化工原理 第五章 干燥.pdf

第五章干燥本章内容 ：湿空气的性质；湿空气各温度间的关系；湿空气的湿度图及其应用；干燥过程的物料衡算与热量衡算；干燥速率曲线；湿分在湿物料中的传递机理；干燥时间；干燥器的分类及选择 教学提示：本章重点掌握 湿空气的性质参数计算；干燥过程的物料与热量衡算；干燥速率和干燥时间内容目录概述§ 5-1 湿空气的性质及湿度图§ 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 干燥器概述干燥 是指利用热能使湿物中湿分汽化，并排出生成的蒸气，以获得湿分含量达到规定的成品的方法它一般分为：1）按操作压强分为常压干燥和真空干燥2）按操作方式分为连续操作和间歇操作3)按传热方式可分为 传导干燥、对流干燥、辐射干燥 、介电加热干燥以及上述两种或多种方式组合成的联合干燥§ 5-1 湿空气的性质及湿度图§ 5-1-1 湿空气的性质一、湿度H湿度又称湿含量，为湿空气中所含水蒸汽的质量与干空气质量之比尔数，湿空气中水蒸汽的千摩；尔数，湿空气中干空气的千摩；水蒸汽的摩尔质量，；干空气的摩尔质量，式中干空气kmolnkmolnkmolkgMkmolkgMkgkgnnnnnMnMHvavaavavaavv−−−−−−−−−−−−===///622.02918对理想气体混合物:。

湿空气总压，；水蒸汽分压，式中干空气22///622.0mNPmNpkgkgpPpHvvv−−−−−−−=对饱和湿空气：干空气湿空气的饱和湿度，；压，同温度下水的饱和蒸汽式中干空气kgkgHmNpkgkgpPpHsssss///622.02−−−−−−−=二、相对湿度φ ：)(%100)(%100PpPpPpppsvssv>×=≤×=ϕϕ①φ=1，表示空气已被水蒸汽饱和，不能再吸收水汽，已无干燥能力②φ愈小，表示湿空气偏离饱和程度愈远，干燥能力愈大③对水蒸汽分压相同而温度不同的湿空气，若温度愈高，则干燥能力愈大④ H只表示湿空气中水蒸汽的绝对含量，而φ值才反映出湿空气吸收水汽的能力 三、湿比容vH在湿空气中，1kg绝干空气的体积和其所带有Hkg水汽的体积之和称为湿空气的比容 C温度，t绝干气；/kg湿空气m湿空气的比容，v式中P101.0133273t2731.244H)(0.772P101.0133273t27322.4)18H291(v3H55H°−−−−−−××+×+=××+××+=四、湿比热cH水蒸汽比热，其值约为；干空气干空气比热，其值约为式中干空气CkgkJcCkgkJcCkgkJHHcccvavaH°−−−°−−−°+=+=/88.1/01.1/88.101.1五、焓I将1kg干空气和其所带的Hkg水蒸汽的温度升高1℃所需的热量。

单位质量干空气的焓和其所带Hkg水蒸汽的焓之和通常以干空气与液态水在0℃时的焓等于零为计算基准，故其值为时的水蒸汽汽化潜热，式中干空气kgkJCrkgkJHtHHtcrtcIva/24900/2490)88.101.1()(00°−−−++=++=六、干球温度 t、湿球温度 tw空气的湿球温度，；膜系数，气流与纱布之间的传热；潜热，为温度在时的水的汽化干空气；空气的湿度，干空气；湿度，温度为时湿空气的饱和湿纱布表面的湿度，即；传质系数，以湿度为推动力的气膜式中CtCmkWkgkJrkgkgHkgkgHsmkgkHHrkttwwwHwwHw°−−−°⋅−−−−−−−−−−−−⋅−−−−−=22/////)(αα干球温度：空气的真实温度；湿球温度 ：用湿纱布包在温度计上所测得的空气温度八、露点td露点：空气在湿度不变，冷却达到饱和状态时的温度为总压，；时的饱和蒸汽压，为露点式中PaPPatpHHPpddd−−−−−−+=622.0干空气时空气的饱和湿度，温度为；时水的汽化潜热，温度为；干空气为空气的湿比热，式中kgkJtHkgkJtrCkgkJcHHcrttasasasasHasHasas///)(−−−−−−°⋅−−−−−=七、绝热饱和冷却温度 tas绝热饱和冷却温度：湿空气在绝热饱和冷却过程中达到平衡时测得的温度。

九、湿空气各温度之间的关系1)tas是由热平衡得出的，是空气的热力学性质；tw则取决于气、液两相间的动力学因素---传递速率2)tas是大量水与空气接触，最终达到两相平衡时的温度，过程中气体的温度和湿度都是变化的；tw是少量的水与大量的连续气流接触，传热传质达到稳态时的温度，过程中气体的温度和湿度是不变的3)绝热饱和过程中，气、液间的传递推动力由大变小、最终趋近于零；测量湿球温度时，气、液间的传递推动力不变4)对不饱和空气：t> tas= tw> td；对饱和空气：t= tas= tw= td课前复习：•H-I图H-I 图• 干燥过程的物料衡算与热量衡算（ 1） 物料衡算干空气湿度 ，空气进、出干燥器时的；干空气流量，式中kgkgHHskgLskgHHLXXGWLHGXLHGX/,//),()(2112212211−−−−−−−=−=+=+LmDpQGctWttLQ+−+++−=+=)()88.12490()(01.112202θθ干燥系统的总热量消耗于： 1）加热空气； 2）蒸发水分； 3）加热湿物料； 4）损失于周围环境中2）能量衡算（3）干燥系统的热效率%100)88.12490(%1002×+=×=QtWηη入系统中的焓，则若忽略湿物料中水分带量向干燥系统输入的总热蒸发水分所需的热量提高干燥系统热效率的的方法：◆ 使空气离开干燥器的温度较低而湿度较高；◆ 利用废弃预热冷空气和冷物料；◆ 减少热损失。

本次课堂教学的内容及要求• 空气通过干燥器时的状态变化 （ 一般性了解 ）• 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系（ ﹡﹡﹡重点－难点 ）（ 1）几种水分的概念问题（ 一般性了解 ）（ 2）干燥速率和干燥时间的具体计算（ 熟练掌握 ）• 干燥器的介绍 （ 一般性了解 ）等焓过程：12II =0=Δ0D1w=Σ−+ c θ等焓过程又可分为两种情况， 其一0L=Q无热损失0)(12w2=−θθcWG湿物料不升温12θθ =0D=Q干燥器不补充热量01w=θc 湿物料中汽化水分带入的热量很少§ 5-2-4 空气通过干燥器时的状态变化1.等焓干燥过程 （ 绝热干燥过程或理想干燥过程 ）空气放出的显热完全用于蒸发水分所需的潜热，而水蒸汽又把这部分潜热带回到空气中，所以空气焓值不变以上两种干燥过程均为 等焓干燥过程若c Σ=+D1wθ即： 湿物料中水分带入的热量及干燥器补充的热量正好与热损失及物料升温所需的热量相抵消，此时，空气的焓值也保持不变其二2.非 等焓干燥过程 （ 实际干燥过程）1. 补充热量大于损失的热量0>Δ12II >即——在非绝热情况下进行的干燥过程2. 补充热量小于损失的热量0θ3. 除去的水分为非结合、结合水分4. 影响U的因素：与物料种类、尺寸、形状有关，与空气状态关系不大。

3) 临界含水量 XC1. 吸水性物料 XC大于不吸水性物料 XC2. 物料层越薄、分散越细， XC越低3. 恒速干燥 uC越大， XC越高散程度、空气状态）（物料结构、厚度、分fX =C一定，， ↓↓↓↑→CCUXXHut*不变，，一定，， ↑↑↑→CCUXXuHt*4) 恒定干燥条件下干燥时间的计算由干燥速率定义式：τSddXGU′−=SUdXGd′−=τdXSUGdXXC∫∫−=C11C0ττ(1) 恒速干燥： U＝ UC＝ const.)(C1CC1XXAUG−=τ恒速干燥所需时间UC的来源：（ 1） 由干燥速率曲线查得计算）用（ )()(2wwts,HwtCHHkttrU −=−=α求取 α 经验关联式：（ 1）气体流动方向与物料平行8.00204.0 G=α [w/m2 k]G＝ 2500 ~ 3000质量流速 [kg/m2hr]（ 2）气体流动方向与物料垂直37.017.1 G=αG＝ 4000 ~ 20000 [kg/m2hr]（ 2）阶段干燥时间时，进入降速干燥阶段当CXX Xc，即干燥只有第一段时，此时物料出口温度θ2等于出口气体状态的湿球温度 tw2，相应的平均温度差为22112211ln)()(wwmttttttt−−−−−=Δθθ②若 X2>Xc，且干燥操作为等焓过程，此时物料出口温度为气体初始状态的湿球温度 tw1，相应的平均温度差为1w2111w211mtttln)tt()t(t−θ−−−θ−=Δ③若干燥过程中存在两个干燥阶段，这时的计算式为22112211ln)()(θθθθ−−−−−=Δtttttm4）α对水蒸气 -空气系统，α可参考有关公式计算。

1.干燥器的直径由干燥器的物料衡算与热量衡算求出空气的流量后，再选择适宜 的空气速度，用流量公式即可计算干燥器的直径2.干燥器的长度mmtZDatVaQ Δ=Δ′= )4(2πααm2tD4aQZΔπα=或三、转筒干燥器的简化设计上式的应用条件为：1）转筒直径为 1-3m范围内2）填充率（转筒中存留的物料体积与转筒体积之比）在 0.05-0.25范围内3.物料在干燥器内的停留时间)1023.0(605.09.0pmdGLZDnTZ′′′±′=τ4.转速 n´ 转筒的转速可在 1-8 r/min范围内选取，大直径转筒的转速应取低些，通常取 3-4 r/min5.转筒的倾斜率 转筒的倾斜率 T在 0-0.1m/m的范围较合适，相当于转筒轴线与水平线间的角度为 0-6℃6.填充率β 在转筒设计完毕后应验证填充率是否合适，一般填充率在 0.05-0.25范围内较合适填充率的计算公式为VVp′=τβ式中 β ---填充率，无因次；Vp---单位时间内加入的物料体积， m3/s；V´---转筒的体积， m3★ 干燥例题集 ★。