化工原理 第十章-干燥 讲义.pdf

本文由安凡樱贡献 p p t 文档可能在WAP端浏览体验不佳 建议您优先选择TXT 或下载源文件到本机 查看 第十章 加料 干 燥 至分离器 出料 分布盘 热空气 单层圆筒沸腾床干燥器 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 10 10 1 概述 10 1 1 干燥的目的 本质及分类 10 干燥的目的 10 10 1 1 1 目的 将湿固体物料除去湿分 水或其他液体 去湿 将湿固体 物料除去湿分 水或其他液体 去湿 去湿 去湿的方法 去湿的方法 机械 去湿 即通过压榨 过滤 1 机械去湿 即通过压榨 过滤 离心分离等方法去 湿 这是一种低能耗的去湿方法 但这种方法湿分的除去不完 这是一种低能耗的去 湿方法 全 热能去湿 即借热能使物料的湿分汽化 2 热能去湿 即借热能 使物料的湿分汽化 并将汽化 产生的蒸汽由惰性气体带走或用真空抽吸而除去的方法 产生的蒸汽由惰性气体带走或用真空抽吸而除去的方法 这种 方法简称为干燥 方法简称为干燥 干燥 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 10 10 1 1 2 本质 本质 本质 水分从物料表面向气相转移的 过程 过程 干燥过程是传质和传热相结合的过 程 热 质反向传递 干燥速率同时由 质反 向传递 传热速率和传质速率所支配 传热速率和传质速率所支配 必要条件 被 干燥物料表面上的蒸汽 必要条件 压超过干燥介质中的蒸汽分压 压超过干燥介质 中的蒸汽分压 即p m p w p p m p w 干燥速率 干燥速率 热空气 物料 湿 分 i p i p 热空气与物料间传热和传质 t Q N 因此 作为干燥介质的热空气必须不断提供热量给湿 因此 物料 使湿物料 表面的水分不断汽化 物料 使湿物料表面的水分不断汽化p m 物料内部的水分 可 继续扩散到表面来 另一方面 可继续扩散到表面来 另一方面 干燥介质应及 时将汽化 的水汽带走p 以保持一定的传质推动力 的水汽带走 w 以保持一定的 传质推动力 p 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 10 10 1 1 3 分类 根据热能传递方式的不同分成以 下四类 下四类 1 传导干燥 能通过传热壁面以传导方式传给 与壁面接触的湿物料 与壁面接触的湿物 料 优点 热能利用程度较高 优点 热能利用程度较高 缺点 缺点 与金 属壁面接触的物料在 干燥时易形成过热而变质 干燥时易形成过热而变质 产品 刮刀 加料 加热蒸汽 传导干燥 滚筒干燥器 传导干燥 滚筒干燥器 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 2 对流干燥 热能以对流方式由热空气传 给与其直接接触的湿物料 给与其 直接接触的湿物料 产生 的蒸汽也由热空气带走 的蒸汽也由热空气带走 优点 热空气的温度调节比 优点 较方便 物料不至于被过热 较方便 物料不至于被过 热 缺点 缺点 热空气离开干燥器时 尚带有相当大的一部分热能 尚带有相当 大的一部分热能 因 此对流干燥的热能利用程度比传 导干燥差 导干燥差 加料 至分离器 出料 p a g e 1 分布板 热空气 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 3 辐射干燥 热能以电磁波的形式由辐射器发射到达湿物料表面 热能以电 磁波的形式由辐射器发射到达湿物料表面 被 湿物料吸收后又转变为热能将水分加热 汽化而达到干燥的目 的 优点 生产强度大 产品干燥均匀而洁净 优点 生产强 度大 产品干燥均匀而洁净 设备紧凑使 用灵活 可以减少占地面积 缩短干燥时间 用灵活 可以减少占地面积 缩短干燥时间 缺点 电能消耗大 缺点 电能消 耗大 4 介电加热干燥 将需要干燥的物料置于高频电场内 依靠电能加热物料 将需要干燥的物料置于高频电场内 并使湿分汽化 此法由于加热的能量是由高频 装置产生的 并使湿分汽化 此法由于加热的能量是由高频装置产生的 其所需 的费用较大 故在工业上的应用受到限制 其所需的费用较大 故在工业上的应用受 到限制 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 10 1 2 对流干燥流程及其经济性 废气 干燥器 湿物料 对流干燥流程示意图 并流 连续 对流干燥流程示意图 并流 连续 干燥产品 预热器 空气 经济性 经济性 能耗和热的利用率 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 10 2 湿空气的性质及湿度图 10 2 1 湿空气的性质 1 水蒸气分压 v 水蒸气分 压p 空气中水蒸气分压愈大 水分含量就愈高 空气中水蒸气分压愈大 水分含量 就愈高 根据气体分 压定律 压定律 则有 p p n v p g v P p v v n g 2 湿度 湿度 h u m i d i t y H 又称为湿含量或绝对湿度 a b s o l u t e h u m i d i t y 它以湿空 又称为湿含量或绝对 湿度 气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示 气中所含水蒸汽的质 量与绝对干空气的质量之比表示 使用 符号 其单位为 水气 其单位为 水 气 k g 干空气 符号 其单位为 k g 水气 干空气 湿空气中水气的质量 n v M v H 湿空气中绝干空气的质 量 n g M g 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 常温下 湿空气可视为理想气体 常温下 湿空气可视为理想气体 则有 18p v p v H 0 622 29 P p v P p v 在饱和状态时 湿空气中水蒸气分压 在饱和状态时 湿空气中水蒸气分压p v 等 于该空气温度 下纯水的饱和蒸气压p 下纯水的饱和蒸气压 s 则有 p s H s 0 622 P p s 由于水的饱和蒸气压仅与温度有关 由于水的饱和蒸气压仅与温度有关 故湿 空气的饱和湿 度是温度和总压的函数 度是温度和总压的函数 即 H s f t P 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 3 相对湿度 在一定温度及总压下 湿空气的水汽分压 在一定温度及总压下 湿空气的水汽 分压p v 与同温度下 之比的百分数 称为相对湿度 r e l a t i v e 水的饱和蒸汽压 p S 之 比的百分数 称为相对湿度 h u m i d i t y 用符号 表示 即 用符号 表示 表示 p a g e 2 p v 100 p s 当p v 0时 0 表示湿空气不含水分 即为绝干空气 时 表示湿空气不含 水分 即为绝干空气 当p v p s 时 1 表示湿空气为饱和空气 表示湿空气为 饱和空气 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 相对湿度和绝对湿度的关系 相对湿度 可以说明湿空气偏离饱和空气的程度 相对湿度 可以说明湿空气 偏离饱和空气的程度 能用 于判定该湿空气能否作为干燥介质 值与越小 值与越小 于判定该湿空气能否作为干燥介质 值与越小 则吸湿 能力越大 能力越大 湿度 是湿空气含水量的绝对值 湿度 是湿空气含水量的绝对值 不能用于分辨 湿空气 的吸湿能力 的吸湿能力 在一定总压和温度下 在一定总压和温度下 两者之间的关系为 p s H 0 622 P p s 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 4 湿空气的比热CH 在常压下 将湿空气中 绝干空气及相应 在常压下 将湿空气中1k g 绝干空气 及相应 k g 水汽的温度 绝干空气及相应 升高 或降低 所需要 升高 或降低 1o C所需要 或放出 的热量 称为 比热 又 所需要 或放出 的热量 称为比热 称为湿热 用符号 表示 单位是k J 绝干气 o C 即 称为湿热 用符号CH表示 单位是 绝干气 c H c g Hc v 式中 c H 湿空气的比热 k J 绝干气 o C 湿空气的比热 湿空气的比 热 绝干气 c g 绝干空气的比热 k J 绝干气 o C 绝干空气的比热 绝干空气的比热 绝干气 c v 水气的比热 k J 水气 o C 水气的比热 水气的比热 水气 在常用的温度范围内 在常用的温度范围内 有 c H 1 01 1 88 H 上式说明 上式说明 湿空气的比热只是湿度的函数 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 5 湿空气的焓 I 湿空气中1k g 绝干空气的焓与相应水汽的焓之和 称为湿 绝干空气的焓与相应水 汽的焓之和 湿空气中 绝干空气的焓与相应水汽的焓之和 空气的焓 用符号 表示 单位是k J k g 干空气 表示 干空气 空气的焓 用符号I表示 单位是 干空气 I Ig Iv H 湿空气的焓 绝干气 式中 湿空气的焓 k J k g 绝干气 湿空气的焓 绝干气 Ig 绝干空气的焓 k J k g 绝干气 绝干空气的焓 k J k g 绝干气 绝干 空气的焓 绝干气 Iv 水气的焓 k J k g 水气 水气的焓 水气 水气的焓 水气 时焓为零作基准而计算的 注 空气的焓是根据干空气及液态水在0 o C时焓为 零作基准而计算的 空气的焓是根据干空气及液态水在 时焓为零作基准而计算的 因 此 对于温度为t 及湿度为 的湿空气 其焓包括由0 的水变为 的水变为0 因此 对 于温度为 及湿度为 的湿空气 其焓包括由 o C的水变为 o C 的水汽所需的潜热及 湿空气由0 升温至 升温至t 所需的显热之和 所需的显热之和 的水汽所需的潜热及 湿空气由 o C升温至 o C所需的显热之和 即 I c g Hc v t Hr 0 0 1 01 1 88 H t 2490 H 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 6 湿空气的比容v H 在湿空气中 绝干气体积和相应的Hk g 水气体积之和 水气体积之和 在湿空 气中 1k g 绝干气体积和相应的 绝干气体积和相应的 水气体积之和 称为湿空气的比 容 亦称湿容积 称为湿空气的比容 亦称湿容积 h u m i d v o l u m e 用符号v H 用符 号v 表示 单位为 湿空气 k g 绝干气 绝干气 表示 单位为 m 3湿空气 绝干气 p a g e 3 m 3绝干气 m 3水气 v H k g 绝干气 1 H 273 t 1 013 105 v H 22 4 29 18 273 P 273 t 1 013 105 0 772 1 244H 22 4 273 P 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 7 露点 t d 不饱和的空气在湿含量 不变的情况下冷却 不饱和的空气在湿含量 不变的 情况下冷却 达到饱和状 态时的温度 称为该湿空气的露点 用符号t 态时的温度 称为该湿空气的露点 d e w p i o n t 用符号 d 表示 用符号 表示 在露点时 空气的 湿度为饱和湿度 在露点时 空气的湿度为饱和湿度 1 H s t d 0 622p s t d P p s t d p s t d H s t d P 0 622 H s t d 当空气从露点继续冷却时 当空气从露点继续冷却时 其中部分水蒸汽便会以 露珠的 形式凝结出来 空气的总压一定 露点时的饱和水蒸汽压 形式凝结出来 空 气的总压一定 露点时的饱和水蒸汽压p s t d 仅与空气的湿度H 有关 仅与空气的湿 度 s t d 有关 即 p s t d f Hs t d 或 t d Hs t d 湿 度越大 越大 度越大 t d 越大 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 8 干球温度 和湿球温度 w 干球温度t 和湿球温度 和湿球温度t 干球温度t 空气的温度 干球温度 湿球温度t 湿球温度 w 不饱和空气的 湿球温度t 低于干球温度t 不饱和空气的湿球温度 w 低于干球温度 形成原理 如图所示 形成原理 如图所示 t w 补充液 温度 补充液 温度t w 空气 湿度H 湿度 温度t 温度 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 在稳定状态时 空气向湿纱布表面的传热速率为 在稳定状态时 空气向湿纱 布表面的传热速率为 Q S t t w 气膜中水气向空气的传递速率为 气膜中 水气向空气的传递速率为 N k H Hs t w H S 在稳定状态下 传热速率和传质速 率之间的关系为 Q Nr t w 在稳定状态下 传热速率和传质速率之间的关系为 t w t 强调 强调 k H r t w H s t w H 对空气 水蒸气系统而言 对空气 水蒸气系统而言 k H 1 09 水蒸气系统 而言 湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度 湿球温度实际上是湿纱布中水分的温 度 而并不代表空气的 真实温度 由于此温度由湿空气的温度 湿度所决定 真实 温度 由于此温度由湿空气的温度 湿度所决定 故称其 为湿空气的湿球温度 为 湿空气的湿球温度 所以它是表明湿空气状态或性质的一种 参数 参数 对于某一 定干球温度的湿空气 其相对湿度越低 对于某一定干球温度的湿空气 其相对湿度 越低 湿球温 度值越低 对于饱和湿空气而言 其湿球温度与干球温度相等 度值 越低 对于饱和湿空气而言 其湿球温度与干球温度相等 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 9 绝热饱和温度t a s 形成原理 形成原理 绝热降温增湿过程及等焓过程 绝热增湿过程进行到空 气被水汽 所饱和 则空气的温度不再下降 所饱和 则空气的温度不再下降 而等 于循环水的温度 称此温度为 而等于循环水的温度 该空气的绝热饱和温度 用符 号 该空气的绝热饱和温度 用符号t a s 表示 表示 其对应的饱和湿度为 a s 此 刻水的温度亦为t 刻水的温度亦为 a s t a s p a g e 4 水 空气 t a s Ha s I2 空气 t H I1 补充水 t a s 在空气绝热增湿过程中 空气失去的是显热 在空气绝热增湿过程中 空气失 去的是显热 而得到的是汽 化水带来的潜热 空气的温度和湿度虽随过程的进行而变 化 化水带来的潜热 空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化 但其焓值不变 但其焓值不变 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 塔顶和塔底处湿空气的焓分别为 塔顶和塔底处湿空气的焓分别为 I1 c g Hc v t Hr 0 0 0 I 2 c g H a s c v t a s H a s r 0 湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程 湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程 即 I1 I2 由于 和 a s 值与 相比皆为一很小的数值 故可视为CH 由于 值与 l 相比皆为一很小的数值 故可视为 值与 相比皆为一很小的数值 CHa s 不随湿度而变 即CH CHa s 则有 不随湿度而变 t a s r 0 t H a s H c H 0 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 实验测定表明 对于在湍流状态下的空气 实验测定表明 对于在湍流状态下 的空气 水蒸气系统 而言 故在一定温度t 和湿度 和湿度H下 而言 a k H CH 同时 r 00 r t w 故在一定温度 和湿度 下 有 t w t a s 强调 绝热饱和温度 与湿球温度t 是两个完全不的概念 强调 绝热饱和温度 t a s 与湿球温度 w 是两个完全不的概念 但是两者都是湿空气状态 t 和 的函数 特别 是对空气 的函数 但是两者都是湿空气状态 和H 的函数 特别是对空气 水 气 系统 两者在数值上近似相等 对其他系统而言 气系统 两者在数值上近似相等 对其他系统而言 不存在 此关系 此关系 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 对空气 干球温度 绝热饱和温度 对空气 水蒸气系统 干球温度 绝热 饱和温度 或湿 球温度 及露点之间的关系为 球温度 及露点之间的关系为 对 于不饱和湿空气 对于不饱和湿空气 t t a s 或t w t d 对于饱和的湿空气 对 于饱和的湿空气 t t a s 或t w t d 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 10 2 2 湿空气的湿度图 在工程计算中 常用的是以湿空气的焓值 为纵坐标 为纵坐标 在工程计算中 常用的是以湿空气的焓值I为纵坐标 湿度 H为横坐标的焓湿图 即I H图 为横坐 标的焓湿图 为横坐标的焓湿图 图 图上共有五种线 图上任一点都代表一定温度 和湿度 图上共有五种线 图上任一点都代表一定温度t 和湿度 的 湿空气状态 湿 空气状态 等湿度线 等湿度线 等H线 等焓线 等焓线 等I线 等温线 等温 线 等t 线 等相对温度线 等相对温度线 等 线 水蒸汽分压线 水蒸汽分压 线 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 湿比热容 k J k g H2O 1 1 35 1 25 1 00 2490 2460 1 35 2430 1 05 1 10 1 15 1 20 1 25 1 30 1 3 5 0 16 H 0 14 1 15 p a g e 5 0 12 汽化潜热 k J k J k g H2O 1 1 05 2400 0 10 0 95 2370 0 08 0 85 2340 0 06 0 05 0 04 0 03 0 75 2310 湿比体积 m 3 k g 干空气 1 2280 0 02 0 01 2250 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 温度 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 湿空气的湿度 温度图 湿度 k g k g 干空气 1 1 等湿度线 等H线 等湿度线 等 线 一组与纵轴平行的直线 在同一条等 线上 线上 一组与纵轴平行的直线 在同一条等H线上 湿空气的露 不变 点t d 不变 2 等焓线 等I线 等焓线 等 线 在同一条等I线上 线上 一组与斜轴平行的直线 在同一条等 线上 湿空气的温度 t 随湿度 的增大而下降 但其焓值不变 随湿度 H的增大而下降 但其焓值不变 随湿度 的增大而下降 3 等温线 等t 线 等温线 等 线 I 1 88t 2490 H 1 01t 当空气的干球温度t 不变时 与 成直线关系 故在I H图中 成直线关系 当空 气的干球温度 不变时 I与H成直线关系 故在 不变时 图中 对应不同的t 可作出许 多等 线 各种不同温度的等温线 对应不同的 可作出许多等t 线 各种不同温度 的等温线 其 斜率为 1 88t 2492 故温度愈高 其斜率愈大 因此 这许多 故 温度愈高 其斜率愈大 因此 斜率为 成直线的等t 线并不是互相平行的 成直线 的等 线并不是互相平行的 线并不是互相平行的 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 4 等相对温度线 等 线 等相对温度线 线 p s H 0 622 P p s 为一定值时 温度愈高 其相对湿度 值 当湿空气的湿度 为一定值时 温度 愈高 其相对湿度 值 愈低 即其作为干燥介质时 吸收水汽的能力愈强 愈低 即 其作为干燥介质时 吸收水汽的能力愈强 故湿空气 进入干燥器之前必须经过预热器 预热提高温度 进入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度 目的除了提高 湿空 气的焓值使其作为载热体外 湿空气的焓值使其作为载热体外 也是为了降低其相对 湿度而 作为载湿体 作为载湿体 5 水蒸汽分压线 HP p v 0 622 H 与空气中的水蒸汽分压p 该线表示空气的湿度 与空气中的水蒸汽分压 v 之间关 系曲 线 当湿空气的总压 不变时 水蒸汽的分压p v 随湿度 而变 不变时 水蒸汽 的分压 随湿度 水蒸汽分压标于右端纵轴上 其单位为k N m 2 化 水蒸汽分压标 于右端纵轴上 其单位为 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 湿焓图的说明与应用 根据湿空气任意两个独立的参数 就可以在H I图上确定该 根据湿空气任意两个独立的参数 就可以在 图上确定该 空气的状态点 然后查出空 气的其他性质 空气的状态点 然后查出空气的其他性质 非独立的参数如 非独 立的参数如 t d H p H t d p t w I t a s I等 它们均 等 在同一等 p a g e 6 H线或等 线上 在同一等 线或等I线上 线或等 线上 A 干球温度t 露点t d 湿球 温 干球温度 露点 或绝热饱和温度t 度t w 或绝热饱和温度 a s 都 是由等t 线确 定的 是由等 线确定的 线确定的 I E t w t d 1 D F B C H p 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 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 件是 件是 和湿球温度t 湿空气的干球 温度t 和湿球温度 w 湿空气的干球温度 和湿球温度 和露点t 湿空气的干球 温度t 和露点 d 湿空气的干球温度 和露点 和相对湿度 湿空气的干球 温度t 和相对湿度 湿空气的干球温度 和相对湿度 I t 1 2 t w 0 I 3 1 t 1 2 t d H 0 I 3 1 A t 1 0 A A 2 1 H H 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 10 3 干燥器的物料衡算及热量衡算 10 3 1 对流干燥流程及操作原理 L H1 t 1 L H0 t 0 空气 预热器 L H2 t 2 废气 干燥器 干燥产品G 干燥产 品 2 w 2 湿物料G 湿物料 1 w 1 对流干燥流程示意图 并流 连续 对流干燥流程示意 图 并流 连续 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 10 3 2 物料衡算 1 物料中的含水率 以湿物料为基准的含水率 湿基含水率 w 以湿物 料为基准的含水率 湿基含水率 湿物料中水分含量 w 100 湿物料总质量 干基含水率X 以绝干物料为基准的含水率 干基含水率 以绝干物料为基准 的含水率 干基含水率 湿物料中水分含量 X 100 绝干物料质量 X与w 的关系 与 的关系 w X 1 w X w 1 X 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 2 干燥后的物料质量 2和水分蒸发量 干燥后的物料质量G 和水分蒸发量W 总物料衡算 总物料衡算 G1 G2 W 绝干物料衡算 绝干物料衡算 Gc G1 1 w 1 G2 1 w 2 湿物料中绝对干物料的质量 式中 Gc 湿物料中绝对干物料 的质量 k g h 湿物料中绝对干物料的质量 G1 进入干燥器的湿物料质量 k g h 进入干燥器的湿物料质量 进入干燥器的湿物料质量 G2 离开干燥器的物料 质量 k g h 离开干燥器的物料质量 离开干燥器的物料质量 w 1 干燥前物料 中的含水率 湿基 干燥前物料中的含水率 干燥前物料中的含水率 湿基 w 2 干燥后物料中的含水率 湿基 干燥后物料中的含水率 干燥后物料中的含水率 湿基 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 1 w 1 G2 G1 1 w 2 或 1 w 2 G1 G2 1 w 1 w 1 w 2 w 1 w 2 W G1 G2 G1 G2 1 w 2 1 w 1 若用干基含水率计算 则蒸发水分量 为 若用干基含水率计算 则蒸发水分量W 为 W Gc X 1 X 2 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g p a g e 7 3 空气用量的确定 通过干燥器的绝干空气质量是不变的 通过干燥器的 绝干空气质量是不变的 故用它作为计算 的基准 的基准 水分衡算 水分衡算 W L H 2 H1 Gc X 1 X 2 或 式中 L W H 2 H1 L 绝干空气的质量流量 k g h 绝干空气的质量流量 绝干空气的质量流量 H1 H2 进 出干燥器的空气湿度 k g k g 进 出干燥器的空气湿度 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g W L H 2 H1 令l L W为比空气用量 即从湿物料中汽化 为比空气用量 即从湿物料中汽化 1k g 水分所 水分所 需的干空气用量 干空气 干空气 k g 水 需的干空气用量 k g 干空 气 水 则 L 1 W H 2 H1 通过预热器前后 空气的湿度不变 若以 通过预热器前后 空气的湿度不变 若以H0表示进入 预热器时的空气湿度 预热器时的空气湿度 则H1 H0 W W L 或 H 2 H1 H 2 H 0 1 1 l H 2 H1 H 2 H 0 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 实际空气 新鲜 用量 实际空气 新鲜 用量 l l 1 H1 l 1 H 0 或 L L 1 H1 l 1 H 0 湿空气的体积流量V 湿空气的体积流量 h m 3 h 273 t 101 3 Vh L H L 0 773 1 244 H 273 p 式中t 由风机所在部位的空气状态而定 由风机所在部位的空气状态而定 式 中 H由风机所在部位的空气状态而定 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 10 3 3 热量衡算 G1 t M1 H0 t 0 预热器 0 I 0 L H1 t 1 1 I1 Qd k J h q d k J k g 水 k J k g 水 干燥器 H2 t 2 2 I 2 L Qp k J h q p k J k g 水 水 G2 t M2 c M q l k J k g 水 水 图10 7 干燥器的热量衡算 每千克水分所需的全部热量 Q Qp Qd q q p q d W W 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 预热器加入的热量 W Qd k J k g 水 干燥室内补充的热量 q d 水 W 干燥所需的全部热量 q q p q d k J k g 水 水 p a g e 8 干燥后物料的比热 q p Qp k J k g 水 水 c M 1 w 2 c s w 2 c l 绝干物料的比热 绝干物料的比热 k J k g K 水的比热 k J k g K 水的比热 对整个干燥系统进行热量衡算 输入热量 输出热量 对整个干燥系统进行热量衡 算 输入热量 输出热量 G2 c M t M1 G2 c M t M 2 c l t M1 l I 0 q p q d l I 2 q l W W 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 干燥系统所需的总热量为 干燥系统所需的总热量为 G2 c M t M 2 t M 1 q q p q d l I 2 I 0 q l c l t M1 W 令 G2 c M t M 2 t M1 q M W q q q l M q q p q d l I 2 I0 q c l t M1 l 1 H2 H0 I2 I0 q q p q d q c l t M1 H2 H0 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 注 预热器加入热量 q p l I1 I0 或 Qp L I1 I0 干燥室内 所需补充的热量 q d l I 2 I1 q c l t M1 或 Qd Wq d G1 t M1 H0 t 0 0 I 0 L 预热器 H1 t 1 1 I1 Qd k J h q d k J k g 水 水 干燥器 H2 t 2 2 I 2 L Qp k J h q p k J k g 水 水 G2 t M2 c M q l k J k g 水 水 图10 7 干燥器的热量衡算 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g q q p q d l I 2 I 0 q c l t M1 q p l I1 I 0 l I 2 I1 q d c l t M1 q 即 I 2 I1 H 2 H1 q d c l t M1 q q d c l t M1 q M q l p a g e 9 式中 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 10 3 4 1 等焓干燥 I 2 I1 q d c l t M1 q H 2 H1 0 则 I2 I1称为理想干燥过程或等焓干燥过程 绝热过程 称为理想干燥过程 或等焓干燥过程 0 即 q d c l t M1 q M q l 损失的热量 损失的热量 补充的热量 损失的热量 补充的热量 工程上符合下列条件的干燥过程可认为是等焓干燥过程 工程上符合下列条件的干 燥过程可认为是等焓干燥过程 干燥器内不补充热量 干燥器内不补充热量 q d 0 干燥器绝热良好 干燥器绝热良好 q l 0 物料进出干燥器时的 温差不大 物料进出干燥器时的温差不大 t M1 t M2 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 等焓干燥过程湿空气出口状态的确定可采用以下方法 等焓干燥过程湿空气出 口状态的确定可采用以下方法 时用此法方便 1 解析法 已知空气出口温度t 2时用此法方便 解析法 I2 I1 1 01 1 88H2 t 2 2492H2 1 01 1 88H1 t 1 2 492 1 2492H 2492 若已知干燥器出口湿空气的温度或湿度 若已知干燥器出口湿 空气的温度或湿度 则可根据上式 确定另一参数从而确定出口湿空气状态 确定另 一参数从而确定出口湿空气状态 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 2 图解法 若干燥器出口湿空气的温度和湿度均未知 若干燥器出口湿空气 的温度和湿度均未知 可采用图解 法较方便 法较方便 H 0 C A B 2 H2 H1 H t 0 t 0 t 2 t 1 注意 注意 等焓干燥过程 Qp L I1 I0 L I2 I0 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 0 非等焓干燥过程 非等焓干燥过程 实际干燥过程 1 0 即 q d c l t M1 q M q l 补充的热量 损失的热量 补充的热量 损失的热量 补充的热量 损失的热量 0 H 2 H2 B I 2 I1 0 H 2 H1 I2 I1 2 0 即 q d c l t M1 q M q l 补充的热量 0 C 1 0 C 02 H1 t t 0 t 2 p a g e 10 t 1 I 2 I1 0 H 2 H1 I2 0 C 1 0 C2 H1 代 入式中求出t 入式中求出 在 t H图上求出 图上求出 t t 0 t 2 t 1 连结BP延长 点P t H 连结 延长 线相交 得出口状态点C 最后读出t 至 2 线相交 得出口状态点 1或C2 最后 读出 2 H2 值 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g A H1 干燥过程用于汽化水分 的热量 r 0 c w t 2 c l t w q h q p q d q 对干燥系统加入的总热 量 q 用于汽化 用于汽化1k g 水分的热量 水分的热量 用于汽化 q r 0 c w t 2 c l t w 等焓干燥过程 湿空气放出的热量全部用于水分的蒸 等焓干燥过程 此时 发 此时 q l c H1 t 1 t 2 p a g e 11 q q p l I 1 I 0 l c H1 t 1 t 0 t 1 t 2 h t 1 t 0 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 2 提高热效率的途径 提高空气出口湿度或降低出口温度 措施 不变 措施 t 2 H2 L W H2 H1 q p q q 不变 h 不变 注 意 t 2 H2 湿空气出口相对湿度增大 要注意避免返潮 湿空气出口相对湿度增 大 注意 湿空气出口相对湿度增大 现象的发生 现象的发生 代价 干燥器 内湿空气与物料间的传热 代价 t 2 H2 干燥器内湿空气与物料间的传热 传 质推动 干燥器内湿空气与物料间的传热 力均下降 干燥时间延长 所需干燥器的体 积要增大 力均下降 干燥时间延长 所需干燥器的体积要增大 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 提高空气进入干燥器的温度 措施 一定 措施 t 1 q p 若q p 一定 则L h t 0 t 2 t 2 t 0 t 1 t 2 h 1 1 t 1 t 0 t 1 t 0 t 1 t 0 注意 温度较高 注意 t 1 温度较高 对热敏性物料不适用 温度较高 对热敏性物料不适用 代价 预热器所需加热蒸汽的品位高 代价 t 2 预热 器所需加热蒸汽的品位高 预热器所需加热蒸汽的品位高 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 采用中间加热 措施 湿空气进出口状态不变则采用中间加热器时 措施 湿空气进出口状态不变则采用中间加热器时 干燥器 内的平均温度低于没有采用中间 加热器的干燥器 内的平均温度低于没有采用中间加热器的干燥器 热损失降 低 从而提高热效率 h 从而提高热效率 代价 需要中间加热器 平均温度低 干燥器体积要增大 代价 需要中间加热器 平均温度低 干燥器体积要增大 H H2 H1 H t 0 0 t 2 t 1 t 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 部分废气循环 措施 湿空气出口温度若较高 措施 湿空气出口温度若 较高 作为废气排放也是一 种热量损失 为利用废气的余热 可将其与新鲜空气混 合 种热量损失 为利用废气的余热 可将其与新鲜空气混合 若与新鲜空气 混合后进入预热器则为 先混合 后预热 若与新鲜空气混合后进入预热器则为 先混合 后预热 废气循环流程 若与预热器出口的空气混合后进入干燥器 废气循环流程 若与预热器出口的空气混合后进入干燥器 则为 先预热 后混 合 废气循环流程 则为 先预热 后混合 废气循环流程 在循环流程中 干 燥器平均温度降低 热损失减少 热效率提高 燥器平均温度降低 热损失减少 热效率提高 注意 当干燥器进出口湿空气状态不变时 注意 当干燥器进出 口湿空气状态不变时 不论循环 方式如何 方式如何 在等焓条件下其绝干空 气消耗量和热量消耗量 均与无循环情况的相同 见指南 均与无循环情况的相同 见指南 代价 在干燥器中传热 传质推动力下降 代价 在干燥器中传热 传 质推动力下降 所需干燥 器体积增大 器体积增大 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 预热器 干燥器 H H2 H1H t 0 t 2 p a g e 12 0 t 1 t 改善保温措施 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 10 4 干燥速度与干燥时间 10 4 1 水分在空气与物料间的平衡关系 p w p s p w S X XS X 图10 10 p w X 关系示意图 关系示意图 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 1 结合水分与非结合水分 根据水分干燥的难易程度 可以将湿 根据水 分干燥的难易程度 p w 物料中的水分划分为结合水分 结合水分与 物料中的水分划 分为 结合水分 与 非结合水 分 S p s 非结合水分 非结合水分 机械附着水分 和大毛细 p w 管水分 易于干燥 管水分 易于干燥 结合水分 小毛细管水分等 结合水分 小毛细管水分等 难于干 X X XS 燥 关系示意图 当湿空气 100 时的物料平衡含水量 p w X 关系示意图 时的物料平衡含水量 为结合水分 其余为非结合水分 为结合水分 其余为非结合水分 结合水分与非结合水分的区 分与物料 性质有关 与湿空气的状态无关 性质有关 与湿空气的状态无关 化工与材料工程学院De p a r t m e n t o f Ch e m i c a l a n d Ma t e r i a l s En g i n e e r i n g 2 平衡水分 自由水分 平衡水分 按造水分能否干燥划分为平衡水分与 自由水分 按造水分能否干燥划分为平衡水分与自由水分 平衡水分 平衡时 物料 中的水分称为平衡水分 其含量用X 表示 平衡水分 表示 平衡时 物料中的水 分称为 平衡水分 其含量用 表示 平衡水分与与湿空气性质有关 与物料结构 水分性质有关 平衡水分与与湿空气性质有关 与