化工原理第09章干燥

第九章干燥第一节概述一、去湿的方法分类：干燥——在化工中，某些固体原料、半成品、成品常含有一定水分或其它溶液（湿分）需要除去。

干燥往往紧跟在蒸发、结晶、过滤、离心分离等操作过程之后的操作。

1、机械去湿法——用压滤、抽滤、过滤和离心分离等方法来除去湿分。

适用：不需要将湿分完全除去的情况。

2、化学去湿法——用生石灰、浓硫酸、无水氯化钙等吸湿性物料来除去湿分。

适用：小批量固体物料的去湿或除去气体中水分的情况。

去湿费用高、操作麻烦。

去湿效果好。

3、热能去湿法——用热能使湿分从物料中汽化，并排除所生成的蒸汽来除去湿分。

适用：相当完全地除去物料中的湿分。

二、按热能传给湿物的方式分类：1、传导干燥（间接加热干燥）——载热体（加热蒸汽）将热能以传导的方式通过金属壁传给湿物料。

2、对流干燥（直接加热干燥）——载热体（干燥介质）将热能以对流的方式传给与其直接接触的湿物料。

干燥介质——常用热空气。

并带走水蒸汽。

3、辐射干燥——热能以电磁波形式由辐射器发射，射至湿物料表面被其吸收再转变为热能，将水分加热激化而达到干燥的目的。

4、介电加热干燥——将需要干燥的物料置于高频电场内，由于高频电场的交变作用使物料加热而达到干燥的目的。

高频加热——电场的频率低于300MHz超高频加热（微波加热）——电场的频率300MHz~300GHz之间。

常用微波加热——电场的频率915MHz和2450GHz两种。

5、干燥过程●工业上应用最普遍的干燥——对流干燥●通常使用干燥介质——热空气●湿物料中被除去的湿分是——水分●干燥过程——属于传质和传热相结合的过程●干燥速率——与传热速率有关，与传质速率有关。

（1）、干燥原理：空气经过预热升高温度后，从湿物料的表面流过。

热气流将热能传至物料事如神表面，再由表面传至物料的内部，这是一个传热过程。

与此同时，水份从物料内部以液态或气态扩散透过物料层而达到表面，然后，水汽透过物料表面的气膜而扩散至热气流的主体，这是一个传质过程。

所以，物料的干燥是属于传热和传质相结合的过程。

干燥速率既和传热速罕有关，又和传质速率有关。

（2）、干燥过程：干燥过程得以进行的条件是物料表面气膜两侧必须有压力差，即被干燥物料表面所产生的水蒸气压力必须大于干燥介质(空气)中水蒸气分压。

两者的压力差的大小表示汽化水分的推动力。

压力差越大，干燥过程的进行越迅速。

所以，必须用干燥介质及时地将汽化的水分带走，以保持一定的汽化水分的推动力。

如果压力差等于零，表示干燥介质与物料之间的水蒸气达到动态平衡，干燥过程即行停止。

三、按操作的方式来分类：干燥可分为连续式干燥、间歇式干燥。

●连续式干燥的优点：生产能力大，热效率高，劳动条件比间歇式的好，能得到较均匀的产品。

●间歇式干燥的优点：基建费用较低，操作控制方便，适用于干燥品种多、干燥时间长和批量小的物料。

因为被干燥物料的型态(溶液、浆状、育彻状、粉末状、颗粒状、块状、片状、拉丝状和薄膜状等)和性质各不相同，生产能力的大小相差悬殊，对产品的要求(含水量、粒径、溶解性能、色光和形状等)又不相同，所以，干燥器的型式多种多样第二节 干燥速率和干燥时间一、干燥速率1、干燥速率——单位时间内在单位干燥面积上汽化的水分量。

U 表示，kg/(m 2·s)用微分式表示：τAd dM U 水=式中：dM 水——物料表面上汽化的水量，kgA ——被干燥物料的表面积，m 2d τ——干燥时间，s2、影响干燥速率的因素：影响干燥速率的因素主要有三个方面：湿物料、干燥介质和干燥设备。

这三者又是互相关连的。

现就其中较为重要的影响因素讨论如下。

(1)、物料的性质和形状：包括湿物料的物理结构、化学组成、形状和大小、物料层的厚薄，以及水分的结合方式等。

在干燥第一阶段，由于物料的干燥相当于自由水面的汽化。

因此，物料的性质对干燥速率影响很小，主要受干燥介质条件的影响。

但物料的形状、大小和物料层的厚薄影响物料的临界含水量。

在干燥第二阶段，物料的性质和形状对干燥速率起决定性影响。

(2)、物料本身的温度：物料的温度越高，则干燥速率越大。

但物料的温度与干燥介质的温度和湿度有关。

（3)、物料的含水量：物料的最初、最终以及临界含水量决定干燥各阶段所需时间的长短。

(4)、干燥介质的温度和湿度：干燥介质(空气)的温度越高、湿度越低，则干燥第一阶段的干燥速率越大，但是以不损害物料为原则。

对某些热敏性物料，更应考虑选择合适的温度。

有些干燥设备采用分段中间加热方式可以避免过高的介质温度。

(5)、干燥介质的流速和流向：在干燥第一阶段，提高气速可以提高干燥速率。

介质的流动方向垂直于物料表面的干燥速率比平行时要大。

在干燥第二阶段，气速和流向对干燥速率影响很小。

(6)、干燥器的构造：上述各项因素都和干燥器的构造有关。

许多新型干燥器就是针对某些有关因素设计的。

所以，由于影响干燥速率的因素很多，目前还不能从干燥机理，得出计算干燥速率和干燥时间的公式，也没有统一的计算方法来确定干燥器的主要尺寸。

通常在小型实验装置中测定有关数据作为放大设计计算的依据。

二、恒定干燥情况下干燥时间的计算在恒定干燥情况下，物料从最初含水量X1，干燥到最终含水量X2所需的时间，可根据在相同情况下由实验测定的干燥速率曲线(如图10—15)和式(10—46)求得。

将式(10—46)写成积分式，得第三节干燥器一、对于干燥器一般要求：①、能保证产品的工艺要求。

如能达到指定的干燥程度、干燥质量均匀；有的产品要求保持结晶形状；有的要求不能龟裂变形等。

②、干燥速度快。

这样，可以减小设备尺寸，缩短干燥时间。

③、干燥器的热效率高。

在干燥操作中热能的利用是主要的技术经济指标。

④、干燥系统的流体阻力要小。

这样，可以降低输送机械的能量消耗。

⑤、操作控制方便，劳动条件良好，附属设备简单。

二、干燥器以加热方式和形状或操作条件来分类，如下所示。

干燥器：1、对流干燥器——厢式、转筒、气流、沸腾、喷雾干燥器2、传导干燥器——滚筒、冷冻、真空干燥器3、辐射干燥器——红外线干燥器4、介电加热干燥器——微波干燥器三、对流干燥器的结构和特点1、厢式干燥器（1）、结构图10—18是一台间歇操作的常压厢式干燥器，又称为盘架式干燥器，是目前还在使用的最古老的干燥器。

主要构造：一外壁绝热的厢式干燥室和放在小车支架上的放料盘。

干燥室的大小和放料盘的多少，由所处理的物料量的多少和所需的干燥面积而定。

图中放料盘分成三组，盘中物料层的厚度一般为10~100mm。

空气经加热器加热到一定温度后，被送风机吸入，沿图中箭头指示方向下行进入下部几层放料盘，再经中间加热器加热后进入中部几层放料盘，最后经另一中间加热器加热后进入最上部的几层放料盘，而后排出。

当热空气流过放料盘时，将盘内被干燥物料中的水分汽化带走，物料便被干燥。

空气的流速通常为1—10m/s，随物料的粒度而定。

空气分段加热和废气部分循环，可以使厢内空气温度均匀，提高热效率和干燥效率。

（2）、优点：构造简单，容易制造，适应性较大。

（3）、缺点：干燥不均匀；由于物料层是静止的，需要的干燥时间较长；装卸物料劳动强度大，操作条件差。

但在实验室和中小型生产中仍能长期使用。

（3）、适用：这种干燥器适用于干燥粒状、片状和膏状物料，较贵重的物料，批量小、干燥程度要求较高、不允许粉碎的易碎的脆性物料，以及随时需要改变风量、温度和湿度等干燥条件的情况。

对于热敏性、易氧化或燃烧的物料，可用厢式真空干燥器。

2．转简干燥器（1）、结构图10—19是一台用热空气直接加热的并流操作的转筒干燥器，又称为回转圆筒干燥器。

转筒干燥器的干燥室是一个倾斜角度为0.5°~0.6°的横卧旋转圆筒。

圆筒的全部重量支承在滚轮上，筒身被齿轮带动而回转。

物料从转筒较高的一端加入。

随着圆筒的转动，物料随筒壁上升至一定的高度后又受重力的作用而落下，作螺线运动前进，移动到较低的一端时，便被干燥完毕而排出。

在圆筒内壁面上装有许多与筒轴平行的抄板，它的作用是把物料抄起来又洒下，同时促使物料前移，使物料与空气的接触面积增大以提高干燥速率。

常用的抄扳如图10—20所示。

空气一般由较高一端借抽风机吸入，经空气加热器(用蒸汽加热)后进入圆筒中，与被于燥物料成并流接触，将物料中水分带走。

从圆筒的较低一端排出。

转简干燥器是连续操作的干燥器。

圆筒的转数一般为1.8r／min。

物料与空气的流向通常有并流和逆流两种，根据物料的性质和最终含水量的要求而定。

（2）、特点：并流干燥操作的特点：等速干燥阶段的干燥速率快，干燥后的物料温度低，热能利用程度高。

并流操作适用于物料含水量较高时允许快速干燥，不致发生裂纹或焦化，而干燥后物料不耐高温，吸湿性很小的物料的干燥。

逆流干燥操作的特点：干燥后物料的含水量可以降到较低的数值，干燥器内传热和传质推动力比较均匀。

逆流操作适用于在等速阶段干燥速率不宜过快，而干燥后能耐高温的物料的干燥。

装在转简内物料的体积约为转筒总体积的10％—25％。

除热空气外，对于能耐高温和不怕污染的物料可采用烟道气作干燥介质，能够得到较高的体积蒸发率[kg水/(m3·h)]和热效率。

例如，气体进口温度为227℃时，对于进口含水量较高的物料，干燥器的体积蒸发率为15kg水/(m3·h)，热效率为30％—50％；气体进口温度为527℃时，体积蒸发率为35kg水/(m3·h)，热效率为60％—80％。

为了防止粉尘飞扬，转筒干燥器内气速应较小。

对于粒径在1mm左右的物料，气速是0.3~1.0m/s；对于粒径在5mm左右的物料，气速在3m/s以下。

转筒干燥器的体积传热膜系数αa=0.12—0.24kW/(m2·K)。

转简干燥器的优点：生产能力大，气流阻力小，操作弹性大，操作方便。

转简干燥器的缺点：消耗钢材量多，基建费用较高，占地面积大。

转筒干燥器适用：干燥大量生产的散粒状或小块状物料，如无机盐结晶、硫铵、尿素、矿边、陶土和碳酸钙等物料。

国内现有的转筒干燥器，直径为0.6—2.5m，长度为2~7m，所处理物料的含水量范围为3％—50％，产品含水量可降至0.5％左右，甚至可降到0.1％。

物料在干燥器内停留时间约为5min至2h。

3．气流干燥器（1）、结构在气流干燥器中，干燥过程是利用高流速的热气流，使粉粒状的物料悬浮在气流中，在气力输送过程中实现的。

图10—21是一台直管气流干燥器。

操作时，热空气以很高的流速(约20-40m/s)，沿10—20m长的直立管向上流动。

由于物料颗粒悬浮在空气中，气固传热表面积很大，气固传热膜系数很大，物料中非结合水分很快汽化。

气流干燥器是一种干燥速率很高的干燥器。

它的优点：由于物料与空气接触的表面积大，干燥速率快；物料在干燥器中的停留时间很短，不超过5~10s，可以在很高的温度下干燥；设备紧凑，结构简单；造价低，占地面积小；操作连续而稳定，可以完全用自动控制装置来控制操作。