固体干燥PPT学习教案

1、会计学1固体干燥固体干燥传导干燥：热传导，间接干燥辐射干燥：电磁波（红外线）介电干燥：高频电场交变（微波）对流干燥：对流传热热能利用较好；物料易局部过热冷冻干燥：固体升华生产能力强，干燥产物均匀；能耗大干燥迅速，产品均匀而洁净；成本高 产品的含水量均匀；热利用率低 第1页/共85页t干燥介质（空气）：载热体、载湿体干燥过程：物料的去湿（水）过程 介质的降温增湿过程固体干燥介质p水汽piQN第2页/共85页干燥介质 Q湿物料表面 湿物料内部（ pip水汽）湿物料内部湿分湿物料表面 干燥介质 传热过程：Q湿分水分空气（ ti）传质过程：第3页/共85页干燥器预热器空气Q废气14.1.2 对流干燥流

2、程及经济性湿物料干燥产品提高干燥过程的经济性用机械方法除去大量水分，比较经济废气带走热量较多、设备热损失、物料升温热等不可避免的能耗，应尽量降低这些能耗。第4页/共85页一、空气状态参数（2）水气分压 p水气（pW）（1）露点 td总压 P 一定时，露点温度下水的饱和蒸汽压湿空气等压等湿降温，结露时（达到饱和）的温度总压 P 及湿度一定时，p水气= f ( td ) ，查饱和水蒸气表14.2.1 湿空气的状态参数（以干基为准）第5页/共85页干气水mmH 每 kg 绝干空气所带有的水汽质量，（kg水 / kg干气）干气水干气水nnMM 水汽水汽pPp 2918水汽水汽pPpH 622. 0空气

3、总压WWpPp 622. 0第6页/共85页 当 pS P 时，当 pS P 时，sppw Ppw 同温度饱和水蒸汽压空气总压P 一定，t 一定，p水汽 （pW）与可能的最大值之比 越小，表明空气距饱和状态越远，接纳水分能力越大； =1，湿空气达到饱和，不能作为干燥介质。 相对湿度代表湿空气的不饱和程度；第7页/共85页湿球温度计测得的温度。tw水分空气不饱和水向空气主体传递汽化需要热量水自身降温NQ)(WttQ 传热传热空气向水传递热量汽化汽化Q传热QWWHWrHHkNrQ)( 汽化汽化WWHWrHHktt)( 湿球温度（5）干球温度 t空气的真实温度Ht第8页/共85页干球温度),(Htf

4、tW 09. 1 Hk WWHWrHHktt)( )(09. 1HHrttWWW 在一定的总压下，测定t、tw能确定H，并ttW对于空气水蒸气系统而言，气速5 m/s时： 气相传质系数tW下空气饱和湿度tW下水的气化热气体对流传热系数饱和湿空气， ，t = tW。1 空气湿度第9页/共85页HcccpVpgpH 每 kg绝干空气及其所带H kg水汽所具有的焓。 HrtHccIpVpg0)( cpg干气比热容，空气1.01 kJ/(kg)cpV蒸气比热容，水汽1.88 kJ/(kg)r00时水汽化热，2500 kJ/kg湿比热容：空气-水系统：HtHI2500)88. 101. 1( （kJ/k

5、g干空气）（kJ/kg干空气）焓的基准状态：空气以0气体为基准， 水汽以0液体水为基准。第10页/共85页)273(1083. 22732734 .223 ttM气 每 kg 绝干空气及其所带的 H kg水汽所具有的总体积，又称湿比容。（m3/kg干气）常压：1 kg干空气体积：H kg水汽体积：)273(1056. 42732734 .223 tHtMH水)273)(1056. 41083. 2(33 tHvH常压，t，H，湿空气比体积（湿比容）：（m3/kg干气）或273)244. 1773. 0(THvH 第11页/共85页空气t H空气tas Has水（9）绝热饱和温度 tas：在绝热

6、情况下，向空气中喷水，对于空气水系统，Wastt 使空气达到饱和状态，出口空气饱和湿度为Has，此时的空气温度称为绝热饱和温度tas 第12页/共85页l tW与tas的比较：相同点： 都不是湿空气本身的温度，但又都与t和H有关；对空气水系统， 。Wastt 不同点： tW：大量空气 少量水tas：大量水 少量空气tW时，动态平衡，存在质、热传递tas时，静态平衡，没有质、热传递稳定t稳定t第13页/共85页例：总压p=1atm，相对湿度0.6，干球温度30。第14页/共85页wwpppH 622. 0解：（1）p=1atm，t=30 t=30 查水蒸汽表Ps=4242Passppp 622.

7、 0干干水水kgkg/016. 0 42426 . 0103 .10142426 . 0622. 03 （2）查水蒸汽表得：td=21.4 第15页/共85页HtHI2500)88. 101. 1( kWhkJQ02. 2/7280)30100()016. 088. 101. 1(100 （3）干干kgkJ /2 .71016. 0250030)016. 088. 101. 1( 第16页/共85页HvmV 或者：（5）体积流量：hm /8827330273)016. 0244. 1773. 0(1003 hm /88)27330()016. 01056. 41083. 2(100333 )2

8、73)(1056. 41083. 2(10033 tHHvmV 273)244. 1773. 0(100TH 第17页/共85页焓-湿度图（I-H图）P 一定坐标轴五条线等湿线等焓线等温线等相对湿度线水蒸汽分压线 当 P 一定时，上述参数中只要确定两个独立变量即可确定空气状态。湿空气状态参数：IHpttttPasdW，水汽 第18页/共85页H（kg水/kg干气）00.15等湿线等焓线等温线水蒸汽分压线15 kPa等相对湿度线100%20%5%100012040I（kJ/kg干气）P=100kPa第19页/共85页等湿线H（kg水/kg干气）00.15水蒸汽分压线等焓线等温线等相对湿度线100

9、%已知两个独立状态参数，在图中确定状态点；已知图中状态点，能读出相应的状态参数（8个）。tdtI水汽ptw第20页/共85页1、加热过程（间壁式加热器）1t2tH湿度：H（w）不变温度：由 t1升至 t2焓值：由 I1升至 I2p1I2I1 2 经过加热器后，湿空气状态由A点变化到B点相对湿度：由降至1 2 湿空气相对湿度越低，接纳水分能力越强。100%BA14.2.2 湿空气状态的变化过程（IH图用法）加热或冷却（至露点前）时，总压p和水汽分压pw不变，H不变，空气沿垂直线变化。第21页/共85页湿度：H（pw）不变温度：由 t1降至 t2焓值：由 I1降至 I2l 由A点变化到C点1 相对

10、湿度：由 升至2 1tHp1I2I1 2 l 由C点变化到D点100%2tdt3t3H 湿空气达到饱和，相对湿度为100% ，此时温度为露点温度td；l 由D点变化到E点：E部分水汽凝结析出，湿度降低3pACD第22页/共85页温度：t 1ttHI1 湿度：H l 不饱和湿空气 + 喷少量水雾（水温低于空气）相对湿度：焓值：I 降至t1 基本不变 1H升至H1 升至 1 100%ABCasHastl 喷大量水雾，空气湿度 可达饱和状态（Has）；l 如果在等焓条件下达到饱和， 此时的空气温度称作绝热饱和温度（tas）。绝热增湿过程接近等焓过程第23页/共85页对空气-水系统：Wastt 温度（

11、干球温度）：t湿球温度：tW绝热饱和温度：tas露点温度：tdtHI100%AdtWastt CBdWastttt 不饱和空气：饱和空气：dWastttt 第24页/共85页70 t100%A38 dtCB042. 0 Hkg水/kg干气42 Wt20%4、利用I-H图查空气参数第25页/共85页100%ACB054. 0 Hkg水/kg干气=40%Ct60Ctw 45I=200kJ/kgCtd 43第26页/共85页气流1：V1（kg干气/s），H1，I1气流2：V2（kg干气/s），H2，I2混合为气流3：V3（kg干气/s），H3，I3321VVV 332211HVHVHV 332211

12、IVIVIV 100%A1I1HB2H2I3HC3I杠杆规则：ACBCVV 21（C点在A、B的连线上）V1H1I1V2 H2 I2V3H3I3第27页/共85页例14-2 空气状态变化过程的计算试求：（1）废气与新鲜空气的混合比 （2）混合气进预热器的温度第28页/共85页干干kgkgpppHww/0908. 07 .121007 .12622. 0622. 02 29. 2065. 00908. 0006. 0065. 02112 HHHHVV因空气加热是等湿度过程，故以上计算中H即取进干燥器的气体湿度H3。废气湿度：pw=ps=0.7018.2=12.7kPa混合比： V1H1+V2H2

13、=（V1+V2）H第29页/共85页11112500)88. 101. 1(HtHI 干干kgkJVVIVVII/21529. 2129529. 24 .33/1)/(122121 22222500)88. 101. 1(HtHI （2）混合气温度：新鲜空气焓：废气的焓：干干kgkJ /4 .33006. 0250018)006. 088. 101. 1( 干干kgkJ /2950908. 0250058)0908. 088. 101. 1( 混合气焓：第30页/共85页29. 29 .282 .6612 BCACVVCHHIt 8 .46065. 088. 101. 1065. 025002

14、1588. 101. 12500混合气温度： I=(1.01+1.88H)t+2500H图解法：A点： t=18 H=0.006 B点： t=58 =70%C点： H=0.065量取线段AC、BC的长度混合比为：第31页/共85页ABC第32页/共85页1、 结合水：以化学力或物理化学力与固体结合的水 2、非结合水：固体表面机械附着的水分形式：结晶水，毛细管水，溶解水特点：产生不正常低汽压，很难除去特点：饱和蒸汽压等于同温度纯水的饱和蒸汽压形式：表面附着水分，大空隙间水分结合水与非结合水的划分取决于物料本身特性、水与物料结合的方式一、结合水与非结合水 根据物料中水分除去的难易来划分。第33页/

15、共85页绝干物质量水分量 tX1、 平衡水分在一定空气条件下干燥，物料中不能除去的水分X *2、自由水分在一定空气条件下干燥，物料中能够除去的水分（XtX *）影响X *的因素：物料性质，空气状态。t，干基含水量（kg水/kg绝干物料）每kg绝干物料所含水分质量三、平衡水分与自由水分X *； ， X *； = 0，X *= 0 根据物料在一定干燥条件下所含水分能否用干燥方法除去来划分。第34页/共85页平衡水分一定是结合水分，非结合水分一定是自由水分*XmaxXtX结合水非结合水平衡水分自由水分相对湿度01对流干燥可除去水分指定空气条件下干燥除去的水分，一定是自由水分平衡水分与自由水分的区分与

16、空气状态有关；而结合水与非结合水的区分与空气状态无关。第35页/共85页饱和湿空气在恒压下冷却，温度由t 降至t，此时 其相对湿度，湿度，湿球温度，露点。 不变不饱和湿空气，干球温度湿球温度，露点温度湿球温度。 对不饱和湿空气进行加热，使温度由t1升至t2，此时其湿球温度，相对湿度，露点，湿度。已知湿空气的下列哪两个参数，利用I-H图可以查得其他未知参数()。A (I，tW)B (td，H)C (p，H)D (tW，t )不变不变D第36页/共85页以空气作为湿物料的干燥介质，当所用空气的相对湿度较大时，湿物料的平衡水分相应，自由水分相应。 较大较小不变不变对于被水蒸汽所饱和的空气，其干球温度

17、t，湿球温度tW，绝热饱和温度tas，露点温度td的关系是：ttWtastd。 第37页/共85页D如空气温度降低，其湿度肯定不变；如空气温度升高，其湿度肯定不变。则正确的判断是：A 两种提法都对 B 两种提法都不对 C 对不对 D 对不对第38页/共85页11 物料中的平衡水分随空气温度升高而( )。A增大；B减小；C不变；D不一定，还与其它因素有关。12实际干燥操作中，测定空气中的水汽分压的实验方法是测量；用来测量空气的湿度。干、湿球温度计露点不变B第39页/共85页14.3 干燥速率与干燥过程计算 （Dring Rate and Calculation）14.3.1 物料在定态条件下的干

18、燥速率干燥速率：(kg/m2.h) or (kg/m2.s) AddXGNCA 气固两相接触面积物料绝干质量物料干基自由含水量 （kg水/kg干料） AddWNA 因 dW=GcdX故（14-18）单位时间、单位干燥面积上汽化的水分量第40页/共85页一、干燥曲线和干燥速率曲线 大量空气干燥少量物料（条件恒定）实验条件：ABCDENAX恒速段AB段很短通常并入BCCX临界含水量降速段*X干燥时间X物料表面温度X101twXABCXc预热段恒速段DEX*2降速段平衡水分第41页/共85页 物料表面湿润，除去的均为非结合水分 物料表面温度恒定，等于湿球温度 tW 空气传给物料的热量恰好等于水分汽化

19、所需热量 恒速段干燥速率由水的表面汽化速度控制，与物料种类无关恒速干燥阶段又称为表面汽化控制阶段第42页/共85页 物料表面出现“干区”，汽化表面减小； 汽化表面内移（内部迁移控制阶段）； 平衡蒸气压下降（结合水分）。第43页/共85页 恒速干燥阶段终了时的含水量； 是恒速段与降速段的分界点； 影响XC的因素： XC通常由实验确定，可查有关手册； XC对干燥过程影响：XC，干燥时间与物料本身结构有关（多孔性，XC）与物料分散程度有关（料层薄，XC）与恒速干燥速率有关（速率小，XC）第44页/共85页五、干燥速率对物料性状的影响1、恒速阶段：物料表面温度不变，为湿球温度tw。 允许采用较高的气流

20、温度，以提高干 燥速率和热的利用率；2、降速阶段：表面温度升高，应控制气体温度和 干燥速率，避免表面硬化、干裂、 变质等。第45页/共85页（1）利用实验测定干燥速率： AddXGNCA CXXACNdXAGd1101 ACCNXXAG)(11 恒速段干燥速率 （2）利用对流传热系数：)(WWAttrN WWCCrttAXXG )()(11 对流传热系数，经验公式计算（14-20）一、 恒速阶段干燥时间1第46页/共85页斜率：CAXXNK恒 XKNXA 若：1XNACXNA恒*X2X22lnXXAKGCXC 总干燥时间：=1+2 2202XXACCNdXAGd NA是变量，即NA = f (

21、 X ) CXXACNdXAG2（14-31）第47页/共85页一、物料中含水量的表示方法（kg水/kg绝干物料）（kg水/kg湿物料）计算任务： 干基含水量： 湿基含水量： tX绝干物料量物料中水分量 w湿物料量物料中水分量产品量；空气用量；预热器加入热量；干燥器补充热量；空气出口状态参数除去的水分量；第48页/共85页wwXt 1ttXXw 1OR含水质量分数为0.5%的湿物料产品的含水量为0.05%湿物料的含水量为0.5kg水/(kg干物料)将湿物料由含水20%干燥至1%湿基湿基湿基干基第49页/共85页干燥器1,HV2,HV2,XGC1,XGCV干空气流量（kg干空气/s）H1、H2空

22、气进、出干燥器的湿度（kg水/kg干空气）GC绝干物料流量（kg干物料/s）X1、X2物料进、出干燥器的干基含水量（kg水/kg干物料）),(22wG),(11wGG1、G2进、出干燥器的湿物料流量（kg/s）w1、w2物料进、出干燥器的湿基含水量（kg水/kg湿物料）第50页/共85页)(21XXGC )(12HHV 21GG （kg/s）物料失水空气得水物料失重)1()1(2211wGwGGC 22111wwwGW 12121wwwG 2211wGwG wwXt 1干燥器1,HV2,HV2,XGC1,XGC),(22wG),(11wGW第51页/共85页绝干空气用量：12HHWV （kg干

23、空气/s）实际空气用量：)1(0HVV （kg/s）l干燥的产品量G2WGG 12)(121HHVG )(211XXGGC 21111wwG （kg/s）初始空气的湿度第52页/共85页干燥器预热器空气废气111IHt ，222,IHt ，补Q1、预热器热量衡算)(01IIVQp )(011ttVcpH Qp空气在预热器中获得的热量（kW）or（kJ/s）干燥产品(G2)V干空气流量（kg干空气/s）损损QpQ000, IHt ，V22 ，XCG湿物料(G1)11 ，XCG10VIQVIP 第53页/共85页I0、I1空气进、出预热器的焓（kJ/kg干空气）t0、t1空气进、出预热器的温度（）

24、HrtcIpH0 10HH 空气经过预热器：故：HtH2500)88. 101. 1( )(01IIVQp 2500)88. 101. 1(2500)88. 101. 1(000111HtHHtHV )(88. 101. 1(011ttHV )(011ttVcpH 第54页/共85页损补QcGVIQcGVIpmCpmC 222111 Q损干燥器中的热损失（kW）tpLpspmXccc cpm湿物料的比热容（kJ/kg干物料）绝干物料的比热容（kJ/kg干物料）液体的比热容水：4.187干燥器预热器空气废气111IHt ，222,IHt ，补Q损损QpQ000, IHt ，V22 ，XCG11

25、，XCG损损补补QccGIIVQpmpmC )()(112212 第55页/共85页条件： 干燥器中无补充热量Q补= 0； 忽略干燥器向周围散失的热量Q损= 0； 物料温度变化小，气体传给物料的热量全部 用于汽化水分故：理想干燥过程为等焓干燥过程21II 损补QcGVIQcGVIpmCpmC 222111 第56页/共85页l 等焓过程空气状态的变化：等焓线C2H H I ，t I H ，t 不变 不变2t10HH A0t1tBAB 预热器BC 干燥器 第57页/共85页0H0t1tABC2t等焓线2H若：Q补GC（cpm22-cpm11）+Q损则：I 2I2D2H E2H 反之：I 2I2损

26、补QcGVIQcGVIpmCpmC 222111 干燥器：H 2H2H 2H2VVV VBD线BE线第58页/共85页例14-5在常压下将含水质量分数为5%的湿物料以1.58kg/s的速率送入干燥器，干燥产物的含水质量分数为0.5%。所用空气的温度为20 、湿度为0.007kg/kg干气，预热温度为127 ，废气出口温度为82 ，设为理想干燥过程。试求：（1）空气用量V； （2）预热器的热负荷。解： （1）干燥除去的水分：skgwwwGW/0715. 0005. 01005. 005. 058. 112211 第59页/共85页另一种求法：绝对干物料的处理量为：skgwGGC/5 . 1)05

27、. 01(58. 1)1(11干料干料 进、出干燥器的干基含水量为：干料干料干料干料kgkgwwXkgkgwwX/00502. 0005. 01005. 01/0527. 005. 0105. 01222111 skgXXGWC/0715. 0)00502. 00527. 0(5 . 1)(21 气体进干燥器的状态为：干气干气kgkgHH/007. 001 第60页/共85页干气干气kgkJHtHI/147007. 02500127)007. 088. 101. 1(2500)88. 101. 1(1111 气体出干燥器的状态为：t2=82 , I2=I1=147kJ/kg干气出口气体的湿度为

28、：干气干气kgkgttIH/0242. 025008288. 18201. 1147250088. 101. 12222 22222500)88. 101. 1(HtHI 空气用量为：skgHHWV/16. 4007. 00242. 00715. 012干气干气 第61页/共85页（2）预热器的热负荷为：)(01IIVQP skJIIVQ/4 .453)38147(16. 4)(01 干气干气kgkJHtHI/38007. 0250020)007. 088. 101. 1(2500)88. 101. 1(0000 注： 处理量、湿物料的量多指G1生产能力、产品量多指G2另一种求法：)(01II

29、VQp )(88. 101. 1(011ttHV skJ /4 .455)20127()007. 088. 101. 1(16. 4第62页/共85页第63页/共85页 空气用量V)1(0HVV 12HHWV 12121wwwGW 0H0t1tABC2t等焓线2H3 .10212. 0103. 012. 01000 kg/h第64页/共85页10111)(HrtHCCIpVpg 9701. 0250070)01. 088. 101. 1( （kJ/kg干空气）等焓过程：I2 = I1 = 97（kJ/kg干空气）22222500)88. 101. 1(HtHI 02. 025004588. 1

30、4501. 197250088. 101. 12222 ttIH（kg水/kg干空气）H2可根据等温线t2与等焓线I1=I2交点确定，也可根据公式计算第65页/共85页12HHWV 1023001.002.03.102 kg干/h实际空气用量：)1(0HVV 3 .10332)01. 01(10230 kg/h 干燥器补充热量损补QcGVIQcGVIpmCpmC 222111 tpLpspmXccc )(1122 pmpmCccGQ 补3 . 1 psc187. 4 pLc（kJ/kg.）第66页/共85页136. 012. 0112. 01111 wwX031. 003. 0103. 012

31、22 wwX869. 1136. 0187. 43 . 111 XcccpLpspm430. 1031. 0187. 43 . 122 XcccpLpspm)(1122 pmpmCccGQ 补11252)15896. 12843. 1(970 （kJ/h）13. 3 （kW）hkgwGGC/970)03. 01(1000)1(22干干 第67页/共85页2pps 即此时空气温度尚未达到气体的露点，不会返潮； 当t2=20时，水饱和蒸汽压 ps=2.335（kPa） t2=45时，干燥器出口废气水汽分压 p2 分析物料的返潮情况水汽水汽pPpH 622. 0HPHp 622. 0水汽t2=45时

32、，水饱和蒸汽压 ps=9.584（kPa） 156.302.0622.002.03 .101 2p（kPa）此时p2ps，达到空气露点，物料可能返潮！ 第68页/共85页干燥器预热器空气pQ补Q损Q废气3Q1Q干燥除去的水分从空气中获得的热量2Q物料升温从空气中获得的热量120pLWCtWCWrpV1Q)(1222 pmCcGQ)(0213ttVcQpH 补QQp损QQQQ 321干燥系统热量衡算：第69页/共85页补补QQQQp 21 干燥过程热效率：理想干燥过程热效率：0121tttt l 提高干燥过程热效率的措施 提高空气预热温度t1：注意不应损害物料质量 降低废气温度t2：注意产品返潮

33、，t2-t02050 废气热量的利用（循环）：确定混合气体状态P254第70页/共85页在恒速干燥阶段中，当空气条件一定，对干燥速率正确的判断是：( )A 干燥速率随物料种类不同而有极大的差异；B 干燥速率随物料种类不同而有较大的差异；C 各种不同物料的干燥速率实质上是相同的；D 不一定。恒定的干燥条件是指空气的、以及 都不变。 湿度温度速度与物料接触的状况C3湿空气在预热过程中不变化的参数是( )A 焓B 相对湿度C 露点温度D 湿球温度 C第71页/共85页4同一物料，如恒速段的干燥速率增加，则临界含水量: ( )。 A 减小 B 不变 C 增大 D 不一定C5同一物料，在一定的干燥速率下，物料愈厚，则临界含水量( )。 A 愈低 B 愈高 C 不变 D 不一定 B6干燥介质(不饱和湿空气)经预热器后湿度 ，温度。当物料在恒定干燥条件下用空气进行恒速干燥时，物料的表面温度等于温度。不变湿球7若干燥器出口废气的温度而湿度可以提高热效率，但同时会降低干燥速率，这是因为。 传质推动力降低第72页/共85页8空气温度为t0，湿度为H0，相对湿度为0的湿空