干燥第九章精品课件

1、干燥第九章第1页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三一、去湿及其方法二、干燥方法 三、对流干燥的传热传质过程 第一节 概述第2页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三一、去湿及其方法1、何为去湿？从物料中脱除湿分的过程称为去湿。湿分：不一定是水分！2、去湿方法机械去湿法 ：挤压（拧衣服、过滤）物理法：浓硫酸吸收, 分子筛吸附, 膜法脱湿化学法：利用化学反应脱除湿分（CaO）干燥法：加热第3页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三二、干燥方法 1、传导干燥 热能通过传热壁面以传导的方式传给湿物料 被干燥的物料与加热介质不直接接触，属间接干燥 优点

2、：热能利用较多 缺点：与传热壁面接触的物料易局部过热而变质，受热不均匀。2、辐射干燥 热能以电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，被物第4页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三料吸收转化为热能，而将水分加热汽化。优点：生产能力强，干燥产物均匀 缺点：能耗大3、介电加热干燥 将需干燥的物料置于交频电场内，利用高频电场的交变作用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。优点：干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。缺点：费用大。 第5页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三4、对流干燥 热能以对流给热的方式由热干燥介质（通常热空气）传给湿物料，使物料中的水分汽化。物料内部的水分

3、以气态或液态形式扩散至物料表面，然后汽化的蒸汽从表面扩散至干燥介质主体，再由介质带走的干燥过程称为对流干燥。优点：受热均匀，所得产品的含水量均匀。缺点：热利用率低。 第6页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三三、对流干燥的传热传质过程对流干燥中，传热和传质同时发生1、传热过程 干燥介质 Q湿物料表面 Q湿物料内部2、传质过程 湿物料内部湿分湿物料表面 湿分干燥介质 第7页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三物 料QNTtwpwp干燥介质：载热体、载湿体干燥过程：物料的去湿过程 介质的降温增湿过程第8页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三典型

4、的对流干燥流程：风机预热器干燥器空气蒸气湿物料干燥产品 对流干燥流程示意图第9页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三一、湿空气的性质二、湿度图及其应用 第二节 湿空气的性质和湿度图 第10页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三一、湿空气的性质1、湿度H（ humidity）湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比 ，又称湿含量。对于水蒸气空气系统： 第11页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三当湿空气中水汽分压pw等于该空气温度下的饱和蒸汽压ps时，其湿度称为饱和湿度，用Hs表示。第12页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三

5、2、相对湿度百分数（ relative humidity） 在总压P一定的条件下，湿空气中水蒸气分压pw与同温度下的饱和蒸汽压ps之比。相对湿度代表湿空气的不饱和程度，愈低，表明该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。=1，湿空气达到饱和，不能作为干燥介质。第13页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三将 代入 在总压一定时 3、比容 在湿空气中，1kg绝干空气体积和相应水汽体积之和，又称湿容积。 第14页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三4、比热 常压下，将湿空气1Kg绝干空气及相应水汽的温度升高（或降低）1所需要（或放出）的热量，称为湿比热。 第15页，共

6、86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三5、湿空气的焓 湿空气中1 kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。 第16页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三6、干球温度t和湿球温度 1）干球温度 用普通温度计测得的湿空气的真实温度 2）湿球温度 湿球温度计在温度为t，湿度为H的不饱和空气流中，达到平衡或稳定时所显示的温度。 第17页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三t大量的湿空气t, Htw水第18页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三t大量的湿空气t, H水表面水的分压高N,kH水向空气主体传递Q,蒸发时需要吸热tw自身降温第19页

7、，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三对于空气水蒸气系统而言 当 时， 在一定的总压下，已知t、tw能否确定H?第20页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三7、绝热饱和冷却温度 水分向空气中汽化 空气降温增湿饱和绝热焓不变第21页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三对绝热饱和器作焓衡算，即可求出绝热饱和温度 一般H及Has值均很小 第22页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三 是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。 对于空气水系统， 注意：绝热饱和温度于湿球温度的区别和联系！第23页，共86页，2022年，5月

8、20日，6点51分，星期三8、露点 将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度 相应的湿度称为饱和湿度 第24页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三 对于水蒸汽空气系统，干球温度、绝热饱和温度和露点间的关系为： 不饱和空气： 饱和空气： 第25页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三二、湿度图及其应用 1、H-I图 P坐标轴五条线 -等湿线等焓线等干球温度线等相对湿度线水蒸汽分压线第26页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三2、湿度图的应用1）由测出的参数确定湿空气的状态 a）水与空气系统，已知空气的干球温度t和湿球温度tw，确定该空气的状态点A

9、(t,H)。b）水与空气系统中，已知t和td，求原始状态点A(t,H)。c）水与空气系统中，已知t和，求原始状态点A的位置2）已知湿空气某两个可确定状态的独立变量，求该湿空气的其他参数和性质 第27页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三AtdA第28页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三A第29页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三 例：已知湿空气的干球温度t=30，相对湿度=0.6，求湿空气的湿度H，露点td、tas。 t=30AH=0.016kg/kg干气Dtd=21等焓线Ctas=23第30页，共86页，2022年，5月20日，6点5

10、1分，星期三一、湿物料中含水量的表示 方法二、干燥系统的物料衡算 三、干燥系统的热量衡算 四、空气通过干燥器时的状态变化 第三节 干燥过程的物料与热量衡算 第31页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三一、湿物料中含水量的表示方法1、湿基含水量W 2、干基含水量X3、换算关系 第32页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三二、干燥系统的物料衡算 1、水分蒸发量 以s为基准，对水分作物料衡算 第33页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三2、空气消耗量L 每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量l 第34页，共86页，2022年，5月20日，6点51

11、分，星期三3、干燥产品流量G2 对干燥器作绝干物料的衡算 第35页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三三、干燥系统的热量衡算 1、热量衡算的基本方程 忽略预热器的热损失，以1s为基准，对预热器列焓衡算 第36页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三单位时间内预热器消耗的热量为： 对干燥器列焓衡算，以1s为基准 单位时间内向干燥器补充的热量为 单位时间内干燥系统消耗的总热量为 连续干燥系统热量衡算的基本方程式 第37页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三假设：新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废气中水汽的焓 湿物料进出干燥器时的比热取平均值 湿

12、空气进出干燥器时的焓分别为： 第38页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三湿物料进出干燥器的焓分别为 第39页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三可见：向干燥系统输入的热量用于：加热空气；加热物料；蒸发水分；热损失 第40页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三2、干燥系统的热效率 蒸发水分所需的热量为 忽略物料中水分带入的焓 第41页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三四、空气通过干燥器时的状态变化 1、等焓干燥过程(理想干燥过程 ) 规定： 不向干燥器中补充热量QD=0； 忽略干燥器向周围散失的热量QL=0； 物料进出干

13、燥器的焓相等 第42页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三将上述条件代入H0t0AIHt1Bt2C第43页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三2、非等焓干燥过程 1）操作线在过B点等焓线下方条件：不向干燥器补充热量QD=0；不能忽略干燥器向周围散失的热量 QL0；物料进出干燥器时的焓不相等 第44页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三IHt1Bt2CC1C2C3第45页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三2）操作线在过点B的等焓线上方 向干燥器补充的热量大于损失的热量和加热物料消耗的热量之总和 3）操作线为过B点的等温线

14、向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥过程在等温下进行 第46页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三 例：某种湿物料在常压气流干燥器中进行干燥，湿物料的流量为1kg/s，初始湿基含水量为3.5%，干燥产品的湿基含水量为0.5%。空气状况为：初始温度为25，湿度为0.005kg/kg干空气，经预热后进干燥器的温度为140，若离开干燥器的温度选定为60和40， 试分别计算需要的空气消耗量及预热器的传热速率。 又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了10，试分析以上两种情况下物料是否返潮？假设干燥器为理想干燥器。 第47页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三解：因在干燥

15、器内经历等焓过程， 第48页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三绝干物料量 ：绝干空气量 第49页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三预热器的传热速率 第50页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三分析物料的返潮情况 当t2=60时，干燥器出口空气中水汽分压为 t=50时，饱和蒸汽压ps=12.34kPa， 即此时空气温度尚未达到气体的露点，不会返潮。 当t2=40时，干燥器出口空气中水汽分压为 第51页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三t=30时，饱和蒸汽压ps=4.25kPa，物料可能返潮。 第52页，共86页，202

16、2年，5月20日，6点51分，星期三一、物料中所含水分的性质 二、干燥曲线和干燥速率曲线 三、干燥时间的计算 第四节 干燥速度和干燥时间 第53页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三一、物料中所含水分的性质 1、平衡水分与自由水分1）平衡水分 用某种空气无法再去除的水分。 与物料的种类、温度及空气的相对湿度有关 物料中的平衡水分随温度升高而减小 随湿度的增加而增加。2）自由水分 在干燥过程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分。 第54页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三第55页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三2、结合水分和非结合水分

17、结合水分：与物料之间有物理化学作用，因而产生的蒸汽压 低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。 包括溶涨水分和小毛细管中的水分 。难于除去 非结合水分 ：机械地附着在物料表面， 产生的蒸汽压与纯 水无异。 包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。 容易除去。平衡水分一定是结合水分；自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。 第56页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三第57页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三二、干燥曲线和干燥速率曲线 1、干燥实验和干燥曲线 干燥曲线 ：恒定干燥条件下，物料的含水率X与时间的关系 2、干燥速率曲线1）干燥速率曲线 干燥速率 ：单位

18、时间内，单位干燥面积上汽化的水分量 第58页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三第59页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三 ABC段表示干燥第一阶段，BC段为恒速干燥阶段，AB段为物料的预热阶段，但此段所需的时间很短，一般并入BC段内考虑 。 CDE段为第二阶段，在此阶段内干燥速率随物料含水量的减小而降低，称为降速干燥阶段。 两个干燥阶段之间的交点称为临界点。与该点对应的物料含水量称为临界含水XC。 第60页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三第61页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三2）干燥机理a）恒速干燥阶段 干燥

19、速度由水的表面汽化速度所控制b）降速干燥阶段 过程速度由水分从物料内部移动到表面的速度所控制。c）临界含水量 临界水分随物料本身性质、厚度和干燥速率的不同而异，通常临界水分随恒速阶段的干燥速度和物料厚度的增加而增大。 第62页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三三、干燥时间的计算1、恒定干燥条件下干燥时间的计算1）利用干燥速度曲线进行计算 分离变量积分 第63页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三2）用对流传热系数或传质系数进行计算 水分由表面汽化的速率 第64页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三汽化所需热量 3）影响恒速干燥的因素 空气

20、流速的影响 空气湿度的影响空气温度的影响 第65页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三2、降速干燥时间的计算 不论干燥曲线如何，都可用图解积分法 当干燥曲线为直线或近似直线时 第66页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三第67页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三3、干燥总时间 第68页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三第五节 干燥设备为满足生产需要，干燥器应达到以下基本要求： 适应被干燥物料的多样性和不同产品规格要求； 设备的生产能力要高； 能耗的经济性； 还应便于操作、控制等。 第69页，共86页，2022年，5月2

21、0日，6点51分，星期三一、 工业上常用干燥器 （1）厢式干燥器（盘架式干燥器） 原理：主要是以热风通过湿物料的表面，达到干燥的目的。第70页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三厢式干燥器中的加热方式有两种： 单级加热多级加热第71页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三采用废气循环法的优点： 可灵活准确地控制干燥介质的温度、湿度； 干燥推动力比较均匀； 增加气流速度使得传热（传质）系数增大； 减少热损失，但干燥速率常有所减小。 具有中间加热的干燥过程等线C2C1ACt /B3B2B1BH /(kg kg-1)等线t /H /(kg kg-1)MACBB具有废

22、气循环的干燥过程 第72页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三厢式干燥器的优点： 构造简单，设备投资少； 适应性强，物料损失小，盘易清洗。 尤其适用于需要经常更换产品、小批量物料的干燥。物料得不到分散，干燥时间长；若物料量大，所需的设备容积也大；工人劳动强度大；热利用率低；产品质量不均匀。 厢式干燥器的主要缺点： 第73页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三（2）气流式干燥器 结构： 第74页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三优点： 气、固间传递表面积很大，体积传质系数很高，干燥速率大； 接触时间短，热效率高，气、固并流操作，可以采用高温

23、介质，对热敏性物料的干燥尤为适宜； 由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置； 气流干燥器的结构相对简单，占地面积小，运动部件少，易于维修，成本费用低。第75页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三缺点： 必须有高效能的粉尘收集装置，否则尾气携带的粉尘将造成很大的浪费，也会对形成对环境的污染； 对有毒物质，不易采用这种干燥方法。但如果必须使用时，可利用过热蒸汽作为干燥介质； 对结块、不易分散的物料，需要性能好的加料装置，有时还需附加粉碎过程； 气流干燥系统的流动阻力降较大，动力消耗较大。 第76页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三 应用：气流干燥器适宜于

24、处理含非结合水及结块不严重又不怕磨损的粒状物料，尤其适宜于干燥热敏性物料或临界含水量低的细粒或粉末物料。对粘性和膏状物料，采用干料返混方法和适宜的加料装置，如螺旋加料器等，也可正常操作。 第77页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三（3）流化床干燥器（沸腾床干燥器） 原理：流化床干燥器是流态化原理在干燥中的应用，流态化原理已在上册中叙述。在流化床干燥器中，颗粒在热气流中上下翻动，彼此碰撞和混合，气、固间进行传热、传质，以达到干燥目的。 加料 单层圆筒沸腾床干燥器 至分离器出料热空气分布盘第78页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三气体出口加料出料床内分离器第一层第二层热空气 多层流化床干燥器 第79页，共86页，2022年，5月20日，6点51分，星期三 优点 与其它干燥器相比，传热、传质速率高； 由于传递速率高，气体离开床层时几乎等于或略高于床层温度，因而热效率高； 由于气体可迅速降温，所以与其他干燥器比，可采用更高的气体入口温度； 设备简单，无运动部件，成本费用低； 操作控制容易。 第80页，共86页，2022年，5月20日，