热工设备干燥过程与设备.ppt
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平衡方程： qh+q’m+q’tr+qad = q0+q”m+q”tr+ql
三、理论干燥过程和实际干燥过程
1. 理论干燥过程 qh=q0, I1=I2，为理论干燥过
程，即等热含过程。 也就是说热空气的热含量只
用于蒸发水分，蒸发水分的热 量又全部随被蒸发的水分回到 热空气中。
理论干燥过程在I－X图上的 表示和计算如右图。
一、物料平衡
两个重要概念：
物料的绝对水分Wa ： 物料中所含水分量M与绝对
干物料量Gd之比，用百分数表示，即： Wa = M/Gd×100%；
物料的相对水分Wr ：物料中所含水分量M与湿物料
量Gw之比，即：Wr = M/Gw×100 % ； 故Wa = Wr/(1-Wr)×100%；
Wr = Wa/(1+Wa)×100%；
至旋风分离器
4 2
6
5
1
热风
冷风 1－ 多 孔 分 布 板 ； 2－ 加 料 口 ； 3－ 出 料 口 ； 4－ 挡 板 ； 5－ 物 料 通 道 ； 6－ 出 口 堰 板
(c)卧 式 多 室 流 化 床
热风循环烘箱
双锥真空干燥器
真空干燥机
带式干燥机
沸腾干燥机
媒体流动喷雾干燥
离心喷雾干燥机
压力喷雾干燥机
1－ 加 料 ； 2－ 螺 旋 加 料 器 ； 3－ 干 燥 管 ； 4－ 风 机 ； 5－ 预 热 器 ； 6－ 旋 风 分 离 器 ；
7－ 湿 式 除 尘 器
沸腾床干燥器（称流化床干燥器）
湿物料
空气出口 床层分离器
第一层
气体出口 加料
热空气 栅 产品
（ a） 单 层 流 化 床
第二层 出料
（ b） 多 层 流 化 床
本章要点：
干燥: 利用热能将固体物料中的水 分蒸发并排出的过程。在工业生产过程 中，干燥十分重要。
掌握干燥过程和基本原理是本章 学习的目的，同时了解干燥设备及其工 作原理也十分必要。
主要内容
第一节 湿空气 第二节 干燥器的物料平衡与热量平衡 第三节 干燥过程 第四节 干燥设备
干燥过程实质
二、热量平衡
1. 干燥器收入热量 （1）每蒸发1千克水分所消耗的空气量带入热量： qh= l I1 kJ/kg （2）湿砖坯带入显热：为绝对干坯及其中水分带入热量之总和
q’m= (G0C0θ1+M1Cwθ1)/W 式中 G0：绝对干物料质量，kJ/(kg·℃)；
C0、Cw：分别为绝对干物料及水的比热， kJ / (kg·℃)； θ1：入干燥器物料温度，℃ M1: 进干燥器物料的含水量 kg/h W :每小时蒸发的水分量 kg/h
过程基本问题
除水分量
空气消耗量 物料衡算
干燥产品量
涉及湿空气的性质
热量消耗
能量衡算
干燥时间
涉及干燥速率和水在 气本知识有： (1) 水分在气固两相间的传递规律； (2) 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化； (3) 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征； (4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。
1.确定空气的干燥条件
=100%，空气达到饱和，无吸湿能力。 <100%，属于未饱和空气，可作为干燥介质。 越小，干燥条件越好。
2.确定空气的状态点，查找其它参数 两个参数在曲线上能相交于一点，即这两个参数是独立参数，这些参数才能
确定空气的状态点。
3.确定绝热饱和冷却温度 1）等I干燥过程： 等热焓干燥过程(称绝热干燥过程)。
（3）托板或运输设备带入热：
q’tr= (Gtr·Ctr t1 )/W kJ/kg 式中： Gtr，Ctr，t1：托板或运输设备质量、比热及干燥器温度 （4）每千克水分在干燥器中补充的热量：
Qad= Qad/W kJ/kg 式中Qad：在干燥器中补充的热量，kJ/h。
2. 干燥器支出的热量 （1）空气离开干燥器带走热量： q0=lI2 （2）干坯带走显热： q”m= (G0C0θ2+M2Cwθ2)/W （3）托板或运输设备带走热： q”tr= (Gtr·Ctr t2)/W （4）散失到干燥器周围的热量： q1= KF(tw - ta)/W 式中 F： 干燥器外表面，m2 ; tw、ta：干燥器壁与环境温度，℃ M2: 出干燥器物料的含水量 kg/h
气体湿度图
空气湿度图的绘制
1、等湿含量线：平行于纵轴的线。 2、等热含量线：平行于OX轴。 3、等干球温度线:是一组互不平行的变斜率直线（斜率为2490+193t），随温
度的提高而增大。 4、等相对湿度线：Φ=100%为饱和湿空气线，此线以上为饱和状态，此线以
下为未饱和状态。 5、水蒸气分压线：
空气湿焓图的用法
本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本问题， 介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。
第一节 湿空气
一、湿空气的主要参数
1. 绝对湿度ρw：每立方米湿空气中所含水蒸气的质量。 饱和绝对湿度ρS：当空气被饱和时，空气的绝对湿度。 2. 相对湿度Φ：空气的绝对湿度和同温度下饱和绝对湿度之
比。 Φ= ρw /ρS ×100%= p w / p s ×100%
露点td,p：未饱和的湿空气在湿含量不变的条件下冷 却到饱和状态时的温度td,p
二、湿空气的I－X图
I－X图表示在既定的大气压下的湿空气主要参数： 热含量I、湿含量X、温度t、相对湿度Φ和水蒸气分压Pw 之间的图解关系。见附图。
计算湿空气的 某些状态参数 时，为了避免 非常麻烦的试 差计算方法， 将表达湿空气 各种参数的计 算式标绘在坐 标图上，只要 知道湿空气任 意两个独立参 数，就可以从 图上地查出其 它参数，常用 的图有湿度— 焓图等
5.干、湿球温度及露点 若湿空气已饱和，则干球、湿球度温和露点三
者相等。
左边的温度计（A），感温球裸露在空气中，则此温 度计所测得的温度为空气的干球温度。
右边的温度计（B），感温球用纱布包裹，纱布用水 保持湿润，则此温度计所测得的温度为空气的湿球温度。
干燥过程中的物料温度
干球温度t：反映了湿空气
如：物料中绝对水分为12%，其相对水分 Wr = 0.12/(1+0.12)=10.7%；
而相对水分为10.7%，绝对水分Wa = 0.107/(1-0.107)=12%。
干燥器中蒸发水分量
W = G1 (Wr’-Wr”)/(1-Wr”) = G2 (Wr’-Wr”)/(1-Wr’) 式中：W－每小时蒸发的水分量，kg/h； G1 、G2 ：进出干燥器的物料量，kg/h； Wr’、Wr”：进出干燥器的相对水分，%
干燥过程
热空 气流 过湿 物料 表面
热量 传递 到湿 物料 表面
传热过程
湿物 料表 面水 分汽 化并 被带
走
表面 与内 部出 现水 分浓 度差
内部 水分 扩散 到表
面
传质过程
干燥过程推动力
传质过程
传质推动力：物料表面水分压P表水 > 热空气中的水分压P空水 传热推动力：热空气的温度t空气 >物料表面的温度t物表
进入干燥器的物质量等于出干燥器物质量：
L1 + L1X1 + G1 = L2 + L2X2 + G2 L1, L2----进出干燥器干空气量，kg/h ； X1, X2----进出干燥器空气的湿含量，kg/kg 若以每蒸发1千克水所消耗的干空气量l表示： l= 1 /(X2－X0) kg / kg
理论干燥过程
2. 实际干燥过程 qh-q0=(q”m+q”tr+ql)-(q’m+q’tr+qad)
l(I1-I2) =(q”m+q”tr+ql)-(q’m+q’tr+qad) l(I1-I2)=∆
∆=(I1-I2)/(X2-X1) 在大多数情况下，∆>0，即损失的 热量大于补充的热量，此时I1>I2 实际干燥过程也可以在I－X图上表 示和计算，如图。
的实际温度
空气的湿球温度tw：当气温一 定时，相对湿度愈小，水分 于易蒸发，水温下降愈多， 即湿球温度愈低。 湿球温度不代表空气的真实 温度，只决定于湿空气的温 度和相对湿度。
气膜
气体 t, X
对流传热 q h
液滴 表面 tw , Xw
液滴
kH 对流传质 N
当热、质传递达平衡时，气体 对液体的供热速率恰等于液体 汽化的需热速率
L=(VK2/0.785)1/3 式中：L：筒体长度；
K：筒体长度与直径之比(= L/D)； D：筒体直径。
二、其它干燥设备
其它干燥设备有气流干燥器；流化床干燥器；喷雾干 燥器；室式干燥器；隧道干燥器；链式干燥器等。
厢式干燥器
干燥器
洞道式干燥器
气流干燥器
废气
水
水
7
3
6
包装
湿料
水
1
4
5
2
图 12－ 24 气 流 干 燥 器
实际干燥过程，∆>0
第三节 干燥过程
一、物料中水分的结合形式
物料中所含的水分包括物理水和化学结合水两大类。
在曲线左边不 能进行干燥反
而吸湿。
二、对流干燥过程
耐火材料在干燥过程中不发生化学反应，干燥介质具有 恒定的温度和相对湿度时，物料干燥速度、蒸发水分量、及 表面温度随时间变化关系如下图所示。
对流干燥过程
一、转筒干燥器
直接传热式：干燥介质与物料在筒体 内直接接触，分逆流式和顺流式
间接传热式：双套筒管，热气体由内筒 通过，物料由外套筒通过，传热效率低
复式传热式：传热效果介于两者之间
按传热方式可分 为三种形式
转筒干燥器有关参数选择和选型计算：
进出干燥器气体温度
粘土 烟煤
进干燥器烟气温度 （℃）
600～800 500～700
3. 湿含量X ：在湿空气中，每千克干空气中所含水蒸气的
质量。 X=0.622（=18/29）·p w / p s =0.622p w /(p – p W) =0.622Φps/(p-Φp S)；
4. 热含量 I：1千克干空气的热含量和千克水蒸 气热含量的总合。
湿含量为X的湿空气的热含量为： I= Ia + XIw = t + (2490 + 1.93t)X
a.不向干燥器重补充热量，QD=0. b.忽略干燥器向周围散失的热量，QL=0. c.物料进出干燥器的焓相等，
即G(I2’- I1’ )=0 沿等I线 ，空气t1 、t2已知， 即可确定X1 、X2。 2）等X干燥过程： 恒压下，加热或冷却过程。
第二节 干燥器的物料平衡与热量平衡
利用热空气对物料进行干燥的流程如图 所示，空气进入加热器被加热后进入干燥器， 在干燥器内把热量传给物料用于蒸发物料中 的水分，然后排出干燥器。
出干燥器废气温度 （℃）
100～150 100～120
转筒干燥器蒸发强度
物料种类
粘土 烟煤
干燥筒型式
顺流 顺流
转筒内结构
扬料槽 扬料槽
蒸发强度[kg/（m3h）]
30～40 40
根据每小时所需蒸发水分量，转筒干燥器容积V： V= W/A ；
W：每小时蒸发水分量；A：蒸发强度， 已知转筒容积，筒体长度和直径可按下式计算
加热 等速干 降速干 平衡
曲
阶段 燥阶段 燥阶段 阶段
曲线1: 物料水分随时间的变化关系 曲线2: 干燥速度与时间的关系 曲线3: 物料表面温度与时间 的关系
第四节 干燥设备
在无机非金属材料工业中，常用干燥设备： 散状物料干燥设备：转筒干燥器、流态化烘干 设备； 制品干燥设备：间歇式的室式干燥器和连续式 的隧道干燥器。
高效沸腾干燥机
沸腾制粒机
间接式燃气热风炉
回转滚筒干燥机
脉冲布筒滤尘器
真空进料快速混合机
酒精回收塔
脉冲气流干燥机
热风炉
振动流化床干燥机
气流旋流干燥机
正负两极干燥机
旋转闪蒸干燥机
滚动刮板干燥机
银杏型干燥机组
空气热交换机
三、理论干燥过程和实际干燥过程
1. 理论干燥过程 qh=q0, I1=I2，为理论干燥过
程，即等热含过程。 也就是说热空气的热含量只
用于蒸发水分，蒸发水分的热 量又全部随被蒸发的水分回到 热空气中。
理论干燥过程在I－X图上的 表示和计算如右图。
一、物料平衡
两个重要概念：
物料的绝对水分Wa ： 物料中所含水分量M与绝对
干物料量Gd之比，用百分数表示，即： Wa = M/Gd×100%；
物料的相对水分Wr ：物料中所含水分量M与湿物料
量Gw之比，即：Wr = M/Gw×100 % ； 故Wa = Wr/(1-Wr)×100%；
Wr = Wa/(1+Wa)×100%；
至旋风分离器
4 2
6
5
1
热风
冷风 1－ 多 孔 分 布 板 ； 2－ 加 料 口 ； 3－ 出 料 口 ； 4－ 挡 板 ； 5－ 物 料 通 道 ； 6－ 出 口 堰 板
(c)卧 式 多 室 流 化 床
热风循环烘箱
双锥真空干燥器
真空干燥机
带式干燥机
沸腾干燥机
媒体流动喷雾干燥
离心喷雾干燥机
压力喷雾干燥机
1－ 加 料 ； 2－ 螺 旋 加 料 器 ； 3－ 干 燥 管 ； 4－ 风 机 ； 5－ 预 热 器 ； 6－ 旋 风 分 离 器 ；
7－ 湿 式 除 尘 器
沸腾床干燥器（称流化床干燥器）
湿物料
空气出口 床层分离器
第一层
气体出口 加料
热空气 栅 产品
（ a） 单 层 流 化 床
第二层 出料
（ b） 多 层 流 化 床
本章要点：
干燥: 利用热能将固体物料中的水 分蒸发并排出的过程。在工业生产过程 中，干燥十分重要。
掌握干燥过程和基本原理是本章 学习的目的，同时了解干燥设备及其工 作原理也十分必要。
主要内容
第一节 湿空气 第二节 干燥器的物料平衡与热量平衡 第三节 干燥过程 第四节 干燥设备
干燥过程实质
二、热量平衡
1. 干燥器收入热量 （1）每蒸发1千克水分所消耗的空气量带入热量： qh= l I1 kJ/kg （2）湿砖坯带入显热：为绝对干坯及其中水分带入热量之总和
q’m= (G0C0θ1+M1Cwθ1)/W 式中 G0：绝对干物料质量，kJ/(kg·℃)；
C0、Cw：分别为绝对干物料及水的比热， kJ / (kg·℃)； θ1：入干燥器物料温度，℃ M1: 进干燥器物料的含水量 kg/h W :每小时蒸发的水分量 kg/h
过程基本问题
除水分量
空气消耗量 物料衡算
干燥产品量
涉及湿空气的性质
热量消耗
能量衡算
干燥时间
涉及干燥速率和水在 气本知识有： (1) 水分在气固两相间的传递规律； (2) 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化； (3) 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征； (4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。
1.确定空气的干燥条件
=100%，空气达到饱和，无吸湿能力。 <100%，属于未饱和空气，可作为干燥介质。 越小，干燥条件越好。
2.确定空气的状态点，查找其它参数 两个参数在曲线上能相交于一点，即这两个参数是独立参数，这些参数才能
确定空气的状态点。
3.确定绝热饱和冷却温度 1）等I干燥过程： 等热焓干燥过程(称绝热干燥过程)。
（3）托板或运输设备带入热：
q’tr= (Gtr·Ctr t1 )/W kJ/kg 式中： Gtr，Ctr，t1：托板或运输设备质量、比热及干燥器温度 （4）每千克水分在干燥器中补充的热量：
Qad= Qad/W kJ/kg 式中Qad：在干燥器中补充的热量，kJ/h。
2. 干燥器支出的热量 （1）空气离开干燥器带走热量： q0=lI2 （2）干坯带走显热： q”m= (G0C0θ2+M2Cwθ2)/W （3）托板或运输设备带走热： q”tr= (Gtr·Ctr t2)/W （4）散失到干燥器周围的热量： q1= KF(tw - ta)/W 式中 F： 干燥器外表面，m2 ; tw、ta：干燥器壁与环境温度，℃ M2: 出干燥器物料的含水量 kg/h
气体湿度图
空气湿度图的绘制
1、等湿含量线：平行于纵轴的线。 2、等热含量线：平行于OX轴。 3、等干球温度线:是一组互不平行的变斜率直线（斜率为2490+193t），随温
度的提高而增大。 4、等相对湿度线：Φ=100%为饱和湿空气线，此线以上为饱和状态，此线以
下为未饱和状态。 5、水蒸气分压线：
空气湿焓图的用法
本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本问题， 介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。
第一节 湿空气
一、湿空气的主要参数
1. 绝对湿度ρw：每立方米湿空气中所含水蒸气的质量。 饱和绝对湿度ρS：当空气被饱和时，空气的绝对湿度。 2. 相对湿度Φ：空气的绝对湿度和同温度下饱和绝对湿度之
比。 Φ= ρw /ρS ×100%= p w / p s ×100%
露点td,p：未饱和的湿空气在湿含量不变的条件下冷 却到饱和状态时的温度td,p
二、湿空气的I－X图
I－X图表示在既定的大气压下的湿空气主要参数： 热含量I、湿含量X、温度t、相对湿度Φ和水蒸气分压Pw 之间的图解关系。见附图。
计算湿空气的 某些状态参数 时，为了避免 非常麻烦的试 差计算方法， 将表达湿空气 各种参数的计 算式标绘在坐 标图上，只要 知道湿空气任 意两个独立参 数，就可以从 图上地查出其 它参数，常用 的图有湿度— 焓图等
5.干、湿球温度及露点 若湿空气已饱和，则干球、湿球度温和露点三
者相等。
左边的温度计（A），感温球裸露在空气中，则此温 度计所测得的温度为空气的干球温度。
右边的温度计（B），感温球用纱布包裹，纱布用水 保持湿润，则此温度计所测得的温度为空气的湿球温度。
干燥过程中的物料温度
干球温度t：反映了湿空气
如：物料中绝对水分为12%，其相对水分 Wr = 0.12/(1+0.12)=10.7%；
而相对水分为10.7%，绝对水分Wa = 0.107/(1-0.107)=12%。
干燥器中蒸发水分量
W = G1 (Wr’-Wr”)/(1-Wr”) = G2 (Wr’-Wr”)/(1-Wr’) 式中：W－每小时蒸发的水分量，kg/h； G1 、G2 ：进出干燥器的物料量，kg/h； Wr’、Wr”：进出干燥器的相对水分，%
干燥过程
热空 气流 过湿 物料 表面
热量 传递 到湿 物料 表面
传热过程
湿物 料表 面水 分汽 化并 被带
走
表面 与内 部出 现水 分浓 度差
内部 水分 扩散 到表
面
传质过程
干燥过程推动力
传质过程
传质推动力：物料表面水分压P表水 > 热空气中的水分压P空水 传热推动力：热空气的温度t空气 >物料表面的温度t物表
进入干燥器的物质量等于出干燥器物质量：
L1 + L1X1 + G1 = L2 + L2X2 + G2 L1, L2----进出干燥器干空气量，kg/h ； X1, X2----进出干燥器空气的湿含量，kg/kg 若以每蒸发1千克水所消耗的干空气量l表示： l= 1 /(X2－X0) kg / kg
理论干燥过程
2. 实际干燥过程 qh-q0=(q”m+q”tr+ql)-(q’m+q’tr+qad)
l(I1-I2) =(q”m+q”tr+ql)-(q’m+q’tr+qad) l(I1-I2)=∆
∆=(I1-I2)/(X2-X1) 在大多数情况下，∆>0，即损失的 热量大于补充的热量，此时I1>I2 实际干燥过程也可以在I－X图上表 示和计算，如图。
的实际温度
空气的湿球温度tw：当气温一 定时，相对湿度愈小，水分 于易蒸发，水温下降愈多， 即湿球温度愈低。 湿球温度不代表空气的真实 温度，只决定于湿空气的温 度和相对湿度。
气膜
气体 t, X
对流传热 q h
液滴 表面 tw , Xw
液滴
kH 对流传质 N
当热、质传递达平衡时，气体 对液体的供热速率恰等于液体 汽化的需热速率
L=(VK2/0.785)1/3 式中：L：筒体长度；
K：筒体长度与直径之比(= L/D)； D：筒体直径。
二、其它干燥设备
其它干燥设备有气流干燥器；流化床干燥器；喷雾干 燥器；室式干燥器；隧道干燥器；链式干燥器等。
厢式干燥器
干燥器
洞道式干燥器
气流干燥器
废气
水
水
7
3
6
包装
湿料
水
1
4
5
2
图 12－ 24 气 流 干 燥 器
实际干燥过程，∆>0
第三节 干燥过程
一、物料中水分的结合形式
物料中所含的水分包括物理水和化学结合水两大类。
在曲线左边不 能进行干燥反
而吸湿。
二、对流干燥过程
耐火材料在干燥过程中不发生化学反应，干燥介质具有 恒定的温度和相对湿度时，物料干燥速度、蒸发水分量、及 表面温度随时间变化关系如下图所示。
对流干燥过程
一、转筒干燥器
直接传热式：干燥介质与物料在筒体 内直接接触，分逆流式和顺流式
间接传热式：双套筒管，热气体由内筒 通过，物料由外套筒通过，传热效率低
复式传热式：传热效果介于两者之间
按传热方式可分 为三种形式
转筒干燥器有关参数选择和选型计算：
进出干燥器气体温度
粘土 烟煤
进干燥器烟气温度 （℃）
600～800 500～700
3. 湿含量X ：在湿空气中，每千克干空气中所含水蒸气的
质量。 X=0.622（=18/29）·p w / p s =0.622p w /(p – p W) =0.622Φps/(p-Φp S)；
4. 热含量 I：1千克干空气的热含量和千克水蒸 气热含量的总合。
湿含量为X的湿空气的热含量为： I= Ia + XIw = t + (2490 + 1.93t)X
a.不向干燥器重补充热量，QD=0. b.忽略干燥器向周围散失的热量，QL=0. c.物料进出干燥器的焓相等，
即G(I2’- I1’ )=0 沿等I线 ，空气t1 、t2已知， 即可确定X1 、X2。 2）等X干燥过程： 恒压下，加热或冷却过程。
第二节 干燥器的物料平衡与热量平衡
利用热空气对物料进行干燥的流程如图 所示，空气进入加热器被加热后进入干燥器， 在干燥器内把热量传给物料用于蒸发物料中 的水分，然后排出干燥器。
出干燥器废气温度 （℃）
100～150 100～120
转筒干燥器蒸发强度
物料种类
粘土 烟煤
干燥筒型式
顺流 顺流
转筒内结构
扬料槽 扬料槽
蒸发强度[kg/（m3h）]
30～40 40
根据每小时所需蒸发水分量，转筒干燥器容积V： V= W/A ；
W：每小时蒸发水分量；A：蒸发强度， 已知转筒容积，筒体长度和直径可按下式计算
加热 等速干 降速干 平衡
曲
阶段 燥阶段 燥阶段 阶段
曲线1: 物料水分随时间的变化关系 曲线2: 干燥速度与时间的关系 曲线3: 物料表面温度与时间 的关系
第四节 干燥设备
在无机非金属材料工业中，常用干燥设备： 散状物料干燥设备：转筒干燥器、流态化烘干 设备； 制品干燥设备：间歇式的室式干燥器和连续式 的隧道干燥器。
高效沸腾干燥机
沸腾制粒机
间接式燃气热风炉
回转滚筒干燥机
脉冲布筒滤尘器
真空进料快速混合机
酒精回收塔
脉冲气流干燥机
热风炉
振动流化床干燥机
气流旋流干燥机
正负两极干燥机
旋转闪蒸干燥机
滚动刮板干燥机
银杏型干燥机组
空气热交换机