第五章干燥操作技术

第五章干燥操作技术第1页，共75页。能进行干燥器的选型计算。能操作干燥器；能力目标第五章干燥操作技术化工单元操作技术第2页，共75页。第二节干燥的基本知识第一节干燥器的结构及应用第四节干燥日常运行与操作第三节干燥器的计算第五章干燥操作技术化工单元操作技术第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第3页，共75页。由于被干燥物料的形状和性质不同，生产规模或生产能力也相差较大，对干燥产品的要求也不尽相同，因此，所采用干燥器的型式也是多种多样的。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥器的结构第4页，共75页。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术第五章干燥操作技术化工单元操作技术常见对流干燥器第5页，共75页。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术第五章干燥操作技术化工单元操作技术常见对流干燥器第6页，共75页。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术第五章干燥操作技术化工单元操作技术常见对流干燥器第7页，共75页。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术第五章干燥操作技术化工单元操作技术常见对流干燥器第8页，共75页。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术第五章干燥操作技术化工单元操作技术常见对流干燥器第9页，共75页。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术常见对流干燥器第10页，共75页。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术常见对流干燥器洞道式干燥器

第11页，共75页。（1）被干燥物料的性质（2）湿物料的干燥特性（3）处理量第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用（4）回收问题（5）能源价格、安全操作和环境因素第五章干燥操作技术化工单元操作技术选择干燥器的考虑因素第12页，共75页。

干燥器的选择最初是以被干燥物料的性质为基础的。选择干燥器时，首先应考虑被干燥物料的形态，物料的形态不同，处理这些物料的干燥器也不同。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术被干燥物料的性质第13页，共75页。

不同的湿物料，其干燥特性曲线或临界含水量也不同，所需的干燥时间可能相差悬殊，应选择不同类型的干燥器。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术湿物料的干燥特性①湿分的类型（结合水、非结合水或二者兼有）；②初始和最终湿含量；③允许的最高干燥温度；④产品的粒度分布；⑤产品的形态、色、光泽、味等。湿物料的干燥特性包括：第14页，共75页。

被干燥湿物料的量也是选择干燥器时需要考虑的主要问题之一。一般来说，处理量小，宜选用厢式干燥器等间歇操作的干燥器；处理量大，宜选用连续操作的干燥器。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术物料的处理量第15页，共75页。

干燥过程的回收问题主要是指：第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术物料的回收问题

①粉尘回收；

②溶剂回收。第16页，共75页。为节约能源，在满足干燥的基本条件下，尽可能选择热效率高的第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用第五章干燥操作技术化工单元操作技术能源价格、安全操作和环境因素若排出的废气中含有污染环境的粉尘或有毒物质，应选择能减少废气量或对排出的废气能加以处理的干燥器。此外，在选择干燥器时，还必须考虑噪音问题。第17页，共75页。干燥器的最终选择通常将在设备价格、操作费用、产品质量、安全及便于安装等方面提出一个折衷方案。第五章干燥操作技术化工单元操作技术第18页，共75页。

第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用（1）箱式干燥器多应用于规模小、品种多、干燥条件变动大、干燥时间长的场合。第五章干燥操作技术化工单元操作技术不同干燥器的适用条件

（2）喷雾干燥器适用于士林蓝及士林黄染料等。如：实验室的干燥装置。第19页，共75页。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用(3)转筒式干燥器主要用于处理散粒状物料、含水量很高的物料或膏糊状物料，也可以干燥溶液、悬浮液、胶体溶液等流动性物料。

第五章干燥操作技术化工单元操作技术不同干燥器的适用条件(4)流化床干燥器适用于处理粉粒状物料，而且粒径最好在30-60μm范围内。第20页，共75页。第五章干燥操作技术第一节干燥器的结构及应用(5)气流式干燥器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。

第五章干燥操作技术化工单元操作技术不同干燥器的适用条件(6)洞道式干燥器适用于干燥具有一定形状且比较大的物料，如皮革、木材、陶瓷等。第21页，共75页。第二节干燥的基本知识第一节干燥器的结构及应用第四节干燥日常运行与操作第三节干燥器的计算第五章干燥操作技术化工单元操作技术第五章干燥操作技术第22页，共75页。第五章干燥操作技术湿空气经加热后进入干燥器，气流与湿物料直接接触，沿空气行程其温度降低，湿含量增加，废气自干燥器另一端排出。第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术对流干燥的方法第23页，共75页。第五章干燥操作技术物料表面温度θi低于气相主体温度t，因此热量以对流方式从气相传递到固体表面，再由表面向内部传递，这是个传热过程；固体表面处水气压Pi高于气相主体中水气分压，因此水气由固体表面向气相扩散，这是一个传质过程。可见对流干燥过程是传质和传热同时进行的过程。第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术对流干燥的原理第24页，共75页。第五章干燥操作技术1.湿度H

（2）以分压比表示

第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术空气的性质湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。（1）定义式第25页，共75页。第五章干燥操作技术2.饱和湿度Hs

由于水的饱和蒸汽压只与温度有关，故饱和湿度是湿空气总压和温度的函数。

第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术空气的性质湿空气中水蒸汽分压恰好等于该温度下水的饱和蒸汽压Ps时的湿度第26页，共75页。第五章干燥操作技术3.相对湿度φ

φ=1（或100%），表示空气已被水蒸汽饱和，已无干燥能力。第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术空气的性质当总压一定时，湿空气中水蒸汽分压pv与一定总压下空气中水汽分压可能达到的最大值之比的百分数

⑴定义式:第27页，共75页。第五章干燥操作技术⑶H、φ、t之间的函数关系⑵意义：第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术相对湿度相对湿度表明了湿空气的不饱和程度，反映湿空气吸收水汽的能力。可见，对水蒸汽分压相同而温度不同的湿空气，温度愈高，则Ps值愈大，φ值愈小，干燥能力愈大。第28页，共75页。第五章干燥操作技术3.湿比热CH4.焓I

第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术空气的性质将1kg干空气和其所带的Hkg水蒸气的温度升高1℃所需的热量CH=Ca+CvH=1.01+1.88H湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其所带Hkg水蒸汽的焓之和计算基准：0℃时干空气与液态水的焓等于零。

第29页，共75页。第五章干燥操作技术5.湿空气比容H由上式可见，湿比容随其温度和湿度的增加而增大。

第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术空气的性质每单位质量绝干空气中所具有的空气和水蒸汽的总体积第30页，共75页。套管换热器

第五章干燥操作技术第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术一定压力下，将不饱和空气等湿降温至饱和，出现第一滴露珠时的温度。

空气的性质根据

，查其相对应的饱和温度，即为该湿含量H和总压P时的露点。6.露点第31页，共75页。第五章干燥操作技术7.干球温度t、湿球温度tW第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术空气的性质干球温度t：在空气流中放置一支普通温度计，所测得空气的温度湿球温度tW：将用水润湿纱布包裹温度计的感湿球，置于一定温度和湿度的流动的空气中，达到稳态时所测得的温度第32页，共75页。第五章干燥操作技术

第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术湿球温度计第33页，共75页。沉浸式蛇管第五章干燥操作技术湿球温度：

一般在气速为3.8～10.2m/s的范围内，比值α/kH近似为一常数。此时，湿球温度tW为湿空气温度t和湿度H的函数。

注意：湿球温度不是状态函数；在测量湿球温度时，空气速度一般需大于5m/s，使对流传热起主要作用，减少热辐射和传导的影响，使测量较为精确。

第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术湿球温度计第34页，共75页。沉浸式蛇管绝热饱和过程中，气、液两相最终达到的平衡温度8.绝热饱和温度tas第五章干燥操作技术第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术空气的性质第35页，共75页。以单位质量的干空气为基准，在稳态下对全塔作热量衡算:上式表明，空气的绝热饱和温度tas是空气湿度H和温度t的函数。第五章干燥操作技术第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术绝热饱和温度的计算得:第36页，共75页。比较干球温度t、湿球温度tw、绝热饱和温度tas及露点td可以得出：

第五章干燥操作技术第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术不饱和湿空气：t>tw（tas）>td

饱和湿空气：t＝tw（tas）＝td第37页，共75页。已知湿空气的总压为101.3kN/㎡，相对湿度为50%，干球温度为20oC。第五章干燥操作技术第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术示例试求：(a)湿度Ｈ；(b)水蒸汽分压p；（c)露点td；(d)焓Ｉ；(e)如将500kg/h干空气预热至117oC，求所需热量Ｑ；(f)每小时送入预热器的湿空气体积Ｖ。第38页，共75页。(a)湿度Ｈ

解：第五章干燥操作技术化工单元操作技术由饱和水蒸汽表查得，水在20oC时饱和蒸汽压为ps=2.34kN/m由已知得，(b)水蒸汽分压

第39页，共75页。(c)露点td

(d)焓Ｉ

第五章干燥操作技术第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术露点是空气在湿度Ｈ或水蒸汽分压p不变的情况下，冷却达到饱和时的温度。所以可由p=1.17kn/㎡查饱和水蒸汽表，得到对应的饱和温度td=9OC。第40页，共75页。(e)热量Ｑ(f)湿空气体积Ｖ

第五章干燥操作技术第二节干燥的基本知识第五章干燥操作技术化工单元操作技术第41页，共75页。第五章干燥操作技术第二节干燥的基本知识1、结合水分与非结合水分结合水分包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。第五章干燥操作技术化工单元操作技术物料中所含水分的性质非结合水分包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。这种水分是籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，因此，干燥过程中除去非结合水分较容易。第42页，共75页。第五章干燥操作技术第二节干燥的基本知识在一定温度下，由实验测定的某物料的平衡曲线，将该平衡曲线延长与=100%的纵轴相交，交点以下的水分为该物料的结合水分，因其蒸汽压低于同温下纯水的饱和蒸汽压。交点以上的水分为非结合水分。第五章干燥操作技术化工单元操作技术第43页，共75页。第五章干燥操作技术第二节干燥的基本知识2、平衡水分与自由水分平衡水分物料中所含有的不因和空气接触时间的延长而改变的水分，这种恒定的含水量称为该物料在一定空气状态下的平衡水分，用X*表示。自由水分物料中超过平衡水分的那一部分水分，称为该物料在一定空气状态下的自由水分。用（X-X*）表示。

第五章干燥操作技术化工单元操作技术物料中所含水分的性质第44页，共75页。第五章干燥操作技术第二节干燥的基本知识2.干基含水量1.湿基含水量

第五章干燥操作技术化工单元操作技术物料中含水量的表示方法湿物料中所含水分的质量分率湿物料中的水分的质量与绝对干料质量之比完全不含水分的物料称为绝干物料第45页，共75页。第二节干燥的基本知识第一节干燥器的结构及应用第四节干燥日常运行与操作第三节干燥器的计算第五章干燥操作技术化工单元操作技术第五章干燥操作技术第46页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算1.水分蒸发量若不计干燥过程中物料损失量，则在干燥前后物料中绝对干料的质量不变，即干燥器的总物料衡算为若以干基含水量表示，则水分蒸发量可用下式计算：

干燥器物料衡算第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥过程的物料衡算第47页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算2.干空气消耗量如果以H0表示空气预热前的湿度，空气经预热器后，其湿度不变，故H0＝H1，则有由上可见，单位空气消耗量仅与H2、H0有关，与路径无关。第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥过程的物料衡算蒸发1Kg水分所消耗的干空气量，称为单位空气消耗量，单位为Kg绝干空气/Kg水分，用L表示。第48页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算今有一干燥器，处理湿物料量为800kg/h。要求物料干燥后含水量由30%减至4%（均为湿基）。干燥介质为空气，初温为150C，相对湿度为50%，经预热器加热至1200C。第五章干燥操作技术化工单元操作技术示例试求：(a)水分蒸发量Ｗ；(b)空气消耗量Ｌ、单位消耗量l；(c)如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量Ｖ。第49页，共75页。(a)水分蒸发量Ｗ

第五章干燥操作技术化工单元操作技术解：(b)空气消耗量Ｌ、单位空气消耗量

由I-H图查得，空气在t0＝150C,＝50%时的湿度为Ｈ0＝0.005kg水/kg干空气；在t2=450C，＝80%时的湿度为Ｈ2＝0.052kg水/kg干空气，空气通过预热器湿度不变，即，所以第50页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算

第五章干燥操作技术化工单元操作技术第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算(c)风量Ｖ

第五章干燥操作技术化工单元操作技术第51页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥过程的热量衡算第52页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算故单位时间内预热器消耗的热量为：再对上图的干燥器列焓衡算，得故单位时间内向干燥器补充的热量为：第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥过程的热量衡算若忽略预热器的热损失，对上图预热器列焓衡算，得：故第53页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算化简后可得：

向干燥系统输入的热量用于：（1）加热空气；（2）蒸发水分；（3）加热物料；（4）热损失。湿物料比热可由绝干物料比热及纯水的比热求得：第五章干燥操作技术化工单元操作技术第54页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算1、等焓干燥过程又称绝热干燥过程，等焓干燥条件：（1）不向干燥器中补充热量；（2）忽略干燥器的热损失；（3）物料进出干燥器的焓值相等，即。

2、非等焓干燥器过程第五章干燥操作技术化工单元操作技术空气通过干燥器时的状态变化又称为实际干燥过程，实际干燥过程不具备等焓干燥条件，即第55页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算干燥过程中，蒸发水分所消耗的热量与从外热源所获得的热量之比为干燥器的热效率。即

式中，蒸发水分所需的热量可用下式计算:

从外热源获得的热量第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥系统的热效率若干燥器中空气所放出的热量全部用来汽化湿物料中的水分，即空气沿绝热冷却线变化，则：

第56页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算若干燥器中无补充热量，即，则

若忽略湿比热的变化，则干燥过程的热效率可表示为：

热效率越高表示热利用率愈好，若空气离开干燥器的温度较低，而湿度较高，则干燥操作的热效率高。但空气湿度增加，使物料与空气间的推动力下降。

第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥系统的热效率第57页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算一般来说，对于吸水性物料的干燥，空气出口温度应高些，而湿度应低些，即相对湿度要低些。在实际干燥操作中，空气离开干燥器的温度需比进入干燥器时的绝热饱和温度高，这样才能保证在干燥系统后面的设备内不致析出水滴，否则可能使干燥产品返潮，且易造成管路的堵塞和设备材料的腐蚀。第五章干燥操作技术化工单元操作技术第58页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算干燥速率：单位时间内在单位干燥面积上汽化的水分量W。又

所以第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥速率用微分式表示为第59页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥曲线干燥过程中物料含水量X与干燥时间τ的关系曲线：第60页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥速率曲线物料干燥u与物料含水量X关系曲线：

第61页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算由干燥速率曲线可以看出，干燥过程分为两个阶段：此阶段的干燥速率如图中BC段所示。这一阶段中，物料表面充满着非结合水分，其性质与液态纯水相同。在恒定干燥条件下，物料的干燥速率保持恒定，其值不随物料含水量多少而变。如图所示，干燥速率曲线的转折点（C点）称为临界点，该点的干燥速率Uc仍等于等速阶段的干燥速率，与该点对应的物料含水量称为临界Xc。当物料的含水量降到临界含水量以下时，物料的干燥速率亦逐渐降低。第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥速率曲线（1）恒速干燥阶段（2）降速干燥阶段

第62页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算设恒速干燥阶段的干燥速率为Uc，根据干燥速率定义，有在此阶段中，物料的干燥速率U随着物料中自由水分含量（X-X*）的变化而变化，第五章干燥操作技术化工单元操作技术恒定干燥条件下的干燥时间1．恒速干燥阶段

2．降速干燥阶段第63页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算τ2近似计算法

：在降速阶段中干燥速率与物料中的自由水分含量(X-X*)近似成正比，即用临界点C与平衡水分点E所连结的直线CE代替降速干燥阶段的干燥速率曲线。于是，降速干燥阶段所需的干燥时间τ２为第五章干燥操作技术化工单元操作技术第64页，共75页。第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算用一间歇干燥器将一批湿物料从含水量干燥到（均为湿基），湿物料的质量为200kg，干燥面积为0.025m2/kg干物料，装卸时间，试确定每批物料的干燥周期。第五章干燥操作技术化工单元操作技术示例（从该物料的干燥速率曲线可知Xc=0.2,X*=0.05,Uc=1.5kg/(m2.h)）第65页，共75页。解：干燥总面积绝对干物料量第66页，共75页。

第五章干燥操作技术第三节干燥器的计算每批物料的干燥周期：第五章干燥操作技术化工单元操作技术降速阶段：由Xc=0.2至X*=0.05恒速阶段：由X1=0.37至Xc=0.2第67页，共75页。第二节干燥的基本知识第一节干燥器的结构及应用第四节干燥日常运行与操作第三节干燥器的计算第五章干燥操作技术化工单元操作技术第五章干燥操作技术第68页，共75页。第五章干燥操作技术1.干燥介质的选择

2.流动方式的选择

3.干燥介质进入干燥器时的温度

4.干燥介质离开干燥器时的相对湿度和温度

5.物料离开干燥器时的温度

第四节干燥日常运行与操作第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥操作条件的确定通常需由实验测定或可按下述一般选择原则考虑：第69页，共75页。第五章干燥操作技术决定于干燥过程的工艺及可利用的热源当干燥操作温度不太高、且氧气的存在不影响被干燥物料的性能时，可采用热空气作为干燥介质。对某些易氧化的物料，或从物料中蒸发出易爆的气体时，则宜采用惰性气体作为干燥介质。烟道气适用于高温干燥，但要求被干燥的物料不怕污染，而且不与烟气中的SO2和CO2等气体发生作用。第四节干燥日常运行与操作第五章干燥操作技术化工单元操作技术干燥介质的选择第70页，共75页。第五章干燥操作技术第四节干燥日常运行与操作逆流操作适用于：（1）物料含水量高时，不允许采用快速干燥的场合