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干燥 1 第八章 第八章 干燥 干燥 重点重点 空气的焓湿图 干燥机理 空气的焓湿图 干燥机理 干燥 干燥 曲线曲线 干燥时间的计算 干燥时间的计算 难点难点 空气的焓湿图 干燥机理 空气的焓湿图 干燥机理 干燥 2 去湿的方法去湿的方法 机械去湿法 机械去湿法 物理化学去湿法 物理化学去湿法 热能去湿法热能去湿法 干燥干燥 用加热的方法使水分或其它溶剂汽化用加热的方法使水分或其它溶剂汽化 并将产生的蒸气 并将产生的蒸气 排除排除 藉此来除去固体物料中湿分的操作 藉此来除去固体物料中湿分的操作 干燥 3 第一节 第一节 概述 概述 去湿方法去湿方法 1 机械去湿机械去湿 2 利用热能去湿利用热能去湿 干燥干燥 目的 目的 产品水分过低产品水分过低 产量 值 产量 值 产量 产量 染料或纸张水分不一 染料或纸张水分不一 使用 使用 塑料原体含水量 成型时产 塑料原体含水量 成型时产 生气泡 生气泡 加工 加工 粉煤含水量 净煤运输量粉煤含水量 净煤运输量 运费运费 运输 运输 药品湿含量 有效期药品湿含量 有效期 贮存贮存 干燥 4 干燥操作的分类 干燥操作的分类 按按操作压强操作压强分类 分类 常压常压 工业普遍采用 工业普遍采用 真空真空 适于热敏性适于热敏性 易氧化 易氧化 含湿量低的物料 含湿量低的物料 按按操作方式操作方式分类 分类 连续连续 生产能力大生产能力大 产品质量稳定 产品质量稳定 热效率热效率 劳动条件好劳动条件好 间歇间歇 使用于小批量 多品种或要求缓慢干燥的物料使用于小批量 多品种或要求缓慢干燥的物料 干燥 5 按按传热方式传热方式分类 分类 传导干燥传导干燥 热利用率高热利用率高 物料层各处受热不严匀物料层各处受热不严匀 内侧可能 内侧可能 过热而变质 过热而变质 干燥 6 辐射干燥辐射干燥 红外线干燥 红外线干燥 强度比导热 强度比导热 对流干燥大 对流干燥大 十几倍 十几倍 电耗大 电耗大 对流干燥对流干燥 介质与物料间有相对流动 介质与物料间有相对流动 介电介电 微波 微波 加热干燥加热干燥 在高频电场的交变作用下在高频电场的交变作用下 物 物 料被加热除湿料被加热除湿 干燥 7 本章重点讨论的是以本章重点讨论的是以不饱和 不饱和 热空气热空气为干燥介质为干燥介质 除掉固 除掉固 体物料中体物料中水分水分的的对流干燥对流干燥过 过 程程 干燥介质空气既是干燥介质空气既是载热体载热体又 又 是是载湿体载湿体 干燥过程是干燥 干燥过程是干燥 介质空气与湿物料之间的介质空气与湿物料之间的传 传 热传质热传质过程 过程 干燥 8 水蒸气分压 水蒸气分压 水蒸气分压水蒸气分压p p v v 第二节 第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图 湿空气的有关性质一般都是以 湿空气的有关性质一般都是以 湿空气的有关性质一般都是以湿空气的有关性质一般都是以1 1 绝干空气为基准的绝干空气为基准的 绝干空气为基准的绝干空气为基准的 湿空气的性质湿空气的性质 干燥 9 v v v v p P p p P p H 622 0 29 18 622 0 P t f H p P p H s s s s 即即 饱和湿度 饱和湿度 湿度 湿度 湿度湿度 humidity humidity 干燥 10 相对湿度 相对湿度 相对湿度相对湿度 100 s v p p 当当p v 0时 时 0 表示湿空气不含水分 表示湿空气不含水分 即为绝干空气即为绝干空气 当当p v p s 时 时 1 表示湿空气为饱和空气 表示湿空气为饱和空气 相对湿度的相对湿度的意义 意义 意义意义 说明湿空气偏离饱和空气的程度说明湿空气偏离饱和空气的程度 用于判定该 用于判定该 湿空气能否作为干燥介质湿空气能否作为干燥介质 值越小 值越小 则湿空气的吸湿能力越大 则湿空气的吸湿能力越大 s s p P p H 622 0 干燥 11 kJ 干空气干空气 C g 绝干空气的比热绝干空气的比热 一般一般 Cg 1 01KJ 绝干空气绝干空气 C V 水气的比热 水气的比热 一般一般 C v 1 88 KJ 水气水气 即 即 比热 比热 比热比热C C H H H c H 88 1 01 1 v g H HC C C 干燥 12 I I g HI V I g 绝干空气的焓 绝干空气的焓 KJ 绝干空气绝干空气 I V 水气的焓水气的焓 KJ 水气水气 I C g t 0 H r 0 C V t 0 C H t r 0 H r 0 2490 KJ 0 水的汽化潜热 水的汽化潜热 湿空气的焓 湿空气的焓 湿空气的焓湿空气的焓 KJ KJ 干空气 干空气 干空气 干空气 H H Hr t Hc c I v g 2490 88 1 01 1 0 干燥 13 湿空气的比容 湿空气的比容 湿空气的比容湿空气的比容 P t H P t H v H 5 5 10 013 1 273 273 244 1 772 0 10 013 1 273 273 4 22 18 29 1 m m 3 3 湿空气 湿空气 湿空气湿空气 干空气 干空气 干空气干空气 干燥 14 露点 露点 露点 露点 在露点时在露点时 空气的湿度为饱和湿度 空气的湿度为饱和湿度 1 空气的总压一定 空气的总压一定 露点时的饱和蒸汽压露点时的饱和蒸汽压p s td 仅与空气的湿度 仅与空气的湿度 H s td 有关 有关 湿度越大湿度越大 t d 越大 越大 d d d t s t s t s p P p H 622 0 d d d t s t s t s H P H p 622 0 干燥 15 干球温度 干球温度 干球温度干球温度t和和湿球温度 湿球温度 湿球温度湿球温度t w 干球温度干球温度t 空气的温度 空气的温度 湿球温度湿球温度t w 湿球温度计湿球温度计 传热平衡 传热平衡 不饱和空气的湿球温度不饱和空气的湿球温度t w 低于干球温度低于干球温度t H H r k t t W W t t H W 干燥 16 绝热饱和温度 绝热饱和温度 在空气绝热增湿过程中在空气绝热增湿过程中 空气失去的是显热空气失去的是显热 而得到 而得到 的是汽化水带来的潜热 的是汽化水带来的潜热 空 空 气的温度和湿度虽随过程的 气的温度和湿度虽随过程的 进行而变化 进行而变化 但其焓值不变但其焓值不变 H H C r t t as H as as 干燥 17 对空气 水蒸气系统 对空气 水蒸气系统 干球温度 干球温度 绝热饱和温度 绝热饱和温度 或湿球温度 或湿球温度 及露点之间的关系为 及露点之间的关系为 不饱和湿空气不饱和湿空气 t t as 或或t w t d 饱和的湿空气饱和的湿空气 t t as 或或t w t d 干燥 18 湿空气的湿度图湿空气的湿度图 P P一定 一定 t p t p H I t H I t w w t t as as t t d d 只有两 只有两 个参数是独立的 个参数是独立的 等湿度线等湿度线 等等H线线 等焓线等焓线 等等I线线 等温线等温线 等等t线线 互相不平行 互相不平行 等相对湿度线等相对湿度线 等 线等 线 水蒸汽分压线水蒸汽分压线 A E D F B C t w t d 1 H p I 干燥 19 等等H线线 群 一组平行于纵轴的平行线 群 一组平行于纵轴的平行线 干燥 20 等等I线线 群 一组平行于斜轴群 一组平行于斜轴 135 的平行线 的平行线 I相同的空气都落在同一条线上 相同的空气都落在同一条线上 沿沿I线由 线由 100 100 移动中 移动中 H t 干燥 21 等等t线线 群群 一组相互不平行的直线群 一组相互不平行的直线群 t 斜率 斜率 线群不平行的原因线群不平行的原因 I 1 88t 2490 H 1 01t 干燥 22 等 线等 线 群群 定 定 利用 利用H I图中的图中的H t坐标画出 坐标画出 线线 干燥 23 分压线分压线 干燥 24 湿焓图的说明与应用湿焓图的说明与应用 A E D F B C t w t d 1 H p I 干球温度干球温度t 露点 露点t d 湿球温度湿球温度t w 或绝热饱和温 或绝热饱和温 度度t as 都是由等 都是由等t线确定的 线确定的 干燥 25 通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点 通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点 已知条 已知条 件是件是 湿空气的干球温度 湿空气的干球温度t和湿球温度和湿球温度t w 湿空气的干球温度 湿空气的干球温度t和露点和露点t d 湿空气的干球温度 湿空气的干球温度t和相对湿度和相对湿度 0 H A 1 t t w I 1 2 3 0 H A 1 t t d I 1 2 0 H A 1 t I 3 1 2 干燥 26 13 1 5 55 38 0 01 18 30 34 6 1 160 40 0 04 38 51 12 1 5 44 60 0 0095 15 20 20 2 6 82 34 0 0162 25 40 25 3 6 108 30 0 022 30 50 t d p I H t w t 干燥 27 第三节 第三节 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 水分蒸发 水分蒸发 空气用量 空气用量 热量 热量 选择适宜型号的鼓风机 选择适宜型号的鼓风机 设计或选择换热器设计或选择换热器 干燥 28 量 量 湿物料中绝对干料的质 湿物料中绝对干料的质 湿物料中水分的质量湿物料中水分的质量 X X X w 1 w w X 1 注注 工业上常采用湿基含水量 工业上常采用湿基含水量 湿物料的总质量 湿物料的总质量 湿物料中水分的质量湿物料中水分的质量 w 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算 物料含水量的表示方法 物料含水量的表示方法 湿基含水量 湿基含水量 干基含水量干基含水量 干燥 29 水分蒸发量水分蒸发量w 1122 2112 cc c GHL XGHL X WG HHL XX L c L 1 1 w 1 L 2 1 W 2 G G G Lc X 1 L 1 w 1 1 I 1 Lc X 2 L 2 w 2 2 I 2 G G G 干燥 30 干空气消耗量干空气消耗量 2112 c G HHLXX 12 2121 c L XX W G HHHH G G G Lc X 1 L 1 w 1 1 I 1 Lc X 2 L 2 w 2 2 I 2 G G G 干燥 31 比空气用量 比空气用量 蒸发蒸发1kg水分所需的干空气的质量 水分所需的干空气的质量 0 2 1 2 1 1 H H H H W G 比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关 而与干燥 而与干燥 过程所经历的途径无关 过程所经历的途径无关 湿空气的消耗量湿空气的消耗量 1 1 0 1 H G H G G 干燥 32 例例 在一连续干燥器中 在一连续干燥器中 每小时处理湿物料每小时处理湿物料1000kg 经干燥后 经干燥后 物料的含水量有物料的含水量有10 降至降至2 质量百分率 质量百分率 以热空气为干 以热空气为干 燥介质 燥介质 初始湿度初始湿度H 1 0 008kg水水 kg绝干气绝干气 离开干燥器时湿 离开干燥器时湿 度为度为H 2 0 05 kg水水 kg绝干气绝干气 假设干燥过程中无物料损失 假设干燥过程中无物料损失 试 试 求求 水分蒸发量 水分蒸发量 空气消耗量以及干燥产品量 空气消耗量以及干燥产品量 解解 1 水分蒸发量水分蒸发量 将物料的湿基含水量换算为干基含水量将物料的湿基含水量换算为干基含水量 即即 绝干料 绝干料 水 水 绝干料 绝干料 水水 kg kg w w X kg kg w w X 0204 0 02 0 1 02 0 1 111 0 1 0 1 1 0 1 2 2 2 1 1 1 进入干燥器的绝干物料为进入干燥器的绝干物料为 L c L 1 1 w 1 1000 1 0 1 900kg绝干料绝干料 h 水分蒸发量为水分蒸发量为 W L c X 1 X 2 900 0 111 0 0204 81 5kg水水 h 干燥 33 2 空气消耗量空气消耗量 h kg H H W G 1940 008 0 05 0 5 81 1 2 绝干气 原湿空气的消耗量为 原湿空气的消耗量为 G G 1 H 1 1940 1 0 008 1960kg湿空气湿空气 h 单位空气消耗量 单位空气消耗量 比空气用量 比空气用量 为 为 水 绝干气 kg kg H H W G 8 23 008 0 05 0 1 1 1 2 3 干燥产品量干燥产品量 h kg W L L h kg w w L L 5 918 5 81 1000 4 918 02 0 1 1 0 1 1000 1 1 1 2 2 1 1 2 或 干燥 34 干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算 0 1 1 0 I I G Q GI Q GI p p 即 预热器的热量衡算 预热器的热量衡算 若忽略预热器的热损失 若忽略预热器的热损失 以以1s为基准 为基准 则有则有 G G G Lc X 1 L 1 w 1 1 I 1 Lc X 2 L 2 w 2 2 I 2 G G G 干燥 35 干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算 D L c L c D c Q Q I I L I I G Q I L GI Q I L GI 1 2 1 2 2 2 1 1 干料 干气 kg kJ Xc c Xc c I kg kJ H r t H c c I w s w s v g 0 G G G Lc X 1 L 1 w 1 1 I 1 Lc X 2 L 2 w 2 2 I 2 G G G 干燥 36 空气出口状态的确定空气出口状态的确定 D L c Q Q I I L I I G 1 2 1 2 干气 kg kJ H r t H c c I v g 2 0 2 2 2112 c WG HHL XX G G G Lc X 1 L 1 w 1 1 I 1 Lc X 2 L 2 w 2 2 I 2 G G G 干燥 37 加入干燥系统总热量加入干燥系统总热量 Q P Q D 加热空气 加热空气 蒸发物料中水分 蒸发物料中水分 加热物料 加热物料 补偿热损失补偿热损失 G G G Lc X 1 L 1 w 1 1 I 1 Lc X 2 L 2 w 2 2 I 2 G G G 干燥 38 例例 某糖厂的回转干燥器的生产能力为某糖厂的回转干燥器的生产能力为4030kg h 产品 湿 产品 湿 糖含水量为糖含水量为1 27 于于31 0 C进入干燥器进入干燥器 离开干燥器时的温度 离开干燥器时的温度 为为36 0 C 含水量为 含水量为0 18 此时糖的比热为 此时糖的比热为1 26kJ kg绝干料绝干料 0 C 干燥用空气的初始状况为干燥用空气的初始状况为 干球温度 干球温度20 0 C 湿球温度湿球温度 17 0 C 预热至预热至97 0 C后进入干燥室 后进入干燥室 空气自干燥室排出时 空气自干燥室排出时 干 干 球温度为球温度为40 0 C 湿球温度为湿球温度为32 0 C 试求 试求 1 蒸发的水分 蒸发的水分 量量 2 新鲜空气用量新鲜空气用量 3 预热器蒸气用量预热器蒸气用量 加热蒸气压 加热蒸气压 为为200kPa 绝压 绝压 4 干燥器的热损失干燥器的热损失 Q D 0 t 0 20 0 C t w0 17 0 C t 1 97 0 C Q p Q D 0 G 2 4030kg h w 2 0 18 2 36 0 C t 2 40 0 C t w2 32 0 C 1 31 0 C w 1 1 27 Q L 预热器 预热器 干燥器干燥器 干燥 39 解解 1 水分蒸发量水分蒸发量 将物料的湿基含水量换算为干基含水量将物料的湿基含水量换算为干基含水量 即即 绝干料 绝干料 水 水 绝干料 绝干料 水水 kg kg w w X kg kg w w X 0018 0 18 0 1 18 0 1 0129 0 27 1 1 27 1 1 2 2 2 1 1 1 进入干燥器的绝干物料为进入干燥器的绝干物料为 G c G 2 1 w 2 4030 1 0 18 4022 7kg绝干料绝干料 h 水分蒸发量为水分蒸发量为 W G c X 1 X 2 4022 7 0 0129 0 0018 44 6kg水水 h 2 新鲜空气用量 新鲜空气用量 首先计算绝干空气消耗量首先计算绝干空气消耗量 由图查得 由图查得 当当t 0 20 0 C t w0 17 0 C时时 H 0 0 011kg水 水 kg绝干料绝干料 当当t 2 40 0 C t w2 32 0 C时时 H 2 0 0265kg水 水 kg绝干料绝干料 干燥 40 h kg H H W L 4 2877 011 0 0265 0 6 44 1 2 绝干气绝干气 绝干空气消耗量为绝干空气消耗量为 新鲜空气消耗量为新鲜空气消耗量为 L L 1 H 0 2877 4 1 0 011 2909kg新鲜空气新鲜空气 h 3 预热器中的蒸气用量 预热器中的蒸气用量 查查H I图图 得得I 0 48kJ kg干空气 干空气 I 1 127kJ kg干空气 干空气 I 2 110kJ kg干空 干空 气气 Q p L I 1 I 0 2877 4 127 48 2 27 10 5 kJ h 查饱和蒸气压表得查饱和蒸气压表得 200kPa 绝压绝压 的饱和水蒸气的潜热为的饱和水蒸气的潜热为2204 6 kJ kg 故蒸气消耗量为故蒸气消耗量为 2 27 10 5 2204 6 103kg h 干燥 41 4 干燥器的热损失干燥器的热损失 h kJ C G t W t t L Q Q Q m c D p L 10 9 2 31 36 26 1 7 4022 40 88 1 2490 6 44 20 40 4 2877 01 1 0 10 27 2 88 1 2490 01 1 4 5 1 2 2 0 2 干燥 42 第四节 物料的平衡含水量与干燥速率 第四节 物料的平衡含水量与干燥速率 物料的干燥实验曲线物料的干燥实验曲线 干燥 43 干燥 44 湿物料中水分与物料结合的方式湿物料中水分与物料结合的方式 化学结合水化学结合水 一般不属于干燥范畴一般不属于干燥范畴 吸附水分吸附水分 物料表面的 物料表面的 性质与纯水相当性质与纯水相当 毛细管水分毛细管水分 物料内部的物料内部的 孔隙愈小愈难通过干燥除去 孔隙愈小愈难通过干燥除去 溶胀水分溶胀水分 物料组成的一部分物料组成的一部分 一般也不能通过干燥除去一般也不能通过干燥除去 平衡水分和自由水分平衡水分和自由水分 平衡水分随物料的种类及空气的状态平衡水分随物料的种类及空气的状态 t 不同而异不同而异 平衡水分是物料在一定空气状况下通过干燥除去水分的限度值平衡水分是物料在一定空气状况下通过干燥除去水分的限度值 物料中除平衡水分以外的所有水分称为自由水分物料中除平衡水分以外的所有水分称为自由水分 该水分能通过干燥 该水分能通过干燥 除去除去 湿物料的性质湿物料的性质 干燥 45 结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分 结合水分 结合水分 籍化学力或物理化学力与物料相结合的 由于结合力强籍化学力或物理化学力与物料相结合的 由于结合力强 其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压 致使干燥过程的传 致使干燥过程的传 质推动力降低质推动力降低 故除去结合水分较困难 故除去结合水分较困难 干燥只能除去部分结 干燥只能除去部分结 合水分 合水分 非结合水分 非结合水分 物料中非结合水分与物料的结合力弱物料中非结合水分与物料的结合力弱 其蒸汽压与同温度 其蒸汽压与同温度 下纯水的饱和蒸汽压相同下纯水的饱和蒸汽压相同 干燥过程中除去非结合水分较容易 干燥过程中除去非结合水分较容易 干燥 46 注注 物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身 物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身 的性质 的性质 而与干燥介质的状态无关 而与干燥介质的状态无关 而平衡水分与自由水分则 而平衡水分与自由水分则 还取决于干燥介质的状态还取决于干燥介质的状态 干燥介质状态改变时干燥介质状态改变时 平衡水分和 平衡水分和 自由水分的数值将随之改变自由水分的数值将随之改变 物料的总水分物料的总水分 平衡水分 平衡水分 自由水分自由水分 结合水分 结合水分 非结合 非结合 水分之间的关系见图示 水分之间的关系见图示 总总 水水 分 分 自自 由由 水水 分 分 平平 衡衡 水水 分 分 非结合水分 非结合水分 结结 合合 水水 分分 x x 0 x 1 空气相对湿度空气相对湿度 100 物物 料料 的的 含含 水水 量量 0 干燥 47 表面表面汽化控制 汽化控制 表面表面汽化控制汽化控制 要强化该阶段的干燥速率要强化该阶段的干燥速率 对对流干燥而言 对对流干燥而言 提高空气 提高空气 的温度 的温度 降低相对湿度 降低相对湿度 改善空气与物料的接触和流动情况改善空气与物料的接触和流动情况 均有助于提高干燥速率 均有助于提高干燥速率 内部内部扩散控制 扩散控制 内部内部扩散控制扩散控制 要强化该阶段的干燥速率 要强化该阶段的干燥速率 必须从改善内部扩散着手 必须从改善内部扩散着手 如 如 减少物料厚度减少物料厚度 使物料堆积疏松 使物料堆积疏松 搅拌或翻动物料 搅拌或翻动物料 采用微波 采用微波 干燥等 干燥等 干燥机理干燥机理 干燥 48 影响干燥速率的因素影响干燥速率的因素 以对流干燥为主 以对流干燥为主 湿物料的性质与形状湿物料的性质与形状 包括物理结构包括物理结构 化学组成化学组成 形状大小 形状大小 料层厚 料层厚 薄及水分结合方式薄及水分结合方式 物料的湿度物料的湿度 物料的水分活度与湿度有关物料的水分活度与湿度有关 因而影响干燥速率因而影响干燥速率 物料的温度物料的温度 温度与水分的蒸气压和扩散系数有关温度与水分的蒸气压和扩散系数有关 干燥介质的状态干燥介质的状态 温度越高温度越高 相对湿度越低相对湿度越低 干燥速率越大 干燥速率越大 干燥介质的流速干燥介质的流速 由边界层理论可知由边界层理论可知 流速越大流速越大 气膜越薄 气膜越薄 干燥速 干燥速 率越大率越大 介质与物料的接触状况介质与物料的接触状况 主要是指介质的流动方向 主要是指介质的流动方向 流动方向垂直于 流动方向垂直于 物料表面时物料表面时 干燥速率最快 干燥速率最快 干燥 49 恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间 恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间 干燥曲线与干燥速率曲线干燥曲线与干燥速率曲线 A B C D E X 表表 面面 温温 度 度 干燥时间干燥时间 A B C D E A B C D E X U X X 0 干燥 50 干燥速率干燥速率U s U dW A d dW L c dX Ad dX L u c 干燥 51 恒速干燥阶段恒速干燥阶段 除去的水分是非结合水 除去的水分是非结合水 属于表面汽化控制阶段 属于表面汽化控制阶段 物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度 干燥速率的大小干燥速率的大小 主要取决于空气的性质主要取决于空气的性质 而与湿物料的性质关系很小而与湿物料的性质关系很小 干燥 52 降速干燥阶段降速干燥阶段 临界点临界点 临界含水量临界含水量 X 0 越大 越大 则会过早的转入降速干燥阶段则会过早的转入降速干燥阶段 使 使 在相同的干燥任务下所需的干燥时间加长在相同的干燥任务下所需的干燥时间加长 临界含水量与物料 临界含水量与物料 的性质 的性质 厚度厚度 干燥速率有关 干燥速率有关 第一降速阶段第一降速阶段 第二降速阶段第二降速阶段 干燥速率主要决定于物料本身的结构干燥速率主要决定于物料本身的结构 形状和大小等 形状和大小等 而与 而与 空气的性质关系很小 空气的性质关系很小 物料表面的温度不断上升物料表面的温度不断上升 而最后接近于空气的温度 而最后接近于空气的温度 干燥 53 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 恒速干燥阶段恒速干燥阶段 0 1 0 1 X X A U L c 降速干燥阶段降速干燥阶段 0 2 2 0 2 0 2 X X c X X c U dX A L U dX A L d 干燥 54 图解积分法图解积分法 近似计算法近似计算法 2 0 2 ln X X X X A K L x c 0 0 X X U K x 干燥 55 水分去除量水分去除量 0 1 X X L c 降速干燥阶段 降速干燥阶段 恒速干燥阶段恒速干燥阶段 2 0 X X L c 干燥 56 第五节 第五节 干燥设备 干燥设备 干燥器的分类 干燥器的分类 按操作压强分按操作压强分 常压干燥器 常压干燥器 真空干燥器 真空干燥器 按操作方式分按操作方式分 连续式 连续式 间歇式间歇式 按供热方式分按供热方式分 对流干燥器 对流干燥器 传导干燥器 传导干燥器 辐射干燥器 辐射干燥器 介电加热干燥器 介电加热干燥器 按介质和物料的相对运动方向分按介质和物料的相对运动方向分 并流 并流 逆流 逆流 错流干燥 错流干燥 器器 干燥 57 厢式干燥器 盘架式干燥器 厢式干燥器 盘架式干燥器 原理原理 间歇式干燥间歇式干燥 湿物料置于浅盆中 湿物料置于浅盆中 空气经预热后进 空气经预热后进 入框架干燥物料 入框架干燥物料 可采用单级或多级加热式 可采用单级或多级加热式 优点优点 结构简单 结构简单 适应性强适应性强 装卸灵活方便 适于小批量 装卸灵活方便 适于小批量 多品种物料的干燥多品种物料的干燥 缺点缺点 物料得不到分散 物料得不到分散 装卸物料劳动强度大 装卸物料劳动强度大 干燥时间 干燥时间 长长 设备笨重设备笨重 干燥 58 干燥 59 洞道式干燥器 洞道式干燥器 原理原理 可视为连续化的厢式干燥器可视为连续化的厢式干燥器 干燥器为一较长通 干燥器为一较长通 道道 内铺铁轨内铺铁轨 盛有物料的小车连续或半连续地在铁轨上移 盛有物料的小车连续或半连续地在铁轨上移 动动 空气连续地在洞道内被加热并强制的流过物料空气连续地在洞道内被加热并强制的流过物料 优点优点 适应性强 适应性强 装卸灵活方便装卸灵活方便 适于小批量 适于小批量 多品种物料 多品种物料 的干燥 的干燥 缺点缺点 物料得不到分散 物料得不到分散 干燥时间长干燥时间长 设备笨重 设备笨重 热利用率 热利用率 低低 干燥 60 干燥 61 转筒干燥器 回转式干燥器 转筒干燥器 回转式干燥器 主要部件主要部件 转筒转筒 呈倾斜状 呈倾斜状 在旋转时在旋转时 借助重力的作用使物料向低端 借助重力的作用使物料向低端 输送输送 抄板抄板 将物料抄起后再洒下 将物料抄起后再洒下 增大干燥面积增大干燥面积 提高干燥速 提高干燥速 率率 同时促进物料向前运动 同时促进物料向前运动 优点优点 处理量大 处理量大 适应性强适应性强 生产能力大 生产能力大 操作控制方 操作控制方 便便 干燥时间可藉调节转筒的转速来控制干燥时间可藉调节转筒的转速来控制 产品质量均 产品质量均 匀匀 缺点缺点 设备笨重 设备笨重 热利用率低 热利用率低 结构复杂结构复杂 占地面积大 占地面积大 干燥 62 干燥 63 气流干燥器 气流干燥器 优点优点 对流传热系数和传热温度差大对流传热系数和传热温度差大 干燥器的体积小 干燥器的体积小 干燥速率快 干燥速率快 物料停留时间短 物料停留时间短 可在高温下干燥可在高温下干燥 热利用率 热利用率 高高 设备紧凑设备紧凑 结构简单 结构简单 可以完全自动控制 可以完全自动控制 缺点缺点 气流在系统中压降较大 气流在系统中压降较大 干燥管长干燥管长 在干燥过程中 在干燥过程中 存在摩擦存在摩擦 易将产品磨碎 易将产品磨碎 分离器的负荷大 分离器的负荷大 适用于在潮湿状态下仍能在气体中自由流动的颗粒物料适用于在潮湿状态下仍能在气体中自由流动的颗粒物料 可利用高速的热气流使粉可利用高速的热气流使粉 粒状的物料悬浮于其中粒状的物料悬浮于其中 在气力 在气力 输送过程中进行干燥 输送过程中进行干燥 干燥 64 湿物料 湿物料 气流式干燥系统 气流式干燥系统 干燥管 干燥管 干物料 干物料 旋风分离 旋风分离 器 器 蒸汽 蒸汽 冷凝水 冷凝水 冷空气 冷空气 热空气 热空气 板式换热器 板式换热器 废气 废气 风机风机 干燥 65 沸腾床干燥器 沸腾床干燥器 流化床干燥 流化床干燥 工作原理工作原理 优点优点 颗粒在干燥器内的停留时间可任意调节 颗粒在干燥器内的停留时间可任意调节 气流速 气流速 度小度小 物料与设备的磨损较轻 物料与设备的磨损较轻 压降小 压降小 传热面大传热面大 物料 物料 的最终含水量低 的最终含水量低 结构简单结构简单 紧凑 紧凑 缺点缺点 因颗粒在床层中高度混合因颗粒在床层中高度混合 则可引起物料的短路 则可引起物料的短路 和返混 和返混 物料在干燥器内的停留时间不均匀 物料在干燥器内的停留时间不均匀 干燥 66 流化床式干燥器流化床式干燥器 干燥 67 多室式流化床干燥器多室式流化床干燥器 干燥 68 喷动床干燥器 喷动床干燥器 原理及流程 原理及流程 物料从窄截面处加入物料从窄截面处加入 被进口气体夹带并进行输送被进口气体夹带并进行输送 同时 同时 使物料沿器壁返回床层 使物料沿器壁返回床层 从而使物料形成循环运动从而使物料形成循环运动 在干燥 在干燥 器的扩大部分物料呈沸腾状态器的扩大部分物料呈沸腾状态 干燥 69 喷动床干燥器 喷动床干燥器 干物料 干物料 干物料 干物料 废气 废气 风机 风机 旋风分离 旋风分离 器 器 喷动床干燥器 喷动床干燥器 湿物料湿物料 干燥 70 喷雾干燥器 喷雾干燥器 spray dryer 原理原理 用喷雾器将稀料液喷成细雾滴分散于热气流中 用喷雾器将稀料液喷成细雾滴分散于热气流中 使 使 水分迅速蒸发而达到干燥的目的水分迅速蒸发而达到干燥的目的 通常雾滴直径为 通常雾滴直径为 10 60um 每升溶液具有每升溶液具有100 600m 2 的蒸发面积的蒸发面积 喷雾器的喷雾器的类型类型 离心喷雾器 离心喷雾器 压力喷雾器 压力喷雾器 气流喷雾器 气流喷雾器 优点优点 干燥时间短干燥时间短 适于热敏性物料 适于热敏性物料 所得产品为空心颗 所得产品为空心颗 粒粒 溶解性好溶解性好 质量高 质量高 操作稳定 操作稳定 能连续 自动化生产 能连续 自动化生产 由料液直接获得粉末产品由料液直接获得粉末产品 省去了蒸发 省去了蒸发 结晶 结晶 分离和粉碎 分离和粉碎 操作操作 缺点缺点 体积传热系数低 体积传热系数低 设备体积庞大 设备体积庞大 操作弹性较小操作弹性较小 热利用律低 热利用律低 能耗大 能耗大 干燥 71 废废 气 气 干物料 干物料 旋风分离器 旋风分离器 蒸汽 蒸汽 冷凝水 冷凝水 冷空气 冷空气 热空气 热空气 板式换热器 板式换热器 关键部件关键部件 喷嘴 喷嘴 干燥 72 滚筒式干燥器 滚筒式干燥器 间接加热的连续干燥器间接加热的连续干燥器 适用于溶液 适用于溶液 悬浮液 悬浮液 胶体溶液等 胶体溶液等 流动性物料的干燥流动性物料的干燥 滚筒式干燥器 滚筒式干燥器 优点优点 动力消耗少动力消耗少 干燥时间和干燥强度易调节 干燥时间和干燥强度易调节 干燥 73 1 从湿空气的角度 从湿空气的角度 湿物料中 湿物料中 水份能通过干燥除去水份能通过干燥除去 从物料的角度从物料的角度 水份能通过干燥完全除去 水份能通过干燥完全除去 自由 自由 非结合非结合 2 已知某物料含水量已知某物料含水量X 1 0 4kg水水 kg绝干料绝干料 从该物料干燥 从该物料干燥 速率曲线可知速率曲线可知 临界含水量临界含水量X 0 0 25kg水水 kg绝干料绝干料 平衡 平衡 含水量含水量X 0 05kg水水 kg绝干料绝干料 则物料的非结合水分 则物料的非结合水分 为 为 结合水分为 结合水分为 自由水分为 自由水分为 可除去的结合水分为 可除去的结合水分为 单位为单位为 kg水水 kg绝干料绝干料 0 15 0 25 0 35 0 20 3 湿空气的干球温度湿空气的干球温度 湿球温度 湿球温度 露点在 露点在 情况下 情况下 相等相等 饱和空气饱和空气 4 干燥操作中既有传热过程干燥操作中既有传热过程 也有传质过程 其中传热推动力 也有传质过程 其中传热推动力 是 是 传质推动力是 传质推动力是 湿空气与物料表面的温度差湿空气与物料表面的温度差 物料表面的水汽分压与湿空气的水汽分压差 物料表面的水汽分压与湿空气的水汽分压差 干燥 74 1 同一物料 同一物料 如恒速段的干燥速率增加如恒速段的干燥速率增加 则临界含水量 则临界含水量 A 减小减小 B 不变 不变 C 增大增大 D 不一定 不一定 C 2 下列哪些因素对恒速干燥速率有较大的影响下列哪些因素对恒速干燥速率有较大的影响 A 湿空气的温度 湿空气的温度 B 湿空气的湿度 湿空气的湿度 C 湿空气与物料的接触方式湿空气与物料的接触方式 D 湿物料的性质湿物料的性质 ABC 3 恒速干燥阶段 恒速干燥阶段 物料表面的温度等于物料表面的温度等于 A 操作压力下水的沸点温度 操作压力下水的沸点温度 B 湿空气的湿球温度 湿空气的湿球温度 C 湿空气的干球温度 湿空气的干球温度 D 湿空气的露点温度 湿空气的露点温度 B 4 在给定的空气条件下 在给定的空气条件下 不同物料在恒速干燥阶段的干燥速率 不同物料在恒速干燥阶段的干燥速率 是 是 A 有极大差异 有极大差异 B 有较大差异 有较大差异 C 相同相同 D 可能有差异 可能有差异 也可能相同也可能相同 C 干燥 75 1 对流干燥操作中常常选用饱和热空气作干燥介质 对流干燥操作中常常选用饱和热空气作干燥介质 2 湿空气的湿球温度比真实温度要低 湿空气的湿球温度比真实温度要低 3 湿物料的湿球温度与绝热饱和温度相等湿物料的湿球温度与绝热饱和温度相等 4 水和空气体系中湿空气的湿球温度与绝热饱和温 水和空气体系中湿空气的湿球温度与绝热饱和温 度相等 度相等 5 湿物料中包含平衡水份 湿物料中包含平衡水份 自由水份 自由水份 结合水份和 结合水份和 非结合水分 非结合水分 干燥 76 解解 不能不能 因为物料中还有部分的结合水分和平衡水分无法通 因为物料中还有部分的结合水分和平衡水分无法通 过干燥的方法除尽过干燥的方法除尽 在物料被干燥的过程中 当物料表面的部 在物料被干燥的过程中 当物料表面的部 分水分的传质速率与内部水分的扩散速率相等时分水分的传质速率与内部水分的扩散速率相等时 物料表面的 物料表面的 温度保持不变温度保持不变 水分的去除速率恒定 水分的去除速率恒定 直至物料的临界含水 直至物料的临界含水 量量 此阶段称恒速干燥 此阶段称恒速干燥 在对流干燥过程中 不饱和的湿空气会将湿物料表面的水汽 在对流干燥过程中 不饱和的湿空气会将湿物料表面的水汽 因传质和传热推动力带走因传质和传热推动力带走 若物料内部的水份气化并扩散至表 若物料内部的水份气化并扩散至表 面的速率比表面水份气化的速率慢时面的速率比表面水份气化的速率慢时 则干燥速率明显减慢 则干燥速率明显减慢 从而进入干燥降速阶段 从而进入干燥降速阶段 此时干燥的是物料中部分的结合水此时干燥的是物料中部分的结合水 1 在干燥实验中热空气能否将硅胶完全干燥 为什 在干燥实验中热空气能否将硅胶完全干燥 为什 么 么 并简述恒速阶段的干燥机理和降速干燥阶段机理并简述恒速阶段的干燥机理和降速干燥阶段机理 干燥 77 2 已知湿空气的t t 2 已知湿空气的t t d d 试在I H图上示意求解I H 试在I H图上示意求解I H t t as as p t p t w w 的值 的值 I t t as t w t d H p A 100 A B D 由 t t d 100 确定 A 点 沿 等 H 线交 线与 B 点 得等 I 线 沿等 I 线交 100 线于 C 点 得 t as 和 t w 值 由 A 点沿等 H 线交分 压线于 D 点得 p A 值 注意表明各线条的名称及解释其 含义即可 干燥 78 1 某某湿物料在气流干燥器内进行干燥 操作压力为湿物料在气流干燥器内进行干燥 操作压力为 101kPa 湿物料的处理量 湿物料的处理量 为为 1kg s 湿物料的含水率为湿物料的含水率为 0 1 产品的含水率不高于产品的含水率不高于 0 02 以上均为湿基 以上均为湿基 空气的初始温度为空气的初始温度为 20 湿度为 湿度为 0 006kg 水水 kg 绝干气绝干气 空气预热至空气预热至 140 后进入干燥器后进入干燥器 假定干燥过程近似为等焓过程 假定干燥过程近似为等焓过程 试求 试求 1 若气体出干燥器 若气体出干燥器 的温度为的温度为 80 则 则 预热器所提供的热量是多少 预热器所提供的热量是多少 2 若气体出干燥器的 若气体出干燥器的 温度选定为温度选定为 45 气体离开干燥器后 气体离开干燥器后 因在管道及旋风分离器中散热 因在管道及旋风分离器中散热 温 温 度又将下降度又将下降 10 问此时会否发生物料的返潮现象 问此时会否发生物料的返潮现象 已知水在已知水在不同温度下 不同温度下 的饱和蒸汽压如下表所示 的饱和蒸汽压如下表所示 温度温度 10 15 20 30 40 50 60 蒸汽压蒸汽压 kPa 1 228 1 705 2 332 4 242 7 375 12 333 19 92 干燥 79 解 解 1 蒸发水蒸气量 蒸发水蒸气量 s kg w w w G W 0816 0 02 0 1 02 0 1 0 1 1 2 2 1 1 I0 1 01 1 88H0 t0 2492H0 1 01 1 88 0 006 20 2492 0 006 35 38kJ kg 绝干气绝干气 I1 1 01 1 88H1 t1 2492H1 1 01 1 88 0 006 140 2492 0 006 157 93kJ kg 绝干气 绝干气 又由于是等焓过程又由于是等焓过程 有有 I1 I2 1 01 1 88H2 t2 2492H2 H2 0 0292kg 水水 kg 绝干气 绝干气 干空气的用量干空气的用量 s kg H H W L 52 3 006 0 0292 0 0816 0 1 2 则预热器提供的热量则预热器提供的热量 Qp L I1 I0 3 52 157 93 35 38 431 4kJ s 2 判断物料是否会返潮判断物料是否会返潮 关键是确定出口关键是确定出口处 处 与物料相接触的湿空气是否会由于温度的下 与物料相接触的湿空气是否会由于温度的下 降而使其最大含水量 饱和湿含量 低于空气实际湿度降而使其最大含水量 饱和湿含量 低于空气实际湿度 若实际湿度大于饱和湿度 若实际湿度大于饱和湿度 会有水 会有水 分从空气中析出进入物料分从空气中析出进入物料 则物料会返潮 则物料会返潮 否则不会返潮 否则不会返潮 当空气出干燥器的温度为当空气出干燥器的温度为 45 时 从新计算 时 从新计算 H2 有有 I1 I2 1 01 1 88H2 45 2492H2 157 93 则 则 H2 0 0378kg 水水 kg 干空气干空气 35 时的饱和蒸汽压由内插求得为 时的饱和蒸汽压由内插求得为 5 808kPa 此时空气的饱和湿度为 此时空气的饱和湿度为 绝干气 绝干气 水水 kg 0378 0 808 5 3 101 808 5 622 0 622 0 s kg p P p H s s 由于由于 Hs H2 所以物料会返潮 所以物料会返潮 干燥 80 2 在常压干燥器中 降某物料从含水量 在常压干燥器中 降某物料从含水量5 干燥到 干燥到0 5 均为湿基 均为湿基 干燥器生产能力为干燥器生产能力为1 5kg s 热空气进干 热空气进干 燥器的温度为燥器的温度为127 湿度为 湿度为0 007kg kg 出干燥器时温 出干燥器时温 度为度为82 物料进 出干燥器时的温度分别为物料进 出干燥器时的温度分别为21 和 和 66 绝干物料的比热容为 绝干物料的比热容为1 8kJ kg K 若干燥器的热 若干燥器的热 损失可忽略不计损失可忽略不计 试求绝干空气消耗量及空气离开干燥 试求绝干空气消耗量及空气离开干燥 器时的湿度 器时的湿度 干燥 81 kg kJ c X c w s 42 42 I 1 1 1 1 58 64 2644 7 116 2 1 2 1 2 H L Q I I G I I L Q L c 解解 物料的干基含水量为物料的干基含水量为X 1 w 1 1 w 1 0 0526kg kg X 2 0 005kg kg 水份气化量为水份气化量为 W G c X 1 X 2 0 0714kg s 物料进 物料进 出干燥器的焓为出干燥器的焓为 同理同理 I 2 120 2kJ kg 空气进 空气进 出干燥器的焓为出干燥器的焓为 I 1 1 01t 1 88t 2490 H 147 4kJ kg I 2 82 82 2644H 2 空气消耗量空气消耗量 L W H 2 H 1 0 0714 H 2 0 007 a 向干燥系统加入热量为向干燥系统加入热量为 b 联立联立 a b 两式解得两式解得 H 2 0 0178kg kg L 6 63kg s 干燥 82 3 在一常压连续干燥器中在一常压连续干燥器中 湿物料处理量为湿物料处理量为0 8kg s 物料 物料 含水量由含水量由5 干燥到干燥到1 均为湿基 均为湿基 空气初始温度为空气初始温度为20 湿度为湿度为0 005kg kg干空气干空气 空气离开干燥器时的温度为空气离开干燥器时的温度为55 为保证干燥产品的质量为保证干燥产品的质量 要求进入干燥器的空气温度不得高 要求进入干燥器的空气温度不得高 于于90 试求以下两种情况下所需的空气量试求以下两种情况下所需的空气量 kg干空气干空气 s 和耗热量 和耗热量 kw 假设干燥过程为绝热过程 假设干燥过程为绝热过程 将新鲜空气预热到将新鲜空气预热到90 进入干燥器进行干燥操作进入干燥器进行干燥操作 采用废气循环采用废气循环 即将废气循环返回干燥器入口 即将废气循环返回干燥器入口 与出预热 与出预热 器的新鲜空气混合 循环气中绝干空气量为干燥器出口废气 器的新鲜空气混合 循环气中绝干空气量为干燥器出口废气 中绝干空气量的中绝干空气量的2 3 混合气温度 混合气温度t m 为为90 再进入干燥器 再进入干燥器 进行干燥操作进行干燥操作 干燥 83 解解 1 第一种情况 第一种情况 绝干料 绝干料 水 水 绝干料 绝干料 水水 kg kg 0101 0 kg kg 0526 0 1 2 1 1 1 X w w X 绝干物料量为绝干物料量为 Gc G 1 1 w 1 0 76kg绝干料绝干料 s 水分蒸发量为水分蒸发量为W Gc X 1 X 2 0 0322kg水水 s 对理想干燥过程 对理