化工原理温习必看干燥

第14章 固体干燥

知识要点

干燥是指向物料供热以汽化其中的湿分的操作。本章要紧讨论以空气为干燥介质、湿分为水的对流干燥进程。学习本章应重点把握湿空气的性质参数与湿度图、湿物料中的水分性质、干燥进程的物料衡算与热量衡算。一样把握干燥进程的速度与干燥时刻的计算。了解干燥器的类型与适用处合，提高干燥进程的热效率与强化干燥进程的方法。本章要紧知识点间的联系图如以下图所示。

图14-1 干燥一章要紧知识点联系图

1. 概述

对流干燥的特点：热、质反向传递进程 传热：固相←气相 推动力：温度差 传质：固相→气相 推动力：水汽分压差 2. 干燥静力学 (1) 湿空气的状态参数 ① 空气中水分含量的表示方式

a . 绝对湿度(湿度) 0.622

p H p p =-水汽

水汽

b . 饱和湿度

0.622

s

s s

p H p p =- c . 相对湿度

p ϕ=

水汽

一定温度、压力下空气中水汽分压可能达到的最大值

s ()

p p ≤s /p p 水汽s ()

p p >/p p 水汽=

② 湿空气温度的表示方式

a . 干球温度t ：简称温度，指空气的真实温度，可直接用一般温度计测量。

b . 露点温度t d ：在总压不变的条件下，不饱和湿空气等湿降温．．．．至饱和状态时的温度。

c . 绝热饱和温度t as ： 指少量空气与大量水经长时刻绝热接触后达到的稳固温度。

d. 湿球温度t w ：指大量空气与少量水经长时刻绝热接触后达到的稳固温度。

e. 湿空气的四种温度间的关系

不饱和湿空气：()d W as t t t t >>

饱和湿空气：()d W as t t t t ==

③ 湿空气的比热容(湿比热容)c pH ：将1kg 干空气和其所带的H kg 水汽的温度升高1℃所需的热量，单位 kJ/(kg ∙℃)。

pH 1.01 1.88c H =+

④ 湿空气的焓I ：指1kg 干气及所带的H kg 水汽所占的整体积，单位m 3/kg 干气。

(1.01 1.88) 2 500I H t H =++ ⑤ 湿空气的比体积：指1kg 干气及所带的H kg 水汽所占的整体积，单位m 3/kg 干气。

常压下温度为t ℃、湿度为H 的湿空气的比体积为

)273)(1056.41083.2(33H +⨯+⨯=--t H v

(2) 湿度图

湿空气的各类性质之间存在着必然的函数关系，这些关系除可用前面介绍的公式表示外，还可用湿空气的性质图来表示。在总压一按时，湿空气仅有两个独立的性质参数。从形式上看，经常使用的有焓I —湿度H 图、温度t —湿度H 图。

(3) 水分在气固两相间的平稳 ① 湿物料中水分含量的表示方式

湿基含水量

w =

湿物料中水分的质量

湿物料总质量

kg 水/kg 湿料

干基含水量

量

湿物料中绝干物料的质湿物料中水分的质量=X kg 水/kg 绝干料

二者关系

X X w +=

1 w

w

X -=1 ② 相对湿度曲线

1.0

相对湿度φ

X max

X X t

图14-2 相对湿度曲线

③ 平稳水分、自由水分、结合水分、非结合水分间的不同(表14-1)

表14-1 物料中四种水分间的不同

3. 干燥速度与干燥进程计算 (1) 物料在定态条件下的干燥速度

① 干燥速度： 指单位时刻、单位面积(气固接触界面)被汽化的水量，即

τ

τAd dX G Ad dW

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；

W ——汽化的水分量，kg 。 ② 干燥速度曲线

自由含水量X

干燥速率N A (k g .m -2.s -1)

图14-3 干燥速度曲线

③ 各时期特点 a . 恒速段 )()()(H H k t t r N w H w w

C A -=-=

α

＝常量

物料表面温度等于．．

湿空气的湿球温度t w ； 恒速干燥时期为表面汽化操纵； 在该时期除去的水分为非结合水分；

恒速干燥时期的干燥速度与空气的状态有关，与物料的种类无关。 b . 降速段

随着干燥时刻的延长，干基含水量X 减小，干燥速度降低，物料表面温度慢慢升高； 物料表面温度大于湿空气的湿球温度； 除去的水分既有非结合水，也有结合水；

降速干燥时期的干燥速度与物料种类、结构、形状及尺寸有关，而与空气状态关系不大。 ④ 临界含水量

由恒速时期转为降速时期的点称为临界点，所对应湿物料的含水量称为临界含水量； 降低物料厚度，临界含水量X c ↓； 物料越细，X c ↑；

等速干燥时期的干燥速度(N A )C 越大，X c ↑。 (2) 间歇干燥进程的计算 恒速段 11()c c

A C G X X A N τ-=

⋅

降速段

2c c 2A

d X X G X

A N τ=-⎰ 降速段的近似计算法

*

2*c X c 2ln X X X X AK G --=τ (X ——干基含水量) A X

*c ()C

N K X X =- c c 2X 2ln G X AK X τ= (X ——自由含水量) A X c

()

C N K X =

(3) 干燥进程的物料衡算与热量衡算

V ,t ,H 2,I 2产品

G c ,X 1,θ1,G c ,X 2,θ2,干燥器

1I '

2

I '

图14-4 干燥流程示用意

① 物料衡算 绝干物料量

c 1122(1)(1)G G w G w =-=-

或

12

c 12

11G G G X X =

=

++ 蒸发水分量 c 12112212()W G X X G w G w G G =-=-=- 或

2120()()W V H H V H H =-=-

干空气质量流量 0

212H H W

H H W V -=

-=

比空气用量 2120

11

V l W H H H H =

==

-- 实际空气(新鲜空气)质量流量 0'(1)V V H =+ kg 湿空气/s

风机的风量

273101.3

(0.773 1.244)

273V H t q Vv V H p

+==+⨯ m 3湿空气/s 式中t 、H 是风机所在位置空气的干球温度与湿度。

干燥产品质量流量 )1/()1(2112w w G G --=

② 预热器的热量衡算

1P 10pH 10()()Q V I I Vc t t =-=- 11112500)88.101.1(H t H I ++= 0

0002500)88.101.1(H t H I ++=