第十一章 干燥.ppt

1、1,第一节 概述,一、除湿方法：,机械法：,过滤、离心分离,低能耗 预处理,热能法：,加热湿分汽化蒸汽排出,高能耗,化学法：,除去少量水分,干燥,2,第一节 概述,二、分类,按操作方式,连续干燥,按传热方式,对流干燥,传导干燥,间歇干燥,辐射干燥,介电干燥,按操作压强,常压干燥,真空干燥,3,第一节 概述,三、对流干燥：,热能以对流方式传递给物料；,产生的蒸汽被干燥介质带走。,干燥介质温度渐降，湿含量渐增。,传热过程,传质过程,4,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,1.湿空气中的水分含量,(1)水蒸气分压,(2)湿度H(湿含量或绝对湿度)：,将空气看成理想气体：,5,第二节 湿空

2、气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,饱和湿度：,吸湿,(3)相对湿度 ：,湿空气载湿能力的大小,预热,常压干燥 而不加压干燥,6,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,2.湿空气的比容 (湿容积)：,湿空气的密度,7,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,3.湿空气的比热 (湿比热)：,只是湿度的函数,8,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,4.湿空气的焓 ：,0时1kg绝干气,t时1kg绝干气,t时(1+H)kg湿空气,0时Hkg液态水,0时Hkg的水气,t时Hkg的水气,9,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,湿空气的潜热,湿空气的显热,增加显热

3、,增加潜热,预热,10,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,例:常压下湿空气温度20、湿度0.014673/绝干气,试求:湿空气的相对湿度;湿空气的比容;湿空气的比热;湿空气的焓。若将上述空气加热到50,再分别求上述各项。,解：,(1)20时：,相对湿度：,由附录查出20时水蒸汽饱和蒸汽压,(不可用作干燥介质),11,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,比容,比热,12,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质, 焓,(2)50时：,不变,不变,18.92%,88.42,0.935,13,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,5.湿空气的温度:,(1)干

4、球温度,普通温度计,(2)湿球温度,湿球温度计,测温机理：,14,空气湿度 湿棉布表面的湿度,水分由湿棉布气化 空气中,湿棉布温度 ，温度差,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,15,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,(3)绝热饱和温度 :,空气,水,气化,显热,空气温度 湿度,汽化后的水分进入空气,等焓过程,16,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,17,第二节 湿空气的性质和湿度图 一、湿空气的性质,(4)露点温度 :,18,第一节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图,当P一定时，,中只有两个是独立的。,19,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿

5、空气的湿度图及其应用,1.焓湿图,标绘湿空气的性质参数,(I-H )图,斜角坐标：,坐标夹角135,纵坐标：,横坐标：H,辅助水平轴：,20,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图及其应用,21,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图及其应用,2.(I-H )图中五组线(群),等湿度(H )线,等焓(IH )线,22,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图及其应用,等干球温度(t )线,作法,特点,t=0-185,23,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图及其应用,等相对湿度( )线,作法,24,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图及其应用

6、,说明：,25,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图及其应用,水蒸汽分压( )线,3.(I-H )图的应用：,26,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图及其应用,已知状态点确定湿空气的性质,I,H,27,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图及其应用,空气状态点的确定,28,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图及其应用,29,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图及其应用,注意：并非已知任意两个参数就可确定状态点,I,H,30,第二节 湿空气的性质及湿度图 二、湿空气的湿度图及其应用,空气状态变化过程的图示,加热和冷却(等湿过程),可求露

7、点,绝热增湿(等焓过程),可求,31,32,第三节 湿物料的性质 一、物料含水量的表示方法,1.湿基含水量( )：,2.干基含水量( )：,33,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,1.水分的存在形式：,吸附水分,毛细管水分,溶胀水分,化学结合水分,34,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,2.平衡水分和自由水分：,湿物料,空气,水分汽化,恒定含水量,状态一定,35,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,平衡含水量是湿物料与一定状态的空气相接触可以达到的极限干基含水量,若要 ，,则需空气 。,36,3.结合水和非结合水：,：,易除去,难除去,第三节 湿物料的性质 二

8、、湿物料中水分的性质,37,第三节 湿物料的性质 二、湿物料中水分的性质,说明：,非结合水和自由水分可全部除去；,结合水可部分除去；,平衡水不可除去。,和空气状态。,平衡水分必定是结合水分；,38,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,绝干物料的流量,绝干空气的流量,1.干燥后的产品量( )：,39,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,2.水分蒸发量( )：,湿物料中水分蒸发量,40,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,空气中水分的增加量,水分衡算：,3.绝干空气消耗量( )：,41,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,单位空气消耗量，,新鲜空气消耗量：,风机 风量：,42,第四节 干燥

9、过程的计算 一、物料衡算,例：连续操作干燥器,每一小时处理湿物料 ，干燥前后物料的含水量由20%降至3%(均为湿基),干燥介质为热空气，初始湿度为 ，离开干燥器时湿度为 ，试求(1)水分蒸发量 ;（2）空气消耗量， ;(3)干燥产品量， 。(4)新鲜空气消耗量,解：,43,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,(1),44,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,(3),(2),(4),45,例:干球温度20oC、湿度0.009kg水/kg绝干气的湿空气通过预热室加热到50oC后，再送至常压干燥器中，离开干燥室时空气的温度为27oC，若空气在干燥室中经历等焓干燥过程，试求(1)1m3原湿空气在预

10、热过程中焓的变化;(2)1m3原湿空气在干燥室中获得的水分量。,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,46,分析：,等湿过程,等焓过程,第四节 干燥过程的计算 一、物料衡算,47,(1),查图法,1m3原湿空气在预热过程 中焓的变化为,48,(2),49,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算(1),1.预热室的热量衡算：,50,2.干燥室的热量衡算：,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算(1),输入 热量,热空气：,湿物料：,干燥器内的补充加热量：,51,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算(1),输出 热量,废气：,干燥产品：,干燥器热损失：,52,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算(1)

11、,53,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算(1),预热空气放热,(热损失),(蒸发水分: ),(加热物料 ),54,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算(2),1.预热室的热量衡算：,55,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算(2),供热方,注意：,2.干燥室的热量衡算：,56,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算(2),吸热方,水分蒸发,干燥产品升温,热损失,57,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算(2),干燥室热衡式：,预热空气放热,(加热物料 ),(热损失),(蒸发水分: ),58,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,3.干燥系统耗热量：,4.干燥系统热效率：,其中：,说明：,59

12、,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,例：常压下以温度为20、相对湿度为60%的新鲜空气为介质，干燥某种湿物料。空气在预热室中被加热到90后送入干燥室,离开时的温度为45、湿度为0.022kg/kg绝干气。每小时有1100kg温度为20、湿基含水量为3%的湿物料送入干燥室，物料离开干燥室时温度升到60、湿基含水量降到0.2%。湿物料的平均比热为3.28kJ/(kg绝干料)。忽略预热室向周围的热损失,干燥室的热损失为1.2kW。试求:(1)水分蒸发量 ;(2)新鲜空气消耗量 ;(3)若风机装在预热室的新鲜空气入口处，求风机的风量;(4)预热室消耗的热量 ;(5)干燥系统消耗的总热量 ;(6)向

13、干燥室补充的热量 (7)干燥系统的热效率。,60,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,查图、计算法,61,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,解：,(1),蒸发水分量,其中：,62,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,(2),新鲜空气消耗量,其中：,当,时,查图得,或当,时,查附录得,，故：,63,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,(3),风机的风量,(4),预热室中消耗的热量,64,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,(5),向干燥室补充的热量,65,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,(6),(7),热效率,干燥系统消耗的总热量,66,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,若

14、 ,一般,67,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,例：干球温度t0=26oC、(湿球温度tw0=23oC)的新鲜空气,预热到t1=95oC送至连续逆流干燥器内,离开干燥室时温度t2=65oC。湿物料初始时:温度1=25oC、湿基含水量w1=1.5%；终了时:温度2=34.5oC、湿基含水量w2=0.2%。每小时加入干燥室9200kg湿物料。绝干物料比热Cs=1.84kJ/(kg绝干料oC)。干燥室内无加热装置,热损失580kJ/kg气化水分。求(1)单位时间内获得的产品质量;(2)蒸发水分量;(3)单位时间内消耗的新鲜空气质量; (4)干燥系统的热效率。,68,第四节 干燥过程的计算 二、

15、热量衡算,查图、计算法,69,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,解：,(1)求G2,(2)求W,(3)求L,求 ：,查图：,70,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,蒸发水分所需热量：,加热产品所需热量,kJ/(kg干料oC)。,71,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,热损失：,72,第四节 干燥过程的计算 二、热量衡算,(4)求,(5)求,73,第五节 干燥速率和干燥时间 一、干燥速率,干燥曲线,的斜率,-干燥速率曲线,74,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥曲线与干燥速率曲线,1.干燥实验和干燥曲线,干燥实验,75,干燥曲线,部分加热,部分汽化,76,水分传递速率 气化速率,干

16、燥速率主要与外部的干燥条件有关,气化的水分为非结合水,77,水分传递速率 气化速率,部分表面气化的水分为结合水,D点:全部表面都不含非结合水,78,越早转入降速干燥阶段,干燥时间越长,与物料性质、厚度、干燥速率有关,79,第五节 干燥速率和干燥时间 三、干燥时间的计算,恒速阶段时间 ：,利用干燥曲线,直接读取,80,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥时间的计算,利用干燥速率曲线,可知,81,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥时间的计算,降速阶段时间 ：,若U-X呈非线性关系,-图解积分,82,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥时间的计算,若U-X呈线性关系,83,第五节 干燥速率和干燥时

17、间 二、干燥时间的计算,当缺乏 时,可取,总干燥时间：,84,例：在常压干燥器中干燥某种湿物料。已知物料的临界含水量为0.10kg/kg绝干料，平衡含水量为0.01kg/kg绝干料。物料初始和最终干基含水量分别为0.25及0.0204。恒速阶段干燥时间为1h，降速阶段的干燥曲线为直线。试求物料在干燥器中的停留时间至少为若干(h)。,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥时间的计算,85,解:,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥时间的计算,干燥过程包括恒速干燥和降速干燥两个阶段,由,86,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥时间的计算,例:某湿物料l0kg,均匀地平摊在长0.8m,宽0.6m的平

18、底浅盘内,并在恒定的空气条件下进行干燥,物料的初始含水量为15,干燥4小时后含水量降为8,已知在此条件下的平衡含水量为1,临界含水量为6(皆为湿基),并假定降速阶段的干燥速率与物料的自由含水量(干基)呈线性关系,试求:将物料继续干燥至含水量为2,所需要总干燥时间为多少?,87,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥时间的计算,解:,绝干物料的量,初始含水量,干燥4小时含水量,平衡含水量,临界含水量,最终含水量,88,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥时间的计算,故4小时全为恒速干燥,将物料干燥到临界含水量需要的时间为,继续将物料干燥至,所需的时间为,89,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥时

19、间的计算,例:已知某物料在恒定干燥条件下从初始含水量0.4 kg水/kg绝干料降至0.08kg水/kg绝干料,共需6小时，物料的临界含水量Xc=0.15kg水/kg绝干料,平衡含水量X*=0.04kg水/kg绝干料,降速阶段的干燥速率曲线可作为直线处理。试求：恒速干燥阶段所需时间 及降速阶段所需时间 分别为多少？若在同样条件下继续将物料干燥至0.05kg水/kg绝干料，还需多少时间？,解：,X由0.4降至0.08kg水/kg绝干料经历两个阶段：,90,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥时间的计算,91,第五节 干燥速率和干燥时间 二、干燥时间的计算,92,第六节 干燥器,(盘式干燥器),1.

20、厢式干燥器,处理对象块状湿物料,水平气流式；,结构：,穿流式；,优点：,构造简单，投资少；,宜用于小批量或多品种产品生产。,缺点：,物料得不到分散，干燥时间长；,产品质量不均匀。,厢式,93,第六节 干燥器,(热风沿物料表面通过),水平气流式；,94,第六节 干燥器,(热风垂直 穿过物料),穿流式；,厢式,95,第六节 干燥器,2.气流式干燥器：,原理及结构：,处理对象： 固态湿物料,空气加热器 加料器 干燥管 旋风分离器,96,第六节 干燥器,优点：,干燥速度快。气固间传质面积大,高速热气流,接触时间短(0.5-2s)。对热敏性物料的干燥尤为适宜,缺点：,必须有高效能的粉尘收集装置,临界含水量低的细粒或粉末物料,由于物料停留时间很短，只适合于干燥非结合水分,气流干燥系统的流动压降较大,约为3000-4000Pa,97,第六节 干燥器,3.流化床干燥器,原理及结构,流化床,固体颗粒在热气流中上下翻动,粉状、颗粒状湿物料,处理对象:,98,第六节 干燥器,99,第六节 干燥器,优点：,床内各处的温度均匀一致，避免了物料的局部过热,流化床的停留时间可调，特别适合于干燥结合水分,热效率高，非结合水：60-80%；结合水：40-50%,缺点：,只宜用于处理粒径30um6mm的粉粒状物料,单层沸腾床干燥器，易产生物料的返混或短路