干燥单元操作
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H1,H2---热空气进.出干燥器的湿度 干燥过程中，湿物料汽化的水分全部
进入热空气流，由上式：
W=Gc(X1-X2)=L(H2-H1) W L= H 2 H1
L W H2 H1
干燥操作中，空气的消耗量只与空气的最 初和最终湿度有关，而与过程无关。
实际生产中，已知干燥前后湿物料量G1， G2及相应的湿基含水量w1和w2。将前式w1和w2 换算成X1和X2，然后求绝干物料量：
P PW
100 4
查得 30℃时水的饱和蒸气压 Ps1=4.246Kpa
相对湿度为：Ψ = Pw × 100%= 4 ×100%=94.21%
PS
4.246
由计算可知:此时湿空气不具备吸湿能力.
又查得道多 80℃时水的饱和蒸气压 Ps2=47.37Kpa
相对湿度为: Ψ = Pw × 100%= 4 ×100%=8.44%
PS
47.37
加热到 80℃后,湿空气的相对湿度显著下降,其吸湿能力大
大增加。
第三节 干燥过程的物料衡算
物料衡算要解决的问题: 1.求干燥过程中的水分蒸发量W 。 2.求干燥过程中的空气消耗量L 。
一. 湿物料中含水量的表示方法:
有两种:湿基含水量w和干基含水量X 1. 湿基含水量:w 定义:单位质量湿物料中所含水分的质量, 称为湿物料的湿基含水量。
3．对流干燥的条件：
必要条件：物料表面水汽分压必须 大于干燥介质中水汽分压。
两者的压差越大，干燥进行得越快， 所以干燥介质应及时地将汽化的水汽带 走，以便保持一定的传质推动力。若压 差为零，干燥操作也就停止了。
热空气在干燥过程中既是载热体 （提供热）又是载湿体（接受水汽并带 走水汽），干燥是传热和传质相结合的 过程。
单位：kg(水 )/kg(湿物料） w= 湿物料中水分的质量
湿物料的总质量
2 干基含水量：X
定义：指单位绝干物料中所含水分 的质量。用X表示。
单位: kg（水）/kg（干料）
湿物料中水分的质量
X 湿物料的总质量质量 湿物料中水分的质量 =
湿物料中水分的质量
= 湿物料中绝干物料
两种换算之间的关系：
2．对流干燥原理（干燥过程分析）
热空气干燥湿物料
干燥原理
热空气将热能以对流的方式传到湿物料 表面,再由表面传到物料内部,这是一个传热 过程;物料表面的湿分由于受热汽化,使物料 内部和表面之间产生浓度差。因此,物料内 部的湿分以液态或气态的形式向表面扩散, 然后气化后的水蒸气再通过物料表面扩散 到气流主体,这是传质过程。干燥是传热和 传质同时进行的过程,两者相互联系。干燥 过程的速率同时由传热速率和传质速率决 定。
CH = Cg + HCw Cg------绝干空气比热 Cw------水汽比热
KJ/kg干气k
六 湿空气的焓：IH
定义：1公斤绝干空气的焓值与其所 带有的H公斤水汽的焓值之和。
IH = Ig + HIw Ig---绝干空气的焓值 KJ/kg干气 Iw---水汽的焓值 KJ/kg干气
七 干球温度：t
X= w 1 w
w X 1 X
例1 某车间测得100kg湿尿 素中含水25kg，试用干基含 水量和湿基含水量分别表示 此湿尿素水分的浓度。
解：湿基含水量：
湿物料中所含水分的质量
w
湿物料总质量
25 0.25kg水 / kg湿料 100
湿物料所含水分的质量
X
绝干物料量
25 0.33kg / kg干料 100 25
Gc=G1(1-w1)=1000(1-0.1)=900kg 绝干料/h 水分蒸发量 W
W=Gc(X1-X2)=900(0.111-0.0204)=81.5kg/h
(2) 空气消耗量：L
L W
81.5
H 2 H1 0.05 0.008
1940k g绝干气 / h
(3)干燥产品量: G2 G1 W 1000 81.5 918.5k g / h
干燥
化工单元操作
主要培训内容
干燥及干燥原理 湿空气的性质 干燥过程的物料衡算 干燥速率及其影响因素
第一节 干燥及干燥原理
一.定义及分类: 1.定义:干燥是利用加热的方法除
去固体物料中湿分(水分或其他液 体)的单元操作。
2. 分类：
（1) 按操作压强不同分: 常压干燥： 真空 干燥：适用于处理热过敏性，易氧化 或要求产品含湿量很低的物料。
相对湿度可以用来衡量湿空气的不饱和 程度。当Ψ=100%时，Pw=Ps表示湿空气已 被水汽饱和。当Pw 〈 Ps时， Ψ〈100%， 湿空气中的水汽均未达到饱和，不饱和 空气才能作为干燥介质。
Ψ=0表示湿空气中不含水分,此时为干空 气。
Ψ值越低，表示该空气偏离饱和程度越 远，干燥能力越大。所以空气的湿度H仅 表示其中水蒸气的绝对含量。
p----水蒸气的分压,Pa; P---湿空气的总压,Pa
由上式可知:湿空气的湿度与总压及水蒸气的分压有关.。
三．相对湿度：Ψ
相对湿度：在一定的总压下，湿空 气中水蒸气分压与同温度下的水的 饱和蒸气压之比称为相对湿度。
pw Ψ = ps × 100%
Pw----湿空气中水气的分压 Ps----水的饱和蒸气压
辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射至 湿物料表面，被湿物料吸收后再转变为热能将湿 物料中湿分汽化并除去。
二. 对流干燥流程及原理：
1．干燥流程：
干燥器
空气
料
湿物料
如图所示，空气由预热器加热至一定温度后进入干
燥器，与进入干燥器的湿物料相接触，空气将热量以对 流传热的方式传给湿物料，湿物料表面水分被加热汽化 成蒸气，然后扩散到空气，最后由干燥器的另一端排出。 空气与湿物料在干燥器内的接触可以是并流；逆流或其 他方式。
二 物料衡算：
对流干燥物料衡算图
设计过程稳定，各种漏损忽略不计， 过程中绝干物料及绝干空气量不变，以 单位时间为基准，对水分进行衡算。
GcX1+LH1=GcX2+LH2
Gc------绝干物料的质量流量 kg/h L-----绝干空气的质量流量 kg/h W-----干燥过程中水分蒸发量 kg/h X1,X2---湿物料进.出干燥器的干基含水 量
(1)水分蒸发量
(2)空气消耗量
(3)干燥产品量
解:(1)水分蒸发量:W
先将物料的湿基含水量换算成干基含水量:
x1
w1 1 w1
0.1 1 0.1
0.111kg水 /
kg绝干料
X2
w2 1 w2
0.02 1 0.02
0பைடு நூலகம்0204 kg水 / kg绝干料
进入干燥器的绝干物料量为:
绝干空气的质量之比，称为空气 的湿度。或称含湿量。
湿空气中水蒸气的质量 H= 湿空气中绝干空气的质 量
MVnv 18 nv = Mgng = 29 ng
式中：H---空气的湿度，kg 水汽/kg 绝干气 Mg---绝干空气的分子量 kg/kmol
Mv-----水蒸气的分子量 kg/kmol ng-----绝干空气的千摩尔数，kmol nv----------水蒸气的千摩尔数,kmol
第二节 湿空气的性质
作为干燥介质的热空气，在干燥过程 中不断从湿物料中获取水分，成为空气 和水蒸气的混合物，称为湿空气。
由于在干燥过程中，湿空气的水含量 是不断变化的,但绝干空气的质量是不变 的，为方便起见，湿空气的各项参数都 是以单位质量的绝干空气为基准的。
一. 湿空气的基本性质：
由于干燥设备一般为常压操作。因此，理想 气体的有关定律适用于湿空气。
(2)空气消耗量?
(3)如产品收率为95%,求干燥产品量?
解:(1)水分蒸发量W:
X1
w1 1 w1
0.4 1 0.4
0.667
X2
w2 1 w2
0.05 0.0526 1 0.05
进入干燥器的绝干物料量 :
GC G1(1 w1) 1000(1 0.4) 600kg / h
定义：用普通温度计测得的湿空 气真实温度，称干球温度。简称温 度。
单位：K 或 °C
例1：当总压力为100Kpa时，湿 空气的温度为30℃，水气分压 为4Kpa。求该湿空气的湿度和 相对湿度？如将湿空气加热至 少80℃，再求其相对湿度？
解：求空气的湿度： Pw=4Kpa P=100Kpa
H=0.622 PW =0.622 4 =0.02651kg(水汽)/kg(干气)
相对湿度Ψ值才能反映出湿空气吸收水 汽的能力。
四 湿空气的比容：VH
定义：1kg绝干空气和其所带有的 Hkg水 汽所占的容积。
VH = Vg + HVw 单位：m3/kg干气
Vg-------干空气的比容 Vw-----水汽的比容
五 湿空气的比热：
定义：常压下，1公斤干空气和其所带 有的H公斤水汽升高温度为1K所需 的热量。
解:已知:w1=6%; w2=0.3%
X1
w1 1 w1
0.06 1 0.06
0.0638kg(水) / kg(绝干物料)
X2
w2 1 w2
0.003 1 0.003
0.003kg(水) / kg(绝干物料)
Gc=G2(1-w2) =5000(1-0.003)=4985kg/h
Gc=G1(1-w1)=G2(1-w2) 干燥产品量=湿物料量-水分蒸发量
即： G2= G1 – W G1---进入干燥器的湿物料量，kg/h G2---出干燥器的产品质量, kg/h
例 ：聚氯乙烯树脂的湿基含量
为6%,干燥后产品中的湿基含 水量为0.3%,干燥产品量为 5000kg/h,求树脂在干燥器中蒸 发的水分量?
湿空气是干空气和水汽的二元混合气。根 据道尔顿分压定律： P湿总 = Pg + Pw
Pw
Pw
nw
Pg
P Pw
ng
nw 湿空气中水汽
ng 绝 干 空 气 的 摩
Pw 水汽的分 压
Pg 干空气的 分压
P 湿空气的总压
二.湿度 H： 定义:湿空气中所含的水蒸气的质量与
（2) 按操作方法分： 间歇式干燥：小批量，多品种或要求干燥 时间长的物料。 连续式干燥：生产能力大，热效率高及劳动 条件好。
(3) 按传热方式分：
传导干燥：湿物料与加热介质不直接接触，热量 以传导方式通过固体壁面传给湿物料。此法热能 利用率高，但物料温度不易控制，易过热。
对流干燥：热量通过干燥介质（热空气）以对流 方式传给湿物料，此过程干燥介质与湿料直接接 触，干燥介质供给湿物料汽化所需的热量。并带 走汽化后的湿分蒸气。所以，干燥介质在干燥过 程中既是载热体又是载湿体。
W=Gc(X1-X2) =4985(0.0638-0.003) =303kg(水)/h
例2 在连续的干燥器中，每小时处理湿 物料1000公斤，经干燥后物料的含水量 由10%降到2%（均为湿基）。以热空气 为干燥介质，初始湿度H1为 0.008kg(水)/kg绝干气,离开干燥器时湿 度H2=0.05kg(水)/kg绝干气,假设干燥过 程中无物料损失,求:
例 : 某连续干燥器，每小时处理湿物料 1000公 斤，经干燥后物料的含水量由 40%减至5%（均为湿基），干燥介质为 热空气流，初始温度为20°C时的 H1=0.009kg水/kg干气,经预热到120 °C 后进入干燥器,离开干燥器温度为40 °C 时,H2=0.039kg水/kg干气,求:
(1)水分蒸发量?
因为常压下，湿空气可视为理想气体，由分压定律可知，
理想气体混合物中各组分的摩尔比等于分压比，上式可写成
18 nv
H = 29 ng
=
18 pw 0.622 pw
29(P pw )
P pw
当湿空气中水气分压等于同温度下水的饱和蒸气压时,其
湿度为饱和湿度:
ps
Hs = 0.622 P p s
W GC ( X1 X 2 ) 600(0.667 0.0526) 368.6kg / h
(2)空气消耗量L
L
W
368.6
H 2 H1 0.039 0.009
12288k g / h
(3)干燥产品量G2
G2 G1 W 1000 368.6
631.4k g / h
实际产品量
理论产量 100%
实际产量 631.4 95% 600k g / h
第四节 干燥速率及其影响因素
一.干燥速率的定义:
定义:单位时间内在单位干燥面积上被干燥物料 所能汽化的水分质量,称为干燥速率。 用微分表示：
进入热空气流，由上式：
W=Gc(X1-X2)=L(H2-H1) W L= H 2 H1
L W H2 H1
干燥操作中，空气的消耗量只与空气的最 初和最终湿度有关，而与过程无关。
实际生产中，已知干燥前后湿物料量G1， G2及相应的湿基含水量w1和w2。将前式w1和w2 换算成X1和X2，然后求绝干物料量：
P PW
100 4
查得 30℃时水的饱和蒸气压 Ps1=4.246Kpa
相对湿度为：Ψ = Pw × 100%= 4 ×100%=94.21%
PS
4.246
由计算可知:此时湿空气不具备吸湿能力.
又查得道多 80℃时水的饱和蒸气压 Ps2=47.37Kpa
相对湿度为: Ψ = Pw × 100%= 4 ×100%=8.44%
PS
47.37
加热到 80℃后,湿空气的相对湿度显著下降,其吸湿能力大
大增加。
第三节 干燥过程的物料衡算
物料衡算要解决的问题: 1.求干燥过程中的水分蒸发量W 。 2.求干燥过程中的空气消耗量L 。
一. 湿物料中含水量的表示方法:
有两种:湿基含水量w和干基含水量X 1. 湿基含水量:w 定义:单位质量湿物料中所含水分的质量, 称为湿物料的湿基含水量。
3．对流干燥的条件：
必要条件：物料表面水汽分压必须 大于干燥介质中水汽分压。
两者的压差越大，干燥进行得越快， 所以干燥介质应及时地将汽化的水汽带 走，以便保持一定的传质推动力。若压 差为零，干燥操作也就停止了。
热空气在干燥过程中既是载热体 （提供热）又是载湿体（接受水汽并带 走水汽），干燥是传热和传质相结合的 过程。
单位：kg(水 )/kg(湿物料） w= 湿物料中水分的质量
湿物料的总质量
2 干基含水量：X
定义：指单位绝干物料中所含水分 的质量。用X表示。
单位: kg（水）/kg（干料）
湿物料中水分的质量
X 湿物料的总质量质量 湿物料中水分的质量 =
湿物料中水分的质量
= 湿物料中绝干物料
两种换算之间的关系：
2．对流干燥原理（干燥过程分析）
热空气干燥湿物料
干燥原理
热空气将热能以对流的方式传到湿物料 表面,再由表面传到物料内部,这是一个传热 过程;物料表面的湿分由于受热汽化,使物料 内部和表面之间产生浓度差。因此,物料内 部的湿分以液态或气态的形式向表面扩散, 然后气化后的水蒸气再通过物料表面扩散 到气流主体,这是传质过程。干燥是传热和 传质同时进行的过程,两者相互联系。干燥 过程的速率同时由传热速率和传质速率决 定。
CH = Cg + HCw Cg------绝干空气比热 Cw------水汽比热
KJ/kg干气k
六 湿空气的焓：IH
定义：1公斤绝干空气的焓值与其所 带有的H公斤水汽的焓值之和。
IH = Ig + HIw Ig---绝干空气的焓值 KJ/kg干气 Iw---水汽的焓值 KJ/kg干气
七 干球温度：t
X= w 1 w
w X 1 X
例1 某车间测得100kg湿尿 素中含水25kg，试用干基含 水量和湿基含水量分别表示 此湿尿素水分的浓度。
解：湿基含水量：
湿物料中所含水分的质量
w
湿物料总质量
25 0.25kg水 / kg湿料 100
湿物料所含水分的质量
X
绝干物料量
25 0.33kg / kg干料 100 25
Gc=G1(1-w1)=1000(1-0.1)=900kg 绝干料/h 水分蒸发量 W
W=Gc(X1-X2)=900(0.111-0.0204)=81.5kg/h
(2) 空气消耗量：L
L W
81.5
H 2 H1 0.05 0.008
1940k g绝干气 / h
(3)干燥产品量: G2 G1 W 1000 81.5 918.5k g / h
干燥
化工单元操作
主要培训内容
干燥及干燥原理 湿空气的性质 干燥过程的物料衡算 干燥速率及其影响因素
第一节 干燥及干燥原理
一.定义及分类: 1.定义:干燥是利用加热的方法除
去固体物料中湿分(水分或其他液 体)的单元操作。
2. 分类：
（1) 按操作压强不同分: 常压干燥： 真空 干燥：适用于处理热过敏性，易氧化 或要求产品含湿量很低的物料。
相对湿度可以用来衡量湿空气的不饱和 程度。当Ψ=100%时，Pw=Ps表示湿空气已 被水汽饱和。当Pw 〈 Ps时， Ψ〈100%， 湿空气中的水汽均未达到饱和，不饱和 空气才能作为干燥介质。
Ψ=0表示湿空气中不含水分,此时为干空 气。
Ψ值越低，表示该空气偏离饱和程度越 远，干燥能力越大。所以空气的湿度H仅 表示其中水蒸气的绝对含量。
p----水蒸气的分压,Pa; P---湿空气的总压,Pa
由上式可知:湿空气的湿度与总压及水蒸气的分压有关.。
三．相对湿度：Ψ
相对湿度：在一定的总压下，湿空 气中水蒸气分压与同温度下的水的 饱和蒸气压之比称为相对湿度。
pw Ψ = ps × 100%
Pw----湿空气中水气的分压 Ps----水的饱和蒸气压
辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射至 湿物料表面，被湿物料吸收后再转变为热能将湿 物料中湿分汽化并除去。
二. 对流干燥流程及原理：
1．干燥流程：
干燥器
空气
料
湿物料
如图所示，空气由预热器加热至一定温度后进入干
燥器，与进入干燥器的湿物料相接触，空气将热量以对 流传热的方式传给湿物料，湿物料表面水分被加热汽化 成蒸气，然后扩散到空气，最后由干燥器的另一端排出。 空气与湿物料在干燥器内的接触可以是并流；逆流或其 他方式。
二 物料衡算：
对流干燥物料衡算图
设计过程稳定，各种漏损忽略不计， 过程中绝干物料及绝干空气量不变，以 单位时间为基准，对水分进行衡算。
GcX1+LH1=GcX2+LH2
Gc------绝干物料的质量流量 kg/h L-----绝干空气的质量流量 kg/h W-----干燥过程中水分蒸发量 kg/h X1,X2---湿物料进.出干燥器的干基含水 量
(1)水分蒸发量
(2)空气消耗量
(3)干燥产品量
解:(1)水分蒸发量:W
先将物料的湿基含水量换算成干基含水量:
x1
w1 1 w1
0.1 1 0.1
0.111kg水 /
kg绝干料
X2
w2 1 w2
0.02 1 0.02
0பைடு நூலகம்0204 kg水 / kg绝干料
进入干燥器的绝干物料量为:
绝干空气的质量之比，称为空气 的湿度。或称含湿量。
湿空气中水蒸气的质量 H= 湿空气中绝干空气的质 量
MVnv 18 nv = Mgng = 29 ng
式中：H---空气的湿度，kg 水汽/kg 绝干气 Mg---绝干空气的分子量 kg/kmol
Mv-----水蒸气的分子量 kg/kmol ng-----绝干空气的千摩尔数，kmol nv----------水蒸气的千摩尔数,kmol
第二节 湿空气的性质
作为干燥介质的热空气，在干燥过程 中不断从湿物料中获取水分，成为空气 和水蒸气的混合物，称为湿空气。
由于在干燥过程中，湿空气的水含量 是不断变化的,但绝干空气的质量是不变 的，为方便起见，湿空气的各项参数都 是以单位质量的绝干空气为基准的。
一. 湿空气的基本性质：
由于干燥设备一般为常压操作。因此，理想 气体的有关定律适用于湿空气。
(2)空气消耗量?
(3)如产品收率为95%,求干燥产品量?
解:(1)水分蒸发量W:
X1
w1 1 w1
0.4 1 0.4
0.667
X2
w2 1 w2
0.05 0.0526 1 0.05
进入干燥器的绝干物料量 :
GC G1(1 w1) 1000(1 0.4) 600kg / h
定义：用普通温度计测得的湿空 气真实温度，称干球温度。简称温 度。
单位：K 或 °C
例1：当总压力为100Kpa时，湿 空气的温度为30℃，水气分压 为4Kpa。求该湿空气的湿度和 相对湿度？如将湿空气加热至 少80℃，再求其相对湿度？
解：求空气的湿度： Pw=4Kpa P=100Kpa
H=0.622 PW =0.622 4 =0.02651kg(水汽)/kg(干气)
相对湿度Ψ值才能反映出湿空气吸收水 汽的能力。
四 湿空气的比容：VH
定义：1kg绝干空气和其所带有的 Hkg水 汽所占的容积。
VH = Vg + HVw 单位：m3/kg干气
Vg-------干空气的比容 Vw-----水汽的比容
五 湿空气的比热：
定义：常压下，1公斤干空气和其所带 有的H公斤水汽升高温度为1K所需 的热量。
解:已知:w1=6%; w2=0.3%
X1
w1 1 w1
0.06 1 0.06
0.0638kg(水) / kg(绝干物料)
X2
w2 1 w2
0.003 1 0.003
0.003kg(水) / kg(绝干物料)
Gc=G2(1-w2) =5000(1-0.003)=4985kg/h
Gc=G1(1-w1)=G2(1-w2) 干燥产品量=湿物料量-水分蒸发量
即： G2= G1 – W G1---进入干燥器的湿物料量，kg/h G2---出干燥器的产品质量, kg/h
例 ：聚氯乙烯树脂的湿基含量
为6%,干燥后产品中的湿基含 水量为0.3%,干燥产品量为 5000kg/h,求树脂在干燥器中蒸 发的水分量?
湿空气是干空气和水汽的二元混合气。根 据道尔顿分压定律： P湿总 = Pg + Pw
Pw
Pw
nw
Pg
P Pw
ng
nw 湿空气中水汽
ng 绝 干 空 气 的 摩
Pw 水汽的分 压
Pg 干空气的 分压
P 湿空气的总压
二.湿度 H： 定义:湿空气中所含的水蒸气的质量与
（2) 按操作方法分： 间歇式干燥：小批量，多品种或要求干燥 时间长的物料。 连续式干燥：生产能力大，热效率高及劳动 条件好。
(3) 按传热方式分：
传导干燥：湿物料与加热介质不直接接触，热量 以传导方式通过固体壁面传给湿物料。此法热能 利用率高，但物料温度不易控制，易过热。
对流干燥：热量通过干燥介质（热空气）以对流 方式传给湿物料，此过程干燥介质与湿料直接接 触，干燥介质供给湿物料汽化所需的热量。并带 走汽化后的湿分蒸气。所以，干燥介质在干燥过 程中既是载热体又是载湿体。
W=Gc(X1-X2) =4985(0.0638-0.003) =303kg(水)/h
例2 在连续的干燥器中，每小时处理湿 物料1000公斤，经干燥后物料的含水量 由10%降到2%（均为湿基）。以热空气 为干燥介质，初始湿度H1为 0.008kg(水)/kg绝干气,离开干燥器时湿 度H2=0.05kg(水)/kg绝干气,假设干燥过 程中无物料损失,求:
例 : 某连续干燥器，每小时处理湿物料 1000公 斤，经干燥后物料的含水量由 40%减至5%（均为湿基），干燥介质为 热空气流，初始温度为20°C时的 H1=0.009kg水/kg干气,经预热到120 °C 后进入干燥器,离开干燥器温度为40 °C 时,H2=0.039kg水/kg干气,求:
(1)水分蒸发量?
因为常压下，湿空气可视为理想气体，由分压定律可知，
理想气体混合物中各组分的摩尔比等于分压比，上式可写成
18 nv
H = 29 ng
=
18 pw 0.622 pw
29(P pw )
P pw
当湿空气中水气分压等于同温度下水的饱和蒸气压时,其
湿度为饱和湿度:
ps
Hs = 0.622 P p s
W GC ( X1 X 2 ) 600(0.667 0.0526) 368.6kg / h
(2)空气消耗量L
L
W
368.6
H 2 H1 0.039 0.009
12288k g / h
(3)干燥产品量G2
G2 G1 W 1000 368.6
631.4k g / h
实际产品量
理论产量 100%
实际产量 631.4 95% 600k g / h
第四节 干燥速率及其影响因素
一.干燥速率的定义:
定义:单位时间内在单位干燥面积上被干燥物料 所能汽化的水分质量,称为干燥速率。 用微分表示：