化工原理电子教案固体干燥

讲授内容教学设计∕备

注

14 固体干燥

14.1 固体去湿方法和干燥

1. 物料的去湿方法

化工生产中的固体原料、产品或半成品为便于进一步的加工、运输、贮存和使用，常常需要将其中所含的湿分（水或有机溶剂）去除至规定指标, 这种操作简称为"去湿"。"去湿"的方法可分为以下三类：

（1）机械去湿

当物料带水较多时，可先用离心过滤等机械分离方法以除去大量的水；

（2）吸附去湿

用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaCl2、硅胶等）与湿物料并存，使物料种的水分相继经气相而转入干燥剂内。

（3）供热干燥

向物料供热以汽化其中的水分。供热方式又有多种。工业干燥操作多是用热空气或其它高温气体为介质，使之掠过物料表面，介质向物料供热并带走汽化的湿分，此种干燥常称为对流干燥，是本章讨论的主要内容。

本章主要讨论以空气为干燥介质、湿分为水的对流干燥过程。

2. 对流干燥的特点

（1）对流干燥流程：

如图14-2所示，湿空气经风机送入预热器，加热到一定温度后送入干燥器与湿物料直接接触，进行传质、传热，最后废气自干燥器另一端排出。

干燥若为连续过程，物料被连续的加入与排出，物料与气流接触可以是并流、逆流或其它方式。若为间歇过程，湿物料被成批放入干燥器内，达到一定的要求后再取出。

经预热的高温热空气与低温湿物料接触时，热空气传热给固体物料，若气流的水汽分压低于固体表面水的分压时，水分汽化并进入气相，湿物料内部的水分以液态或水汽的形式扩散至表面，再汽化进入气相，被空气带走。所以，干燥是传热、传质同时进行的过程，但传递方向不同。

讲授内容

教学设计∕备

注

)

(

w

w

H

w

H

H

r

k

t

t-

-

=

α

式中

H

k、α——分别为气相的传质系数与给热系数；

w

H、

w

r——分别为湿球温度

w

t下的湿度与汽化热。

对空气-水系统，当被测气流的温度不太高，流速>5m/s时，

H

/k

α为一

常数，其值约为1.09kJ/（kg•℃），故

)

(

09

.1w

w

w

H

H

r

t

t-

-

=

由湿球温度的原理可知，空气的湿球温度

w

t总低于干球温度t。

w

t与t差

距愈小，表示空气中的水分含量愈接近饱和；对饱和湿空气t

t=

w

。

2．与过程计算有关的参数

上述参数尚不足以满足干燥过程的计算的需要，为此补充定义如下两个参

数。

（1）湿空气的焓

为便于进行过程的热量衡算，定义湿空气的焓I为每kg干空气及其所带

H kg水汽所具有的焓，kJ/kg。焓的基准状态可视为计算方便而定，本章取于气

体的焓以0℃的气体为基准，水汽的焓以0℃的液态水为基准，故有

H

r

t

H

c

c

I

pv

pg

)

(+

+

=

式中

pg

c——干气比热容，空气为1.01kJ/（kg•℃）；

pv

c——蒸汽比热容，水汽为1.88 kJ/（kg•℃）；

r——0℃时水的汽化热，取2500 kJ/（kg•℃）；

H

c

c

c

pv

pg

pH

+

=

对空气-水系统有

H

t

H

I2500

)

88

.1

01

.1(+

+

=

（2）湿空气的比体积

讲 授 内 容

教学设计∕备注 14.3 干燥速率与干燥过程计算

14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率

（1）干燥动力学实验

物料的干燥速率即水分汽化速率A N 可用单位时间、单位面积（气固接触界面）被汽化的水量表示，即τ

Ad dX

G N c A -=

。

式中 c G ——试样中绝对干燥物料的质量，kg ；

A ——试样暴露于气流中的表面积，m 2；

X ——物料的自由含水量，*X X X t -=，kg 水/kg 干料。

干燥曲线或干燥速率曲线是恒定的空气条件（指一定的速率、温度、湿度）下获得的。对指定的物料，空气的温度、湿度不同，速率曲线的位置也不同，如图14-13所示

（2）恒速干燥阶段BC （3）降速干燥阶段CD

在降速阶段干燥速率的变化规律与物料性质及其内部结构有关。降速的原因大致有如下四个。

讲授内容

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注

①实际汽化表面减少；

②汽化面的内移；

③平衡蒸汽压下降；

④固体内部水分的扩散极慢。

（4）临界含水量

固体物料在恒速干燥终了时的含水量为临界含水量，而从中扣除平衡含水

量后则称为临界自由含水量

C

X。

（5）干燥操作对物料性状的影响

14.3.2 间歇干燥过程的计算

14.3.2.1 恒速阶段的干燥时间

1

τ

如物料在干燥之前的自由含水量

1

X大于临界含水量

c

X，则干燥必先有一

恒速阶段。忽略物料的预热阶段，恒速阶段的干燥时间

1

τ由

τ

Ad

dX

G

N c

A-

=积分

求出。

⎰

⎰-=C

1

1

A

d

d X

X

c

N

X

A

G

τ

τ

因干燥速率

A

N为一常数，

A

c

c

N

X

X

A

G-

⨯

=1

1

τ

速率

A

N由实验决定，也可按传质或传热速率式估算，即

)

(

)

(

w

w

w

H

A

t

t

r

H

H

k

N-

=

-

=

α