第七章-干燥课件

第七章

干燥

Drying一、去湿及其方法二、

三、对流干燥的传热传质过程

第一节

概述2026/5/29一、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：加热用加热的方式除去湿物料中的湿分以获得固体产品的单元操作称为干燥。2026/5/29二、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：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。2026/5/293、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，水分气化，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。

2026/5/294、对流干燥热能以对流给热的方式由热干燥介质传给湿物料，使物料中的水分气化，气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。

2026/5/29三、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

2026/5/29物料QNTtwpwp干燥介质：载热体、载湿体干燥过程：物料的去湿过程干燥介质的降温增湿过程2026/5/29一、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

2026/5/29当湿空气中水汽分压pv等于该空气温度下纯水的饱和蒸汽压ps时，其湿度称为饱和湿度，用Hs表示。2026/5/29将

代入在总压一定时，

2026/5/293、比体积（湿容积）

含有1kg绝干空气的湿空气所占有的体积，又称湿容积。（m3/kg绝干气）2026/5/294、比热容

常压下，将湿空气中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，又称湿热。

（kJ/kg绝干气·℃）2026/5/295、湿空气的焓

湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。规定：0℃为基温，0℃时绝干气与液态水的焓值均为零。(kJ/kg绝干气)2026/5/296、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。

2026/5/29t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2026/5/29对于水蒸气~空气系统而言

当

时，

在一定的总压下，已知t、tw能否确定H?2026/5/29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，

2026/5/29是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。

对于水蒸汽~空气系统，

2026/5/29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：

2026/5/29二、湿焓图及其应用

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2026/5/292、湿度图的应用1）由测出的参数确定湿空气的状态

2026/5/29AtdA2026/5/29A2026/5/29

例：已知湿空气的干球温度t=30℃，相对湿度φ=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=232026/5/29一、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2026/5/29一、湿物料中含水量的表示方法1、湿基含水量w2、干基含水量X3、换算关系(kg水/kg绝干料)2026/5/294、湿物料的比热容cm

仿照湿空气比热容的计算方法，湿物料的比热容可写成如下形式：物料中所含水分的比热容取为4.187kJ/（kg水·℃）2026/5/29湿物料的焓Iˊ包括绝干物料的焓（0℃物料为基温）和物料中所含水分（0℃液态水为基准）的焓。5、湿物料的焓

IˊIˊ=csθ+cwXθ=（cs+cwX）θ=cmθ

2026/5/29二、干燥系统的物料衡算

1、水分蒸发量以1s为基准，设干燥器内无物料损失，对水分作物料衡算2026/5/292、空气消耗量L

每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量l2026/5/293、干燥产品流量G2

对干燥器作绝干物料的衡算2026/5/29三、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，对预热器作焓衡算p12026/5/29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

2026/5/29假设：新鲜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

湿空气进出干燥系统时的焓分别为：2026/5/29湿物料进出干燥器的焓分别为2026/5/29可见：向干燥系统输入的热量用于：加热空气；蒸发水分；加热物料；热损失2026/5/292、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2026/5/29四、湿空气的基本状态变化过程1、间壁式加热和冷却以及冷凝减湿过程(1)间壁式加热和冷却特点：等湿过程，过程线为直线，加热↑，冷却↓2026/5/29(2)间壁式冷却+冷凝减湿过程当湿空气被冷却至露点时，空气达到饱和状态，湿空气中的水蒸汽就开始在冷却面上凝结出来，随着冷却过程的进行，水分也不断析出，而温度则不断降低，但空气始终维持在饱和状态，这时过程线主要沿φ=100%线变化。2026/5/292、不同状态湿空气的混合过程设有两股空气，对应的绝干空气量为L1和L2，对应的状态为（H1，I1）和（H2，I2），混合后的湿度和焓值可由物料及热量衡算求得。混合前后水分量不变：L1H1+L2H2=（L1+L2）Hm

混合前后焓值不变：L1I1+L2I2=（L1+L2）Im

由上两式可得：2026/5/29可见，混合点m（在H-I图上）位于1，2两状态点的联线上，且m点划分线段1-2，（杠杆定律）同时可由上两式解得：，2026/5/29五、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；物料进出干燥器的焓相等

2026/5/29将上述条件代入H0t0AIHt1Bt2C2026/5/292、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

QL≠0；物料进出干燥器时的焓不相等

2026/5/292）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

向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥过程在等温下进行2026/5/29IHt1Bt2CC1C2C32026/5/29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℃，假设干燥器为理想干燥器。试分别计算需要的空气消耗量L及预热器的传热速率Qp。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？2026/5/29解：因在干燥器内经历等焓过程，℃℃

2026/5/29绝干物料量：绝干空气量2026/5/29预热器的传热速率℃

2026/5/29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。2026/5/29t=30℃时，饱和蒸汽压ps=4.25kPa，物料可能返潮。

当t2=40℃时，干燥器出口空气中水汽分压为2026/5/29［练］在一等焓干燥器内将湿基含水率为24％的物料干燥至15.5％。原料处理量为4200kg/h，如果干燥空气从温度为5℃，湿度为0.0032kg/kg绝干气的环境状态下加热至43℃，假定从该物料中排出的废气湿度为0.0131kg/kg绝干气，试确定汽化的水分量W、空气消耗量L和预热器加热量Qp。

2026/5/29一、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

2026/5/29一、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

湿物料与一定状态（温度和湿度一定）的空气接触达平衡时，残余在湿物料中不能排除的水分。与物料的性质及空气的相对湿度有关

当温度不变时，物料中的平衡水分随相对湿度的增加而增加2）自由水分

在干燥过程中所能除去的水分，即物料中超出平衡水分的那一部分水分2026/5/292026/5/292026/5/292、结合水分和非结合水分结合水分：与物料之间有物理化学作用，因而产生的蒸汽压小于同温度下纯水的饱和蒸汽压。包括细胞壁内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，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。

2026/5/29二、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(空气的状态不变)，物料的干基含水量X、物料表面温度θ与时间t的关系。2、干燥速率曲线1）干燥速率曲线

干燥速率：单位时间内，单位干燥面积上汽化的水分量

2026/5/29典型干燥过程都可明显的划分为两个阶段：恒速干燥和降速干燥阶段。a.恒速干燥阶段：此阶段的干燥速率维持不变。b.降速干燥阶段：干燥速率逐渐下降，物料温度逐渐上升，物料含水量曲线趋于平缓。c.干燥过程的临界含水量XC：恒速干燥与降速干燥阶段的转折点称为临界点。与该点对应的物料含水量称为临界含水量XC。

2026/5/292026/5/292026/5/292）干燥机理一般干燥过程是水分由物料内部扩散至表面后，在表面汽化，并向气相中传递。

表面汽化控制：湿物料内部的水分能够迅速到达物料表面（即内扩散速率远大于表面汽化速率），使物料表面保持充分的润湿状态，物料表面温度约等于空气的湿球温度。

内部扩散控制：湿物料内部的水分无法及时到达物料表面（即内扩散速率远小于表面汽化速率），汽化表面不断向内部转移，物料表面温度不断升高。

恒速干燥阶段是表面汽化控制，降速干燥阶段是内部扩散控制。2026/5/29三、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