第七章-固体干燥..ppt

1 第七章干燥 第七章固体干燥 2020 4 19 2 第一节概述 第二节湿空气的性质与湿度图 第五节干燥设备 第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算 第四节物料的平衡含水量与干燥速率 第一节概述 一 固体物料去湿方法二 湿物料的干燥方法三 对流干燥过程的传热与传质 3 一 固体物料去湿方法 去湿 湿分从物料中去除的过程 去湿目的 1 工艺要求 2 贮存 3 运输 去湿的方法 1 机械去湿 2 物理去湿 3 加热去湿 干燥 4 二 湿物料的干燥方法 1 热传导干燥法 2 对流传热干燥法 3 红外线辐射干燥法 4 微波加热干燥法 5 冷冻干燥法 5 干燥过程的分类 按操作压力分常压干燥 真空干燥按操作方式分连续式 间歇式按供热方式分传导干燥 间接加热干燥 对流干燥 直接加热干燥 辐射干燥介电加热干燥 6 2020 4 19 7 1 传热 传质同时 但方向相反 2 介质是热载体 又是湿载体 1 鼓风机 2 预热器 3 气流干燥管 4 加料斗 5 螺旋加料器 6 旋风分离器 7 卸料阀 8 引风机 三 对流干燥过程的传热与传质 H t Q W ti p pi M 干燥过程进行必要条件 1 物料表面水汽压力大于干燥介质中水汽分压 2 干燥介质要将汽化的水分及时带走 2020 4 19 8 第二节湿空气的性质与湿度图 一 湿空气的性质 二 湿空气的湿度图及其应用 2020 4 19 9 一 湿空气的性质 一 湿空气中湿含量的表示方法 1 湿空气中水汽分压pV 2 相对湿度 定义 一定T P pV与同温度下pS之比的百分数 2020 4 19 10 3 湿度 湿含量 H定义 1kg干空气所携带的水汽质量 饱和空气 pV ps 1 不可作为干燥介质 不饱和空气 pV ps 1 可作为干燥介质 2020 4 19 11 当P为一定值时 pV ps时 H Hs 即 H与 的关系 H表示空气中水汽含量的绝对值 而 反映湿空气水气含量的相对大小 不饱和程度 吸收水汽的能力 能力 2020 4 19 12 二 湿空气的比体积 比热容和焓 1 湿空气的比体积 H m3湿空气 kg干气 定义 1kg绝干空气为基准 湿空气的总体积 2020 4 19 13 P一定 2 湿空气的比热容cH 定义 在常压下 将1kg干空气和其所带有的Hkg水汽升高温度1K所需的热量 kJ kg干气 K 3 湿空气的焓I kJ kg干气 2020 4 19 14 定义 湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和 三 湿空气的温度 t 是用普通温度计测得的湿空气的真实温度 1 干球温度t 2020 4 19 15 定义 一定压力 不饱和空气等湿降温至饱和的温度 pS td下的饱和蒸汽压 2 露点td tw 湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度 3 湿球温度tw 气流 t tw 2020 4 19 16 湿球温度计工作原理 物系一定 空气 水系统 u 5m s Q N 对流传热 kH 气体t H 气膜 对流传质 液滴表面tw Hw 2020 4 19 17 2 饱和空气 tw t 3 不饱和空气 tw t 测定tw的意义 1 测定H 2 确定物料表面的温度 4 绝热饱和温度tas定义 空气绝热增湿至饱和时的温度 2020 4 19 18 空气变化过程 1 t 2 H 3 I不变 2020 4 19 19 tw与tas的关系 tw 大量空气与少量水接触 空气t H的不变 tas 大量水与一定量空气接触 空气降温 增湿 tw与tas数值上的差异取决于 kH与cH两者之间的差别 tw 传热与传质速率均衡结果 属动平衡 tas 热量衡算与物料衡算导出 属静平衡 空气 水体系 2020 4 19 20 当空气为不饱和状态 t tw tas td 当空气为饱和状态 t tw tas td P一定 F 2 两个独立参数确定空气状态 性质 二 湿空气的焓湿图及其应用 2020 4 19 21 一 I H图的构造 坐标 5根线 等湿线 等焓线 等温线 p H线 2020 4 19 22 二 焓湿图的应用 1 已知两个独立参数 定空气状态点 求其它性能参数 例1已知t 30 60 求 H td tas A H 0 016kg kg干气 D C 2020 4 19 23 例2已知t tW 定状态 A 2020 4 19 24 例3已知t td 定状态 A 2020 4 19 25 第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算 一 干燥过程的物料衡算 二 干燥过程的热量衡算 2020 4 19 26 一 物料中含水量表示方法 1 湿基含水量w kg水 kg湿物料 一 干燥过程的物料衡算 2 干基含水量X kg水 kg干物料 2020 4 19 27 3 两者关系 二 物料衡算 湿物料L1 w1 干燥产品L2 w2 热空气G H1 湿废气体G H2 1 干燥产品流量L2 2 水分蒸发量W 2020 4 19 28 3 空气消耗量 2020 4 19 29 二 干燥过程的热量衡算 湿物料L1 X1 1 I1 干燥产品L2 X2 2 I2 热气体G H1 t1 I1 湿废气体G H2 t2 I2 湿气体G H0 t0 I0 Qp QD QL 预热器 干燥器 2020 4 19 30 1 预热器的加热量 2 干燥器的热量衡算 2020 4 19 31 第四节物料的平衡含水量 一 物料的干燥实验曲线 二 物料的平衡含水量曲线 三 恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间 2020 4 19 32 一 物料的干燥实验曲线 一 干燥实验曲线 A 湿含量X Xc tw D C B A D C B t X 物料表面温度 干燥时间 预热段 恒速段 降速段 干燥曲线 X 与 的关系曲线 空气温度湿度流速与物料接触状况 恒定干燥条件 二 干燥过程的三阶段 2020 4 19 33 1 预热段2 恒速干燥段3 降速干燥段 2020 4 19 34 2 恒速干燥段 物料温度恒定在tw X 呈直线 气体传给物料热量全部用于湿份汽化 1 预热段 物料升温 X变化不大 3 降速干燥段 物料开始升温 X变化减慢 气体传给物料的热量仅部分用于湿份汽化 其余用于物料升温 当X X t 2020 4 19 35 二 物料的平衡含水量曲线 一 物料的平衡含水量曲线 平衡水分 X 不能用干燥方法除去的水分 X f 物料种类 空气性质 吸水性弱的 小 2020 4 19 36 二 自由水分与平衡水分 自由水分 X X 可用干燥方法除去的水分 三 结合水分与非结合水分 结合水分 水与物料有结合力 pw ps 非结合水分 水与物料无结合力 pw ps 2020 4 19 37 1 结合水分与非结合水分只与物料的性质有关 而与空气的状态无关 这是与平衡水分的主要区别 2 平衡水分是指定空气 干燥的极限 与空气和物料有关 且一定是结合水分 注意 3 X低 高 可能吸湿 2020 4 19 38 三 恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间 干燥速率 单位时间 单位干燥面积汽化水分量 kg水 m2 s 一 间歇干燥过程和干燥速率曲线 2020 4 19 39 ABC段 恒速干燥阶段AB段 预热段BC段 恒速段CDE段 降速干燥阶段 C点 临界点XC 临界含水量E点 平衡点X 平衡水分 2020 4 19 40 二 恒速干燥阶段 kg水 m2 s 恒速干燥速率 物料表面湿润 X Xc 汽化的是非结合水分 2020 4 19 41 恒速干燥特点 1 影响u的主要因素 t H u 空气与物料接触方式 1 u uC const 2 物料表面温度为tw 3 去除的水分为非结合水分 4 uC 干燥条件决定 表面汽化控制 uC的来源 1 由干燥速率曲线查得 2 恒速阶段干燥时间计算 2020 4 19 42 三 降速阶段 1 影响u的因素 2 降速阶段干燥时间计算 实际汽化表面减小 CD 除非结合 结合水分 汽化面向内部移动 DE 除结合水分 u因素 与物料性质 结构 尺寸 形状 堆积厚度有关 与空气状态关系不大 2020 4 19 43 方法 1 图解积分法 2 解析计算法 X2 2020 4 19 44 总干燥时间 当X 0时 2020 4 19 45 四 临界含水量XC 1 吸水性强的物料XC 吸水性弱的物料XC2 物料层越薄 分散越细 XC越低3 干燥条件 t H u uC越大 XC越高 X 2020 4 19 46 二 干燥的选用 第五节干燥设备 一 常用对流干燥器简介 2020 4 19 47 一 常用对流干燥器简介 一 厢式干燥器 盘架式干燥器 小型的称为烘箱 大型的称为烘房 可同时处理多种物料 通常在常压或真空下间歇操作 厢内设有支架 湿物料放在矩形浅盘内 或悬挂在支架上 板状物料 空气经加热器预热并均匀分配后 平行掠过物料表面 离开物料表面的湿废气体 部分排空 部分循环 与新鲜空气混合后用作干燥介质 2020 4 19 48 优点 结构简单 装卸灵活 方便 适应性强 适用于小批量 多品种物料的干燥 缺点 分散差 劳动强度大 干燥时间长 设备体积大 2020 4 19 49 二 转筒式干燥器 主体 沿轴向装抄板圆筒 略倾斜 齿轮机构驱动作旋转运动 物料由转筒较高一端送 由较低端出 热风由转筒低端入 由高端出 气固两相呈逆流接触 随着圆筒旋转 物料被炒板抄起然后洒下 改善传热传质 提高干燥速率 物料湿含量较低 产品能承受高温 宜采用逆流干燥 物料湿含量较高 产品湿含量不是很低的场合宜采用并流干燥 2020 4 19 50 特点 国内现有转筒干燥器的直径一般为0 5 3m 长度为2 27m 长径比为4 10 物料在转筒内的装填量约为筒体容积的8 13 物料沿转筒轴向前进的速度为0 01 0 08m s 其停留时间一般为1h左右 1 机械化程度较高 生产能力较大 2 干燥介质通过转筒的阻力较小 3 对物料的适应性较强 操作稳定方便 运行费用较低 4 装置比较笨重 金属耗材多 传动机构复杂 维修量较大 5 设备投资高 占地面积大 2020 4 19 51 三 流化床干燥器 加料口加入 热气体穿过流化床底部多孔分布板 形成许多小气流射入物料层 气速控制 形成沸腾状流化床 产品经床侧出料管卸出 湿废气体由引风机从床层顶部抽出排空 旋风分离器分离所夹带少量细微粉 单层流化床干燥器 2020 4 19 52 固体在每一层完全混合 但层与层之间不相混 改善了物料停留时间的分布 层数越多 产品湿含量愈均匀 国内使用五层流化床干燥涤纶切片 效果很好 气固两相逆流流动 有利于降低产品的湿含量 且可使热量的利用更加充分 多层流化床特别适合于产品湿含量较低 冷物料不能承受强烈干燥而干物料可以耐高温的场合 多层床其结构复杂 气体的流动阻力也较大 因而限制了多层流化床的应用 多层流化床干燥器 主要问题 控制物料顺利流至下一层的量 且不使气体沿溢流管短路跑掉 在应用中常因操作不当而不能正常生产 2020 4 19 53 卧式多室流化床干燥器 床为矩形截面 用挡板将床分为多个室 挡板与气体分布板间有间隙使物料逐室通过 最后一室通入冷空气 特点 产品含水量均匀 各室气温和流量可调节 热量利用充分 物料和气体错流 流动阻力小 动力消耗少 最后一室冷却便于包装 2020 4 19 54 四 气流干燥器 特点 1 干燥速度快 两传热传质面积 热气体速度高 相对速度很大 体积小 2 并流 使用高温气体作为干燥介质不会烧坏物料 3 时间短 气流干燥又称为快速干燥或闪蒸干燥 特别适合于热敏性物料干燥 4 物料呈活塞流流动 干燥产品湿含量均匀 5 结构简单 投资少 占地面积小 操作方便 性能稳定 维修量小 2020 4 19 55 问题 1 物料停留时间短 只适合于干燥非结合水分的干燥 故常被用作物料的预干燥 2 颗粒破碎现象比较严重 颗粒之间以及颗粒与器壁之间的碰撞与摩擦 故不适合于干燥晶形不允许破坏的物料 3 气固两相分离任务很重 固体产品的放空损失较大 粉料排空对环境造成一定污染 4 气固两相接触时间短 传热不充分 气体放空损失大 热效率较低 5 气体通过干燥系统的流动阻力较大 因而风机的动力消耗较高 故总能耗较高 2020 4 19 56 五 喷雾干燥器 用于干燥溶液 浆液或悬浮液 液状物料由雾化器喷成雾状细滴并分散于热气流中 使水分迅速汽化而获得微粒状干燥产品 雾滴直径为30 60 m 每升料液100 600m2的蒸发面积 需干燥时间很短 约为5 30s 特别适合于干燥热敏性物料 如牛奶 蛋制品 血浆 洗衣粉 抗菌素 酵母和染料等 2020 4 19 57 雾化器 气流式雾化器 压缩空气在喷嘴处达到音速并形成很低的压力 抽送料液由喷嘴成雾状喷出 可制备粒径小于5 m的微细颗粒 能处理粘度较大的料液 但动力消耗较大 装置的生产能力较小 离心式雾化器 料液送入一高速旋转的装有放射形叶片的圆盘中央 在离心力作用下加速从周边呈雾状洒出 操作简单 适应能力强 弹性大 粒径均匀 特别适合于固相含量较高液体 干燥器直径较大 雾化器加工难度大 制造价格高 2020 4 19 58 压力式雾化器 用泵将料液加压至30 200atm并通入喷嘴 喷嘴内有螺旋室 液体在其中高速旋转并从出口小孔处呈雾状喷出 结构简单 造价低 动力消耗低 操作弹性小 产品粒径不均匀 喷嘴容易因腐蚀或磨损而影响喷雾质量 2020 4 19 59 二 干燥器的选用 被干燥物