第二节干燥与干燥器

干燥器
L H2
LH1 + GX1 = LH2 + GX2
则：
G X2
G X1
W水分 = L(H1 - H2) = G(X1 - X2 )
产品
湿料
干基含水量：
X1 =
1
w1 - w1
X2 =
1
w2 - w2
w2 = 0.2%
w1 = 3%
= 0.03 = 0.031(kg/kg)(绝干料) G1 = 1100
= (1.01 +1.88H) + 2490H
②干球温度 t 与湿球温度 tw
此术语，来源于过去常用的干湿度计（如右 t
tw
图所示）。
干球温度 t 是指，温度计测得的湿空气的
真实温度。
湿球温度是指 tw ，干湿度计右侧包有湿纱 布温度计测得的温度。
如果空气中水蒸汽量没饱和，湿球的表面便
不断地蒸发水汽，并吸取汽化热，使得湿球所表
1-w
例如：已知，某湿料的湿基含水量为 3％，流量为 1100 kg/h；求其
干基含水量。
根据湿基含水量与干基含水量的关系，有：
w X=
= 0.03 = 0.031(kg/kg)
1-w
1 - 0.03
⑵干燥过程的物料衡算
①水分蒸发量 W水分
设，G 为绝干物料的流量(kg/s)，X1 为
湿料进口的干基含水量(kg/kg)，X2 为进口
若湿空气及其各组分均服从理想气体状态方程。即：
nRT = PV
ni = 于是：
n水气
PV RT
=
=
PV RT
Wi Mi
=
W水气 MH2O
MH2O = 18 kg·kmol-1 M空气 ≈ 29 kg·kmol-1
则：
n绝干气 =
PV RT
= W绝干气 M空气
H = W水气 = MH2O·n水气
W绝干气
种湿物料。
空气在预热器中被加热至 90℃ 后送入干燥器，从干燥器出来时的温
度为 45℃，湿度为 0.022kg/kg(绝干气)。
湿料的加料量为 1100kg/h，温度为 20℃，湿基含水量为 3% ；干燥
产品离开干燥器时的温度为 60℃，湿基含水量降为 0.2% 。求：
①水分蒸发量及新鲜空气消耗量；
1 - 0.03
0.002 = 1 - 0.002 = 0.002(kg/kg)(绝干料)
绝干物料流量：
G = G1(1 - w1 ) = 1100(1 - 0.03) = 1067(kg/h)(绝干料)
水分蒸发量：
W水分 = G(X1 - X2 ) = 1067(0.031 - 0.002) = 30.9(kg/h)(水分)
例如，隧道式连续生产微 波干燥器。
5.联合式干燥器
所谓联合干燥是 指，干燥器采用两种 及两种以上的热能传 递方式，使物料达到 干燥的目的。
GdT系列干燥器
讨论与练习
5－2 什么是“干燥”？干燥操作中的热量传递有哪几种方式？
三、干燥的计算原理
在化工生产的干燥操作及干燥设备选用工作中，如何根据生产任务及
w = 水分质量(W水) ×100% 湿料总质量(W料)
②干基含水量 所谓干基含水量是指，以 1kg 绝干物料为基准时，湿料中水分的含
量（含水量）。 若用 X 表示含干基水量，则：
X = 湿料中水分的质量(W水) 湿料中绝干物料的质量(W干料)
③湿基含水量与干基含水量的关系
X w=
1-X
w 或： X =
M空气·n绝干气
由道尔顿分压定律得：
P总 = P水气 + P绝干气
P水气
n水气
P水气
P绝干气 = n绝干气 = P总 - P水气
H=
18P水气
= 0.621
P水气
29(P总 - P水气)
P总 - P水气
②饱和湿度 HS 若湿空气中水气的分压等于该空气温度下水的饱和蒸气压，则，空气
的湿度可表示为：
HS =
输入体系的 水分量
输出体系的 水分量
则：
W水分 = L(H2 – H1) = G(X1 - X2 )
湿空气中 水分增量
物料中的 水分减量
②空气消耗量 L
W水分 = L(H2 - H1) = G(X1 - X2 ) 将上式移项、整理得：
L=
W水分 H2 - H1
=
G(X1 - X2 ) H2 - H1
蒸气分压线
5
等焓线群
0.01
0.1
0.2 H(kg/kg)
根据湿空气的两个独立参数，便可从湿度图（H－h 图）上确定其它 参数。
例如，已知：干球温度 t = 60℃，湿度 H = 0.01kg/kg。查湿空气 的水气分压，相对湿度及焓。
⑴根据已知参数，在湿度图上确定 湿空气状态点 A。
⑵查水气分压 P。
湿料
湿料分布器 刮刀
产品
产品
如上图所示，双滚筒干燥器的操作原理与单滚筒的相似。其构造只是 将单滚筒改为双滚筒。
2.对流式干燥器
所谓对流干燥是指，热能是以对流的方式传递给物料。对流干燥器是 应用较广泛的一种干燥器，常见的有流化床干燥器、箱式干燥器等。
⑴流化床干燥器 流化床干燥器又称为沸腾干燥器，其操作原理
0.621
PS P总 -
PS
式中，HS 称为空气的饱和湿度，PS 为空气中水的饱和蒸气压。 由于水的饱和蒸气压与温度有关，因此，空气的饱和湿度是湿空气总
压及温度的函数。
③相对湿度 φ 所谓相对湿度是指，在一定总压下，湿空气中水气的分压与同温度下
水的饱和蒸气压之比。即：
φ= P水气 ×100% PS
空气的相对湿度可用来衡量空气中水气的不饱和程度。
上述方程两端同时除以 W水分 得：
L
1
W水分 = H2 - H1= l
蒸发 1kg 水分须消耗的绝干空气量，称 为单位空气消耗量(kg/kg)。
③干燥产品流量 G2
若干燥操作中，无物料损失，根据物 料衡算有：
湿空气 L2 H2
G1(1 - w1) = G2(1 - w2 )
进口绝干 物料G
出口绝干 物料G
⑵湿度图（H－h 图） 所谓湿度图是指，湿度与其它物理量的关系图。例如：湿度－焓图
（H－h 图）、温度－湿度图（t－H 图）等。
湿空气的湿 P/kPa
度－焓图由等湿 25
等湿度线群
度线群、等焓线 群、等干球温度 20
线群、等相对湿 度线群及蒸气分 15
等干球温度线群(等 t 线)
压线组成。
10
等相对湿度线群(等φ线)
筒、多滚筒；按物料方式，可分为浸液式、喷洒式；按操作压强，又可分
为常压和真空操作两类。
⑴单滚筒干燥器 回旋单滚筒干燥器的操作原理如图所示。工作时，钢制的中空滚筒缓
慢旋转；加热蒸气在筒内加热冷凝，冷凝液由虹吸管吸出；湿料在滚筒壁 上随滚筒旋转，干燥，旋转一周后由刮刀将产品刮下。
⑵双滚筒干燥器 刮刀
微波干燥灭菌
2.干燥流程
干燥流程与其操作类型有关。从总体来看，蒸发流程可简单地用如下
方框表示。
湿料
蒸发气 热交换
分离
蒸发气 （溶剂回收）
例如：
热源
产品
旋风分离器
湿料
产品
热空气
流化床干燥流程
（溶剂回收）
3.湿度与湿度图
在干燥操作中，常用热空气对湿料进行加热、干燥，而空气中往往混 有水蒸气（湿空气），而热湿空气与湿料进行的传热、传质过程又与空气 的湿度有关。
产品的干基含水量(kg/kg)；
湿料
L 为绝干空气的消耗量(kg/s)，H1 为湿 G X1
空气进口的湿度(kg/kg)，H2 为湿空气出口
的湿度(kg/kg)；
W水分 为水分的蒸发量(kg/s)。根据物料 衡算有：
湿空气 L H2 产品 G X2
L H1 湿空气
LH1 + GX1 = LH2 + GX2
同。在此我们仅介绍几种常见的干燥器。 湿料
1.传导式干燥器
所谓传导干燥是指，热能是以传导的方式传递
给物料。常见的如，滚筒干燥器。 加热蒸气通过空心圆筒金属器壁将热量传递给
加热蒸气
物料，物料吸收热量后，通过溶剂的气化释放所吸 产品
收的热量，从而达到干燥的目的。
生产中采用的滚筒干燥器的型式很多：按滚筒数量分为单滚筒、双滚
2.新鲜空气消耗量 LW 由于：
LH1 + GX1 = LH2 + GX2 W水分 = L(H2 - H1)
新鲜空气
L H0
L H1
QL H2 = 0.022
= G(X1 - X2 )
QP
QD
由物料衡算得：
L=
W水分 H2 - H1
=
W水分 H2 - H0
G X2
干燥产品
G X1
湿料
当 t0 = 20℃、φ0 = 60％ 时： (查湿度图)
P = 1.6 kPa
⑶查相对湿度 φ(过 A 点的等相对 湿度线)。
h = 8.5
6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ℃
A φ = 8%
H = 0.01
P/kPa
φ = 8% ⑷查焓 h(过 A 点的等焓线)。
h = 8.5
①焓 hH 湿空气的焓等于绝干空气的焓与水气的焓之和。若以 1kg 绝干空气
为计算基准，则湿空气的焓为：
②预热器由风机供新鲜空气，确定风机的风量；
新鲜空气
L H0 t0 = 20℃ φ= 60%
预热器 L H1 t1 = 90℃
QL 干燥器 L
H2 = 0.022 t2 = 45℃
QP
w2 = 0.2% G X2 QD
干燥产品
G X1 w1 = 3%
湿料
1.水分蒸发量 W水分 根据物料衡算有：
热湿空气 L H1
hH = hg + hV·H 式中：
hH 为湿空气的焓（kJ·kg-1） hg 为绝干空气的焓(kJ·kg-1) hv 为水气的焓（kJ·kg-1） H 为空气的湿度(kg·kg-1)。
0℃时，水的气化潜热。 r0 = 2490kJ/kg
对于温度为 t、湿度为 H 的湿空气，其焓可表示为：
hH = Cg(t - 0) +[r0 + CV(t - 0)]H
湿料
产品 G2 w2
整理得：
G1 w1
G2 =
G(1 - w1 ) 1 - w2
L1 H1 湿空气
式中，G1 与 G2 分别为干燥器进、出口湿物料的流量；w1 与 w2 分别
为物料进、出干燥器的湿基含水量。
例1 干燥操作的物料衡算
常压下以温度为 20℃、相对湿度为 60% 的新鲜空气为介质，干燥某
湿料
产品（送冷却室）
隧道式红外线干燥器
红外线干燥器是利用红外线为辐射源对 湿料进行干燥。
红外线干燥器的生产强度比对流干燥器 大得多。
404-1型红外线干燥箱
4.介电加热式干燥器
介电加热干燥是指，由于 高频电场的交变作用，使物料 加热而达到干燥的目的。
这种加热的特点是：物料 中含水量越高的部位，获得的 热量越多。
干湿度计
示的温度比干球温度低。当空气干燥（湿度低），湿球温度计的水分蒸发
加快（吸热），使湿球温度与干球温度差增大。反之，亦然。
使用时应将干湿计放置距地面1.2－1.5米的高处，读出干、湿两球所
指示的温度差，由该湿度计所附的对照表就可查出当时空气的相对湿度。
二、干燥器
由于干燥的操作、任务及要求的不同，必然导致干燥器的类型有所不
如图所示。
湿料 分布器
产品
热空气
箱式沸腾（流化床）干燥器
⑵箱式干燥器
湿料
热空气 箱式干燥器有多种类型，图中的箱式干燥器有自然对流及强制对流两 种类型。 此类干燥器易操作、温度控制方便；但生产能力一般较小，属间歇操 作。
3.辐射式干燥器
所谓辐射干燥是指，热能是以电磁波的方式传递给物料。 根据干燥器的结构特点，常见的辐射干燥器有隧道式连续生产红外线 干燥器、间歇式红外线干燥箱等。
工艺要求选择适当的干燥设备，确定湿料中水分的蒸发量、热流体的消耗
量，并以此控制干燥产品的质量。这些，都是工程技术人员所须解决的问
题。 这些问题归结起来就是：物料
L2
送分离器
衡算、热量衡算及干燥速率等三个 方面的问题。
在此，我们仅以流化床干燥设 备为例，对干燥器的有关计算进行 讨论。
湿料 G1
产品 G2
热空气
L1
1.物料衡算
关于干燥器的物料衡算，通常是根据已知条件，确定湿料中水分（溶 剂）的蒸发量，确定热流体（空气、水蒸气）的消耗量，以及干燥产品的 流量等。 ⑴湿料含水量
湿料中含水分的量（常简称为含水量或湿含量），是水分在湿料中的 浓度。通常有两种表示方法。 ①湿基含水量
水分在湿料中的质量分数（w）称为湿基含水量，可表示为：
第二节 干燥与干燥器
Aridity and desiccator
一、概述 二、干燥器 三、干燥的计算原理
一、概述
1.干燥
所谓干燥(drying)是指，利用热能使物料(固体物料)中的溶剂(或水 分)气化，并由“惰性气体”流带走(或：真空抽出)，从而获得(固体)产 品的一种传质操作。
生物化工生产中常采用的干燥 操作有多种形式。根据操作中热量 传递方式，可将干燥分为“传导干 燥”、“对流干燥” 、“介电加热 干燥” 、“辐射干燥” 和“联合 干燥”等方法。
⑴湿度 ①湿度 H 的定义
湿度(humidity)是用来表征空气水汽含量的物理量。即，湿空气中含 水气的质量与绝干空气的质量之比。
H = 湿空气中水气的质量(W水气) 湿空气中绝干空气的质量(W绝干气)
问题： 什么是绝干空气？
所谓绝干空气是指，空气中除开水分的 部分水。或者说，湿度 H = 0的空气。