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干燥 技师培训讲义 主要培训内容 干燥及干燥原理湿空气的性质干燥过程的物料衡算干燥速率及其影响因素 第一节干燥及干燥原理一 定义及分类 1 定义 干燥是利用加热的方法除去固体物料中湿分 水分或其他液体 的单元操作 2 分类 1 按操作压强不同分 常压干燥 真空干燥 适用于处理热过敏性 易氧化或要求产品含湿量很低的物料 2 按操作方法分 间歇式干燥 小批量 多品种或要求干燥时间长的物料 连续式干燥 生产能力大 热效率高及劳动条件好 3 按传热方式分 传导干燥 湿物料与加热介质不直接接触 热量以传导方式通过固体壁面传给湿物料 此法热能利用率高 但物料温度不易控制 易过热 对流干燥 热量通过干燥介质 热空气 以对流方式传给湿物料 此过程干燥介质与湿料直接接触 干燥介质供给湿物料汽化所需的热量 并带走汽化后的湿分蒸气 所以 干燥介质在干燥过程中既是载热体又是载湿体 辐射干燥 热能以电磁波的形式由辐射器发射至湿物料表面 被湿物料吸收后再转变为热能将湿物料中湿分汽化并除去 二 对流干燥流程及原理 1 干燥流程 如图所示 空气由预热器加热至一定温度后进入干燥器 与进入干燥器的湿物料相接触 空气将热量以对流传热的方式传给湿物料 湿物料表面水分被加热汽化成蒸气 然后扩散到空气 最后由干燥器的另一端排出 空气与湿物料在干燥器内的接触可以是并流 逆流或其他方式 2 对流干燥原理 干燥过程分析 干燥原理 热空气将热能以对流的方式传到湿物料表面 再由表面传到物料内部 这是一个传热过程 物料表面的湿分由于受热汽化 使物料内部和表面之间产生浓度差 因此 物料内部的湿分以液态或气态的形式向表面扩散 然后气化后的水蒸气再通过物料表面扩散到气流主体 这是传质过程 干燥是传热和传质同时进行的过程 两者相互联系 干燥过程的速率同时由传热速率和传质速率决定 3 对流干燥的条件 必要条件 物料表面水汽分压必须大于干燥介质中水汽分压 两者的压差越大 干燥进行得越快 所以干燥介质应及时地将汽化的水汽带走 以便保持一定的传质推动力 若压差为零 干燥操作也就停止了 热空气在干燥过程中既是载热体 提供热 又是载湿体 接受水汽并带走水汽 干燥是传热和传质相结合的过程 第二节湿空气的性质作为干燥介质的热空气 在干燥过程中不断从湿物料中获取水分 成为空气和水蒸气的混合物 称为湿空气 由于在干燥过程中 湿空气的水含量是不断变化的 但绝干空气的质量是不变的 为方便起见 湿空气的各项参数都是以单位质量的绝干空气为基准的 一 湿空气的基本性质 由于干燥设备一般为常压操作 因此 理想气体的有关定律适用于湿空气 湿空气是干空气和水汽的二元混合气 根据道尔顿分压定律 P湿总 Pg Pw 三 相对湿度 相对湿度 在一定的总压下 湿空气中水蒸气分压与同温度下的水的饱和蒸气压之比称为相对湿度 100 Pw 湿空气中水气的分压Ps 水的饱和蒸气压 相对湿度可以用来衡量湿空气的不饱和程度 当 100 时 Pw Ps表示湿空气已被水汽饱和 当Pw Ps时 100 湿空气中的水汽均未达到饱和 不饱和空气才能作为干燥介质 0表示湿空气中不含水分 此时为干空气 值越低 表示该空气偏离饱和程度越远 干燥能力越大 所以空气的湿度H仅表示其中水蒸气的绝对含量 相对湿度 值才能反映出湿空气吸收水汽的能力 四湿空气的比容 VH定义 1kg绝干空气和其所带有的Hkg水汽所占的容积 VH Vg HVw单位 m3 kg干气Vg 干空气的比容Vw 水汽的比容 五湿空气的比热 定义 常压下 1公斤干空气和其所带有的H公斤水汽升高温度为1K所需的热量 CH Cg HCwCg 绝干空气比热KJ kg干气kCw 水汽比热 六湿空气的焓 IH定义 1公斤绝干空气的焓值与其所带有的H公斤水汽的焓值之和 IH Ig HIwIg 绝干空气的焓值KJ kg干气Iw 水汽的焓值KJ kg干气 七干球温度 t定义 用普通温度计测得的湿空气真实温度 称干球温度 简称温度 单位 K或 C 例1 当总压力为100Kpa时 湿空气的温度为30 水气分压为4Kpa 求该湿空气的湿度和相对湿度 如将湿空气加热至少80 再求其相对湿度 第三节干燥过程的物料衡算物料衡算要解决的问题 1 求干燥过程中的水分蒸发量W 2 求干燥过程中的空气消耗量L 一 湿物料中含水量的表示方法 有两种 湿基含水量w和干基含水量X1 湿基含水量 w定义 单位质量湿物料中所含水分的质量 称为湿物料的湿基含水量 单位 kg 水 kg 湿物料 w 2干基含水量 X定义 指单位绝干物料中所含水分的质量 用X表示 单位 kg 水 kg 干料 X 两种换算之间的关系 X 例1某车间测得100kg湿尿素中含水25kg 试用干基含水量和湿基含水量分别表示此湿尿素水分的浓度 解 湿基含水量 二物料衡算 对流干燥物料衡算图设计过程稳定 各种漏损忽略不计 过程中绝干物料及绝干空气量不变 以单位时间为基准 对水分进行衡算 GcX1 LH1 GcX2 LH2Gc 绝干物料的质量流量kg hL 绝干空气的质量流量kg hW 干燥过程中水分蒸发量kg hX1 X2 湿物料进 出干燥器的干基含水量H1 H2 热空气进 出干燥器的湿度干燥过程中 湿物料汽化的水分全部进入热空气流 由上式 W Gc X1 X2 L H2 H1 L 干燥操作中 空气的消耗量只与空气的最初和最终湿度有关 而与过程无关 实际生产中 已知干燥前后湿物料量G1 G2及相应的湿基含水量w1和w2 将前式w1和w2换算成X1和X2 然后求绝干物料量 Gc G1 1 w1 G2 1 w2 干燥产品量 湿物料量 水分蒸发量即 G2 G1 WG1 进入干燥器的湿物料量 kg hG2 出干燥器的产品质量 kg h 例 聚氯乙烯树脂的湿基含量为6 干燥后产品中的湿基含水量为0 3 干燥产品量为5000kg h 求树脂在干燥器中蒸发的水分量 解 已知 w1 6 w2 0 3 Gc G2 1 w2 5000 1 0 003 4985kg hW Gc X1 X2 4985 0 0638 0 003 303kg 水 h 例2在连续的干燥器中 每小时处理湿物料1000公斤 经干燥后物料的含水量由10 降到2 均为湿基 以热空气为干燥介质 初始湿度H1为0 008kg 水 kg绝干气 离开干燥器时湿度H2 0 05kg 水 kg绝干气 假设干燥过程中无物料损失 求 1 水分蒸发量 2 空气消耗量 3 干燥产品量 2 空气消耗量 L 例 某连续干燥器 每小时处理湿物料1000公斤 经干燥后物料的含水量由40 减至5 均为湿基 干燥介质为热空气流 初始温度为20 C时的H1 0 009kg水 kg干气 经预热到120 C后进入干燥器 离开干燥器温度为40 C时 H2 0 039kg水 kg干气 求 1 水分蒸发量 2 空气消耗量 3 如产品收率为95 求干燥产品量 解 1 水分蒸发量W 2 空气消耗量L 第四节干燥速率及其影响因素一 干燥速率的定义 定义 单位时间内在单位干燥面积上被干燥物料所能汽化的水分质量 称为干燥速率 用微分表示 二影响干燥速率的因素 影响干燥速率的主要因素是物料的状况 干燥介质的状态 干燥设备的结构和物料流程等几个方面 现就其中重要因素说明如下 1 湿物料的性质和形状 包括湿物料的物理结构 化学组成 形状及大小等 2 湿物料本身的温度 湿物料本身的温度越高 则干燥速率越大 在干燥器中湿物料的温度又与干燥介质的状态有关 3 与物料的最终和最初的含水量有关 4 物料的堆置方法 5 干燥介质的温度 当干燥介质的湿度不变时 其温度越高 则干燥速率越大 但要以不损坏干燥物料的品质为原则 此外 要防止由于干燥过快 物料表面形成硬壳而减小以后的干燥速率 使总的干燥时间加长 6 干燥介质的湿度 当干燥介质的温度不便时 其相对湿度越低