第4章干 燥-1

1、四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 1/73 第四章第四章 干干 燥燥 教学要求教学要求 4-0 概述概述 4-1湿气的性质和湿焓图湿气的性质和湿焓图 4-2干燥过程的物料衡算和干燥过程的物料衡算和 热量衡算热量衡算 4-3固体物料在干燥过程中固体物料在干燥过程中 的平衡关系与速率关系的平衡关系与速率关系 4-4干燥设备干燥设备 本章小节本章小节 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 2/73 教学要求教学要求 重重 点：干燥介质

2、的点：干燥介质的性质性质，干燥过程的，干燥过程的物、热衡算物、热衡算，干燥，干燥 过程的过程的平衡及速率平衡及速率关系。关系。 覆盖内容：干燥过程的覆盖内容：干燥过程的基本概念基本概念，干燥介质的作用；干燥介，干燥介质的作用；干燥介 质的质的性质与性质与t-H(I-H)t-H(I-H)图图；干燥过程的；干燥过程的物、热衡算物、热衡算，对特殊干，对特殊干 燥过程燥过程热衡算式的简化热衡算式的简化，干燥过程的，干燥过程的热效率与干燥效率热效率与干燥效率；干；干 燥过程的燥过程的平衡关系平衡关系，结合湿份、非结合湿份、平衡湿份、自结合湿份、非结合湿份、平衡湿份、自 由湿份及最大吸湿湿含量由湿份及最大

3、吸湿湿含量的概念，传质方向与限度的确定；的概念，传质方向与限度的确定； 恒定干燥条件恒定干燥条件下的干燥曲线及干燥下的干燥曲线及干燥速率曲线及测定方法速率曲线及测定方法，恒恒 速段降速段、临界湿含量的概念及影响因素速段降速段、临界湿含量的概念及影响因素，恒定干燥条件，恒定干燥条件 下干燥时间的计算；典型干燥设备的结构特点及设计原则。下干燥时间的计算；典型干燥设备的结构特点及设计原则。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 3/73 4-0 4-0 概述概述 制盐：制盐： 卤水卤水精制精制蒸发蒸发结晶结晶 ？ 聚四

4、氟乙烯：聚四氟乙烯： 单体单体聚合聚合洗涤洗涤离心分离离心分离？ 化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多的化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多的 湿份湿份 ( (水分或有机溶剂的总称水分或有机溶剂的总称) )，要制得合格的产品需要除，要制得合格的产品需要除 去固体物料中多余的湿份。去固体物料中多余的湿份。 常用的除湿方法：常用的除湿方法： 机械除湿：机械除湿：即通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿。即通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿。 吸附除湿：吸附除湿：即用固体吸附剂，如即用固体吸附剂，如CaCl2、硅胶等吸去物料中所、硅胶等吸去物料中所 含的水分。含的水分。 供热

5、干燥：供热干燥：指利用热能，使湿物料中的湿分气化而除去的方法。指利用热能，使湿物料中的湿分气化而除去的方法。 干燥介质干燥介质：用于为湿物料提供热量并作为湿汽的载体。：用于为湿物料提供热量并作为湿汽的载体。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 4/73 4-0 4-0 概述概述 从从技术经济技术经济的角度：的角度：先采用机械方法把固体所含的绝大部分先采用机械方法把固体所含的绝大部分 湿份除去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥湿份除去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥 掉，以降低除湿的成本。掉

6、，以降低除湿的成本。 根据根据加热方式加热方式可分为可分为传导干燥传导干燥、对流干燥对流干燥、辐射干燥辐射干燥和和介介 电加热干燥电加热干燥。 干燥方法的干燥方法的分类分类： 根据根据操作压强操作压强：常压干燥、真空干燥：常压干燥、真空干燥 根据根据操作方式操作方式：连续干燥、间歇干燥：连续干燥、间歇干燥 对流干燥对流干燥化工生产中最常用的干燥方式化工生产中最常用的干燥方式： 空气空气预热器，热空气预热器，热空气干燥管，湿料与热空气进行热、干燥管，湿料与热空气进行热、 质传递。结果：质传递。结果：空气中湿分含量升高、固体物料中湿分含空气中湿分含量升高、固体物料中湿分含 量减小量减小。 四川理工

7、学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 5/73 按传热方式分类按传热方式分类 热能以热能以对流方式对流方式传给物料，产生的蒸气被干燥介质所带走，传给物料，产生的蒸气被干燥介质所带走， 常见的有常见的有箱式干燥器箱式干燥器、回转圆筒干燥器回转圆筒干燥器、洞道式干燥器洞道式干燥器、 流化床干燥器（两种）流化床干燥器（两种）、气流干燥器气流干燥器、喷雾干燥器喷雾干燥器等。等。 辐射干燥辐射干燥-由辐射器产生的由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物料表辐射能以电磁波形式达到物料表 面面，为物料所吸收而重新变为热能，从而使湿分汽化

8、。例如，为物料所吸收而重新变为热能，从而使湿分汽化。例如 用红外线干燥法将自行车表面油漆干燥。用红外线干燥法将自行车表面油漆干燥。 介电加热干燥介电加热干燥- -将需要干燥的电解质物料置于将需要干燥的电解质物料置于高频电场高频电场中，中， 电能在潮湿的电介质中转变为热能，例如微波干燥食品。电能在潮湿的电介质中转变为热能，例如微波干燥食品。 传导干燥传导干燥-热能通过传热壁面以热能通过传热壁面以传导方式传给物料传导方式传给物料，产生，产生 的湿分蒸气被气相（又称干燥介质）带走，或用真空泵排的湿分蒸气被气相（又称干燥介质）带走，或用真空泵排 走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。走。例如纸制品可

9、以铺在热滚筒上进行干燥。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 6/73 4-0 4-0 概述概述 干燥是热、质同时传递的过程干燥是热、质同时传递的过程 干燥介质：用来传递热量（载热体）和湿份（载湿体）干燥介质：用来传递热量（载热体）和湿份（载湿体） 的介质。的介质。 注意：只要物料表面的注意：只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干湿份分压高于气体中湿份分压，干 燥即可进行，与气体的温度无关燥即可进行，与气体的温度无关。 气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快湿

10、份汽加快湿份汽 化和物料干燥的速度，化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。达到一定的生产能力。 固体干燥过程的基本问题可以归结为以下四个方面：固体干燥过程的基本问题可以归结为以下四个方面： 确定的干燥介质用量；确定的干燥介质用量； 优化干燥条件的；优化干燥条件的； 强化干燥速率的；强化干燥速率的； 选择合理的干燥方法。选择合理的干燥方法。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 7/73 4-0 4-0 概述概述 解决这些问题需要掌握的基本知识有：解决这些问题需要掌握的基本知识有： 湿分在气固两相间的传递规律；湿

11、分在气固两相间的传递规律； 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化；湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化； 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征； 干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。 本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥 的基本问题，介绍的范围主要是的基本问题，介绍的范围主要是连续稳态的干燥过程连续稳态的干燥过程。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 8/

12、73 4-1 4-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 4-1-14-1-1干燥介质的性质干燥介质的性质 湿气体：绝干气体与湿份蒸汽湿气体：绝干气体与湿份蒸汽的混合物，其性质与湿份蒸汽的混合物，其性质与湿份蒸汽 的数量有关。的数量有关。 在干燥过程中，随着物料中湿份的汽化，气体中湿份蒸汽的在干燥过程中，随着物料中湿份的汽化，气体中湿份蒸汽的 含量在不断增加，但绝干气体的量保持不变。含量在不断增加，但绝干气体的量保持不变。 一、湿度一、湿度 湿度又称湿含量，干燥介质中湿度又称湿含量，干燥介质中湿份蒸气湿份蒸气的质量与的质量与绝干气绝干气的的 质量之比。以质量之比。以H表示，单位：表示

13、，单位：kg(湿气湿气)/kg(绝干气绝干气)。 g w g w M M pP p H M M H )( )( 摩尔质量绝干气的摩尔数 摩尔质量湿气的摩尔数 量干燥介质中绝干气的质 干燥介质中湿气的质量 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 9/73 4-1 4-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 对于空气对于空气- -水系统：水系统： Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96 kg/kmol pP p 622. 0H 总压一定时，湿气体的总压一定时，湿气体的湿度只与湿份蒸汽的分压湿度只与湿

14、份蒸汽的分压有关。有关。 s s s pP p H 622. 0饱和湿度饱和湿度 湿度只表示湿气体中湿度只表示湿气体中所含湿份的绝对数，不能反映气体偏离所含湿份的绝对数，不能反映气体偏离 饱和状态的程度（气体的吸湿潜力）。饱和状态的程度（气体的吸湿潜力）。 总压一定时，湿气体的总压一定时，湿气体的饱和湿度只与物系所处的温度饱和湿度只与物系所处的温度有关。有关。 它表述了一定压强和温度下湿气体所能容纳湿分蒸汽的最它表述了一定压强和温度下湿气体所能容纳湿分蒸汽的最 大值。大值。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥

15、10/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 二、相对湿度二、相对湿度 在一定总压下，湿气中湿分蒸气的在一定总压下，湿气中湿分蒸气的分压分压p p与同温度下湿分与同温度下湿分 的的饱和蒸汽压饱和蒸汽压p ps s之比的百分数，称为相对湿度，以之比的百分数，称为相对湿度，以表示，表示， 即：即： %100 s p p s s pP p H 622. 0 值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大； =100% 时，时，p= ps，气体已被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。，气体已被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。 空气空气水系统水系统

16、 空气空气水系统：水系统： s pH HP )622. 0( 84.233 11.3991 5916.18exp 15 2 t ps 由水的由水的AntoineAntoine方程：方程： (p(ps s:kPa:kPa；t:t: ) ) 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 11/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 = = f f ( (H, tH, t) )。 p ps s 随温度的升高而增加，随温度的升高而增加，H H 不变不变, ,提高提高 t t， ，气体的吸湿能力增加，故气

17、体用作干燥介质应预热。，气体的吸湿能力增加，故气体用作干燥介质应预热。 H H 不变而降低不变而降低 t t， ，气体趋近饱和状态。当气体达到饱和状，气体趋近饱和状态。当气体达到饱和状 态态( (露点露点) )而继续冷却时，气体中的湿份将呈液态析出。而继续冷却时，气体中的湿份将呈液态析出。 若若 t t t 总压下湿份的沸点，湿份总压下湿份的沸点，湿份 p ps s P P，最大，最大 ( (气体全气体全 为湿份蒸汽为湿份蒸汽) ) t 湿份的临界温度，气体中的湿份已是真实气体，湿份的临界温度，气体中的湿份已是真实气体， 此时此时 0 0，理论上吸湿能力不受限制。，理论上吸湿能力不受限制。 三

18、、比容三、比容 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 12/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 在气体介质中，在气体介质中， 1kg 1kg 绝干气的体积绝干气的体积和其所带有的和其所带有的H H kgkg 湿气的体积湿气的体积之和称为气体介质的比容，又称湿容积，用之和称为气体介质的比容，又称湿容积，用 H H 表示（ 表示（m m3 3湿气湿气/kg/kg绝干气体）。绝干气体）。 绝干气体 湿气体积绝干气体的体积 kg Hkgkg H 1 1 P t H P tH 5 5 1001

19、3.1 273 273 244.1773.0 10013.1 273 273 4.22 1829 1 P nRT V 0 0 0 T P P T V V P T n V 5 10013. 1 2734 .22 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 13/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 四、比热容四、比热容cH 常压下，将气体介质中常压下，将气体介质中1kg1kg绝干气绝干气及其所带的及其所带的H kgH kg湿汽的湿汽的 温度升高（或降低）温度升高（或降低）1 1 所需要（或放出

20、）的热量，称为所需要（或放出）的热量，称为 比热容，又称湿热，以比热容，又称湿热，以c cH H表示。表示。 Hccc vgH 1 c cg g ： ： 绝干气体的比热，绝干气体的比热，J/(kgJ/(kg绝干气体绝干气体)； c cv v ： 湿份蒸汽的比热，湿份蒸汽的比热，J/(kgJ/(kg湿份蒸汽湿份蒸汽) ) 。 对于空气对于空气- -水系统：水系统： c cg g= =1.005 kJ/(kg1.005 kJ/(kg)，c cv v= =1.884 kJ/(kg1.884 kJ/(kg) ) HcH884. 1005. 1 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研

21、化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 14/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 五、焓五、焓I 气体介质中气体介质中1kg1kg绝干气绝干气的焓与其所带的的焓与其所带的H kgH kg湿汽湿汽的焓之和的焓之和 称为湿气的焓，以称为湿气的焓，以I I表示，单位为表示，单位为kJ/kgkJ/kg绝干气。绝干气。 HIII vgH 由于焓是相对值，计算焓值时必须规定基准状态和基准由于焓是相对值，计算焓值时必须规定基准状态和基准 温度。温度。一般以一般以00为基准温度，且规定在为基准温度，且规定在00时绝干气与时绝干气与 液态湿分的焓值均为零。液态

22、湿分的焓值均为零。 HrtcHrtHccI HvgH00 )( 汽化潜热项显热项 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 15/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 对于对于空气空气- -水系统：（水系统：（P245P245例例5-15-1） HtHI H 27.2491)884. 1005. 1 ( 六、干球温度六、干球温度t 和湿球温度和湿球温度tw 干球温度简称温度，是气干球温度简称温度，是气 体介质的真实温度。体介质的真实温度。 u5m/su5m/s 水蒸发热平衡示意图水蒸发热平

23、衡示意图 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 16/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 wwHwww rHHkArNttA)( HH rk tt w wH w 而与水的初始状态无关 Htftw, 空气以对流方式传递给水的热量空气以对流方式传递给水的热量= =水分汽化所需的热量水分汽化所需的热量 七、绝热饱和冷却七、绝热饱和冷却 温度温度tas 绝热饱和器示意图绝热饱和器示意图 tw一般小于一般小于t 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工

24、原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 17/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 HH c r tt as H as 0 ),(Htft as 空气空气( (11、T T、H H） 大量循环水大量循环水 （绝热）（绝热） 热量传递热量传递 质量传递质量传递 平衡平衡 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 18/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 八、露点八、露点td 将不饱和湿气等湿冷却到饱和状态时的温度称为露点，以将不饱和湿气等湿冷却到饱和状态时的温度称

25、为露点，以td 表示，相应的湿度称为饱和湿度，以表示，相应的湿度称为饱和湿度，以Hs,td 表示。表示。 %100 ddd HHpp d d d pP p pP p HH 622. 0622. 0%100 s p p 干球温度、湿球温度、绝热饱和温度、露点温度的关系：干球温度、湿球温度、绝热饱和温度、露点温度的关系： 对空气对空气水系统水系统 当当 1,tttw w=t=tas ast td d；当；当 =1=1，则，则t=tt=tw w=t=tas as=t =td d。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥

26、19/73 例题例题 例例1.N1.N2 2与苯蒸汽体系。在系统总压为与苯蒸汽体系。在系统总压为102.4kPa102.4kPa、温度为、温度为293K293K时，时， 系统中苯蒸汽的分压为系统中苯蒸汽的分压为7.32kPa7.32kPa。现拟采用加压冷却的方法回。现拟采用加压冷却的方法回 收混合气体中的苯，问须将混合气体加压至多少压强，并同时收混合气体中的苯，问须将混合气体加压至多少压强，并同时 冷却到冷却到283K283K，才能回收，才能回收75%75%的苯？若维持恒压冷却，且使苯的的苯？若维持恒压冷却，且使苯的 回收率达到回收率达到75%75%，则需要冷却至多少温度？，则需要冷却至多少温

27、度？ KTPap T p ss : 36.52 51.2788 7936.20ln 解：解：kmolkgMkmolkgM gv /28/786126 )( )( 21447. 0 32. 74 .102 32. 7 28 78 0 绝干氮气 苯 kg kg pP p M M H g v 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 20/73 例题例题 )( )( 05362. 0)1 ( 101 0 10 绝干氮气 苯 kg kg HHH H HH kPaP kPap pP p M M HHH KTs KTs KTs

28、g v KTs 4 .320 05. 6) 36.52283 51.2788 7936.20exp( 283| 283| 283| 1283|1 若维持恒压冷却使回收率达到若维持恒压冷却使回收率达到75%75%，则：，则： H H0 0=0.21447kg(=0.21447kg(苯）苯）/ /（kgkg绝干氮气）绝干氮气） H H1 1=0.05362kg(=0.05362kg(苯）苯）/ /（kgkg绝干氮气）绝干氮气） 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 21/73 例题例题 kPa HM M P pkPa

29、P pP p M M HHH Tsg v KTs KTs KTs g v KTs 9337. 1 1 1 4 .102 ?| ?| ?| ?| 1?|1 KT p T T p KTs s 2 .263 ln7936.20 51.2788 36.52 36.52 51.2788 7936.20ln ?| 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 22/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 湿空气的湿空气的H-I 图由以下诸线群组成：图由以下诸线群组成： 4-1-2 湿空气的湿空气的H-I 图

30、图 等等H H线、等线、等I I线、等线、等t t线、等线、等线、线、蒸汽分压线蒸汽分压线 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 23/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 1由由 t、H 查取湿空气的性质查取湿空气的性质 2.2.由由t t、t td d查湿空气的性质查湿空气的性质 3.3. 由由t t、t tas as湿空气的性质 湿空气的性质 4.4. 由由t t、 湿空气的性质湿空气的性质 5湿空气被加热的状态变化过程湿空气被加热的状态变化过程 7湿空气绝热增湿的状态变化过程湿

31、空气绝热增湿的状态变化过程 6.6.湿空气被冷却的状态变化过程湿空气被冷却的状态变化过程 8.8.湿空气混合的状态变化过程湿空气混合的状态变化过程 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 24/73 H kg水/kg绝干气 焓 kJ/kg绝干气 水气分压 kPa =100%=100% 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 t tas as 已知已知t t（t td d或或 t tas as）和 ）和求状态点求状态点A A 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研

32、室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 25/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 H kg水/kg绝干气 焓 kJ/kg绝干气 水气分压 kPa =100%=100% 已知已知t t和和t tw w， ，求状态点 求状态点A A 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 26/73 4-14-1 干燥介质的性质及湿焓图干燥介质的性质及湿焓图 H kg水/kg绝干气 焓 kJ/kg绝干气 水气分压 kPa =100%=100% 已知已知t t和和， ，求状态点 求状态点A A（P2

33、52P252，图，图5-55-5；例；例5-3,5-45-3,5-4） 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 27/73 4-24-2 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 预热器预热器 干干 燥燥 器器 L, t1 , H1 产品 G2, w2, (X2), 2 湿物料 G1, w1, (X1), 1 L, t0 , H0 新鲜空气新鲜空气 L, t2 , H2 废气废气 干燥过程干燥过程 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第

34、四章 干干 燥燥 28/73 4-24-2 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 干燥过程是热、质同时传递的过程。进行干燥计算，必须干燥过程是热、质同时传递的过程。进行干燥计算，必须 解决干燥中湿物料去除的水分量及所需的热空气量。解决干燥中湿物料去除的水分量及所需的热空气量。 4-2-1 物料中含水量的表示方法物料中含水量的表示方法 一、湿基湿含量一、湿基湿含量 w w 单位质量的湿物料中所含液态湿分的质量。单位质量的湿物料中所含液态湿分的质量。 二、干基湿含量二、干基湿含量 X 单位质量的绝干物料中所含液态湿分的质量。单位质量的绝干物料中所含液态湿分的质量。 %100 湿

35、物料的总质量湿物料的总质量 水分质量水分质量 %100 量量湿物料中绝干物料的质湿物料中绝干物料的质 水分质量水分质量 X 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 29/73 4-24-2 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 换算关系：换算关系： X X w 1w w X 1 工业生产中，物料湿含量通常以湿基湿含量表示，但由工业生产中，物料湿含量通常以湿基湿含量表示，但由 于物料的总质量在干燥过程中不断减少，而绝干物料的质于物料的总质量在干燥过程中不断减少，而绝干物料的质 量不变，故在干燥计算

36、中以干基湿含量表示较为方便。量不变，故在干燥计算中以干基湿含量表示较为方便。 4-2-2 干燥系统的物料衡算干燥系统的物料衡算 基准：单位时间基准：单位时间(s or h)(s or h)； 控制体（衡算范围）：干燥器控制体（衡算范围）：干燥器 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 30/73 4-2 4-2 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 G G1 1 ： ：kg/skg/s； G G2 2 ：kg/skg/s； w w1 1 、 、w w2 2 ：湿含量（湿基）；：湿含量（湿基）；

37、L L ：kg/skg/s； H H1 1 、H H2 2 ：湿度； ：湿度； W W ：kg/skg/s。 一、水分蒸发量一、水分蒸发量 )( 1221 HHLGGW 二、空气消耗量二、空气消耗量 12 HH W L 三、干燥产品流量三、干燥产品流量 21 112 1/ )1 (wwGWGG 湿物料 G1 , w1 干燥产品 G2 , w2 热空气 L , H1 湿 废 气 体 L , H2 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 31/73 4-24-2 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

38、 4-2-3 4-2-3 干燥系统的热量衡算干燥系统的热量衡算 湿物料 G1 , w1 , 1, cm1 干燥产品 G2 , w2 , 2, cm2 热气体 L, H1, t1, I1 湿废气体 L, H2, t2, I2 湿气体湿气体 L, H0, t0, I0 Qd QL Qp 预热器 干 燥 器 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 32/73 4-24-2 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 Q Qp p ：预热器向气体提供的热量，：预热器向气体提供的热量，kWkW； Q Qd d

39、：向干燥器补充的热量， ：向干燥器补充的热量，kWkW； Q QL L：干燥器的散热损失，：干燥器的散热损失，kWkW。 一、热量衡算的基本方程一、热量衡算的基本方程 1.1.预热器消耗的热量预热器消耗的热量 预热器的作用在于加热空气。根预热器的作用在于加热空气。根 据加热方式可分为两类：据加热方式可分为两类： 直接加热式：如热风炉。将燃烧直接加热式：如热风炉。将燃烧 液体或固体燃料后产生的高温烟液体或固体燃料后产生的高温烟 气直接用作干燥介质；气直接用作干燥介质； 间接换热式：如间壁换热器。间接换热式：如间壁换热器。 立筒式金属体燃煤 间接加热热风炉 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化

40、学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 33/73 4-24-2 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 预热器传给干燥介质的预热器传给干燥介质的 热量为热量为 ： )( 01 IILQp 对间壁预热器中进行加热，对间壁预热器中进行加热， 则则H H0 0=H=H1 1，即，即 ： )( 010 ttLcQ Hp 预热器 L H0 t0 I0 QP L H1 t1 I1 加热剂消耗量）加热剂消耗量）(WQ StKSQ Q hp mp p 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章

41、第四章 干干 燥燥 34/73 4-24-2 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 干燥器 2.2.向干燥器补充的热量向干燥器补充的热量 L I1 H1 t1 G1 w1 I11 L I2 H2 t2 G2 w2 I22 QD LD QIGLIQIGLI 2 2 2 1 1 1 QL LD QIGIGIILQ 1 1 2212 )( 湿物料的焓的表示湿物料的焓的表示: : 以以00液态湿分及固体液态湿分及固体 的焓为的焓为0 0，则以，则以1kg1kg绝绝 干物料为基准的焓：干物料为基准的焓： ;:;: ;:;: )( 湿物料中湿分的比热湿物料的温度 绝干物料的比热干基湿含

42、量 w s ws C CX XCCI 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 35/73 4-24-2 干燥过程的物料衡算和热量衡干燥过程的物料衡算和热量衡算算 3.3.干燥系统的总热量衡算干燥系统的总热量衡算 11 100 0 00 22 220222 1 202 )()( )()( )()( wsvg wsvg LDP CXCIHrtCHCI CXCIHrtCHCI QIIGIILQQ ， ， Lwv wsvgDP QCtCrW CXCGttCHCLQQQ )( )()( 120 122020 以入口湿度计的干

43、以入口湿度计的干 燥介质从系统带走燥介质从系统带走 的热量的热量 以产品湿含量计以产品湿含量计 的产品从系统中的产品从系统中 带走的热量带走的热量 干燥器中汽化干燥器中汽化 湿分所需热量湿分所需热量 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 36/73 4-24-2 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 二二. .干燥系统的热效率干燥系统的热效率 %100 )( %100 102 Q CrtCW wg 向干燥器输入的总热量 蒸发湿分所需的热量 热效率越高表示干燥器热利用率越好。热效率越高表示干燥器

44、热利用率越好。t t2 2 或或H H2 2 可以提可以提 高热效率。但高热效率。但H H2 2 使推动力减小；使推动力减小；t t2 2过低，则可能使高燥过低，则可能使高燥 产品返潮、在系统后面的设备中析出湿分，因此：产品返潮、在系统后面的设备中析出湿分，因此： t2=tas+2050。 提高热效率的措施：提高热效率的措施：对设备进行保温，使热损失减小；利对设备进行保温，使热损失减小；利 用废气预热冷物料或冷介质；使部分废气循环。用废气预热冷物料或冷介质；使部分废气循环。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥

45、37/73 4-24-2 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 例例2.常压下拟用温度为常压下拟用温度为20、湿度为、湿度为0.008kg水水/kg干气的空干气的空 气干燥某种湿物料。空气在预热器中被加热到气干燥某种湿物料。空气在预热器中被加热到90后送入干后送入干 燥室，离开时的温度为燥室，离开时的温度为45、湿度为、湿度为0.022kg水水/kg干气。现干气。现 要求每小时将要求每小时将1200kg的湿物料由含水率的湿物料由含水率3%（湿基）干燥至（湿基）干燥至 0.2%（湿基），已知物料进、出口温度分别为（湿基），已知物料进、出口温度分别为20和和60， 在此温度范围

46、内，绝干物料的比热为在此温度范围内，绝干物料的比热为3.5kJ/(kg)，水的平，水的平 均比热为均比热为4.19 kJ/(kg )。干燥设备热损失可按预热器中加。干燥设备热损失可按预热器中加 热量的热量的5%计算。试求：计算。试求： 1）新鲜空气用量，）新鲜空气用量，kg/h； 2）预热器的加热量）预热器的加热量QP，kW； 3）干燥室内补充的热量）干燥室内补充的热量Qd，kW； 4）热效率）热效率 。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 38/73 4-24-2 干燥过程的物料衡算和热量衡干燥过程的物料衡算

47、和热量衡算算 解解: :（1 1）新鲜空气用量，）新鲜空气用量，kg/h； 002. 0 002. 01 002. 0 1 03093. 0 03. 01 03. 0 1 2 2 2 1 1 1 w w X w w X hkgwGGc/1164)03. 01 (1200)1 ( 11 预热器 干燥器 H0=0.008 t0=20 H1,t1=90 W2=0.2%,2=60 Cs=3.5kJ/kg. W2=3%,1=20 G1=1200kg/h H2,t2=45 QL=5%QP QD QP 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章

48、 干干 燥燥 39/73 4-24-2 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 33.67kg/h)002. 003093. 0(1164)( 21 XXGW c hkg HH W L/ )(2405 008. 0022. 0 67.33 02 绝干气 (2)预热器的加热量预热器的加热量QP，kW kW ttLCIILQ HP 93.47J/h172565.48k )2090()008. 088. 101. 1 (2405 )()( 0101 (3)干燥室内补充的热量干燥室内补充的热量Qd，kW LcD QIIGIILQ)( 1 212 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材

49、化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 40/73 4-24-2 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 )(/19.112 008.0249290008.088.101.1 249288.101.1 0101 绝干气kgkJ HtHI )(/14.102 022. 0249245022. 088. 101. 1 249288. 101. 1 2222 绝干气kgkJ HtHI )(72.51kJ/kg 20)184. 403. 05 . 3()( )(210.5kJ/kg 60)184. 4002. 05 . 3()( 11 1 2

50、2 2 绝干物料 绝干物料 ws ws CXCI CXCI 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 41/73 4-24-2 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 kWQQ Pl 2.3965%593.47%5 kW QD 40.3 3965. 2)5 .725 .210( 3600 1164 19.11214.102 3600 2405 kW tWQ 297.23 20184.44588.12490 3600 67.33 184.488.12490 12 汽化 %4.26%100 3.4093

51、.47 297.23 %100 dP QQ Q 汽化 4)4)干燥器的热效率干燥器的热效率 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 42/73 4-24-2 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 4-2-3 干燥介质通过干燥器时的状态变化干燥介质通过干燥器时的状态变化 一一. .理想干燥过程理想干燥过程 在干燥器内，若在干燥器内，若1 1）设备无热损失，）设备无热损失，Q QL L=0=0；2 2）不补充热）不补充热 量，量，Q QP P=0=0；3 3）物料足够湿润，温度保持为干燥介质的）物料

52、足够湿润，温度保持为干燥介质的 湿球温度湿球温度t tw w，即，即 1 1= = 2 2= =t tw w ；4 4）被汽化的湿分带入的热）被汽化的湿分带入的热 量可以忽略不计量可以忽略不计，则：，则：I I1 1=I=I2 2。 说明干燥介质在干燥器中经历的过程为等焓过程，即干说明干燥介质在干燥器中经历的过程为等焓过程，即干 燥介质的状态在干燥器中沿燥介质的状态在干燥器中沿等焓线等焓线变化。变化。 二二. .非理想干燥过程非理想干燥过程 若设备有明显的热损失或补充热量或被干燥的物料与产品若设备有明显的热损失或补充热量或被干燥的物料与产品 间有明显的温度差异（间有明显的温度差异（ 1 12

53、2）等，则：）等，则：I I1 1 I I2 2。则称为非理。则称为非理 想干燥过程。对干燥器做局部的物、热衡算，确定干燥介质想干燥过程。对干燥器做局部的物、热衡算，确定干燥介质 在干燥器中的状态变化关系式在干燥器中的状态变化关系式操作线方程操作线方程。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 43/73 4-24-2 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 三三. .操作线操作线 等焓干燥等焓干燥 非理想干燥过程非理想干燥过程： 1 1）I I2 2III1 1 Q QD DGGc c(I(I2

54、 2 -I -I1 1 )+Q )+QL L t0 t1 t2 H0H H2 I0 I1 A B C C2 3)3)沿过沿过B B点的等温线点的等温线 当向干燥器补充的热量当向干燥器补充的热量 足够多，使干燥介质在足够多，使干燥介质在 干燥器内温度恒定。干燥器内温度恒定。 t0 t1 t2 H0H H2 I0 I1 A B C C3 2 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 44/73 4-34-3 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系 一、干燥过程：当湿物料与不饱和气

55、体接触时，一、干燥过程：当湿物料与不饱和气体接触时，X X 向向 X X* * 接接 近，干燥过程的极限为近，干燥过程的极限为 X X* *。物料的物料的 X X* * 与湿气体的状态有关，与湿气体的状态有关， 气体的温度和湿度不同，物料的气体的温度和湿度不同，物料的 X X* * 不同。不同。欲使物料减湿至欲使物料减湿至 绝干，必须与绝干气体接触。（绝干，必须与绝干气体接触。（ X X* * 平衡水分） 吸湿过程：若吸湿过程：若 X X X Xh h ，则物料将吸收饱和气体中的水分使，则物料将吸收饱和气体中的水分使 湿含量增加至湿含量湿含量增加至湿含量 X Xh h，即最大吸湿湿含量，物料不

56、可能，即最大吸湿湿含量，物料不可能 通过吸收饱和气体中的湿份使湿含量超过通过吸收饱和气体中的湿份使湿含量超过 X Xh h。欲使物料增。欲使物料增 湿超过湿超过 X Xh h，必须使物料与液态水，必须使物料与液态水 直接接触。直接接触。 二、结合水分与非结合水分二、结合水分与非结合水分 湿含量 X Xh 相对湿度 非结合水分结合水分 0 1.0 0.5 非结合水分：具有和独立存在的非结合水分：具有和独立存在的 水相同的蒸汽压和汽化能力。水相同的蒸汽压和汽化能力。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 45/73

57、4-34-3 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系 结合水分结合水分：与物料分子间有较强：与物料分子间有较强力力，汽化能力，汽化能力 XX Xc c，汽化的是非，汽化的是非 结合水分。结合水分。 由物料内部向表面输送的湿份足以保持物料表面的充分湿润，由物料内部向表面输送的湿份足以保持物料表面的充分湿润， 干燥速率由湿份汽化速率控制（取决于物料外部的干燥条干燥速率由湿份汽化速率控制（取决于物料外部的干燥条 件），故恒速干燥段又称为表面汽化控制阶段。件），故恒速干燥段又称为表面汽化控制阶段。 湿物料与气体间湿物料与气体间 的的Q Q和和 U U恒定恒定

58、恒定干燥条件下恒定干燥条件下 t t = = t tw w，p p = = p ps s 和和 k kH H 不变不变 降速干燥段：降速干燥段：X XX Xc c 物料实际汽化表面变小（出现干区），第一降速段；物料实际汽化表面变小（出现干区），第一降速段； 汽化表面内移，第二降速段；汽化表面内移，第二降速段； 平衡蒸汽压下降（各种形式的结合水）；平衡蒸汽压下降（各种形式的结合水）； 固体内部水分扩散速度极慢（非多孔介质）。固体内部水分扩散速度极慢（非多孔介质）。 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 48/73

59、4-34-3 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系 降速段干燥速率取决于湿份与物料的结合方式，以及物料的结降速段干燥速率取决于湿份与物料的结合方式，以及物料的结 构，物料外部的干燥条件对其影响不大。构，物料外部的干燥条件对其影响不大。 Xc 决定两个干燥段的相对长短，是确定干燥时间和干燥器尺决定两个干燥段的相对长短，是确定干燥时间和干燥器尺 寸的寸的基础数据基础数据，对制定干燥方案和优化干燥过程也十分重要。，对制定干燥方案和优化干燥过程也十分重要。 注意：注意：Xc 与物料的厚度、大小以及干燥速率有关，所以与物料的厚度、大小以及干燥速率有关，所以 不

60、是物料本身的性质。一般需由实验测定。不是物料本身的性质。一般需由实验测定。 影响干燥过程的主要因素影响干燥过程的主要因素 ：1 1）气固接触方式气固接触方式： 四川理工学院四川理工学院 材化学院 材化学院 化学工程教研化学工程教研 室室 化工原理化工原理第四章第四章 干干 燥燥 49/73 4-34-3 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系 粘土粒径粘土粒径 dp，m0.12410-210-310-410-510-6 表面积表面积 A，m20.0240.33303003000 2 2）物料尺寸：）物料尺寸： 减小物料尺寸，干燥面积增大，干燥速率加快。