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1、化工原理多媒体课件,淮阴工学院 生命科学与化学工程学院,第5章 干燥,概述 5.1 湿空气的性质及湿焓图 5.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算 5.3 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系 5.4 干燥设备,上一页,下一页,概述,1 固体物料的除湿方法 机械除湿：沉降、过滤、离心分离、吸附等 干燥：利用热能使湿物料中的湿分汽化 2 干燥分类 常压干燥、真空干燥 连续干燥、间歇干燥 传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥 3 本章内容 湿空气除去湿物料中的水分的对流干燥过程及设备,上一页,下一页,返回,5.1 湿空气的性质及湿焓图,511 湿空气的性质 512 湿空气的H-I图,上一页,

2、下一页,返回,5.1.1 湿空气的性质,1 湿度H 饱和湿度,上一页,下一页,2 相对湿度百分数 3 比体积（湿比容）,上一页,下一页,4 比热容,上一页,下一页,6 焓,上一页,下一页,例51 若常压下某湿空气的湿度为20C、湿度为0.014673kg/kg绝干气，试求：（1）相对湿度；（2）比容；（3）比热容；（4）焓。50 C时上述各项。 解：（1） （2）,上一页,下一页,（3） （4）,上一页,下一页,（1） （2） （3）不变 （4）,上一页,下一页,6 干球温度和湿球温度,上一页,下一页,7 绝热饱和冷却温度,上一页,下一页,8 露点 水蒸气空气系统 不饱和空气 饱和空气,上一页

3、,下一页,例52 常压下湿空气的温度为30 C 、湿度为0.02403kg/kg绝干气，试计算湿空气的各种性质，即：（1）分压；（2）露点；（3）绝热饱和温度；（4）湿球温度。 解：（1） （2）附录十，td=27.5 C,上一页,下一页,（3） （4）,上一页,下一页,返回,5.1.2 湿空气的H-I图,1 湿焓图的结构 横坐标：湿度 纵坐标：温度，焓（斜线），水气分压（右） 等湿线，等温线，等焓线，等相对湿度线 1)等湿线 平行于纵轴（垂直于横轴） 2)等焓线 平行于斜轴,上一页,下一页,3）等干球温度线群 4）等相对湿度线 5）蒸汽分压线,上一页,下一页,2 湿焓图的应用,上一页,下一页

4、,上一页,下一页,例53 在H-I图中确定例51中20 C及50 C时的（1）及（4）两项。 解： （1）相对湿度 （2）焓,上一页,下一页,例54 在H-I图上确定例52的湿空气状态点以及有关参数。 解：（1）分压；（2）露点；（3）绝热饱和温度,上一页,下一页,返回,5.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算,5.2.1 湿物料的性质 5.2.2 干燥系统的物料衡算 5.2.3 干燥系统的热量衡算 5.2.4 空气通过干燥器时的状态变化,上一页,下一页,返回,521 湿物料中含水量的表示方法,1 湿基含水量 2 干基含水量,上一页,下一页,3 湿物料的比热容 4 湿物料的焓,上一页,下一页,返回

5、,522 干燥系统的物料衡算,目的 确定水分蒸发量，空气消耗量，干燥产品流量,上一页,下一页,1 水分蒸发量 2 空气消耗量,上一页,下一页,3 干燥产品流量,上一页,下一页,返回,5.2.3 干燥系统的热量衡算,目的 预热器消耗热量，干燥器补充热量，干燥过程消耗总热量,上一页,下一页,上一页,下一页,1 热量衡算的基本方程 1）预热器消耗的热量 2）干燥器补充的热量,上一页,下一页,3）干燥系统消耗的总热量 分析 加热空气 加热并汽化水分,上一页,下一页,加热湿物料 热损失 忽略空气中水汽进出干燥系统的焓的变化 忽略湿物料中水分带入干燥系统的焓,上一页,下一页,2 干燥系统的热效率,上一页,

6、下一页,例55 常压下以温度为20 C 、相对湿度为60的新鲜空气为介质，干燥某种湿物料。空气在预热器中被加热到90 C后送入干燥器，离开时的温度为45 C 、湿度为0.022kg/kg绝干气。每小时有1100kg温度为20 C 、湿基含水量为3的湿物料送入干燥器，物料离开干燥器时温度升到60 C 、湿基含水量降到0.2%。湿物料的平均比热容为3.28kJ/(kg绝干料. C)。忽略预热器的热损失，干燥器的热损失速率为1.2kW。试求：（1）水分蒸发量；（2）新鲜空气消耗量；（3）若风机装在预热器的新鲜空气入口处，求风机的风量；（4）预热器消耗的热量；（5）干燥系统消耗的热量；（6）向干燥器补

7、充的热量；（7）干燥系统的热效率。,上一页,下一页,解： （1）水分蒸发量,上一页,下一页,（2）新鲜空气消耗量,上一页,下一页,（3）风机的风量 （4）预热器中消耗的热量,上一页,下一页,（5）干燥系统消耗的总热量,上一页,下一页,（6）向干燥器补充的热量 （7）干燥系统的热效率,上一页,下一页,返回,5.2.4 空气通过干燥器时的状态变化,1 等焓干燥过程 不向干燥器中补充热量 忽略热损失 物料进出干燥器的焓相等,上一页,下一页,上一页,下一页,2 非等焓干燥过程 1）焓值减小（BC1） 2）焓值增加（BC2） 3）等温过程（BC3）,上一页,下一页,例56 在常压连续逆流干燥器中将某种物

8、料自湿基含水量50干燥至6。采用废气循环操作，即由干燥器出来的一部分废气和新鲜空气相混合，混合气经预热器加热到必要的温度后再送入干燥器。循环比（废气中绝干空气质量和混合气中绝干空气质量之比）为0.8。设空气在干燥器中经历等焓增湿过程。已知新鲜空气的状态为t0=25 C 、H0=0.005kg/kg绝干气，废气的状态为t2=38 C 、H2=0.034kg/kg绝干气。试求每小时干燥1000kg湿物料所需的新鲜空气量及预热器的传热量。设预热器的热损失可忽略。,上一页,下一页,解：,上一页,下一页,上一页,下一页,上一页,下一页,上一页,下一页,上一页,下一页,例57 采用常压气流干燥器干燥某种湿

9、物料。在干燥器内，湿空气以一定的速度吹送物料同时并对物料进行干燥。已知的操作条件均标注于本例附图1中。试求： （1）新鲜空气消耗量 （2）单位时间内预热器消耗的热量，忽略预热器的热损失 （3）干燥器的热效率 解： （1）新鲜空气消耗量,上一页,下一页,上一页,下一页,解析法：H2，L，I2 焓衡算,上一页,下一页,焓定义 物料衡算,上一页,下一页,图解法：操作线（焓与湿度的关系） 焓衡算和物料衡算,上一页,下一页,（2）预热器消耗的热量 （3）干燥系统的热效率,上一页,下一页,返回,5.3 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系,5.3.1 物料中的水分 5.3.2 干燥时间的计算,下一页,

10、上一页,返回,5.3.1 物料中的水分,1 平衡水分及自由水分 平衡水分：与一定状态的空气接触，达到平衡时湿物料的含水量，kg水分/kg绝干料；平衡水分与物料种类、空气状态有关；平衡水分是湿物料在一定的空气状态下干燥的极限；平衡水分与空气相对湿度的关系曲线称为相平衡曲线 自由水分：超过平衡水分的那部分水分,上一页,下一页,上一页,下一页,2 结合水分与非结合水分 结合水分：物料细胞壁内及毛细管中的水分，其蒸汽压低于纯水的饱和蒸汽压，在干燥中较难除去。其数值为与100的空气呈平衡的物料含水量，由相平衡曲线外推求出 非结合水分：与物料呈机械结合的水分，其蒸汽压等于同温度下水的饱和蒸汽压，干燥中极易

11、除去 结合水与非结合水只与物料本身特性有关,上一页,下一页,上一页,下一页,返回,5.3.2 干燥时间的计算,1 恒定干燥条件下干燥时间的计算 恒定干燥条件 空气的流速、温度、湿度、与物料的接触方式都不变 变动干燥条件 空气的温度下降、湿度增高 1）干燥实验和干燥曲线 干燥实验 间歇干燥，用大量湿空气干燥少量湿物料 干燥曲线 物料含水量与干燥时间关系 物料温度与干燥时间关系,上一页,下一页,AB段：预热段；BC段：恒速段；CDE段：降速段,上一页,下一页,2 ）干燥速率曲线 单位时间、单位干燥面积上汽化的水分量,上一页,下一页,（1）恒速干燥阶段（表面汽化控制阶段） 物料表面润湿，汽化的是表面

12、水，与纯水相同 湿物料内部水分向表面传递速率大于表面水分汽化速率 干燥速率取决于表面水分的气化速率，即取决于干燥条件,上一页,下一页,（2）降速干燥阶段（物料内部迁移控制阶段） CD段：物料表面出现干区，汽化的是表面水和内部水 DE段：物料表面全部为干区，汽化的是内部水 干燥速率取决于内部水分的扩散速率，即取决于物料的结构、形状与尺寸，与干燥条件关系不大 干燥曲线形状与物料内部结构有关 3 ）临界含水量 由恒速段转入降速段的物料含水量 大，较早进入降速段，干燥时间长 影响因素：物料特性，干燥介质性质 由实验确定，可查阅手册,上一页,下一页,4）恒定干燥条件下干燥时间的计算 （1）恒速阶段,上一

13、页,下一页,对流传热系数的计算 空气平行流过静止物料层的表面 空气垂直流过静止物料层表面 气体与运动着的颗粒间的传热,上一页,下一页,例58 在恒定的干燥条件下，测得某物料的干燥速率曲线如图513所示。若将该物料自初始含水量X1=0.38kg/kg绝干料干燥至X2=0.25kg/kg绝干料。已知单位干燥面积的绝干物料量G/S=21.5kg/kg绝干料。试估算干燥时间。 解：,上一页,下一页,例59 某种颗粒物料放在长宽各为0.5m的浅盘里进行干燥。平均温度为65 C 、湿度为0.02kg/kg绝干气的常压空气以4m/s的速度平行吹过湿物料表面，设盘的底部及四周绝热良好。试求恒速干燥阶段中每小时

14、汽化的水分量。 解：,上一页,下一页,上一页,下一页,（2）降速阶段 U与X呈线性关系,上一页,下一页,上一页,下一页, U与X呈非线性关系 图解积分或数值积分 例510 在恒定条件下进行干燥实验，经整理后获得的X-U关系列于本例附表1中。若将物料由X1=0.38kg/kg绝干料干燥至X2=0.04kg/kg绝干料。试求所需的干燥时间。已知每kg绝干料提供0.0541m2干燥面积。,上一页,下一页,2 变动干燥条件下干燥时间的计算,上一页,下一页,返回,5.4 干燥设备,5.4.1 干燥器的主要类型 5.4.2 干燥器的设计,下一页,上一页,返回,5.4.1 干燥器的主要类型,要求 保证质量，

15、干燥速率快，时间短，操作控制方便等 分类,上一页,下一页,1 箱式干燥器（盘式干燥器）,上一页,下一页,上一页,下一页,2 带式干燥器 适用于干燥颗粒状、块状、纤维状物料 对堆积厚度、密度有要求 热效率较低,上一页,下一页,3 气流干燥器,上一页,下一页,干燥速率快，停留时间短，适用于热敏性、易氧化物料 不适宜干燥易粉碎的物料 除尘要求高，流动阻力大 干燥管长度高，对厂房有要求,上一页,下一页,4 沸腾床干燥器,上一页,下一页,上一页,下一页,传热传质速率高 结构简单，造价低，活动部件少，操作维修方便 适用于处理粒径为30m6mm的粉粒状物料 停留时间可调，流动阻力小 干燥要求高或干燥时间长，

16、可采用多层沸腾床干燥器,上一页,下一页,5 转筒干燥器,上一页,下一页,机械化程度高，生产能力大，流动阻力小，容易控制，产品质量均匀 对物料的适应性强 设备笨重，金属耗量多 热效率低,上一页,下一页,6 喷雾干燥器,上一页,下一页,干燥时间短，适用于热敏性物料 可控制或调节产品指标 流程短 粘壁现象，体积传质系数小，对气体分离要求高,上一页,下一页,7 滚筒干燥器 热效率高 动力消耗小 干燥强度大 停留时间短 操作简单 结构复杂，传热面小 产品含水量高,上一页,下一页,上一页,下一页,上一页,下一页,上一页,下一页,8 干燥器的选型及发展方向 1）干燥器的选型 被干燥物料的性质 对干燥产品的要

17、求 物料的干燥速率曲线与物料的临界含水量 回收问题 干燥热源 干燥器的占地面积 2）干燥器的发展方向 大型化 提高效率、节约能源,上一页,下一页,5.4.2 干燥器的设计,设计方法 目的：确定设备尺寸 种类繁多，没有统一计算模式 步骤： 选定干燥器型式 选择干燥条件，流动方式 计算空气消耗量，干燥装置耗热量 计算干燥器尺寸（直径、长度）,上一页,下一页,1 干燥操作条件的确定 1）干燥介质的选择 热源：饱和水蒸气，燃料，电能 干燥介质：空气，惰性气体，烟道气，过热蒸汽 2）流动方式的选择 并流：物料含水量高，后期不耐高温 逆流：物料含水量高，后期耐高温，产品含水量低 错流：物料含水量高或低，快

18、速干燥，耐高温 3）干燥介质进入干燥器时的温度 物料允许的最高温度以下,上一页,下一页,4）干燥介质离开干燥器时的相对湿度和温度 由经济指标确定 温度高于物料出口温度1030 C ，或高于入口气体绝热饱和温度2050 C 5）物料离开干燥器时的温度 主要与临界含水量和降速段的传质系数有关,上一页,下一页,上一页,下一页,2 气流干燥器的简化设计 1）干燥管的直径 （1）XC不高，X2不低，ug=10-25m/s （2）最大u0的二倍，或比u0大3m/s （3） XC较高，X2很低，加速段20-40m/s，等速段比u0大3m/s,上一页,下一页,2）干燥管的高度 （1）,上一页,下一页,（2） （3） ,上一页,下一页, （4） 空气水系统由549计算对流传热系数,上一页,下一页,例511 试设计一气流干燥器以干燥某种颗粒状物料，基本数据为： （1）每小时干燥180kg初始湿物料 （2）进干燥器的温度t1=90C