西安交通大学化工原理课件_第十二章_干燥

1西安交大化工原理电子课件返回第十二章干燥12.1 概述12.5 干燥器2西安交大化工原理电子课件返回12.1 概述除湿的方法很多，常用的有：1、机械分离法：即通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿。

2、吸附脱水法：即用固体吸附剂。

3、干燥法：即利用热能，使湿物料中的湿分汽化而去湿的方法。

按照热能供给湿物料的方式，干燥法可分为：1）．传导干燥2）．对流干燥3）．辐射干燥4）．介电加热干燥3西安交大化工原理电子课件返回12.2.1湿空气的性质一、湿空气中水蒸气含量的表示方法1、湿度vvaaM M pH M P p M =×=×−水汽的质量水汽的物质的量＝绝干空气的质量绝干空气的物质的量2、相对湿度100%sppϕ=×二、湿比容Hυ=干空气体积＋水汽体积干空气的质量51273 1.01310)22.42918273H t P +××××＝（＋5273 1.01310(0.773 1.244)273t H P +×=+××273(0.773 1.244)273H tH υ+=+×常压下12.2 湿空气的性质及湿度图4西安交大化工原理电子课件返回三、湿比热容c H=c a +c v H常用的温度范围内1.01 1.88H c H=+a v I I I H=+四、湿空气的焓通常规定，0o C 时绝干空气及液态水的焓为零,有＝0()a v I c c H t r H =++(1.01 1.88)2492H t H++wt 五、干球温度t 和湿球温度干球温度简称温度，是指空气的真实温度，可直接用普通温度计测量。

在对流干燥过程中，只要物料表面足够润湿，湿物料表面温度即为湿球温度。

空气t,Ht W图12－1 湿球温度计5西安交大化工原理电子课件返回当达到湿球温度时，传质、传热过程均未停止，而是达到了一个动态平衡状态，此时，空气以对流方式传递给水的热量=水分汽化所需的热量若以湿纱布与空气的单位接触面积为准，有()w wwt t Nr α−=()H ww w k r t t H H α=−−最后整理得6西安交大化工原理电子课件返回在稳定的情况下，空气经过绝热饱和塔时，空气释放的显热应等于水分汽化后返回空气所带的潜热，即六、热饱和温度H 水t as图12－2 绝热饱和塔示意图()()H as as asc t t H H r −=−()asasas Hr t t H H c =−−整理上式得：7西安交大化工原理电子课件返回露点对应的湿度是饱和湿度，用表示，则七、露点在总压不变的条件下，不饱和湿空气冷却达到饱和状态时的温度称为露点，用表示。

dt d t dH 0.6220.622d d dp pH H P p P p ===−−空气—水体系的干球温度t 、湿球温度及饱和绝热温度和温度，四个温度的大小关系为：w as dt t t t ≥=≥8西安交大化工原理电子课件返回12.2.2 湿空气的湿度图常用的有湿度—焓（H-I ）图、温度—湿度（t-H ）图。

本章采用t—H 图。

图12－3 101.3kPa 下空气的t －H 图9西安交大化工原理电子课件返回图中诸线意义如下：1．等干球温度线简称等t 线，所有与纵坐标平行的直线都是等t 线。

2．等湿度线简称等H 线，所有与横坐标平行的直线都是等H 线。

3．等相对湿度线简称等线。

4．绝热饱和（冷却）线、等湿球温度线绝热饱和线又称为绝热冷却线。

5．等焓线这些线近似为直线。

6．湿比热容线湿比热容线（）为直线。

7．干空气比容线、饱和比容线、干空气比容线按干空气比容与温度关系绘制，即它在图上为一直线。

饱和比容线ϕH c H 2730.773273a tv +=273(0.773 1.244)273Hs s t H υ+=+10西安交大化工原理电子课件返回12.2.3 湿度图的应用一、查取湿空气的性质湿度图中任一点代表一个确定的空气状态，因此，根据该点可以查出空气的其他性质。

二、表示湿空气的状态变化过程用湿度图可以很直观地表示出湿空气的状态变化过程，也可以由湿空气的初始状态及变化过程确定最终状态。

几种常见的湿空气的变化过程的图示方法：1、湿空气的加热、冷却过程(a)加热过程(b) 冷却过程H11西安交大化工原理电子课件返回2、绝热增湿过程H 图12－6 绝热增湿、降温过程H B H A图12－7 两股湿空气的混合3、两股湿空气的混合A B CL L L +=A A B B C CL H L H L H +=A A B B C CL I L I L I +=总物料衡算水分衡算热量衡算混合后的空气状态点CB A L AC L BC=12西安交大化工原理电子课件返回12.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算干物料废气空气图12－8 空气干燥器的流程图1－进料口；2－干燥室；3－卸料口；4－抽风机；5、6－空气加热器13西安交大化工原理电子课件返回12.3.1物料中含水率的表示方法湿物料中的含水率是值湿物料中的水分含量，通常用下面两种方法表示：1．湿基含水率指水分质量占总湿物料质量的百分数，用w 表示，即2．干基含水率由于在干燥的过程中，绝干物料的质量不变，故常取绝干物料为基准定义水分含量。

把水分质量与绝干物料的质量之比成为干基含水率，以X 表示，即两种含水率之间的换算关系为100w =×水分质量％湿物料的总质量100X =×水分质量％湿物料中绝干物料的质量X w=1+X1w X w=−14西安交大化工原理电子课件返回设蒸发1kg 水分所需的绝干空气量为(成为比干空气用量)，则湿空气通过预热器前后湿度是不变的，上式可以写成由上式可见，比干空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而与干燥过程所经历的途径无关。

12.3.2 物料衡算222图12－9 干燥器的物料衡算21W L H H=−'(1)L L H =+绝干空气用量L 为湿空气用量则为211L l W H H==−201l H H=−15西安交大化工原理电子课件返回12.3.3 热量衡算一、热量衡算2P图12－10 空气干燥器的热量衡算预热器为控制体做热量衡算：10()P Q L I I =−11221122M M d M M lLI G c t Q LI G c t Q ++=++可得16西安交大化工原理电子课件返回二、干燥设备的热效率121[(1.882492)]100M PdW t c t QQ Q Qη+−=×+蒸发水分所需的热量％＝输入干燥设备的总热量三、理想干燥过程和实际干燥过程1、理想干燥过程11210()100100%()H PH Lc t t QQ Lc t t η−××−汽化理想＝％＝121t t t t−−＝100%×2、实际干燥过程（1）I 1>I 2 ，即湿空气经过干燥室时焓降低。

（2）I 1<I 2, 即湿空气经过干燥室时焓升高。

ϕ＝1C ''C C 'A B H图12－14 理想干燥合实际干燥过程中 湿空气状态变化示意图17西安交大化工原理电子课件返回12.4.1 物料中的水分一、平衡水分与自由水分当物料与一定温度、湿度的空气相接触时，如果物料表面的水分蒸汽压与空气中水的蒸汽分压不相等时，物料就会释放出水分或吸收水分，最终水分将在气、固两相间达到平衡，此时湿物料中的含水量称为该物料的平衡水分，以X *表示。

物料中的水分超过X *的那部分水分，称为自由水分。

二、结合水分和非结合水分结晶水、小毛细管内的水分、细胞内的水分等，均是借化学力或物理化学力与固体相结合的，这部分水称为结合水。

那些机械地附着在物料表面的水分，或物料堆积层中大空隙中的水分，与固体相互结合力较弱，称为非结合水。

12.4 干燥速率和干燥时间18西安交大化工原理电子课件返回12.4.2干燥速率和干燥时间的计算一、恒定干燥条件下干燥时间的计算1、干燥曲线和干燥速率曲线0.20.30.40.1X /k g 水/k g绝干料干燥时间τ/h图12－18 恒定干燥条件下干燥曲线C A G dX N Ad τ=−所谓干燥速率是指单位时间、单位干燥面积上汽化的水分质量，其表达式可写成19西安交大化工原理电子课件返回降速阶段恒速阶段AA 'BCDEX CX *0.20.40.81.22.0干基含水率X图12－19 恒定干燥条件下的干燥速率曲线干燥速率N A /k g /(m 2·h )干燥速率曲线，如图12—19所示：20西安交大化工原理电子课件返回2、干燥过程分析考察干燥曲线和干燥速率曲线可知，整个干燥过程可分为三个阶段：1）预热段2）恒速干燥阶段3）降速干燥阶段3、干燥时间的计算（1）恒速干燥阶段时间的计算(2)降速阶段干燥时间的计算121,()C A CG X X AN τ−＝***,2()lnC C C A C G X X X X AN X X τ−−=−21西安交大化工原理电子课件返回二、变动条件下干燥时间的计算空气物料t w 干燥器的长度活高度/mt 2,H 2t M1Xt M2X 2图12－20 连续逆流干燥器中典型的温度分布情况干燥过程也分为三个阶段：预热段：物料在此段被加热至湿球温度。

干燥第一阶段：若干燥过程为等焓过程，则此阶段中，湿物料将一直保持湿球温度不变，而空气则降温、增湿，并按等焓规律变化。

干燥第二阶段：此阶段中，物料温度上升，空气温度下降、湿度增加。

22西安交大化工原理电子课件返回1、干燥第一阶段的干燥时间计算12lnw c H w H H LAk H H τ−=−12()C C C G X X H H L−=−2、干燥第二阶段得干燥时间计算干燥第一阶段所需得时间2220c X cX AG dX d AN τττ==∫∫**2*,2()lnc c c A C G X X X X AN X X τ−−=−如粗略假设第二干燥阶段干燥速率与X 为线性关系，则23西安交大化工原理电子课件返回12.5.1 常用工业干燥器一、厢式干燥器12.5 干燥器24西安交大化工原理电子课件返回二、洞道式干燥器25西安交大化工原理电子课件返回三、气流干燥器图12－24 气流干燥器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26西安交大化工原理电子课件返回四、沸腾床干燥器（称流化床干燥器）气出口（a ）单层流化床料体出口加料第一层第二层床层分离6至旋风分离器425热风风1口；3－出料口；4－挡板；5－物料通道；6－出口堰板（b ）多层流化床(c)卧式多室流化床图12－2527西安交大化工原理电子课件返回12.5.2干燥操作条件的确定干燥操作条件的确定与许多因素有关，下面介绍一般的选择原则：1、干燥介质的选择2、流动方式的选择3、干燥介质进口温度的确定4、干燥介质出口温度t 2及相对湿度的确定5、物料离开干燥器的温度的确定2ϕ2M t。