干燥操作技术

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• 在化工、制药、纺织、造纸、食品、农产品加工等行业, 常常需要将固体物料中的湿分除去,以便于贮藏、运输 及进一步加工,达到生产规定的要求。 • 除去固体物料中湿分的方法称为去湿。去湿的方法很多, 包括机械去湿法、吸附去湿法、热能去湿法,其中用加 热的方法使水分或其它溶剂汽化,除去固体物料中湿分 的操作,称为固体的干燥。干燥法耗能较大,工业上往 往将机械分离法与干燥法联合起来除湿,即先用机械方 法尽可能除去湿物料中的大部分湿分,然后在利用干燥 方法继续除湿。
(二)按操作方式分类
• 按干燥过程的操作方式分类,可分为连续性操作和间 歇性操作。间歇操作投资费用低,操作控制灵活方便, 适用于生产小批量、品种多、要求干燥时间较长的产 品。工业上多为连续操作,生产能力大、效率高、产 品质量均匀,劳动条件好。
(三)按操作压力分类
• 按操作过程的压力分类,可分为常压干燥和真空干燥。 真空操作温度要求低,蒸汽不易泄漏,但操作费用较 高,适用于处理热敏性、易氧化、有毒物料以及产品 要求湿分含量很低、湿分蒸汽需要回收的情况。 • 本篇将主要介绍以空气为干燥介质、湿分为水分的对 流干燥过程。
H f P, pw
当湿空气中水汽分压pw等于该空气温度下的饱和蒸汽压ps时 ,其湿度称为饱和湿度,用Hs表示。
0.622 ps HS P ps
H S f ( P, t )
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2、相对湿度百分数
在总压P一定的条件下,湿空气中水蒸气分压pw与同温度 下的饱和蒸汽压ps之比。
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三、对流干燥方法
(一)对流干燥原理
• 图1-1表示热空气与湿物料间的传热和传质的情况。在对流干燥 过程中,干燥介质(如热空气)将热量以对流方式从气相主体传 递到固体表面,物料表面上的湿分即行气化,水气由固体表面向 气相扩散;与此同时,由于物料表面上湿分气化,使得物料内部 和表面间产生湿分差,因此物料内部的湿分以气态或液态的形式 向表面扩散。可见对流干燥过程是传质和传热同时进行的过程。 干燥介质既是载热体又是载湿体。
5、湿空气的焓 I
H
湿空气中1 kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。
I H I g HIV
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I H C g t HC v t Hr0
Cg HCv t Hr0


(1.01 1.88H )t 2490H
6、干球温度t和湿球温度 t
1)干球温度
tas (t ) td
t t as (t ) t d
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(二)湿度图及其应用 1、H-I图
当总压一定时,表明湿空气性质的
各项参数(t,p,φ,H,I,tw等),只要规定 其中任意两个相互独立的参数,湿 空气的状态就被确定。工程上为方 便起见,将各参数之间之间的关系 制成算图-湿度图。 湿度图上共有五条线:等湿线;等 焓线;等干球温度线;等相对湿度 线和水蒸汽分压线
的其他参数和性质
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A A
td
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A
%
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二、物料中所含水分的性质
(一)物料中含水量的表示方法
1、湿基含水量
• 湿物料中所含水分的质量分率称为湿物料的湿基含水量。 kg/kg湿物料
2、干基含水量
• 不含水分的物料通常称为绝对干料.湿物料中的水分的质量与绝对 干料质量之比,称为湿物料的干基含水量。
• 4、干燥器的基本计算;
• 5、干燥操作分析
• 6、干燥设备的结构、特点、及操作技术。
化工单元操作技术
一、湿空气的性质
干燥操作技术
任务二 干燥过程分析
二、物料中所含水分的性质
三、干燥过程的物料衡算 四、干燥过程的热量衡算 五、干燥速率和干燥时间
2013-9-12
一、湿空气的性质
(一)湿空气状态参数
用普通温度计测得的湿空气的真实温度 2)湿球温度 湿球温度计在温度为t,湿度为H的不饱和空气流中,达 到平衡或稳定时所显示的温度。
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t
tw

大量的 湿空气 t, H
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tw
大量的 湿空气 t, H Q,

t
N,kH
表面水的 分压高
水向空气 主体传递
蒸发时 需要吸热
自身降温
• 化工生产中以连续操作的对流干燥应用最为普遍,干燥介质可以 是不饱和热空气、惰性气体及烟道气,要除的湿分为水或其它化 学溶剂。
图1-2对流干燥流程示意图
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四、干燥操作应掌握的知识和能力
• 1、湿空气的有关性质及其对干燥过程的影响; • 2、湿物料中水分的性质及其对干燥过程的影响;
• 3、干燥速率及其影响因素,提高干燥速率的方法;
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(二)对流干燥的条件
• 干燥进行的必要条件是物料表面的水气的压强必须大 于干燥介质中水气的分压,在其它条件相同的情况下, 两者差别越大,干燥操作进行得越快。
• 所以干燥介质应及时地将产生的水气带走,以维持一
定的传质推动力。若压差为零,则无水分传递,干燥
操作即停止进行。
• 由此可见,干燥速率由传热速率和传质速率所支配。
pw 100% ps
相对湿度代表湿空气的不饱和程度,Ф愈低,表明该空气 偏离饱和程度越远,干燥能力越大。φ=1,湿空气达到饱 和,不能作为干燥介质。
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pw pw 100% 代入 H 0.622 将 P pw ps
p s H 0.622 P p s
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• 物料中非结合水分与物料的结合力弱,其蒸汽压与同温度下纯水
的饱和蒸汽压相同,因此,干燥过程中除去非结合水分较容易。 •在一定温度下,由实验测定
的某物料的平衡曲线,将该
平衡曲线延长与 =100%的纵 轴相交,交点以下的水分为 该物料的结合水分,因其蒸 汽压低于同温下纯水的饱和 蒸汽压。交点以上的水分为 非结合水分
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(三)对流干燥流程
• 图1-2为对流干燥流程示意图。空气经预热器加热到适当温度后, 进入干燥器,与进入干燥器的湿物料相接触,干燥介质将热量以 对流方式传递给湿物料,湿物料中湿分被加热汽化为蒸气进入干 燥介质中,使得干燥介质中湿分含量增加,最后以废气的形式排 出。湿物料与干燥介质的接触可以是逆流、并流或其它方式。
kg/kg干物料
两者的关系:
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X
W 1W
W
X 1 X
(二)物料中水分的性质
1、结合水分与非结合水分
• 结合水分 包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分、及 以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。这种水分是籍化 学力或物理化学力与物料相结合的,由于结合力强,其蒸汽压低 于同温度下纯水的饱和蒸汽压,致使干燥过程的传质推动力降低, 故除去结合水分较困难。 • 非结合水分 包括机械地附着于固体表面的水分,如物料表面的 吸附水分、较大孔隙中的水分等。物料中非结合水分与物料的结 合力弱,其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同,因此,干 燥过程中除去非结合水分较容易。 • 物料所含结合水分或非结合水分的量仅取决于物料本身的性质, 而与干燥介质状况无关。
在总压一定时
f T , H
3、比容 v
H
在湿空气中,1kg绝干空气体积和相应水汽体积之和, 又称湿容积。
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m3绝干空气 m3水汽 vH kg绝干气
273 t 1.013 105 1 H vH 22.4 273 P 29 18
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(二)干燥过程案例
1、聚氯乙烯的生产
• 聚氯乙烯悬浮聚合 的典型工艺流程如 图所示。反应并脱 水后的树脂具有一 定含水量,经螺旋 输送器送入气流干 燥管,140~150℃ 热风为载体进行第 一段干燥,出口树 脂含水量小4%; 再送入以120℃热 风为载体的沸腾床 干燥器中进行第二 段干燥,得到含水 量小于0.3%的聚氯 乙烯树脂。再经筛 分、包装后入库。
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2、湿度图的应用
1)由测出的参数确定湿空气的状态 a)水与空气系统,已知空气的干球温度t和湿球温度tw,确 定该空气的状态点A(t,H)。
b)水与空气系统中,已知t和td,求原始状态点A(t,H)。
c)水与空气系统中,已知t和φ,求原始状态点A的位置
2)已知湿空气某两个可确定状态的独立变量,求该湿空气
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8、露点 t
dห้องสมุดไป่ตู้
将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度 相应的湿度称为饱和湿度 H
s ,t d
H s ,t d 0.622
ps , t d P ps , t d
ps , t d
H s,t d P 0.622 H s,t d
HP 0.622 H
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水蒸汽~空气系统,干球温度、绝热饱和温度和露点间的 关系 不饱和空气:t 饱和空气:
情境四
干燥操作技术
任务一:了解干燥过程 任务二:干燥过程分析 任务三:干燥设备 任务四:干燥单元设备操作
2013-9-12
干燥操作技术
任务一 了解干燥过程
一、干燥过程案例 二、干燥操作分类
三、对流干燥方法
四、蒸发操作应掌握的知识和能力
2013-9-12
一、干燥过程案例
(一)干燥过程在化工生产中的应用
1、湿度H 湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比 ,又称湿含量。
nw M w 湿空气中水汽的质量 H 湿空气中绝干空气的质量 n g M g
对于水蒸气~空气系统:
18 nw 0.622n w H 29 ng ng
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nw pw ng P pw
pw H 0.622 P pw
水分向空 绝热 空气降 气中汽化 温增湿 变 焓 不
t as
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饱和
r0 tas t ( H as H ) cH
tas f t , H 是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到
的极限冷却温度。
对于空气~水系统, cH

kH
tas t
注意:绝热饱和温度于湿球温度的区别和联系!
图5-3 高塔喷雾干燥法生产洗衣粉工艺流程 1-高压泵;2-二次风机;3-热风炉;4-喷粉塔; 5-旋风分离器;6-尾风机;7、10-皮带输送机; 8-风送分离器;9-振动筛;11-袋式过滤器;12-引风机
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二、干燥操作分类
(一)按照热能供给湿物料的方式可分为:
• 1、传导干燥 热能通过传热壁面以传导方式传给物料,产生的 湿分蒸汽被气相(又称干燥介)质)带走,或用真空泵排走。例如纸 制品可以铺在热滚筒上进行干燥。 • 2、对流干燥 使干燥介质直接与湿物料接触,热能以对流方式 加入物料,产生的蒸汽被干燥介质带走。 • 3、辐射干燥 由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物体的 表面,为物料吸收而重新变为热能,从而使湿分气化。例如用红 外线干燥法将自行车表面油漆烘干。 • 4、介电加热干燥 将需要干燥电解质物料置于高频电场中,电 能在潮湿的电介质中变为热能,可以使液体很快升温气化。这种 加热过程发生在物料内部,故干燥速率较快,例如微波干燥食品。 化工单元操作技术
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2、洗衣粉的生产
• 高塔喷雾干燥法生产洗衣 粉的工艺流程如图5-3所示。 配制好的料浆用高压泵1以 3~8MPa的压力通过喷嘴在 喷粉塔4内雾化成微小的液 滴,而干净的空气经热风 炉3加热后送至喷粉塔4的 下部,液滴和热空气在塔 内相遇进行热交换而被干 燥成颗粒状洗衣粉,再经 风送老化,由振动筛9筛分 后作为基础粉去后配料。
273 t 1.013 105 0.772 1.244 H 273 P 4、比热 c H
常压下,将湿空气1Kg绝干空气及相应水汽的温度升高
(或降低)1℃所需要(或放出)的热量,称为湿比热。
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cH cg Hcv
cH 1.01 1.88H
cH f H
湿球温度的工程意义:在干燥过程中恒速干燥阶段时 湿球温度即是湿物料表面的温度。 化工单元操作技术
t t
k H rt

( H s ,t H )
t f t , H

H t t 时, H s,t
在一定的总压下,已知t、tw能否确定H?
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7、绝热饱和冷却温度 t as
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2、平衡水分与自由水分
• 根据物料在一定的干燥条件下,其中所含水分能否用 干燥方法除去来划分,可分为平衡水分与自由水分。 • 平衡水分 物料中所含有的不因和空气接触时间的延长 而改变的水分,这种恒定的含水量称为该物料在一定
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