化工单元操作过程第9章干燥

（3）流化床干燥器（沸腾床干燥器）
● 原理：流化床干燥器是流态化原 理在干燥中的应用，流态化原理已 在上册中叙述。在流化床干燥器中， 颗粒在热气流中上下翻动，彼此碰 撞和混合，气、固间进行传热、传 质，以达到干燥目的。
至分离器
加料
出料
分布盘 热空气 单层圆筒沸腾床干燥器
床内分离器
气体出口
第一层
加料
与其直接接触的湿物料。特点：热能利用率比传导干燥低 。
❖ 传导干燥（间接加热干燥）：将热能以传导的方式通过金 属壁面传给湿物料。特点：热能利用率高。
❖ 辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射，射至湿物 料表面被其吸收再转变为热能。
❖ 介电加热干燥：将需要干燥的物料置于高频电场的交变作 用使物料加热而达到干燥。
燥的那部分水分。 ❖ 自由水分：湿物料中大于平衡含水量，有可能被该湿空气
干燥除去的那部分水分。
❖ （2）结合水分和非结合水分
❖ 根据物料与水分结合力的状况，可分为结合水分和非 结合水分。
❖ 结合水分：凡湿物料的含水量小于Xs的那部分水分称为结 合水分。此时, 其蒸汽压都小于同温度下纯水的饱和蒸汽 压。
应用：
气流干燥器适宜于处理含非结合水及结块不严重又不怕磨损的 粒状物料，尤其适宜于干燥热敏性物料或临界含水量低的细粒 或粉末物料。对粘性和膏状物料，采用干料返混方法和适宜的 加料装置，如螺旋加料器等，也可正常操作。
（4）喷雾干燥器 ● 原理：在喷雾干燥器中，将液态物料通过喷雾器分散成细小 的液滴，在热气流中自由沉降并迅速蒸发，最后被干燥为固体 颗粒与气流分离。
❖ 非结合水分：含水量超过Xs的那部分水分称为非结合水分 。此时，湿物料中的水分的蒸汽压等于同温度下纯水的饱 和蒸汽压。
9.3 干燥速率与干燥过程物料衡算
❖ 干燥速率的大小直接影响到物料干燥所需要的 时间，所以干燥速率是影响干燥操作的重要条件。
❖ 某物料在恒定干燥条件下干燥，可用实验方法测定 干燥曲线及干燥速率曲线。
除去湿分。
优点：去湿较完全；缺点：能耗高。 在化工生产过程中，常常是两种方法一起使用，当物
料中的湿分较多时，采用机械去湿法，然后用热能去湿法 进一步除去湿分，这样既可减少能耗，又可以满足生产的 要求。
9.1.1干燥过程的分类
❖ 1、按操作方式分： ❖ 连续式干燥 ❖ 间歇式干燥 ❖ 2、按操作压力分： ❖ 常压干燥 ❖ 真空干燥 ❖ 3、按给湿物料提供热能的方式分： ❖ 对流干燥：（直接加热干燥）：将热能以对流的方式传给
转筒干燥器
❖ 转筒干燥器的优点：机械化程度高，生产能力大，流 动阻力小，容易控制，产品质量均匀。此外，转筒干燥器 对物料的适应性较强，不仅适用于处理散粒状物料，当处 理粘性膏状物料或含水量较高的物料时，可向其中掺入部 分干料以降低粘性。
❖ 转筒干燥器的缺点：设备笨重，金属材料耗量多，热效率 低（约为50%），结构复杂，占地面积大，传动部件需经 常维修等。目前国内采用的转筒干燥器直径为0.6～2.5m ，长度为2～27m，处理物料的含水量为3%～50%，产品 含水量可降到0.5%，甚至低到0.1%（均为湿基）。物料 在转筒内的停留时间为几分钟到两小时，或更高。
干燥器的分类
❖ 类类 型型 干 燥 器 干 燥 器
对流干燥器
传导干燥器 辐射干燥器 介电加热干燥器
厢式干燥器 气流干燥器 沸腾干燥器 转筒干燥器 喷雾干燥器 滚筒干燥器 真空盘架式干燥器 红外线干燥器
微波干燥器
常用对流式干燥器
◆ 厢式干燥器的优点： 构造简单，设备投资少； 适应性强，物料损失小，盘易清洗。 尤其适用于需要经常更换产品、小批量物料的干燥。
9.3.2 干燥过程物料衡算
（1）物料含水量的表示方法
湿基含水量
湿物料中水分的质量
湿物料的总质量 100%
干基含水量
湿物料中水分的质量 X 湿物料中绝干物料的质量 100%
X 1
X
1 X
❖ 水分蒸发量
❖ 单位时间内从湿物料中除去水分 的质量称为蒸发量， 以W表示，单位为kg/s.
缺点： ① 必须有高效能的粉尘收集装置，否则尾气携带的粉尘将造 成很大的浪费，也会对形成对环境的污染； ② 对有毒物质，不易采用这种干燥方法。但如果必须使用时， 可利用过热蒸汽作为干燥介质； ③ 对结块、不易分散的物料，需要性能好的加料装置，有时 还需附加粉碎过程； ④ 气流干燥系统的流动阻力降较大，动力消耗较大。
❖ 空气消耗量
❖ 每蒸发1kg的水分所消耗的干空气量称为单位空气消 耗量，用l表示。
9.4干燥设备及其操作
❖ 9.4.1干燥的操作方式介绍 ❖ （1）干燥介质中间加热的空气干燥 ❖ （2）干燥介质部分循环的空气干燥 ❖ （3）真空干燥 ❖ （4）返料干燥 ❖ （5）冷冻干燥（升华干燥） ❖ （6）高频干燥 ❖ （7）红外线干燥
化工单元操作过程
❖第9章 干燥
解忠勇 2011年8月
本章培训目标
❖ 1.熟知湿空气性质的状态参数和湿物料中水分的性 质。
❖ 2.掌握干燥操作的基本原理及操作过程。 ❖ 3.知道干燥速率的主要影响因素，会对干燥器进行
物料衡算。 ❖ 4.了解工业上常用干燥器的结构和工作原理，会正
确操作和维护设备。 ❖ 5.了解干燥过程的节能措施。
ps,td

Hs,td P 0.622 Hs,td
td f H
对于不饱和湿空气 t>tW>td 饱和湿空气 t=tW=td
绝热饱和温度tas 定义：空气达到绝热饱和时所显示的温度。
设进入和离开绝热饱和器的湿空气的焓值分别为Ι1和 Ι2，则: Ι1 = cHt +Hr0 = (1.01 +1.88H)t +Hr0 Ι2= cH,ast as+Hasr0 = (1.01 +1.88Has)tas +Hasr0
cH=(1.01 +1.88H)≈ (1.01 +1.88Has） cHt +Hr0 ≈cH,ast +Hasr0
tas

t

r0 cH
Has H
tas f H ,t
对于空气—水蒸汽系统，当空气流速较高时，1/cH 值与kH/a值甚为接近，故tas≈tw
9.2.2 湿物料的性质
● 优点 ① 在高温介质中，干燥过程极快，适宜于处理热敏性物料； ② 处理物料种类广泛，如溶液、悬浮液、浆状物料等皆可； ③ 喷雾干燥可直接获得干燥产品，因而可省去蒸发、结晶、过 滤、粉碎等工序； ④ 能得到速溶的粉末或空心细颗粒； ⑤ 过程易于连续化、自动化。
● 缺点： ① 热效率低； ② 设备占地面积大、设备成本费高； ③ 粉尘回收麻烦，回收设备投资大。
测量刚开始时，设纱布中水分的温度与空气的温度相 同。
H<HS→传质
→tW↓→tw<t→传热→达到平衡。
露点td 定义：将不饱和的湿空气等湿冷却至饱和状态，
此时的温度称为该湿空气初始状态的露点。相
应的湿度为饱和湿度Hs,td,其数值等于此湿空气 的温度H。
Hs,td

0.622
ps,td P ps,td
9.1.2对流干燥过程
1、对流干燥的流程 预热器
百度文库空气
干燥器 干燥产品
废气 湿物料
物料表面温度θi低于气相主体温度t，因此热量以对流方 式从气相传递到固体表面，再由表面向内部传递，这是 个传热过程；固体表面处水气压 Pi高于气相主体中水气 分压，因此水气由固体表面向气相扩散，这是一个传质 过程。可见对流干燥过程是传质和传热同时进行的过程 。
❖ 对于物料的去湿过程经历了两步：首先是水分从物料 内部迁移至表面，然后再由表面汽化而进入空气主体。故 干燥速率不仅取决于空气的性质及干燥操作条件，而且还 与物料中所含水分的性质有关。
❖ （1）平衡水分和自由水分 ❖ 根据物料在一定干燥条件下，其所含水分能否用干燥
的方法除去来划分，可分为平衡水分与自由水分。 ❖ 平衡水分：等于或小于平衡含水量，无法用相应空气所干
第二层
出料
热空气 多层流化床干燥器
● 优点 ① 与其它干燥器相比，传热、传质速率高； ② 由于传递速率高，气体离开床层时几乎等于或略高于床层 温度，因而热效率高； ③ 由于气体可迅速降温，所以与其他干燥器比，可采用更高 的气体入口温度； ④ 设备简单，无运动部件，成本费用低； ⑤ 操作控制容易。
❖ 沸腾床干燥器的缺点：沸腾床干燥器的操作控制要求较高 ，而且因颗粒在床中高度混合，可能引起物料的返混和短 路，使其在干燥器中停留时间不均匀，可能有部分物料未 经完全干燥就离开干燥器，而另一部分物料因停留时间过 长而产生干燥过度现象。
pS
f pw
pW pS
H 0.622 pS P pS
φ越小，空气距饱和程度越远，吸水能力越强。
（4）、温度 tW 干球温度：普通温度计测得的温度，空气的真实温度。
湿球温度计：用保持湿润的纱布将温度计的感温部分 包起来，这种温度计称湿球温度计。 湿球温度 tW：将湿球温度计置于一定的温度和湿度的 湿空气中，达到稳定时所显示的温度为湿空气的。湿 球温度 tW。 湿球原理：
n水 p水 p水 n气 p气 p - p水
n水、n气：湿空气中水蒸汽和绝干空气的物质的量，kmol
2、湿度H 定义：湿空气中单位质量绝干空气所带有的水 蒸汽的质量，或湿空气中所含水蒸汽的质量与 绝干空气质量之比值。 即：
H

湿空气中的水蒸汽质量 湿空气中绝干空气的质量

M v nv M a na
◆ 厢式干燥器的主要缺点： 物料得不到分散，干燥时间长； 若物料量大，所需的设备容积也大； 工人劳动强度大； 热利用率低； 产品质量不均匀。
（2）气流式干燥器 结构：
优点： ① 气、固间传递表面积很大，体积传质系数很高，干燥速率大； ② 接触时间短，热效率高，气、固并流操作，可以采用高温介质， 对热敏性物料的干燥尤为适宜； ③ 由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置； ④ 气流干燥器的结构相对简单，占地面积小，运动部件少，易于 维修，成本费用低。
❖ 干燥速率既和传热速率有关，又和传质速率有关，干燥过 程中，干燥介质既是载热体又是载湿体。
❖ 干燥过程得以进行的条件是表面气膜两侧必须有压力差， 即干燥物料表面所产生的水蒸汽压力必须大于干燥介质（ 空气）中水蒸汽分压。
物料表面温度 气膜有效厚度
t（空气主体温度
tw
湿
Q空气传给物料的热量
物
料
W由物料中汽化的水分
❖ 恒定干燥条件：指干燥过程中空气的湿度、温度、 速度以及与湿物料的接触状况都不变。
9.3.1 干燥速率及其影响因素
❖ （1）干燥速率和干燥速率曲线 ❖ 所谓干燥速率指单位时间、单位干燥面积汽化的水分
量。
U dW d[Gc ( X1 X )] GcdX
Ad
Ad
Ad
❖ （2）干燥速率的影响因素 ❖ 物料的性质和形状 ❖ 物料的温度 ❖ 物料的含水量 ❖ 干燥介质的温度和湿度 ❖ 干燥介质的流速和流向 ❖ 干燥器的构造

18nv 29na
理想气体：摩尔数之比=压力之比，则：
H

18 pW
29P pW


0.622
P
pW pW
P一定 ： H f pW
3、相对湿度百分数
定义：在一定的总压下，湿空气中水蒸汽分压p与同温度 下水的饱和蒸汽压pS之比的百分数，称为相对湿度百分 数，简称相对湿度。
pW 100 % T一定
ps
pw空气的水蒸汽分压
物料表面的水蒸汽压力
9.2 湿空气的性质和湿物料的性质
湿空气：干空气和水蒸汽的混合物，这种混合物称湿空气。 9.2.1 湿空气的状态参数 （1）湿空气的压力 干燥操作通常是在常压或减压下下进行的，压力较低，可 以把湿空气视为理想气体。 根据分压定律，湿空气的总压力P等于绝干空气的分压 P气 和水蒸气的分压P水之和。湿空气中水蒸汽和绝干空气的摩 尔数之比等于其分压之比，即：
9.4.2常用干燥器的结构和特点
❖ 干燥器的要求 ❖ （1）能保证产品的工艺要求，如能达到指定的干燥程度
，干燥质量均匀等。 ❖ （2）干燥速度快，以减小设备尺寸，缩短干燥时间。 ❖ （3）热效率高。 ❖ （4）干燥系统的流体阻力小，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。
9.1 概述
干燥是利用热能除去固体物料中湿分的单元操作。 一、物料的去湿方法 1、机械去湿法：如压滤、抽吸、离心分离、过滤等。 优点：能量低；缺点：去湿不完全。 2、化学去湿法：如用生石灰、浓硫酸等吸湿来除去水分。 优点：去湿完全；缺点：费用高，操作麻烦。 3、热能去湿法：用热能使物料中的湿分汽化，移除蒸汽以