化工原理-第十一章干燥4142学时

第十一章固体物料的干燥

通过本章学习，应掌握干燥的基本概念和原理；湿空气的性质及湿焓图；干燥过程的物料衡算与热量衡算方法；干燥过程的平衡关系与速率关系。了解干燥时间的计算；干燥设备的类型及结构特点。学习目的与要求11.1干燥过程概述

11.1.1干燥的原理与应用第十一章固体物料的干燥一、干燥过程的原理气、固相中所含湿分的不同分离物系固体中的湿分形成两相体系的方法引入一气相（干燥介质）传质原理（固相＋气相）固体物料干燥过程湿物料热空气气膜气相主体Q

推动力t-twN

推动力pw-p二、干燥过程的应用应用示例湿聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯产品湿尿素干燥成尿素产品含水量3%含水量

≤0.5%干燥含水量2%含水量

≤0.3%干燥化工生产中的许多固体物料在去湿前往往是悬浮液、糊状体或胶状物。为了便于进一步的加工、运输、贮藏和使用，必须去湿。目的举例贮存药品湿含量有效期

运输粉煤含水量净煤运输量运费加工塑料原体含水量成型时产生气泡

使用染料或纸张水分不一

产量产品水分过低，产量(值)

机械去湿

吸附去湿供热干燥去湿物料带有很多水分时，采用挤压、过滤等机械法除去大量水分。在维持较干燥物料所需的较低湿度下，用CaCl2、硅胶或浓H2SO4等具有很低平衡水汽分压的干燥剂与物料置于同一个密闭容器中，吸附物料汽化的湿分和容器中的湿分。向物料提供热量，用以气化其中的湿分，并设法移去已经气化了的湿分。这正是本章的重点内容。供热干燥的分类传热方式传导

干燥对流

干燥

辐射

干燥介电（微波）加热干燥干燥消耗的能量占我国总能量消耗的10%，发达国家占13%~20%。1.传导干燥缺点：物料层各处受热不均，内侧可能因过热而变质。优点：热利用率高；压料辊料浆蒸汽通入管及冷凝液排出管的安置位置干物料滚筒干燥器2.辐射干燥（红外线干燥）辐射到湿物料表面的辐射能→热能（靠导热向物料内部传递）→气化湿分。优点：强度比导热、对流干燥大十几倍；缺点：电耗大。工业用辐射器电能—专门发射红外线的灯泡。热能—用热金属板或陶瓷辐射板产生红外线。如：将空气和煤气混合物冲在白色陶瓷辐射板上进行无烟燃烧，使板面达400-500℃时产生大量红外线。3.介电（微波）加热干燥在高频电场的交变作用下，物料被加热除湿。工业和科研用微波加热频率为：

9.15GHz和24.5GHz。＜3000MHz—高频加热3000MHz~3103GHz—超高频加热

(微波加热)高频电场频率介电干燥与其它干燥间的比较湿分分布与温度分布方向相反，表面易干结XT湿分分布与温度分布方向一致，湿分易去除XT其它干燥介电干燥4.对流干燥干燥介质与物料间有相对流动，料在流动中相互碰撞松散(破碎)传热、传质表面积。干燥介质往往采用加热的空气，以对流传热的方式将热传递给湿物料汽化其中的湿分，内部湿分扩散至物料表面，汽化蒸汽从物料表面扩散至干燥介质主体后被介质带走。干介与物料间流动情况例图设备从物料表面掠过托盘上的物料从颗粒间穿过将颗粒吹动(涌动)沸腾床固定床转筒(带抄板)颗粒下落(气流横穿)喷雾干燥器颗粒下落(气流上吹)将颗粒吹起(同向流动)气流床流态化对流干燥同时传递热量和质量传热推动力：干介与物料的温度差；传质推动力：物料与干介的浓度差(蒸汽的分压差)。

热、质传递方向相反。干介于过程中降温增湿。QNtitppi湿分除热空气外，还可以用烟道气或其它高温气体作干燥介质。当脱除的湿分是易燃/爆的有机气体，用N2作干介。供热干燥的其它操作分类还有：常压工业普遍采用；真空∵P湿份的ts物料受热，∴适于热敏性、易氧化、含湿量低物料。操作压强连续生产能力大，产品质量稳定，热效率，劳动条件好；间歇适用于小批量、多品种或要求缓慢干燥的物料操作方式三、干燥过程与其他除湿方法的比较工程中的常用除湿方法

机械除湿

物理除湿

利用热能除湿干燥除湿的特点

除湿彻底

能耗高为节能工业上多采用联合除湿机械除湿干燥除湿沉降过滤离心吸附干燥11.1干燥过程概述

第十一章固体物料的干燥11.2.1湿空气的性质11.2湿空气的性质及湿度图

一、湿度H(湿含量)干燥介质干燥湿分计算基准湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比定义湿空气水分1kg绝干气kg水汽/kg绝干气H符号单位kg

/kg绝干气常压下湿空气可视为理想气体一、湿度H(湿含量)水汽的分压总压湿空气中水汽与绝干气的摩尔比湿空气被水所饱和若饱和湿空气一、湿度H(湿含量)空气温度下纯水的饱和蒸汽压二、相对湿度湿空气中水汽分压与同温度水的饱和蒸汽压之比％定义符号单位～干燥能力吸收水分能力～～干燥速率传质推动力～p

=0

=0

绝干空气p=ps

=100％饱和空气二、相对湿度分析三、比体积vH以1kg绝干气为基准的湿空气的体积m3湿空气/kg绝干气定义符号单位设湿空气的温度为t湿空气的湿度为H湿空气的总压力为p总三、比体积vH四、比热容cH常压下将以1kg绝干气为基准的湿空气的温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量kJ/(kg绝干气·℃)

定义符号单位设湿空气的湿度为H则绝干气比热容水汽的比热容在常用温度范围内

cg=1.01kJ/(kg绝干气·℃)cv=1.88kJ/(kg水汽·℃)

四、比热容cH故有

五、焓IkJ/kg绝干气以1kg绝干气为基准的湿空气的焓值则定义符号单位绝干气的焓值为Ig水汽的焓值为Iv设湿空气的温度为t湿空气的湿度为H以0℃为基准设五、焓I则

六、温度1.干球温度与湿球温度

用普通温度计直接测得的湿空气的温度，称为干球温度，简称温度，以t表示。它是湿空气的真实温度。(1)干球温度

t(2)湿球温度tW

用湿球温度计测得的湿空气的温度，称为湿球温度。湿球温度可度量湿空气的湿度大小。湿球温度计示意图不饱和湿空气

水接触

水分汽化:向气相主体传递(汽化热为水分本身温度降低放出显热)热量传递

湿度差

质量传递

温度差

热量由气相主体传递给水分(气相近似不变)达平衡状态

t＝tw

温度维持不变

六、温度湿球温度的测量机理(3)湿球温度与干球温度及湿度的关系湿空气的干球温度为t湿空气的湿度为H设湿空气的湿球温度为tw气膜中饱和湿度为Hs,tw传热速率为

J/s传质速率为

kg/s六、温度稳态下

联立得

测定

t、tw

湿度

H

未饱和湿空气t>tw

饱和湿空气t=tw

六、温度不饱和湿空气

水绝热状态接触

水分汽化:向气相主体传递(汽化热为水分本身温度降低放出显热)热量传递

饱和湿空气湿度差

质量传递

温度差

热量由气相主体传递给水分(气相温度下降－绝热冷却)达饱和状态

t＝tas

H＝Has

＝100％

2.绝热饱和冷却温度tas(湿空气降温、增湿至饱和时的温度）六、温度绝热饱和冷却塔示意图1－塔身2－填料3－循环泵绝热状态绝热饱和温度与干球温度及湿度的关系未饱和湿空气的焓饱和湿空气的焓绝热过程六、温度因为H、Has值很小整理得通常比较得六、温度不饱和湿空气

饱和湿空气等湿下冷却达饱和状态

t＝td

H＝Hs,td

＝100％

t～ps～示例：露珠的