第五章 固体干燥

第五章固体干燥第1页，课件共60页，创作于2023年2月教学要求重点：干燥介质的湿、热性质，干燥过程的物、热衡算，干燥过程的平衡及速率关系。

基本概念：干燥介质的九个性质；干基湿含量；湿基湿含量；等焓干燥过程；绝热干燥过程；热效率与干燥效率；结合湿份、非结合湿份、平衡湿份、自由湿份、最大吸湿湿含量；恒定干燥条件；恒速段、降速段、临界湿含量。第2页，课件共60页，创作于2023年2月教学要求基本公式：干燥介质九个性质的计算；干燥过程的物料衡算；预热器、干燥器的热衡算；恒定干燥条件下干燥时间的计算。第3页，课件共60页，创作于2023年2月教学要求理解分析：干燥介质的作用；提高干燥过程的热效率与干燥效率的措施；干燥过程的平衡关系；传质方向与限度的确定；恒定干燥条件下的干燥曲线及干燥速率曲线及测定方法；恒速段、降速段出现的原因及影响因素。第4页，课件共60页，创作于2023年2月§5-0

概述1.干燥——利用热能，使固体物料中的湿分汽化除去的方法。其它除去固体中湿分的方法？2.分类按操作压强常压干燥真空干燥为什么不加压？按操作方式连续干燥间歇干燥第5页，课件共60页，创作于2023年2月§5-0

概述按传热方式传导干燥（滚筒干燥）对流干燥流化床干燥喷雾干燥辐射干燥（红外干燥）介电干燥（微波干燥）干燥介质作用：载热体、载湿体物料：热空气、过热水蒸汽、烟道气常压连续对流干燥转筒干燥器第6页，课件共60页，创作于2023年2月§5-0

概述干燥过程——热、质同时传递的综合过程。tWptwpwQ湿物料干燥介质传热过程：Q=αS(t-tW)传质过程：NA=kG(pW-p)当传热达到平衡而传质不平衡会出现什么情况？第7页，课件共60页，创作于2023年2月§5-0

概述特点：1.传热、传质不可能单独达到平衡。

2.过程可能发生逆转tw1tw2t1t2p2p1pW2pW1QWW第8页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图一、干燥介质的性质讨论前提：常压——气体视为理想气体。单位质量绝干气为基准。1.干球温度t℃干燥介质的真实温度——反映介质热方面的性质2.湿度Hkg湿分/kg干气单位质量绝干气所携带湿分的质量——反映介质湿方面的性质。第9页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图3.相对湿度φH~p关系？第10页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图①φ的意义——介质的载湿能力绝干气：饱和气：Φ数值？介质的载湿能力大如何提高介质的载湿能力？②H~φ的关系——φ是介质湿、热方面的性质第11页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图③特殊情况时的φ如t>tb例：常压下140℃的热空气的相对湿度。已知20℃其相对湿度为80％。20℃时水的饱和蒸汽压2338.59Pa140℃时，363.0kPa第12页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图4.露点td

℃一定总压下，介质等湿降温至饱和时的温度露点求取的实际意义？确定干燥介质离开干燥器的温度t2露点反映介质哪方面性质？第13页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图5.湿球温度tW

℃一定总压下，大量介质与湿球温度计感温球接触，达到传热、传质均衡时感温球的温度ttWppW大量介质的意义？试分析t<tWt=tWt>tW在保持传质进行时，传热会怎样进行？第14页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图tW反映介质哪方面性质？如何根据已知的t,H求取tW？tW求取的实际意义？第15页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图6.湿比热cpkJ/kg绝干气体·℃

1kg绝干气及其所带的Hkg湿分升（降）温1℃所需要（或放出）的热量，称为比热容，又称湿比热cH反映介质哪方面性质？7.焓IHkJ/kg绝干气体1kg绝干气及其所带的Hkg湿分所具有的焓（以0℃为基准）第16页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图IH反映介质哪方面性质？如何提高介质的载热能力？第17页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图8.绝热饱和温度tas一定总压下，大量液态湿分与一定量的介质绝热接触，达到传热、传质平衡时，介质的温度。tastas条件：水温tas绝热Ql=0第18页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图tas反映介质哪方面性质？tas求取的实际意义？对水－空气系统，tas≈tW对水－空气系统，t、tas、tW、td之间有什么关系？第19页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图9.湿比容vHm3/kg干气1kg绝干气及其所带的Hkg湿分所具有的容积。vH求取的实际意义？vH反映介质哪方面性质？第20页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图例1.N2与苯蒸汽体系。在系统总压为102.4kPa、温度为293K时，系统中苯蒸汽的分压为7.32kPa。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，并同时冷却到283K，才能回收75%的苯？若维持恒压冷却，且使苯的回收率达到75％，则需要冷却至多少温度？第21页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图解：如何才能回收到气态的苯？第22页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图若维持恒压冷却使回收率达到75%，则：H0=0.21447kg(苯）/（kg绝干氮气）H1=0.05362kg(苯）/（kg绝干氮气）第23页，课件共60页，创作于2023年2月例题第24页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图二、湿空气的湿焓图掌握5条主线的走向，能确定空气的状态点，并查取空气性质。能画出干燥过程在图上变化的示意图。1.湿空气的湿焓图简介第25页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图等H线等φ线等IH线等t线等p线第26页，课件共60页，创作于2023年2月第27页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图2.湿空气状态点的确定需要已知什么条件？我们能够得到哪些条件？（1）已知H,t（2）已知tw,t（3）已知t,φ（4）已知t,td第28页，课件共60页，创作于2023年2月湿度图第29页，课件共60页，创作于2023年2月§5-1

干燥介质的性质及湿焓图A100%30%0.01130℃50℃HIH15℃200kJ/kg第30页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算计算内容：绝干气的用量Lkg干气/h

除去的湿分量Wkg/h

介质离开干燥器的温度t2,湿度H2

预热器的供热速率一、物料中湿分含量的表示1.湿基湿含量（湿分的质量百分率）第31页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算2.干基湿含量（湿分的质量比）关系二、物料衡算干燥器介质G2,X2物料t2,H2t1,H1G1,X1干燥产品第32页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算1.绝干物料质量Gc2.物料衡算已知什么条件？我们能够解出哪些参数？第33页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算三、热量衡算干燥器预热器介质物料t1,H1L,t0,H0t2,H2G1,X1，θ1产品G2,X2，θ2G2,X2，θ1W，θ1L,t2,H1W，t2QpQDQl1.预热器我们能够求解吗？第34页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算2.干燥器物料输入输出介质LIH1=L(cH1t1+r0H1)LIH1=L(cH1t2+r0H1)湿分WcWθ1W(r0+cvt2)产品Gc

csθ1+GcX2cW

θ1Gc

csθ2+GcX2cW

θ2外界QDQl第35页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算QD+LcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2-cWθ1)+

Gccs(θ2-θ1)+GcX2cW(θ2-θ1)+Ql外界补充热量＋介质放热用于三个方面：1.汽化湿分；2加热产品；3.热损失QD+LcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2-cWθ1)+

Gccm(θ2-θ1)+Ql

cm=cs+X2cW

我们能够求解吗？第36页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算已知：t1,H1,G1,X1,X2,θ1

待求：t2,H2,L,θ2方程：物料衡算、热量衡算、t2~θ2经验公式方法：试差假设：H2，t2经验式计算：θ2热衡算式计算：L物衡算式验证假设第37页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算3.热衡算式的简化（1）绝热干燥过程条件：QD=0,Ql=0,θ1=θ2=twLcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2-cWθ1)（2）等焓干燥过程条件：QD=0,Ql=0,WcWθ1=Gccm(θ2-θ1)LcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2)IH1=IH2在t1,H1,t2,H2四个参数中已知三个求另一个第38页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算四、干燥系统热量衡算干燥器预热器介质物料t1,H1L,t0,H0t2,H2G1,X1，θ1产品G2,X2，θ2G2,X2，θ2W，θ2L,t2,H1W，t2QpQDQlQD+QP=LcH1(t2-t0)+W(r0+cvt2-cWθ1)+

Gccm(θ2-θ1)+Ql

系统供热用于四个方面：1.汽化湿分；2加热产品；3.热损失；4.放出废热第39页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算系统供热用于四个方面：1.汽化湿分；2加热产品；3.放出废热；4.热损失QD+QP=Q1+Q2+Q3+Ql1.干燥过程的热效率讨论：如何提高热效率？第40页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算2.干燥过程的干燥效率讨论：如何提高干燥效率？第41页，课件共60页，创作于2023年2月§5-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算例：如图所示常压下空气在如下循环系统中作为干燥介质，试求：（1）空气离开冷却器的温度、湿度（2）空气离开加热器的相对湿度；（3）作出空气状态变化过程的(I-H)示意图加热器干燥器冷却器t3=60℃Vs=100m3/ht1=30℃td1=20℃t2=?℃W=2.5kg/h第42页，课件共60页，创作于2023年2月§5-3

干燥过程的平衡及速率关系一、几个概念将物料中的湿分分类1.按除去的难易非结合湿分结合湿分2.按能否除去自由湿分平衡湿分二、等温线t一定，由实验测定湿分在物料和介质间的平衡关系只与物料性质有关与物料性质及介质状态有关第43页，课件共60页，创作于2023年2月§5-3

干燥过程的平衡及速率关系湿含量

XXh相对湿度

非结合湿分结合湿分01.00.5X1X*平衡湿分自由湿分

Xh——最大吸湿湿含量X*——平衡湿含量第44页，课件共60页，创作于2023年2月§5-3

干燥过程的平衡及速率关系讨论：当介质的，t一定时，物料与之接触，哪部分湿分是能够被除去的？三、干燥曲线及干燥速率曲线1.恒定干燥条件恒定介质流量恒定介质温度恒定介质湿度恒定介质与物料接触方式第45页，课件共60页，创作于2023年2月§5-3

干燥过程的平衡及速率关系2.干燥曲线预热段恒速段降速段注意温度变化情况第46页，课件共60页，创作于2023年2月§5-3

干燥过程的平衡及速率关系3.干燥速率曲线干燥速率——单位时间、单位面积除去的湿分量干燥速率曲线：U~X曲线注意：只适用于特定的干燥条件，特定的物料。第47页，课件共60页，创作于2023年2月§5-3

干燥过程的平衡及速率关系X*X1XCUCUX2降速段预热段恒速段XC——临界湿含量讨论：1.恒速段除去的是什么湿分？影响因素为何？2.降速段呢？3.干燥希望的阶段？介质条件是影响恒速段速率的主要因素物料性质是影响降速速段速率的主要因素Uc越小、物料越分散Xc越小。第48页，课件共60页，创作于2023年2月§5-3

干燥过程的平衡及速率关系四、干燥时间的计算1.恒速段2.降速段第49页，课件共60页，创作于2023年2月§5-3

干燥过程的平衡及速率关系（1）图解积分X2XC（2）计算（当U~X为直线时）第50页，课件共60页，创作于2023年2月例2.常压下拟用温度为20℃、湿度为0.008kg水/kg干气的空气干燥某种湿物料。空气在预热器中被加热到90℃后送入干燥室，离开时的温度为45℃、湿度为0.022kg水/kg干气。现要求每小时将1200kg的湿物料由含水率3%（湿基）干燥至0.2%（湿基），已知物料进、出口温度分别为20℃和60℃，在此温度范围内，绝干物料的比热为3.5kJ/(kg·℃)，水的平均比热为4.19kJ/(kg

℃)。干燥设备热损失可按预热器中加热量的5%计算。试求：1）新鲜空气用量，kg/h；2）预热器的加热量QP，kW；3）干燥室内补充的热量Qd，kW；4）热效率

。第51页，课件共60页，创作于2023年2月§8-2

干燥过程的物料衡算和热量衡算例3.现将例1流程改为废气循环流程设计，如图所示。将出口废气中的50%引到新鲜空气处与新鲜空气混合。混合气经预热器仍加热至90℃后，再送入干燥室，出干燥室的废气温度仍为45℃，干燥室加热量Qd不变，仍为40.3kW，被干燥的物料及干燥要求不变，热损失仍可取为QP的5%。试计算：(1)新鲜空气的用量，kg/h；(2)预热器的加热量QP，kW；(3)热效率

；(4)画出湿空气状态变化，并与例2对比。第52页，课件共60页，创作于2023年2月§8-3

固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系物料空气条件临界湿含量品种厚度mm速度m/s温度℃相对湿度%kg水/kg干料粘土6.41.0370.100.11粘土15.91.0320.150.13粘土25.410.6250.400.17高岭土302.1400.400.181铬革101.549-1.25砂＜0.044mm252.0540.170.210.044~0.074mm253.4530.140.100.074~0.177mm253.5530.150.0530.208~0.295mm253.5550.170.053新闻纸-0190.351.00铁杉木254.0220.341.28