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1、第七章 干 燥 Chapter 7 Drying概述概述（IntroductionIntroduction）目的目的举例举例贮存贮存药品湿含量药品湿含量有效期有效期运输运输煤粉含水量煤粉含水量净煤运输量净煤运输量运费运费加工加工塑料原体含水量塑料原体含水量成型时产生气泡成型时产生气泡使用使用染料或纸张水分不一染料或纸张水分不一产量产量产品水分过低，产量产品水分过低，产量(值值)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(湿湿分分)，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体物料中多余的湿分。
2、固体物料中多余的湿分。除湿方法：除湿方法：机械除湿机械除湿如离心分离、沉降、过滤。如离心分离、沉降、过滤。干干燥燥利利用用热热能能使使湿湿物物料料中中的的湿湿分分汽汽化化。除除湿程度高，但能耗大。湿程度高，但能耗大。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分分除除去去，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分分干干燥燥掉掉，以降低除湿的成本。以降低除湿的成本。干燥分类：干燥分类：1.传导干燥传导干燥热能通过传热壁面以传导方式传给物热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿分蒸汽被气相料，产生的湿分蒸汽被气相(
3、又称干燥介质又称干燥介质)带走，带走，或用真空泵排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进或用真空泵排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。行干燥。2.对流干燥对流干燥使干燥介质直接与湿物料接触，热能以使干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式加入物料，产生的蒸汽被干燥介质带走。对流方式加入物料，产生的蒸汽被干燥介质带走。3.辐射干燥辐射干燥由辐射器产生的辐射能以电磁波形式由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物体的表面，为物料吸收而重新变为热能，从达到物体的表面，为物料吸收而重新变为热能，从而使湿分气化。例如用红外线干燥法将自行车表面而使湿分气化。例如用红外线干燥法将自行车表面油漆烘干。油漆烘干。4
4、.介电加热干燥介电加热干燥将需要干燥电解质物料置于高频将需要干燥电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电介质中变为热能，可以使电场中，电能在潮湿的电介质中变为热能，可以使液体很快升温气化。这种加热过程发生在物料内部，液体很快升温气化。这种加热过程发生在物料内部，故干燥速率较快，例如微波干燥食品。故干燥速率较快，例如微波干燥食品。5、冷冷冻冻干干燥燥物物料料冷冷冻冻后后，用用干干燥燥器器抽抽成成真真空空，并使再热体循环，对物料提供必要的升华热。并使再热体循环，对物料提供必要的升华热。冷冻干燥常用于医药品、生物制品及食品的干燥。冷冻干燥常用于医药品、生物制品及食品的干燥。真空干燥的特点：真空干燥的
5、特点：（1）操作温度低，干燥速度快，热的经济性好；）操作温度低，干燥速度快，热的经济性好；（2）适适用用于于维维生生素素、抗抗菌菌素素等等热热敏敏性性产产品品以以及及在在空气中易氧化、易燃易爆的物料；空气中易氧化、易燃易爆的物料；（3）适适用用于于含含有有溶溶剂剂或或有有毒毒气气体体的的物物料料，溶溶剂剂回回收容易；收容易；（4）在在真真空空下下干干燥燥，产产品品含含水水量量可可以以很很低低，适适用用于要求低含水量的产品；于要求低含水量的产品；（5）由由于于加加料料口口与与产产品品排排除除口口等等处处的的密密封封问问题题，大型化、连续化生产有困难。大型化、连续化生产有困难。本章重点：本章重点：
6、以不饱和热空气为干燥介质，除去湿物以不饱和热空气为干燥介质，除去湿物料中水分的连续对流干燥过程。料中水分的连续对流干燥过程。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）和湿分（载湿体）的介质。体）和湿分（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向固体物料传热，使湿分汽化；式向固体物料传热，使湿分汽化；在在分分压压差差的的作作用用下下，湿湿分分由由物物料料表表面面向向气气流流主主体体扩扩散散，并并被被气气流流带走。带走。对流干燥过程原理对流干燥过程原理温温度度为为 t、湿湿分分分分压压为为 p 的的湿湿热热气气体体流流过过湿湿物物料料的的表表面面，物料
7、表面温度物料表面温度 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分分分分压压高高于于气气体体中中湿湿分分分分压压，干燥即可进行，与气体的温度无关。干燥即可进行，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分分汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。HtqWtippiM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干燥过程热空热空气流气流过湿过湿物料物料表面表面热量热量传递传递到湿到湿物料物料表面表面湿物湿物料表料表面水面水分汽分汽化并化并
8、被带被带走走表面表面与内与内部出部出现水现水分浓分浓度差度差内部内部水分水分扩散扩散到表到表面面传热过程传热过程传质过程传质过程传质过程传质过程干燥过程推动力：干燥过程推动力：传质推动力：物料表面水分压传质推动力：物料表面水分压P表水表水热空气中的水分压热空气中的水分压P空水空水传热推动力：热空气的温度传热推动力：热空气的温度t空气空气物料表面的温度物料表面的温度t物表物表对流干燥过程实质对流干燥过程实质除水分量除水分量空气消耗量空气消耗量干燥产品量干燥产品量热量消耗热量消耗干燥时间干燥时间物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算涉及干燥速率和水在涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系气固相的平衡关系涉及
9、湿空气的性质涉及湿空气的性质干燥过程基本问题干燥过程基本问题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。本本章章主主要要介介绍绍运运用用上上述述基基本本知知识识解解决决工工程程中中物物料料干干燥燥的的基基本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥
10、过程。本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。第一节第一节第一节第一节 湿气体的热力学性质湿气体的热力学性质湿气体的热力学性质湿气体的热力学性质 湿湿空空气气：指指绝绝干干空空气气与与水水蒸蒸汽汽的的混混合合物物。在在干干燥燥过过程程中中，随随着着湿湿物物料料中中水水份份的的汽汽化化，湿湿空空气气中中水水份份含含量量不不断断增增加加，但但绝绝干干空空气气的的质质量量保保持持不不变变。因因此此，湿湿空空气气性性质质一一般般都都以以1kg绝干空气为基准。绝干空气为基准。操作压强不太高时，空气可视为理想气体。操作压强不太高时，空气可视为理想气体。一、湿空气的性质一、湿空气的性质常压下湿空气可视
11、为理想气体，根据道尔顿分压定律，常压下湿空气可视为理想气体，根据道尔顿分压定律，1、水气分压水气分压v v（一）湿空气中湿含量的表示方法（一）湿空气中湿含量的表示方法系系统统总总压压P：湿湿空空气气的的总总压压（kN/m2），即即P干干空空气气与与P水水之之和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且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气压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。大气压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。表明湿空气被水汽饱和。表明湿空气被水汽饱和。对于空气对于空气-水蒸气系统：水蒸气
12、系统：Mv=18.02kg/kmol，Mg=28.95kg/kmol湿湿空空气气中中水水气气的的质质量量与与绝绝干干空空气气的的质质量量之之比比。若若湿湿分分蒸蒸汽和绝干空气的摩尔数汽和绝干空气的摩尔数(nv,ng)和摩尔质量和摩尔质量(Mv,Mg)绝对湿度绝对湿度绝对湿度绝对湿度(湿度湿度湿度湿度)HH（HumidityHumidity）总压一定时，湿空气的湿度只与水蒸汽的分压有关。总压一定时，湿空气的湿度只与水蒸汽的分压有关。Kg水蒸汽水蒸汽/kg绝干空气绝干空气当当pV=ps时，湿度称为饱和湿度，以时，湿度称为饱和湿度，以Hs表示。表示。相对湿度相对湿度相对湿度相对湿度（Relative
13、humidityRelativehumidity）湿湿度度只只表表示示湿湿空空气气中中所所含含水水份份的的绝绝对对数数，不不能能反反映映空空气气偏离饱和状态的程度（即气体的吸湿能力）。偏离饱和状态的程度（即气体的吸湿能力）。值值说说明明湿湿空空气气偏偏离离饱饱和和空空气气或或绝绝干干空空气气的的程程度度，值值越越小小吸湿能力越大；吸湿能力越大；=0，pv=0时，表示湿空气中不含水分，为绝干空气。时，表示湿空气中不含水分，为绝干空气。=1，pv=ps时，表示湿空气被水汽所饱和，不能再吸湿。时，表示湿空气被水汽所饱和，不能再吸湿。对于空气对于空气-水系统：水系统：相相对对湿湿度度：在在总总压压和和
14、温温度度一一定定时时，湿湿空空气气中中水水汽汽的的分分压压pV 与系统温度下水的饱和蒸汽压与系统温度下水的饱和蒸汽压ps 之比的百分数。之比的百分数。相对湿度相对湿度相对湿度相对湿度（RelativehumidityRelativehumidity）若若t 总总压压下下湿湿空空气气的的沸沸点点，最最大大 (空空气气全全为为水水汽汽)湿湿分分的的临临界界温温度度，气气体体中中的的湿湿分分已已是是真真实实气气体体，此时此时 =0，理论上吸湿能力不受限制。，理论上吸湿能力不受限制。j=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，气气体体的的吸吸湿能力增加，故空气
15、用作干燥介质应先预热。湿能力增加，故空气用作干燥介质应先预热。H 不不变变而而降降低低t，空空气气趋趋近近饱饱和和状状态态。当当空空气气达达到到饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出。饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出。1.比体积比体积 H(Humidvolume)或湿比容或湿比容(m3/kg绝干气体绝干气体)比容：比容：比容：比容：1kg绝干空气和相应水汽体积之比。绝干空气和相应水汽体积之比。（二）湿空气的比体积、比热容和焓（二）湿空气的比体积、比热容和焓2.比热比热cH(Humidheat)或比热容或比热容kJ/(kg)比热：比热：比热：比热：1kg绝干空气及相应水汽温
16、度升高绝干空气及相应水汽温度升高1所需要的热量所需要的热量式中：式中：cg 绝干空气的比热，绝干空气的比热，kJ/(kg)；cv 水汽的比热，水汽的比热，kJ/(kg)。对于空气对于空气-水系统：温度在水系统：温度在273393K范围内，范围内，cg=1.01kJ/(kg)，cv=1.88kJ/(kg)3、焓、焓I(Totalenthalpy)焓：焓：1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。由由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，一一般般以以0为为基基准准，且且规规定定在在0时时绝绝干干空空气气和和液
17、液态水的焓值均为零，则态水的焓值均为零，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体汽化的需热速率时：液体汽化的需热速率时：（三）湿空气的温度（三）湿空气的温度(1)干干球球温温度度t：湿湿空空气气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（Wet-bulbtemperature）a.定义定义qN对流传热hkH气体t,H气膜对流传质液滴表面tw,Hw液滴 湿球温度湿
18、球温度 tw 定义式定义式 (2)空空气的湿球温度（气的湿球温度（Wet-bulbtemperature）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kH/与与速速度度等因素无关，而仅取决于系统的物性。等因素无关，而仅取决于系统的物性。饱和气体饱和气体:H=Hs，tw=t，即饱和空气的干、湿球温度相等。，即饱和空气的干、湿球温度相等。不饱和气体不饱和气体:H Hs，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。湿湿球球温温度度计计测测定定湿湿球
19、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会有较大的误差。度会有较大的误差。通通过过测测定定气气体体的的干干球球温温度度和和湿湿球球温温度度，可可以以计计算算气气体体的的湿度：湿度：气体ttw湿球温度的测定湿球温度的测定物物料料充充分分湿湿润润，湿湿分分在在物物料料表表面面的的汽汽化化和和在在液液面面上上汽汽化化相同。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，
20、物料温度接近气体的湿球温度烈，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，tw tas（或（或 tw）td；饱和空气；饱和空气t=tas=td二、气体湿度图二、气体湿度图二、气体湿度图二、气体湿度图（HumiditychartHumiditychart）湿湿空空气气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直观，通常使用湿度图。和直观，通常使用湿度图。等湿线等湿线等焓线等焓线等温线等温线饱和空饱和空气线气线p-H线线空气湿度图的绘制（Humidity chart）对于空气对于空气-水系统，水系统，tas tw，等，等tas 线可近似作
21、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各点点为为始始点点，经经过过绝绝热热饱饱和和过过程程到到达达终终点点时时，所所有有各各状状态态的的气气体体的的温温度度都都变变为为同一温度。同一温度。横坐标：横坐标：空气的湿度，所有的纵线为等湿度线。空气的湿度，所有的纵线为等湿度线。左侧纵坐标：左侧纵坐标：空气的干球温度，所有横线为等温线。空气的干球温度，所有横线为等温线。(1)等湿度线等湿度线(等等H 线线)(2)等焓线（等等焓线（等I 线）线）对给定的对给定的tas：t=
22、f(H)在在同同一一条条等等湿湿线线上上不不同同点点所所代代表表的的湿湿空空气气状状态态不不同同，但但H相同，露点是将湿空气等相同，露点是将湿空气等H冷却至冷却至 =1时的温度。时的温度。(3)等干球温度线等干球温度线(等等t 线线)I与与H呈直线关系，呈直线关系，t越高，等越高，等t线的斜率越大，读数线的斜率越大，读数0-250C。(4)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)。(5)蒸气分压线蒸气分压线总压总压P 一定，一定，ps=f(H)，p-H近似为直线关系。近似为直线关系。空气湿焓图的用法空气湿焓图的用
23、法（Useofhumiditychart）两两个个参参数数在在曲曲线线上上能能相相交交于于一一点点，即即这这两两个个参参数数是是独独立立参参数数，这些参数才能确定空气的状态点。，这些参数才能确定空气的状态点。=100%，空气达到饱和，无吸湿能力。，空气达到饱和，无吸湿能力。100%，属属于于未未饱饱和和空空气气，可可作作为为干干燥燥介介质质。越越小小，干燥条件越好。干燥条件越好。1.确定空气的干燥条件确定空气的干燥条件2.确定空气的状态点，查找其它参数确定空气的状态点，查找其它参数3.确定绝热饱和冷却温度确定绝热饱和冷却温度1）等）等I干燥过程干燥过程等焓干燥过程又称绝热干燥过程。等焓干燥过程
24、又称绝热干燥过程。a.不向干燥器重补充热量，即不向干燥器重补充热量，即QD=0.b.忽略干燥器向周围散失的热量，即忽略干燥器向周围散失的热量，即QL=0.c.物料进出干燥器的焓相等，即物料进出干燥器的焓相等，即G(I2_I1)=0沿等沿等I线线，空气，空气t1、t2已知，即可确定已知，即可确定H1、H2。2）等）等H干燥过程干燥过程恒压下，加热或冷却过程。恒压下，加热或冷却过程。根据根据 图上湿空气的状态点，可方便地查出湿空图上湿空气的状态点，可方便地查出湿空气的其它性质参数。如图片所示，已知空气的状态点气的其它性质参数。如图片所示，已知空气的状态点为为A A，由通过，由通过A A点的等点的等
25、、等、等H H、等、等I I 线可确定线可确定A A点的温点的温度、湿度和焓。因为露点是在空气等湿冷却至饱和时度、湿度和焓。因为露点是在空气等湿冷却至饱和时的温度，所以等的温度，所以等线与线与 =100%=100%的饱和空气线的交的饱和空气线的交点所对应的等点所对应的等线所示的温度即为露点线所示的温度即为露点 .绝热饱和温度是空气等焓增湿至饱和时的温度，因绝热饱和温度是空气等焓增湿至饱和时的温度，因此，由等此，由等I I 线与线与 =100%=100%的饱和空气线交点的等的饱和空气线交点的等t t线所示的温度即为绝热饱和温度线所示的温度即为绝热饱和温度t tasas，对于水蒸汽，对于水蒸汽空气
26、系统，它也是湿球温度空气系统，它也是湿球温度t tw w。由等。由等H H 线与蒸汽分线与蒸汽分压线的交点可读出湿空气中水汽的分压值。压线的交点可读出湿空气中水汽的分压值。A若已知湿空气的两个独立参数分别为：若已知湿空气的两个独立参数分别为：t tt tw w、t tt td d、t t ，湿空气的状态点的确定方法分别示于图，湿空气的状态点的确定方法分别示于图5-55-5（）、（）、（）及（）中。（）及（）中。第二节第二节第二节第二节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 湿物料水分含量的表示方法湿物料水分含量的表示方法
27、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。湿基含水量湿基含水量w：水分在湿物料中的质量百分数。水分在湿物料中的质量百分数。干基含水量干基含水量X：湿物料中的水分与绝干物料的质量比。湿物料中的水分与绝干物料的质量比。换算关系：换算关系：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含含水水量量表表示示，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量不变，故在干燥计算中以干基含水量表示较为方便。质量不变，故在干燥计算中以干基含水量表示较为方便。二、干燥过程的物料衡算和热量衡算二、干燥过程的物料
28、衡算和热量衡算二、干燥过程的物料衡算和热量衡算二、干燥过程的物料衡算和热量衡算（一）物料衡算（一）物料衡算（Mass balanceMass balance）G1湿物料进口的质量流率，湿物料进口的质量流率，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单位时间内汽化的水分量，单位时间内汽化的水分量，kg/
29、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水分蒸发量：水分蒸发量：绝干空气消耗量绝干空气消耗量绝干空气比消耗绝干空气比消耗作绝干物料的衡算：作绝干物料的衡算：-干燥产品，与绝干物料是有区别的。干燥产品，与绝干物料是有区别的。（二）热量衡算（二）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。湿物料湿物料G1,w1,1,I1干燥产品干燥产品G2,w2,2,I2热气体热气体L,H
30、1,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积累累，单单位位时时间间内内(以以1秒钟为基准秒钟为基准)：气体焓变气体焓变物料焓变物料焓变气体焓变：气体焓变：整个干燥系统的热量衡算整个干燥系统的热量衡算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：加加热热固固体体产产品品所所需需要要的的热热量量 ：加热空气加
31、热空气 ：总总热热量量衡衡算算 ：预热器的热量衡算预热器的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高温烟气直接用作干燥介质；的高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，则其湿度不变，热，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
32、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预热器的传热面积。气预热器的传热面积。立筒式金属体燃煤间接加热热风炉 干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算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散热损失的热
33、量，则干燥过程可视为理想干燥过程。和散热损失的热量，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：干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算 热热气气体体在在干干燥燥器器中中冷冷却却而而放放出出的的热热量量：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用于汽化湿分、加热产品和补偿设备的散热损失。量用于汽化湿分、加热产品和补偿设备的散热损失。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
34、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干燥系统提供的总热量之比，即向干燥系统提供的总热量之比，即Ql,Ql，h 。干干燥燥任任务务一一定定，气气体体用用量量，QL，或或 气气体用量，体用量，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干干燥燥器器中中放放出出的的热量之比值。（因为汽化湿分的热量才是有效热量）热量之比值。（因为汽化湿分的热量才是有效热量）干燥系统
35、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%空气通过干燥器的状态变化空气通过干燥器的状态变化 一一.理想干燥过程（绝热干燥过程理想干燥过程（绝热干燥过程 ）若干燥过程中忽略设备的热损失和物料进出干燥器若干燥过程中忽略设备的热损失和物料进出干燥器的温度的变化的温度的变化,而且不向干燥器补充热量而且不向干燥器补充热量,此时干燥此时干燥器内空气放出的显热全部用于蒸发湿物料中的水分器内空气放出的显热全部用于蒸发湿物料中的水分,最后水分又将潜热带回空气中最后水分又将潜热带回空气中,此时此时I1=I2,这种干燥这种干燥过程称为理想干燥过程过程称为理想干燥过程,
36、又称绝热干燥或是等焓干燥又称绝热干燥或是等焓干燥.二二.实际干燥过程实际干燥过程 在实际干燥过程中在实际干燥过程中,干燥器有一定的热量损失干燥器有一定的热量损失,而且湿物料本身也要被加热而且湿物料本身也要被加热,即即12,因此空因此空气的状态不是沿着绝热冷却线变化气的状态不是沿着绝热冷却线变化,这种情况这种情况比较复杂，大体可以分为以下几种：比较复杂，大体可以分为以下几种：1 1、操作线在过点、操作线在过点B B等焓线的等焓线的下下方方此过程的条件：此过程的条件：（1）不向干燥器补充热量；不向干燥器补充热量；（2）不能忽略干燥器向周围散失的热量；不能忽略干燥器向周围散失的热量；（3）物料进出干
37、燥器时的焓不相等。）物料进出干燥器时的焓不相等。2、操作线在过点、操作线在过点B的的等焓线的等焓线的上上方方若若向向干干燥燥器器补补充充的的热热量量大大于于损损失失的的热热量量和加热物料消耗的热量总和：和加热物料消耗的热量总和：得：得：3、操作线在过点、操作线在过点B的的等温等温线线若若向向干干燥燥器器补补充充的的热热量量足足够够多多，恰恰使使干干燥燥过过程程在在等等温温下下进进行行，即即空空气气在在干干燥燥过过程程中中维维持持恒定的温度。恒定的温度。例例1某湿物料在常压气流干燥器中进行干燥。湿某湿物料在常压气流干燥器中进行干燥。湿物料流量为物料流量为2400kg/h，初始湿基含水量为，初始湿
38、基含水量为3.5%，干燥产品的湿基含水量为，干燥产品的湿基含水量为0.5%。温度为。温度为20，湿度为，湿度为0.005kg/kg绝干气的空气经间接预热后绝干气的空气经间接预热后温度升高至温度升高至120进入干燥器。假设干燥过程为进入干燥器。假设干燥过程为理想干燥过程。试求：当空气离开干燥器的温理想干燥过程。试求：当空气离开干燥器的温度为度为60时，时，（1）绝干空气的消耗量；）绝干空气的消耗量；（2）预热器所需提供的热量）预热器所需提供的热量因理想干燥过程可看作等焓干燥：因理想干燥过程可看作等焓干燥：=0.0285kg/kg绝干气绝干气 绝干物料量：绝干物料量：kg绝干料绝干料/h 绝干料绝
39、干料 绝干料绝干料 绝干空气消耗量：绝干空气消耗量：kg绝干气绝干气/h 预热器所需要提供的热量：预热器所需要提供的热量：例例2某湿物料在常某湿物料在常压压理想干燥器中理想干燥器中进进行干燥，湿行干燥，湿物料的流率物料的流率为为，初始湿含量（湿基，下，初始湿含量（湿基，下同）为同）为3.5%，干燥产品的湿含量为，干燥产品的湿含量为0.5%。空气。空气状况为：初始温度为状况为：初始温度为25、湿度为、湿度为，经预热后进干燥器的温度为，经预热后进干燥器的温度为160，如果离开，如果离开干燥器的温度选定为干燥器的温度选定为60或或40，试分别计算，试分别计算需要的空气消耗量及预热器的传热量。又若空气
40、需要的空气消耗量及预热器的传热量。又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了在干燥器的后续设备中温度下降了10，试分，试分析以上两种情况下物料是否返潮？析以上两种情况下物料是否返潮？解：解：(1)w1=0.035，w2=0.005，kg水/kg干物料 kg水/kg干物料绝干物料：绝干物料：Gc=G1(1w1)=1(10.035)=0.965kg/s水分蒸发量：水分蒸发量：W=Gc(X1X2)=0.03kg/s空气消耗量：空气消耗量：H1=H0=0.005 kg水/kg干空气t2=60时时干燥为等焓过程干燥为等焓过程查图查图H2=0.0438kg水水/kg干空气干空气L=0.773kg干空气干空气/
41、sQ=L(I1I0)=L(1.01+1.88H0)(t1t0)=0.773(1.01+1.88 0.005)(16025)=106.4kJ/st2=40时，查图时，查图H2=0.0521kg水水/kg干空气干空气L=0.637kg干空气干空气/sQ=L(I1I0)=87.68kJ/s(2)H=0.0438kg水水/kg干空气时干空气时(3)td=3850不返潮不返潮H=0.0521kg水水/kg干空气时干空气时td=4030返潮返潮例例3采用废气循环干燥流程干燥某物料，温度采用废气循环干燥流程干燥某物料，温度为为20、相对湿度、相对湿度为为70%的新鲜空气与干燥器的新鲜空气与干燥器出来的温度出
42、来的温度为为50相对湿相对湿度度为为80%的部分的部分废废气混合后气混合后进进入入预热预热器，循器，循环环的的废废气量气量为为离开干燥离开干燥器器废废空气量的空气量的80%。混合气升高温度后再。混合气升高温度后再进进入并入并流操作的常流操作的常压压干燥器中，离开干燥器的干燥器中，离开干燥器的废废气除部气除部分循分循环环使用外，其余放空。湿物料使用外，其余放空。湿物料经经干燥后湿基干燥后湿基含水量从含水量从47%降至降至5%,湿物料流量湿物料流量为为，设干燥过程为绝热过程，预热器的热损失可忽略设干燥过程为绝热过程，预热器的热损失可忽略不计。试求：不计。试求：新鲜空气的流量；新鲜空气的流量；整个干
43、燥系整个干燥系统所需热量；统所需热量；进入预热器湿空气的温度。进入预热器湿空气的温度。第三节第三节固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系湿湿分分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)由由湿湿分分在气体和固体两相间的平衡关系决定。在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分分分分压压为为 p 的的不不饱饱和和湿湿气气体体接接触触时时，物物料料将将失失去去自自身身的的湿湿分分或或吸吸收收气气体体中中的的湿湿分分，直直到到湿湿分分在在物物料料表表面面
44、的的蒸蒸汽汽压压等等于于气气体体中中的的湿分分压。湿分分压。平平衡衡含含水水量量：平平衡衡状状态态下下物物料料的的含含水水量量。不不仅仅取取决决于于气气体的状态，还与物料的种类有很大的关系。体的状态，还与物料的种类有很大的关系。X*p物料中的水分物料中的水分1.结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分一一定定干干燥燥条条件件下下，水水分分除除去去的的难难易易，分分为为结结合合水水与与非非结结合合水。水。非非结结合合水水分分：与与物物料料机机械械形形式式的的结结合合，附附着着在在物物料料表表面面的的水，具有和独立存在的水相同的蒸汽压和汽化能力。水，具有和独立存在的水相同的蒸汽压和汽化能力。湿含量
45、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自由水分自由水分平衡水分平衡水分X*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、溶溶涨涨水水分分(物物料料细细胞胞壁壁内内的的水水分分)和和化化学学结结合合水水分分(结结晶晶水水)。化化学学结结合合水水分分与与溶溶涨涨水水分分以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理吸吸附附方方式式与与物物料料结结合合，结结合合力力相相对对较较弱弱，易易于于汽汽化。化。结结合合水水分分：
46、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物料结合力的强弱有关。和物料结合力的强弱有关。2.2.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 一一定定干干燥燥条条件件下下，按按能能否否除除去去，分分为为平平衡衡水水分分与与自自由由水水分。分。平衡水分：平衡水分：低于平衡含水量低于平衡含水量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：高于平衡含水量高于平衡含水量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 XX
47、 Xc c，汽化的是非结合水，汽化的是非结合水，汽化的是非结合水，汽化的是非结合水。恒定干燥条件下恒定干燥条件下和和kH 不变不变由由由由物物物物料料料料内内内内部部部部向向向向表表表表面面面面输输输输送送送送的的的的水水水水分分分分足足足足以以以以保保保保持持持持物物物物料料料料表表表表面面面面的的的的充充充充分分分分湿湿湿湿润润润润，干干干干燥燥燥燥速速速速率率率率由由由由水水水水分分分分汽汽汽汽化化化化速速速速率率率率控控控控制制制制(取取取取决决决决于于于于物物物物料料料料外外外外部部部部的的的的干干干干燥燥燥燥条条条条件件件件)，故故故故恒恒恒恒速速速速干干干干燥燥燥燥段段段段又又又
48、又称称称称为为为为表表表表面汽化控制阶段面汽化控制阶段面汽化控制阶段面汽化控制阶段。湿湿物物料料与与空空气气间间的的q和和N恒定恒定由由由由于于于于物物物物料料料料表表表表面面面面和和和和空空空空气气气气间间间间的的的的传传传传热热热热和和和和传传传传质质质质过过过过程程程程与与与与测测测测湿湿湿湿球球球球温温温温度时的情况基本相同：度时的情况基本相同：度时的情况基本相同：度时的情况基本相同：一批操作中空气传给物料的总热量，一批操作中空气传给物料的总热量，一批操作中空气传给物料的总热量，一批操作中空气传给物料的总热量，kJkJ。在在在在恒恒恒恒定定定定干干干干燥燥燥燥阶阶阶阶段段段段，空空空空
49、气气气气传传传传给给给给湿湿湿湿物物物物料料料料的的的的显显显显热热热热恰恰恰恰等等等等于于于于水水水水分分分分汽化所需的汽化热：汽化所需的汽化热：汽化所需的汽化热：汽化所需的汽化热：恒速干燥的特点恒速干燥的特点：（1 1）u=uu=uc c=const.=const.（2 2）物料表面温度为）物料表面温度为t tw w；（3 3）在该阶段除去的水分为非结合水分。）在该阶段除去的水分为非结合水分。（4 4）恒恒速速干干燥燥阶阶段段的的干干燥燥速速率率只只与与空空气气的的状状态态有有关，而与物料的种类无关。关，而与物料的种类无关。物料的结构和吸湿性物料的结构和吸湿性物料的结构和吸湿性物料的结构和
50、吸湿性降速段干燥速率曲线的形状因物料的结构和吸湿性而异。降速段干燥速率曲线的形状因物料的结构和吸湿性而异。A多多孔孔性性物物料料(Porousmedia)：湿湿分分主主要要是是藉藉毛毛细细管管作作用由内部向表面迁移。用由内部向表面迁移。B非非吸吸湿湿性性物物料料(Nonhygroscopicmedia)：依依靠靠毛毛细细管管力力的作用使水分向表面传递。的作用使水分向表面传递。C吸吸湿湿性性物物料料(Hygroscopicmedia)：与与水水分分的的亲亲合合能能力力大。大。D非非多多孔孔性性物物料料(Nonporousmedia)：借借助助扩扩散散作作用用向向物物料料表表面面输输送送湿湿分分，