《化工原理多媒体》PPT课件.ppt

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固体物料的除湿方法–机械除湿：沉降、过滤、离心分离、吸附等机械除湿：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干燥：利用热能使湿物料中的湿分汽化¨2 干燥分类干燥分类–常压干燥、真空干燥常压干燥、真空干燥–连续干燥、间歇干燥连续干燥、间歇干燥–传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥¨3 本章内容本章内容–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¨5－1－1 湿空气的性质¨5－1－2 湿空气的H-I图上一页下一页返回5.1.1 湿空气的性质¨1 湿度湿度H–饱和湿度饱和湿度上一页下一页¨2 相对湿度百分数相对湿度百分数φ¨3 比体积（湿比容）比体积（湿比容）上一页下一页¨4 比热容比热容上一页下一页¨6 焓焓上一页下一页–例例5－－1 若常压下某湿空气的湿度为若常压下某湿空气的湿度为20°C、、湿度为湿度为0.014673kg/kg绝干气，试求：（绝干气，试求：（1）相对湿度；）相对湿度；（（2）比容；（）比容；（3）比热容；（）比热容；（4）焓。

焓50 °C时上述时上述各项–解：（解：（1））–（（2））上一页下一页–（（3））–（（4））上一页下一页–（（1 1））–（（2 2））–（（3 3）不变）不变–（（4 4））上一页下一页¨6 干球温度和湿球温度干球温度和湿球温度上一页下一页¨7 绝热饱和冷却温度绝热饱和冷却温度上一页下一页¨8 露点露点–水蒸气－空气系统水蒸气－空气系统•不饱和空气不饱和空气•饱和空气饱和空气上一页下一页–例例5－－2 常压下湿空气的温度为常压下湿空气的温度为30 °C 、湿度为、湿度为0.02403kg/kg绝干气，试计算湿空气的各种性质，绝干气，试计算湿空气的各种性质，即：即：（（1）分压；（）分压；（2）露点；（）露点；（3）绝热饱和温度；）绝热饱和温度；（（4）湿球温度湿球温度–解：（解：（1））–（（2）附录十，）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 湿焓图的结构湿焓图的结构–横坐标：湿度横坐标：湿度–纵坐标：温度，焓（斜线），水气分压（右）纵坐标：温度，焓（斜线），水气分压（右）–等湿线，等温线，等焓线，等相对湿度线等湿线，等温线，等焓线，等相对湿度线–1)等湿线等湿线•平行于纵轴（垂直于横轴）平行于纵轴（垂直于横轴）–2)等焓线等焓线•平行于斜轴平行于斜轴上一页下一页–3）等干球温度线群）等干球温度线群–4）等相对湿度线）等相对湿度线–5）蒸汽分压线）蒸汽分压线上一页下一页¨2 湿焓图的应用湿焓图的应用上一页下一页上一页下一页–例例5－－3 在在H-I图中确定例图中确定例5－－1中中20 °C及及50 °C时的时的（（1）及（）及（4）两项。

两项–解：解：–（（1）相对湿度）相对湿度–（（2）焓）焓上一页下一页–例例5－－4 在在H-I图上确定例图上确定例5－－2的湿空气状态点以及的湿空气状态点以及有关参数有关参数–解：解：（（1）分压；（）分压；（2）露点；（）露点；（3）绝热饱和温度）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5－2－1 湿物料中含水量的表示方法¨1 湿基含水量湿基含水量¨2 干基含水量干基含水量上一页下一页¨3 湿物料的比热容湿物料的比热容¨4 湿物料的焓湿物料的焓上一页下一页返回5－2－2 干燥系统的物料衡算¨目的目的–确定水分蒸发量，空气消耗量，干燥产品流量确定水分蒸发量，空气消耗量，干燥产品流量上一页下一页¨1 水分蒸发量水分蒸发量¨2 空气消耗量空气消耗量上一页下一页¨3 干燥产品流量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¨目的目的–预热器消耗热量，干燥器补充热量，干燥过程消耗预热器消耗热量，干燥器补充热量，干燥过程消耗总热量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热量衡算的基本方程–1）预热器消耗的热量）预热器消耗的热量–2）干燥器补充的热量）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）干燥系统消耗的总热量–分析分析•加热空气加热空气•加热并汽化水分加热并汽化水分上一页下一页•加热湿物料加热湿物料•热损失热损失•忽略空气中水汽进出干燥系统的焓的变化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 干燥系统的热效率干燥系统的热效率上一页下一页–例例5－－5 常压下以温度为常压下以温度为20 °C 、相对湿度为、相对湿度为60％的％的新鲜空气为介质，干燥某种湿物料。

空气在预热器新鲜空气为介质，干燥某种湿物料空气在预热器中被加热到中被加热到90 °C后送入干燥器，离开时的温度为后送入干燥器，离开时的温度为45 °C 、湿度为、湿度为0.022kg/kg绝干气每小时有绝干气每小时有1100kg温温度为度为20 °C 、湿基含水量为、湿基含水量为3％的湿物料送入干燥器，％的湿物料送入干燥器，物料离开干燥器时温度升到物料离开干燥器时温度升到60 °C 、湿基含水量降、湿基含水量降到到0.2%湿物料的平均比热容为湿物料的平均比热容为3.28kJ/(kg绝干料绝干料. °C)忽略预热器的热损失，干燥器的热损失速率为忽略预热器的热损失，干燥器的热损失速率为1.2kW试求：（试求：（1）水分蒸发量；（）水分蒸发量；（2）新鲜空气）新鲜空气消耗量；（消耗量；（3）若风机装在预热器的新鲜空气入口）若风机装在预热器的新鲜空气入口处，求风机的风量；（处，求风机的风量；（4）预热器消耗的热量；）预热器消耗的热量；（（5）干燥系统消耗的热量；（）干燥系统消耗的热量；（6）向干燥器补充的）向干燥器补充的热量；（热量；（7）干燥系统的热效率干燥系统的热效率上一页下一页–解：解：–（（1）水分蒸发量）水分蒸发量上一页下一页–（（2）新鲜空气消耗量）新鲜空气消耗量上一页下一页–（（3）风机的风量）风机的风量–（（4）预热器中消耗的热量）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）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）向干燥器补充的热量–（（7）干燥系统的热效率）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 等焓干燥过程等焓干燥过程–不向干燥器中补充热量不向干燥器中补充热量–忽略热损失忽略热损失–物料进出干燥器的焓相等物料进出干燥器的焓相等上一页下一页上一页下一页¨2 非等焓干燥过程非等焓干燥过程–1）焓值减小（）焓值减小（BC1））–2）焓值增加（）焓值增加（BC2））–3）等温过程（）等温过程（BC3））上一页下一页–例例5－－6 在常压连续逆流干燥器中将某种物料自湿在常压连续逆流干燥器中将某种物料自湿基含水量基含水量50％干燥至％干燥至6％。

采用废气循环操作，即％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）为质量之比）为0.8设空气在干燥器中经历等焓增湿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绝干气试求每小时干燥1000kg湿湿物料所需的新鲜空气量及预热器的传热量设预热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器的热损失可忽略上一页下一页–解：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–例例5－－7 采用常压气流干燥器干燥某种湿物料在采用常压气流干燥器干燥某种湿物料在干燥器内，湿空气以一定的速度吹送物料同时并对干燥器内，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：中试求：–（（1）新鲜空气消耗量）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）单位时间内预热器消耗的热量，忽略预热器的热损失的热损失–（（3）干燥器的热效率）干燥器的热效率–解：解：–（（1）新鲜空气消耗量）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）预热器消耗的热量–（（3）干燥系统的热效率）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，物料的含水量，kg水分水分/kg绝干料；绝干料；平衡水分与物平衡水分与物料种类、空气状态有关料种类、空气状态有关；平衡水分是湿物料在一定；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。

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＝其数值为与＝100％的空气呈平衡的物料含水量，％的空气呈平衡的物料含水量，由相平衡曲线外推求出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，干燥中极易除去等于同温度下水的饱和蒸汽压，干燥中极易除去–结合水与非结合水只与物料本身特性有关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下干燥时间的计算–恒定干燥条件恒定干燥条件•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–变动干燥条件变动干燥条件•空气的温度下降、湿度增高空气的温度下降、湿度增高–1）干燥实验和干燥曲线）干燥实验和干燥曲线•干燥实验干燥实验–间歇干燥，用大量湿空气干燥少量湿物料间歇干燥，用大量湿空气干燥少量湿物料•干燥曲线干燥曲线–物料含水量与干燥时间关系物料含水量与干燥时间关系–物料温度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；段：预热段；BC段：恒速段；段：恒速段；CDE段：降速段段：降速段上一页下一页–2 ）干燥速率曲线）干燥速率曲线•单位时间、单位干燥面积上汽化的水分量单位时间、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））恒速干燥阶段（表面汽化控制阶段）•物料表面润湿，汽化的是表面水，与纯水相同物料表面润湿，汽化的是表面水，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））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干燥曲线形状与物料内部结构有关–3 ）临界含水量）临界含水量•由恒速段转入降速段的物料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，干燥介质性质影响因素：物料特性，干燥介质性质•由实验确定，可查阅手册由实验确定，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）恒定干燥条件下干燥时间的计算–（（1）恒速阶段）恒速阶段上一页下一页•对流传热系数的计算对流传热系数的计算–①①空气平行流过静止物料层的表面空气平行流过静止物料层的表面–②② 空气垂直流过静止物料层表面空气垂直流过静止物料层表面–③③ 气体与运动着的颗粒间的传热气体与运动着的颗粒间的传热上一页下一页–例例5－－8 在恒定的干燥条件下，测得某物料的干燥在恒定的干燥条件下，测得某物料的干燥速率曲线如图速率曲线如图5－－13所示。

若将该物料自初始含水所示若将该物料自初始含水量量X1=0.38kg/kg绝干料干燥至绝干料干燥至X2=0.25kg/kg绝干料已知单位干燥面积的绝干物料量已知单位干燥面积的绝干物料量G’/S=21.5kg/kg绝绝干料试估算干燥时间试估算干燥时间–解：解：上一页下一页–例例5－－9 某种颗粒物料放在长宽各为某种颗粒物料放在长宽各为0.5m的浅盘里的浅盘里进行干燥平均温度为进行干燥平均温度为65 °C 、湿度为、湿度为0.02kg/kg绝绝干气的常压空气以干气的常压空气以4m/s的速度平行吹过湿物料表面，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设盘的底部及四周绝热良好试求恒速干燥阶段中每小时汽化的水分量每小时汽化的水分量–解：解：上一页下一页上一页下一页•（（2）降速阶段）降速阶段–①① U与与X呈线性关系呈线性关系上一页下一页上一页下一页–②② U与与X呈非线性关系呈非线性关系–图解积分或数值积分图解积分或数值积分–例例5－－10 在恒定条件下进行干燥实验，经整理后获在恒定条件下进行干燥实验，经整理后获得的得的X-U关系列于本例附表关系列于本例附表1中。

若将物料由中若将物料由X1=0.38kg/kg绝干料干燥至绝干料干燥至X2=0.04kg/kg绝干料试求所需的干燥时间已知每试求所需的干燥时间已知每kg绝干料提供绝干料提供0.0541m2干燥面积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¨要求要求–保证质量，干燥速率快，时间短，操作控制方便等保证质量，干燥速率快，时间短，操作控制方便等¨分类分类上一页下一页¨1 箱式干燥器（盘式干燥器）箱式干燥器（盘式干燥器）上一页下一页上一页下一页¨2 带式干燥器带式干燥器–适用于干燥颗粒状、块状、纤维状物料适用于干燥颗粒状、块状、纤维状物料–对堆积厚度、密度有要求对堆积厚度、密度有要求–热效率较低热效率较低上一页下一页¨3 气流干燥器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、易氧化干燥速率快，停留时间短，适用于热敏性、易氧化物料物料–不适宜干燥易粉碎的物料不适宜干燥易粉碎的物料–除尘要求高，流动阻力大除尘要求高，流动阻力大–干燥管长度高，对厂房有要求干燥管长度高，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–适用于处理粒径为适用于处理粒径为30μm－－6mm的粉粒状物料的粉粒状物料–停留时间可调，流动阻力小停留时间可调，流动阻力小–干燥要求高或干燥时间长，可采用多层沸腾床干燥干燥要求高或干燥时间长，可采用多层沸腾床干燥器器上一页下一页¨5 转筒干燥器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，产品质量均匀制，产品质量均匀–对物料的适应性强对物料的适应性强–设备笨重，金属耗量多设备笨重，金属耗量多–热效率低热效率低上一页下一页¨6 喷雾干燥器喷雾干燥器上一页下一页–干燥时间短，适用于热敏性物料干燥时间短，适用于热敏性物料–可控制或调节产品指标可控制或调节产品指标–流程短流程短–粘壁现象，体积传质系数小，对气体分离要求高粘壁现象，体积传质系数小，对气体分离要求高上一页下一页¨7 滚筒干燥器滚筒干燥器–热效率高热效率高–动力消耗小动力消耗小–干燥强度大干燥强度大–停留时间短停留时间短–操作简单操作简单–结构复杂，传热面小结构复杂，传热面小–产品含水量高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干燥器的选型及发展方向–1）干燥器的选型）干燥器的选型•被干燥物料的性质被干燥物料的性质•对干燥产品的要求对干燥产品的要求•物料的干燥速率曲线与物料的临界含水量物料的干燥速率曲线与物料的临界含水量•回收问题回收问题•干燥热源干燥热源•干燥器的占地面积干燥器的占地面积–2）干燥器的发展方向）干燥器的发展方向•大型化大型化•提高效率、节约能源提高效率、节约能源上一页下一页5.4.2 干燥器的设计¨设计方法设计方法–目的：确定设备尺寸目的：确定设备尺寸–种类繁多，没有统一计算模式种类繁多，没有统一计算模式–步骤：步骤：•选定干燥器型式选定干燥器型式•选择干燥条件，流动方式选择干燥条件，流动方式•计算空气消耗量，干燥装置耗热量计算空气消耗量，干燥装置耗热量•计算干燥器尺寸（直径、长度）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干燥操作条件的确定–1 1）干燥介质的选择）干燥介质的选择•热源：饱和水蒸气，燃料，电能热源：饱和水蒸气，燃料，电能•干燥介质：空气，惰性气体，烟道气，过热蒸汽干燥介质：空气，惰性气体，烟道气，过热蒸汽–2 2）流动方式的选择）流动方式的选择•并流：物料含水量高，后期不耐高温并流：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，快速干燥，耐高温错流：物料含水量高或低，快速干燥，耐高温–3）干燥介质进入干燥器时的温度）干燥介质进入干燥器时的温度•物料允许的最高温度以下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）干燥介质离开干燥器时的相对湿度和温度•由经济指标确定由经济指标确定•温度高于物料出口温度温度高于物料出口温度10－－30 °C ，或高于入口气体绝热，或高于入口气体绝热饱和温度饱和温度20－－50 °C –5 5）物料离开干燥器时的温度）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气流干燥器的简化设计–1）干燥管的直径）干燥管的直径•（（1））XC不高，不高，X2不低，不低，ug=10-25m/s•（（2）最大）最大u0的二倍，或比的二倍，或比u0大大3m/s•（（3）） XC较高，较高，X2很低，加速段很低，加速段20-40m/s，，等速段比等速段比u0大大3m/s上一页下一页–2）干燥管的高度）干燥管的高度•（（1））上一页下一页•（（2））•（（3））•①①上一页下一页•②②•③③•（（4））–空气－水系统由空气－水系统由5－－49计算对流传热系数计算对流传热系数上一页下一页–例例5－－11 试设计一气流干燥器以干燥某种颗粒状物试设计一气流干燥器以干燥某种颗粒状物料，基本数据为：料，基本数据为：–（（1）每小时干燥）每小时干燥180kg初始湿物料初始湿物料–（（2）进干燥器的温度）进干燥器的温度t1=90°C湿度湿度H1=0.0075kg/kg绝干气，离开时温度绝干气，离开时温度t2=65°C –（（3 3））X X1 1=0.2kg/kg=0.2kg/kg绝干料，绝干料，X X2 2=0.002kg/kg=0.002kg/kg绝干料，绝干料，θθ1 1＝＝15 15 °C ，，ρs=1544kg/m3，，cs=1.26kJ/(kg绝干料绝干料. °C )，，Xc=0.01455kg/kg绝干料，绝干料，X*=0，，dpm＝＝0.23×10-3m。

没有向干燥器补充热量，忽略热损失没有向干燥器补充热量，忽略热损失试算：试算：–（（1）物料离开干燥器的温度）物料离开干燥器的温度–（（2）干燥管的直径）干燥管的直径–（（3）干燥管的高度）干燥管的高度上一页下一页–解：–（1）上一页下一页上一页下一页–（2）上一页下一页–（3）上一页下一页上一页下一页上一页下一页上一页下一页上一页下一页返回。