体体的的干干球
35、球温温度度和和湿湿球球温度，可以计算气体的湿度：温度，可以计算气体的湿度：气体气体ttw恒速干燥段的物料温度恒速干燥段的物料温度(3)恒速干燥段的物料温度恒速干燥段的物料温度物料充分湿润，湿分在物料表面的汽化和在液面上汽化相同。物料充分湿润，湿分在物料表面的汽化和在液面上汽化相同。物物料料经经过过预预热热，很很快快达达到到稳稳定定的的温温度度，由由于于对对流流传传热热强强烈烈，物料温度接近气体的湿球温度物料温度接近气体的湿球温度tw。对对于于空空气气-水水系系统统，tw100。当当气气体体的的湿湿度度一一定定时时，气气体体的温度越高，干、湿球温度的差值越大。的温度越高，干、湿球温度的差值越大。
36、结结论论：当当物物料料充充分分湿湿润润时时，可可以以使使用用高高温温气气体体做做干干燥燥介介质质而而不至于烧毁物料。例如，可以使用不至于烧毁物料。例如，可以使用500的气体烘干淀粉。的气体烘干淀粉。t2060100200500tw 17.6228.3635.7647.6364.43对初始温度为对初始温度为20、相对湿度为、相对湿度为80%的常压空气的常压空气降速干燥段的物料温度降速干燥段的物料温度 降速干燥段物料的温度降速干燥段物料的温度 随湿含量随湿含量X的降低而升高。的降低而升高。降降速速干干燥燥段段汽汽化化的的水水份份包包括括结结合合水水分分，其其性性质质与与物物料料本本性性的的关系十分
37、复杂，关系十分复杂，故故 X 的变化规律通常需通过实验测定。的变化规律通常需通过实验测定。假如假如(1)降速段干燥曲线为直线；降速段干燥曲线为直线；(2)空气干燥条件恒定；空气干燥条件恒定；(3)物料粒径在物料粒径在2-3mm以下；以下；(4)Xc0.05。t、tw 气体的干球温度和湿球温度，气体的干球温度和湿球温度，；X、Xc、X*物料的湿含量、临界湿含量和平衡湿含量；物料的湿含量、临界湿含量和平衡湿含量；cs绝干物料比热，绝干物料比热，kJ/(kg)；rw湿球温度下的汽化潜热，湿球温度下的汽化潜热，kJ/kg；物料温度，物料温度，。气体进出口状态的确定气体进出口状态的确定 物料性质物料性质
38、(耐热性或热敏性物料耐热性或热敏性物料)热源条件热源条件(蒸汽或烟道气蒸汽或烟道气)干燥工艺干燥工艺(室式、气流或流化床干燥室式、气流或流化床干燥)干燥器进口气体干燥器进口气体的温度的温度t1和湿度和湿度H1干干燥燥介介质质为为空空气气时时：进进口口湿湿度度取取决决于于大大气气的的条条件件和和预预热热器器的的加加热热方方式式。对对间间壁壁换换热热器器，H1=H0。因因燃燃料料携携带带的的少少量量水水分分或在燃烧过程中生成的水分，烟道气湿度高于大气湿度。或在燃烧过程中生成的水分，烟道气湿度高于大气湿度。干燥器出口气体的温度干燥器出口气体的温度t2和湿度和湿度H2以以蒸蒸汽汽为为热热源源通通过过间
39、间壁壁换换热热产产生生的的热热空空气气，其其出出口口温温度度一一般般取为取为6090。气气体体出出口口温温度度，传传热热传传质质推推动动力力，干干燥燥速速率率，放放空空热热损损失失，热效率，热效率。气气体体出出口口温温度度，推推动动力力，生生产产能能力力，甚甚至至发发生生吸吸湿湿返返潮现象，严重时会堵塞设备和管道，破坏干燥器的正常操作。潮现象，严重时会堵塞设备和管道，破坏干燥器的正常操作。干燥器的经济性干燥器的经济性露点温度及气体出口温度的校核露点温度及气体出口温度的校核 目的：目的：防止气体出口湿度过高所引起的湿分凝结。防止气体出口湿度过高所引起的湿分凝结。方方法法：由由气气体体出出口口湿湿
40、度度求求得得露露点点温温度度td，再再根根据据气气体体出出口口温温度与度与td 的差值来判断是否会发生湿分凝结。的差值来判断是否会发生湿分凝结。干燥系统中气体的极限温度干燥系统中气体的极限温度对于空气对于空气-水系统水系统为为确确保保物物料料在在干干燥燥器器以以及及其其后后的的分分离离除除尘尘系系统统中中不不发发生生返返潮潮，工业上一般取气体的出口温度高于露点温度工业上一般取气体的出口温度高于露点温度20-50。当气体的当气体的P、H 不变，则湿分分压不变，则湿分分压p 不变。不变。ps=p,ts=td露点温度及气体出口温度的校核露点温度及气体出口温度的校核 露点温度测定方法：露点温度测定方法
41、：将将一一面面用用冷冷却却剂剂冷冷却却的的镜镜子子置置于于气气样样中中，当当与与镜镜面面接接触触的的气气体体开开始始析析出出液液体体时时，镜镜面面上上形形成成的的薄薄雾雾使使光光线线的的反反射射能能力力开开始变差，此时镜面的温度即为露点温度。始变差，此时镜面的温度即为露点温度。干燥过程中气体状态的变化干燥过程中气体状态的变化 干干燥燥器器中中气气固固两两相相的的流流动动方方向向可可分分为为并并流流、逆逆流流和错流。和错流。预热段的气体状态预热段的气体状态 预预热热段段为为物物料料单单纯纯加加热热过过程程，物物料料湿湿含含量量可可视视为为不不变变。若若忽忽略预热段散热损失，则气体放出的热量全部用
42、于加热物料。略预热段散热损失，则气体放出的热量全部用于加热物料。L,t1,H1tb,Hbtc,Hctw,Xbtw,XcGc,1,X1L,t2,H2Gc,2,X2干燥器长度干燥器长度高高温温不不饱饱和和气气体体与与液液体体在在绝绝热热条条件件下下进进行行传传热热传传质质并并达达到到平平衡衡状状态态的的过过程程。达达到到平平衡衡时时，气气体体与与液液体体温温度度相相等等，气气体体为为液体的蒸汽所饱和。液体的蒸汽所饱和。恒速干燥段的气体状态恒速干燥段的气体状态 若若忽忽略略散散热热损损失失，恒恒速速段段气气体体放放出出的的显显热热全全部部用用于于湿湿分分汽汽化化，气体状态经历降温增湿的变化。气体状态
43、经历降温增湿的变化。(1)绝热饱和过程绝热饱和过程(Adiabaticsaturationprocess)绝热饱和温度绝热饱和温度tas：过程结束时气液两相达到的同一温度过程结束时气液两相达到的同一温度由由于于ras 和和Has 是是tas 的的函函数数，故故绝绝热热饱饱和和温温度度tas 是是气气体体温温度度t 和湿度和湿度H 的函数。已知的函数。已知t 和和H，可以试差求解可以试差求解tas。对于空气对于空气-水系统：水系统：(2)恒速干燥段气体状态恒速干燥段气体状态忽略散热损失忽略散热损失上两式为恒速段气体温度上两式为恒速段气体温度t 和湿度和湿度H 随随X 的变化关系。的变化关系。给定
44、给定X(Xc X X1)，即可求得对应的气体温度即可求得对应的气体温度t 和湿度和湿度H。已知物料的已知物料的Xc，可计算临界点的气体温度可计算临界点的气体温度tc 和湿度和湿度Hc。降速干燥段气体状态降速干燥段气体状态 忽略散热损失忽略散热损失上两式为降速段气体温度上两式为降速段气体温度t 和湿度和湿度H 随随X 的变化关系。的变化关系。给定给定X(X2 X Xc)，即可求得对应的气体温度即可求得对应的气体温度t 和湿度和湿度H。L,t1,H1tb,Hbtc,Hctw,Xbtw,XcGc,1,X1t2,H2 2,X2干燥器长度恒定干燥条件下物料的干燥时间恒定干燥条件下物料的干燥时间 物物料料
45、的的停停留留时时间间应应大大等等于于给给定定条条件件下下将将物物料料干干燥燥至至指指定定的的湿含量所需的干燥时间，并由此确定干燥器尺寸。湿含量所需的干燥时间，并由此确定干燥器尺寸。若若已已知知物物料料的的初初始始湿湿含含量量X1 和和临临界界湿湿含含量量Xc，则则恒恒速速段段的的干燥时间为干燥时间为恒速干燥段的干燥时间恒速干燥段的干燥时间若若传传热热干干燥燥面面积积A 为为已已知知，则则由由上上式式求求干干燥燥时时间间 的的问问题题归归结为气固对流给热系数结为气固对流给热系数 的求取。的求取。恒速干燥段的干燥时间恒速干燥段的干燥时间(1)对于板状物料或静止的物料层对于板状物料或静止的物料层L
46、湿气体质量流速，湿气体质量流速，kg/(m2h)；u0 空空床床气气速速，m/s；L 湿湿气气体体质质量量流流速速，kg/(m2h)；dp物料粒径，物料粒径，m；cp物料比热，物料比热，kJ/(kgK)；、气体的密度和粘度。气体的密度和粘度。(2)气体穿流通过颗粒物料的固定床层气体穿流通过颗粒物料的固定床层适用条件：适用条件：L=245029300kg/(m2h)，气体温度气体温度45150。(3)气体通过颗粒流化床层气体通过颗粒流化床层因因流流化化床床中中气气固固两两相相对对流流传传热热机机理理的的复复杂杂性性，实实验验结结果果分分散散，误差很大。误差很大。等速运动段等速运动段(4)气流干燥
47、器中气体与颗粒间的传热气流干燥器中气体与颗粒间的传热Frantz表观给热系数表观给热系数通用计算式通用计算式加速运动段的给热系数加速运动段的给热系数随物性和操作条件而异随物性和操作条件而异注注意意：利利用用上上述述方方程程计计算算给给热热系系数数来来确确定定干干燥燥速速率率和和干干燥燥时时间，其误差较大，仅能作为粗略估计。间，其误差较大，仅能作为粗略估计。聚氯乙烯聚氯乙烯桐荣良三式桐荣良三式降速干燥段的干燥时间降速干燥段的干燥时间(1)图解积分法图解积分法 降降速速段段的的干干燥燥时时间间可可以以从从物物料料干干燥燥曲曲线线上上直直接接读读取取。计计算算上上通常是采用图解法或解析法。通常是采用
48、图解法或解析法。当当降降速速段段的的U X 呈呈非非线线性性变变化化时，应采用图解积分法。时，应采用图解积分法。在在X2Xc 之之间间取取一一定定数数量量的的X 值值，从从干干燥燥速速率率曲曲线线上上查查得得对对应应的的U，计算计算Gc/U；作作图图Gc/UX，计计算算曲曲线线下下面面阴阴影部分的面积。影部分的面积。XoXcX2Gc/U降速干燥段的干燥时间降速干燥段的干燥时间(2)解析法解析法当当降降速速段段的的U X 呈呈线线性性变变化化时时，可采用解析法。可采用解析法。降速段干燥速率曲线可表示为降速段干燥速率曲线可表示为ABCD干燥速率干燥速率UXUXcX*湿含量湿含量XUc当当缺缺乏乏平
49、平衡衡水水分分的的实实验验数数据据时时，可以假设可以假设X*=0，则有则有气体湿度焓图气体湿度焓图（Humidity chartHumidity chart）湿湿气气体体参参数数的的计计算算比比较较繁繁琐琐，甚甚至至需需要要试试差差。为为了了方方便便和和直直观，通常使用湿度图。观，通常使用湿度图。空气湿度图的绘制空气湿度图的绘制（Humiditychart）对于空气对于空气-水系统，水系统，tas tw，等等tas 线可近似作为等线可近似作为等tw线。线。每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的tas。物物理理意意义义：以以绝绝热热冷冷却却线线上上所所有有各
50、各点点为为始始点点，经经过过绝绝热热饱饱和和过程到达终点时，所有各状态的气体的温度都变为同一温度。过程到达终点时，所有各状态的气体的温度都变为同一温度。横坐标：横坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线。空气的干球温度，所有纵线为等温线。右侧纵坐标：右侧纵坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。空气的湿度，所有的横线为等湿度线。(1)等相对湿度线等相对湿度线(等等 线线)总压总压P 一定，对给定的一定，对给定的 ：因因 ps=f(t)，故故 H=f(t)。(2)绝热冷却线（等绝热冷却线（等tas 线）线）对给定的对给定的tas：t=f(H)(3)湿热湿热-湿度线湿度线(cH -H)总压总压P=1