new第五章干燥原理--53+54干燥速率和干燥技术.ppt

1,第5章 干燥原理,2,5.3 干燥速率和干燥过程,5.3.3 间歇干燥过程的干燥时间计算,5.3.3.1 恒速干燥阶段,若物料在干燥前的含水量（X1）大于临界含水量（XC），忽略物料的预热阶段，恒速干燥阶段的干燥时间(1)可通过下式进行计算。,恒速干燥,已知：常压下将干球温度t=30、湿球温度tw=20的空气预热到70后送入间歇式干燥器， 70时，d=0.0105kg/kg干空气。空气以6m/s的速度流过物料表面。干燥单位面积的干物料量为23.5kg/m2，物料的临界含水量 Xc=0.21kg/（kg干料）。 求：（1）恒速干燥阶段的干燥速率；（2）将物料含水量从X1=0.45kg/（kg干料）减少到X2=0.24kg/（kg干料）所需要的干燥时间。,3,5.3 干燥速率和干燥过程,解：(1) 查附录得 t w=20时，水的汽化潜热 =2453kJ/kg，得 t w=70时，Psv=4.243kPa。,干燥器内湿空气的相对湿度 ：,湿空气的密度：,湿空气的质量流速：,对流换热系数：,W/（m2）,恒速干燥阶段的干燥速率：,kg/（m2s）,（2）因X2Xc，恒速干燥阶段，干燥时间为 ：,4,5.3.3.2 降速干燥阶段,物料从临界含水量（XC）减少到（X2）所需要的时间2为：,（1）图解积分法,物料在降速干燥阶段，干燥速率与含水量呈非线性变化，采用图解积分法求解2。,图解积分法示意,（2）近似计算法,物料在降速干燥阶段，干燥速率与含水量的变化关系可近似作为线性关系处理：,干燥时间：,降速干燥速率曲线处理为直线,5.3 干燥速率和干燥过程,总的干燥时间为：,5,例：已知物料在恒定空气条件下含水量从0.10kg/（kg干料）干燥至0.04kg/（kg干料）共需要5h。如果将此物料继续干燥到含水量为0.01kg/（kg干料）还需多少时间？ 已知：此干燥条件下物料的临界含水量Xc=0.08kg/kg干料，降速干燥阶段的干燥曲线近似作为通过原点的直线处理。,5.3 干燥速率和干燥过程,解：（1）由X1XcX2，物料含水量经历等速和降速干燥两个阶段,1=1.33 h 2 =3.67 h,（2）继续干燥所需要的时间,设物料从临界含水量Xc干燥X3=0.01kg/kg干料至所需时间为3，则：,3=32,继续干燥所需要的时间 3-2=2223.67=7.34h,6,5.3 干燥速率和干燥过程,5.3.4 连续干燥过程,气流与物料接触方式：顺流、逆流、错流或更为复杂的形式。,顺流干燥器中的气固温度的变化,特点：不存在恒速干燥阶段，只有表面汽化阶段。在升温阶段中，与物料接触的空气状态是不断变化的，其干燥速率不能假设与物料含水量成正比。,5.3.4.1 连续干燥过程的数学描述,数学描述：欧拉方法。,气、固两相的热、质同时传递过程,方程组,物料衡算,质量衡算,传热速率,传质速率,物料内部的导热和扩散,内部传热,内部传质,5.3.4.2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,5.3 干燥速率和干燥过程,（1）物料衡算,以干燥器为控制体对水分进行物料衡算可得：,湿基水分Xw与以干基水分Xd之间的关系：,不计干燥器内物料损失，即：,（2）预热器的热量衡算,以预热器为控制体，忽略热损失，热量衡算式为：,（3）干燥器的热量衡算,以干燥器作为控制体进行热量衡算，得：,8,5.3.4.3 干燥过程的热效率与干燥效率,5.3 干燥速率和干燥过程,干燥过程的热效率t定义为：,干燥效率d定义为：,提高干燥过程的热效率和干燥效率的途径：, 降低出口温度t2；, 回收废气中热量用以预热冷空气或冷物料；, 加强干燥设备和管路的保温，减少干燥过程的热损失。,9,5.3 干燥速率和干燥过程,5.3.4.4 实际干燥过程的简化,物料水分,恒速度干燥,忽略热损失及物料温度变化,未补充热量,热量用于水分汽化,等焓过程,理想干燥过程,简化条件：临界含水量较低、颗粒尺寸细小的松散物料。,解决实际干燥问题途径：实验和经验。,简化假设：, 假定预热阶段物料含水量不变，仅温度发生变化，且只发生气、固两相间传热过程。常忽略物料的预热阶段。, 假定恒速干燥阶段为理想干燥过程。由实验测定的临界含水量，可求出此阶段内物料的温度（tw）。, 假定在物料的降速干燥阶段气、固两相温度呈线性，两相在此阶段平均温差可由两端点温差的对数平均值计算。,10,例：在连续干燥器中，湿物料以1.58kg/s的速率送入干燥器中，要求湿物料从 w1=5%干燥至w2=0.5%。以温度为20、含湿量为0.007kg/（kg干空气）、总压为101.3kPa的空气为干燥介质，空气预热温度为127，废气出口温度为82。设过程为理想干燥过程，求（1）空气用量；（2）预热器的热负荷。 解：（1）过程中干物料的处理量,物料进、出干燥器的干基含水量,蒸发水分的量：,入干燥器空气状态：,空气的焓值：,11,湿空气用量：,（2）空气进入预热器时的状态,预热器的热负荷：,注意：在实际干燥过程中，由于有热损失及物料带走的热量，过程所需要的空气量及预热器的热负荷将有所增加。,干空气用量：,出干燥器空气状态：,12,5.4 干燥技术,5.4.1 对流干燥,干燥介质：空气、烟气、过热蒸汽等。,对流干燥,物料颗粒是否流动,固定床对流干燥,流化床对流干燥,影响因素：热气体状态参数和被干燥物料的尺寸、形状及特性。,不同厚度粒状物料的 加热与干燥曲线,1)块状物料，干燥时间与物料的厚度的关系可用以下经验式表示：,2)粒状物料，随物料层厚度增加，干燥速度迅速降低(如图)。对粒状稠密堆积多孔物料，可用下列关系式：,粒状物料的干燥技术：悬浮态干燥（也称流态化或沸腾床干燥）、振动流态化干燥、气流干燥及喷雾干燥等。,13,气流干燥流程,多层流化床干燥,喷雾干燥流程,气流干燥适用范围：含非结合水及结块不严重又不怕磨损的粒状物料，尤其适宜干燥热敏性物料或临界水分低的细粒或粉末物料。,喷雾干燥适用范围：液体、悬浮液以及浆状液体的干燥。,流化床干燥特点：颗粒在热气流中上下翻滚，互相碰撞，类似液体的腾现象，热气流与物料间进行剧烈传热与传质，湿物料被快速干燥。,5.4 干燥技术,14,5.4.2 传导干燥,5.4 干燥技术,适用范围：薄片、纤维、膏状物料的干燥。,1-排气罩； 2-刮刀； 3-滚筒； 4-螺旋输送器,双滚筒干燥器,传导干燥是将湿物料与热表面直接接触来实现干燥的。,滚筒干燥器特点：传热面积小，干燥后产品的含水量较高（一般为3%10%），适用于干燥小批量的液状、泥状和浆状物料。,15,5.4 干燥技术,5.4.3 辐射干燥,辐射干燥(热辐射干燥 )是以辐射的方式传热给物料使其干燥。,辐射能的波长范围,红外线干燥,可见光干燥,原理,物体对热射线吸收具有选择性,热辐射源的适宜波长：0.415m。,分析热辐射干燥的换热过程：,当外界对物料进行热辐射时，辐射能量经过物料后，一部分被吸收dqa，另一部分被散射dqs。通过物料后辐射能量减少量dq为,与描述通过气体层的单色辐射吸收定律-Bouguer定律相吻合。,积分,适用于薄型制品,16,5.4 干燥技术,5.4.4 场干燥技术,5.4.4.1 高频电场干燥,高频电场干燥是向物料施加高频交变电场，利用物料的电阻发热 。,微波干燥： 31023105MHz,高频干燥： 频率低于300MHz,优点：制品不易开裂和变形，可用于干燥形状复杂的大型制品。,5.4.4.2 工频干燥,原理：将被干燥的制品作为电阻并联在工频（50Hz）电路中，用焦耳效应产生的热量使其中的水分蒸发而被干燥。,优点：干燥速度快，可用于大型制品的干燥；方法简便，干燥均匀性好；单位产品热耗少。 缺点：在干燥形状复杂的大型制品时，安装电极较困难。,缺点：纯粹用高频电场进行干燥运转成本很高。,17,原理：在声波或超声波场中，以适当频率的声波撞击物料，物料内部产生振动，使部分结合水与物料分离，同时声波所传播的能量被物料吸收而产生热量，使物料中水分移动和蒸发后排出。,5.4.4.3