干燥计算

第五章干燥 一 定义机械法 沉降 过滤除湿方法物理化学法 吸附热能法 即干燥 一种利用热能的除湿方法 二 分类常压干燥真空干燥连续干燥间歇干燥传导干燥 间接干燥对流干燥 直接干燥辐射干燥 电磁波介电干燥 高频电场联合干燥第一节湿空气的性质及湿度图5 1 1湿空气的性质一 湿度H 绝对湿度 湿含量 单位质量干空气所带的水汽质量 即 1 空气饱和时 二 相对湿度 水汽分压与水的饱和蒸汽压之比 即代入式 1 得 三 比容vH 单位质量干空气所具有的湿空气体积 即由得所以所以四 比热cH 湿热 常压下1kg干空气和其所带的Hkg水汽升高1 C所需的热量 即 五 焓I 1kg干空气和其所带的Hkg水汽的焓 即六 干球温度t和湿球温度tw干球温度 真实温度将湿球温度计置于大量不饱和空气 t H 中 设开始时水分与空气温度相同 因空气不饱和 水分必然汽化 汽化所需热量只能由水分本身温度下降放出显热而供给 水温下降后 与空气间出现温度差 空气又传递显热给水分 当空气传给水分的显热等于水分汽化所需的潜热时 水温维持稳定 该温度即为空气的湿球湿度tw 此时解之七 绝热饱和温度tas不饱和空气 t H 在绝热饱和器中与大量的水充分接触 设开始时水与空气温度相同 因空气不饱和 水必然汽化 汽化所需热量来自空气温度的下降 以及水温的下降 当气温下降放出的显热等于水分汽化所需潜热时 出口气温和水温维持稳定 该温度即为空气的绝热饱和温度 稳定后 汽化所需潜热完全来自气温下降放出的显热 同时水汽又以潜热的形式将显热带回气相 所以过程等焓或近似等焓 该过程也称为绝热降温增湿过程 由等焓 得一般情况下 解之对水 空气 所以八 露点td 不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度 由所以露点就是以水汽分压作为饱和蒸汽压来确定的温度 即 得所以不饱和空气饱和空气 5 1 2湿空气的H I图 湿焓图 湿空气的状态由两个独立的性质确定 其他性质可以计算 但计算繁琐 有时还要式差 工程上为了计算方便 常用算图来表示湿空气各性质之间的关系 下面讨论常用的湿焓图 H I图 一 等H线 与纵轴平行二 等I线 与斜轴平行三 等t线由得上式是以t为参数的直线方程 且t 斜率 所以等t线为一族非平行直线 四 等 线由知当P一定时 给定 时 所以是一族曲线五 水汽分压线由得 P一定时 是一条近似直线 H 0 622 六 H I图的说明与应用1 已知空气状态点A 求其他参数2 已知一对独立参数 求状态点 1 t和tw 2 t和td 3 t和 第二节干燥过程的物料衡算与热量衡算5 2 1湿物料中含水量的表示方法 一 湿基含水量w二 干基含水量XX显然 5 2 2干燥系统的物料衡算一 水分蒸发量W设L 干空气消耗量 kg干空气 s G 干物料流量 kg干物料 s W 水分蒸发量 kg s G1 G2 湿物料进出干燥器时的流量 kg湿物料 s 对干燥器进行水分的物料衡算则 二 空气消耗量由上式得 或 单位空气消耗量 kg干空气 kg水分 三 干燥产品流量G2对干燥器进行干物料衡算则所以5 2 3干燥系统的热量衡算一 热量衡算的基本方程对预热器进行焓衡算则对干燥器进行焓衡算则 所以所以为方便 假定 1 新鲜空气中水汽的焓等于废气中水汽的焓即 2 湿物料进出干燥器时的比热相等 并可取其平均值即而由相减并代入假定 1 得又由相减 并代入假定 2 得所以二 干燥系统的热效率 而所以5 2 4空气通过干燥器时的状态变化由得一 等焓干燥过程当 1 2 3 时二 非等焓干燥过程1 操作线在等焓线的下方当 1 2 3 时2 操作线在等焓线的上方当时3 操作线为等温线当QD足够多时 可使干燥过程沿等温线进行 第三节固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系 物料衡算与热量衡算可以确定空气消耗量 水分蒸发量和热能消耗量 但要确定干燥极限和干燥时间 则要讨论平衡关系与速率关系 5 3 1物料中的水分一 平衡水分及自由水分1 平衡水分 物料在不饱和空气中不能汽化的水分 当物料中水分的蒸汽压降至空气中水汽分压时 水分不再蒸发 汽化 2 自由水分 物料在不饱和空气中能汽化的水分 即总水分与平衡水分之差 二 结合水分与非结合水分1 结合水分 物料中细胞壁内的水分 毛细管中的水分以及结晶水 由于结合力强 其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压 所以分离较困难 2 非结合水分 物料表面的水分以及较大孔隙中的水分 由于结合力弱 其蒸汽压等于同温度下纯水的饱和蒸汽压 所以分离较容易 5 3 2干燥时间的计算恒定干燥 按空气状态的变化变动干燥 一 恒定干燥条件下干燥实验和干燥时间1 干燥实验和干燥曲线干燥实验 与恒定干燥条件相近的间歇干燥实验 干燥曲线 由间歇干燥实验测出的X与 及 与 之间关系曲线 2 干燥速率曲线 干燥速率 单位时间内在单位干燥面积上汽化的水量 U kg m2 s 即而所以式中W 一批操作中汽化的水分量 kg G 一批操作中干物料的质量 kg 干燥速率曲线 U与X之间的关系曲线 由干燥速率曲线 可以将干燥过程分为两个阶段 物料预热阶段 1 恒速干燥阶段恒速干燥阶段第一降速阶段 2 降速干燥阶段第二降速阶段干燥机理 1 物料预热阶段 空气传给物料的热量大于水分汽化所需热量 物料表面温度上升到空气的湿球温度 2 恒速干燥阶段 空气传给物料的热量等于水分汽化所需的热量 物料表面温度维持稳定 干燥速率维持恒定 表面维持润湿 3 第一降速干燥阶段 水分的内部扩散速率小于水分的表面汽化速率 物料表面不能维持全润湿 出现部分 干区 在干区空气传给物料的热量大于水分汽化所需的热量 平均表面温度缓慢上升 虽然单位润湿表面上的干燥速率不变 但由于实际汽化面积减少 从而以物料全部外表面积计算的干燥速率下降 该阶段可能是整个降速阶段 或根本不存在 4 第二降速干燥阶段 表面水分完全汽化后 水分的汽化面由表面向内部移动 空气传给物料的热量大于水分汽化所需的热量 表面温度加速上升 直至空气的温度 干燥速率加速下降 直至为零 此时物料含水量降到平衡水分 显然 预热 恒速阶段为表面汽化控制阶段 降速阶段为内部迁移控制阶段3 临界含水量可通过减低物料层的厚度 来减小Xc 二 恒定干燥条件下干燥时间的计算1 恒速阶段由恒速阶段的干燥速率等于临界干燥速率 及得定积分解之Uc也可通过对流传热系数计算 2 降速阶段由定积分 若U与X呈