《化工单元操作》课件-项目7：干燥

固体干燥概述化工产品、药物颗粒、塑料产品、生活用品等在成品之前都需要一个工序：固体物料去湿。固体化工产品药物颗粒塑料产品、生活用品如何进行固体物料去湿呢？思考固体物料去湿固体物料的去湿方法湿分：化工生产中的固体物料，通常含有水分或其他溶剂统称为湿分。湿分&去湿去湿：为了便于加工、运输、储存和使用，往往需要将其中的部分湿分除去，以使物料中的含湿量达到规定的要求。常用的去湿方法有机械去湿法和加热去湿法。常用的去湿方法机械去湿法当固体物料中的含湿量较高时，可先采用沉降、过滤、离心分离等机械分离法，除去其中的大部分湿分。机械去湿机械去湿过程中没有相变化，能耗较少，费用较低，但去湿不彻底；转台真空过滤机碟式分离机一般用于初步去湿。加热去湿法对固体物料加热，使所含的湿分汽化，并及时移走所生成的蒸气，使固体物料中的含湿量达到规定要求，这种去湿方法称为固体干燥。固体干燥固体干燥过程中湿分发生相变化，故其热能消耗较多。工业生产中，通常将上述两种去湿方法进行联合操作，先用机械去湿法除去物料中的大部分湿分，然后再用干燥的方法进一步去湿，使物料中含湿量达到规定的标准。干燥操作应用广泛干燥操作不仅用于化工、石油化工等工业中，还应用于医药、食品、核能、纺织、建材、采矿以及农产品等行业中。氢氧化钠中药颗粒塑料颗粒谷物生活用纸木材加工干燥过程的分类按操作的压强分类常压干燥真空干燥按操作方式分类连续干燥间歇干燥适用于热敏性、易氧化或要求产品含湿量极低的物料干燥。特点：生产能力大、热效率高、产品质量均匀及劳动条件好。特点：费用低，操作易于控制，适用于小批量、多品种或要求干燥时间较长的物料干燥。干燥过程的分类传导干燥对流干燥辐射干燥介电干燥由其中两种或三种方式组成的联合干燥按热能传给湿物料的方式分类：通常用水蒸气作为间接加热介质，其热能利用程度高；物料易过热而变质。传导干燥：热能以传导方式通过金属壁传给湿物料的干燥方法。干燥过程的分类干燥过程的分类对流干燥热能以对流的方式传给与其直接接触的湿物料。通常用热空气作为直接加热的干燥介质，提供湿物料中湿分汽化所需要的热量，并且带走湿物料中汽化的蒸气。热空气的湿度容易调节，物料不致过热；但在热空气离开干燥器时，可将相当大的一部分热能带走，热能利用程度较传导干燥低。对流干燥器示意图干燥过程的分类辐射干燥热能以电磁波的形式由辐射器发射，至湿物料表面被其吸收再转变为热能，将湿分加热汽化而除去。辐射器可分为电能和热能两种，发射的是红外线。用红外线干燥比上述的传导或对流干燥的生产强度要大几十倍，产品干燥均匀而洁净，但能量消耗大。红外辐射干燥设备干燥过程的分类将湿物料置于高频电场内，由于高频电场的交变作用使物料加热而达到干燥的目的。介电加热干燥根据电场的频率分为高频加热和超高频加热。所用的时间较短，干燥过程中湿物料受热均匀，表面不易结壳或皱皮，内部湿分易于除去，但其所需费用较高。介电加热干燥电磁电加热滚筒烘干机对流干燥过程的传热与传质T—空气的主体温度；tw—湿物料表面的温度；P—空气中水蒸气分压；pw—湿物料表面的水蒸气分压；Q—单位时间内空气传给物料的热量；N—单位时间内从物料表面汽化出的水蒸气量；δ—物料表面的虚拟气膜厚度。干燥是传热和传质相结合的操作，干燥速率是由传热速率和传质速率共同控制的。空气既是载热体又是载湿体。总结—重难点固体物料去湿方法固体物料干燥的分类对流干燥的传热与传质认识干燥单元操作应用，树立能量有效利用观念物料中所含水分的性质物料中含有哪些水分呢？有什么区别？思考物料中所含水分与物料的结合方式各不相同；用干燥方法从物料中除去水分的难易程度，随物料种类和物料中水分性质的不同而有很大差别。思考问题、探究本质平衡水分和自由水分根据在一定的空气条件下，物料中所含水分能否用干燥方法除去，划分为平衡水分和自由水分。大多数固体物料与一定状态的湿空气共存时，物料中必有一定量不可除去的水分，这部分不能除去的水分，称为平衡水分。平衡水分平衡水分的数值不仅与物料的性质有关，还受空气状态的影响。湿空气的相对湿度越大或温度越低，则平衡水分的数值越大。平衡干燥曲线140～150℃热风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量小4％；再送入以120℃热风为载体的沸腾床干燥器中进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯树脂。

平衡干燥曲线：在一定温度下，物料的平衡含水量X*与空气相对湿度φ之间的关系。平衡水分是在一定空气状态下物料可能干燥的最大限度。只有使物料与φ=0的绝对干空气长时间接触，才有可能获得绝对干料。查图，横坐标为60%，看曲线7和5的纵坐标，明显曲线7即烟叶的平衡含水量较大。在空气相对湿度是60%时，比较烟叶和皮革的平衡含水量大小？思考平衡干燥曲线平衡水分和自由水分物料的含水量大于平衡含水量时，含水量与平衡含水量之差称为自由水分或自由含水量。自由水分物料所含总水分是自由水分和平衡水分之和。在实际干燥操作中，自由水分往往也只能被除去一部分。结合水分和非结合水分结合水分指存在于物料渗透膜内部、溶液中和毛细管中的水分。根据物料中水分被除去的难易程度，划分为结合水分和非结合水分。与固体物料结合力强，是较难除去的水分。其蒸气压低于同温度下纯水的饱和蒸气压。若物料中只存在结合水分时，干燥过程中水汽至空气主体的扩散推动力是随过程的进行逐渐下降的。结合水分和非结合水分非结合水分：指存在于物料表面的吸附水分以及较大孔隙中的水分。与固体物料结合力弱；是容易除去的水分；其蒸气压等于同温度下纯水的饱和蒸气压。140～150℃热风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量小4％；再送入以120℃热风为载体的沸腾床干燥器中进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯树脂。

在一定温度下，划分平衡水分和自由水分是根据物料的性质和所接触的空气状态而定，而划分结合水分和非结合水分只是根据物料的性质而定，与空气状态无关。固体物料中水分的关系几种水分的关系平衡水分自由水分——不能被除去的结合水分——首先被除去的水分非结合水分结合水分物料中所含水分——能被除去的结合水分140～150℃热风为载体

生产应用设物料的含水量为0.30kg水/kg绝干物料，若与φ=70%的空气接触，试划分该物料的平衡水分和自由水分、结合水分和非结合水分。解：由φ=70%作水平线交平衡线于A点，读出平衡水分X*=0.08kg水/kg绝干物料，则自由水分X=0.30-0.08=0.22kg水/kg绝干物料。某物料在25℃时的平衡曲线由于平衡曲线与φ=100%水平线的交点为B，B点以下的水分为结合水分，即结合水分为0.20kg水/kg绝干物料，所以非结合水分X=0.30-0.20=0.10kg水/kg绝干物料。总结—重难点平衡水分、自由水分结合水分、非结合水分几种水分的关系联系生产、解决问题干燥过程的物料衡算湿物料干燥到指定的含水量所需蒸发的水分量完成指定干燥任务所需的空气消耗量解决问题、联系生产空气干燥器的操作过程是什么？思考空气干燥器干燥介质：热空气空气干燥器的干燥过程在干燥操作中，湿空气先通过预热器被加热，温度升高而相对湿度降低。待达到工艺要求的温度后，通入干燥器中与湿物料密切接触，进行湿和热的交换，得到干燥后的产品，废气排出。物料中含水量表示方法（1）湿基含水量w[kg水/kg湿物料]

（2）干基含水量X[kg水/kg干物料]

（3）湿基含水量与干基含水量的关系

注意：干基含水量是以绝干物料为基准的水分含量的表示方法。水分蒸发量Gc——绝干物料的质量流量，kg/s；X1、X2——湿物料和产品的干基含水量，kg水/kg绝干物料；L——干空气的质量流量，kg干空气/s；H1、H2——进、出干燥器的湿空气的湿度，kg水/kg干空气。W=Gc(X1-X2)=L(H2-H1)干燥器中无物料损失：空气消耗量干燥过程所消耗的干空气量为：蒸发1kg的水分所消耗的干空气的量为：

某化工厂使用一干燥器，每小时处理湿物料2100kg，经干燥后使物料的湿基含水量由13%降至9%。干燥介质是空气，初温20℃，相对湿度60%，经预热器加热至115℃后进入干燥器。设空气离开干燥器时的温度是40℃，相对湿度达75%。试求：(1)水分蒸发量W；(2)空气消耗量L；单位空气消耗量。生产应用解：(1)水分蒸发量W将物料湿基含水量换算成干基含水量，即送入干燥器的绝干物料量

某化工厂使用一干燥器，每小时处理湿物料2100kg，经干燥后使物料的湿基含水量由13%降至9%。干燥介质是空气，初温20℃，相对湿度60%，经预热器加热至115℃后进入干燥器。设空气离开干燥器时的温度是40℃，相对湿度达75%。试求：(1)水分蒸发量W；(2)空气消耗量L；单位空气消耗量。生产应用解：(2)空气消耗量L及单位空气消耗量l由湿空气的t—H图查得，当=20℃时，p=60%时，H0=0.009kg水/kg干空气；当t=40℃，p=75%时，H2=0.036kg水/kg干空气。又因空气通过预热器时，其湿度不变，即H0—H1，所以有•

含水量•湿度图•干燥物料衡算基本知识总结—重难点空气干燥器的干燥过程物料中含水量的表示方法干燥器的物料衡算联系生产、解决问题高分子材料聚氯乙烯的干燥高分子材料聚氯乙烯的干燥过程？思考干燥的应用聚氯乙烯的广泛应用建筑材料工业制品日用品纤维建筑材料人造革初步分析选择干燥方式选用相应的干燥设备解决实际问题、学以致用聚氯乙烯的性质、特点聚氯乙烯，是一种高分子材料，英文简称PVC(Polyvinylchloride)，是氯乙烯单体(vinylchloridemonomer，简称VCM)的聚合物。白色粉末，支化度较小相对密度1.4左右玻璃化温度77~90℃170℃左右开始分解聚氯乙烯的生产工艺流程干燥过程是什么？思考干燥过程干燥方式的选择对流干燥方式热空气作为加热介质干燥设备的选择聚氯乙烯树脂是一种颗粒状物料，可以利用热气流使物料悬浮其中，控制气流速度、停留时间，达到干燥效果。选择气流干燥器沸腾床干燥器140～150℃热风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量小4％；再送入以120℃热风为载体的沸腾床干燥器中进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯树脂。

140～150℃热风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量小4％；以120℃热风为载体的沸腾床干燥器中进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯树脂。聚氯乙烯的的干燥流程干燥温度的选择与控制第一段：温度控制在140～150℃，气流干燥器；第二段：含水量较少，用沸腾床干燥器时控制在120℃左右。

为什么第一段使用气流干燥器，第二段使用沸腾床干燥器呢？思考干燥设备分析

首先要去除的是物料表面的非结合水分，然后去除结合水分。能否用干燥方法除去平衡水分自由水分被除去的难易程度非结合水分结合水分干燥设备的分析

气流干燥器和沸腾床干燥器的区别沸腾床干燥：热气流从底部进入，调节气流速率使得浮力大于重力，聚合物悬浮在气流中，内部水分向表面扩散后沸腾被带走，停留时间长、干燥效果好，温度低。气流干燥器：高速气流下，使聚合物悬浮在热气流中，可使表面水分快速冷却，停留时间短。

在物料不分解状态下，第一段干燥温度比第二段干燥温度高。第一段选用选用气流干燥器，快速干燥非结合水分。干燥设备分析气流干燥器和沸腾床干燥器的区别巩固设备特点气体的速度高，物料颗粒悬浮于气流之中；气、固相间传热系数和传热表面积都很大，

缩短了干燥时间；可