化工原理第8章 固体干燥
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8.1 概述 8.2 湿空气的性质和湿度图 8.3 干燥器的物料衡算和热量衡算 8.4 干燥速率 8.5 干燥设备
8.1 概述
8.1.1 固体物料的去湿方法
化工生产中的固体物料，通常含有水分或其他溶剂（统 称为湿分）。为了便于加工、运输、储存和使用，往往需要 将其中的部分湿分除去，以使物料中的含湿量达到规定的要 求，这种操作称为去湿。常用的去湿方法有机械去湿法和加 热去湿法。 1.机械去湿法
图8-1 热空气和物料表面间的 传热和传质情况
5
热空气将热能Q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，传热的推动力为空气温度t与湿物料 表面温度tw的温度差Δt=t-tw；与此同时，物料表面上的水分 由于受热汽化，使物料内部和表面之间产生水分差，物料内 部的水分以液态或气态的形式向表面扩散，然后汽化的水分 再通过物料表面处的气膜而扩散到气流主体，并由气体带走， 这是一个传质过程，传质推动力为湿物料表面的水蒸气分压 pw与空气中水蒸气分压p的分压差Δp=pw-p。由此看出，干燥 是传热和传质相结合的操作，干燥速率是由传热速率和传质 速率共同控制的。
图8-4 绝热饱和器
12
因在绝热情况下，故水向空气中气化时所需的潜热， 只能取自空气中的显热，即空气的湿度在增加，而温度则 在下降，但空气的焓是不变的。这一过程称为绝热冷却增 湿过程。
工业生产中，通常将上述两种去湿方法进行联合操作， 先用机械去湿法除去物料中的大部分湿分，然后再用干燥的 方法进一步去湿，使物料中含湿量达到规定的标准。
干燥操作不仅用于化工、石油化工等工业中，还应用于 医药、食品、原子能、纺织、建材、采矿以及农产品等行业 中。例如，合成树脂必须进行干燥以防止在加工成塑料制品 中生成气泡，谷物、蔬菜经干燥后可以长期贮存，纸张、木 材经干燥后便于使用和贮存等。
3．相对湿度φ
在一定温度及总压下，湿空气中水蒸气分压p与同温度 下水的饱和蒸气压ps之比称为相对湿度。
8
4．湿空气的比容vH
当湿空气的温度为t，湿度为H、总压为P时，以1kg绝干 空气为基准的湿空气体积称为湿空气的比容，又称湿容积。
5．湿空气的比热cH
当湿空气的温度为t，湿度为H时，将湿空气中1kg绝干空 气及相应水汽的温度升高（或降低）1℃所需（或放出）的总 热量，称为湿空气的比热，简称湿热。
10
从下面湿球温 度的测量方法可进 一步认识湿球温度 的物理意义及湿球 温度名称的由来。 如图8-3所示。
图8-3 湿球温度测定机理
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tas
（3）绝热百度文库和温度tas 当空气在绝热条件下被水汽所饱和，所显示的温度称为
绝热饱和温度。用tas表示。如图8-4所示，设有温度为t、湿 度为H的不饱和空气在一绝热饱和器内，与大量的水密切接 触，水用泵循环，所以可以认为水温完全均匀。
当固体物料中的含湿量较高时，可先采用沉降、过滤、 离心分离等机械分离法，除去其中的大部分湿分。这种去湿 过程中没有相变化，能耗较少，费用较低，但去湿不彻底， 一般用于初步去湿。
2
2.加热去湿法 对固体物料加热，使所含的湿分汽化，并及时移走所生
成的蒸汽，使固体物料中的含湿量达到规定要求，这种去湿 方法称为固体干燥。固体干燥过程中湿分发生相变化，故其 热能消耗较多。
7
1．湿空气中水蒸气分压p
依据分压定律，湿空气的总压P等于干空气的分压pa和 水蒸气的分压p之和。总压一定时，空气中水蒸气分压p越大， 则空气中水蒸气含量也越大。
2．湿度H
湿度表明空气中水蒸气的含量，又称为湿含量或绝对湿 度，即湿空气中单位质量干空气所带有的水蒸气的质量或湿 空气中所含水蒸气的质量与干空气质量的比值，即湿度=湿 空气中水蒸气的质量湿空气中绝干空气的质量因气体的质量 等于气体的摩尔数乘以摩尔质量。
6．焓IH
当湿空气的温度为t，湿度为H时，以1kg绝干空气为基准 的绝干空气的焓与相应水气的焓之和为湿空气的焓。
9
7．湿空气的温度
——干球温度、湿球温度、绝热饱和温度及露点
（1）干球温度t
在湿空气中，用普通温度计所测得 的温度即为干球温度，它是湿空气的真
实温度，简称温度t。
（2）湿球温度tw 将湿球温度计放在湿空气气流中所
3
8.1.2 干燥过程的分类
（1）按操作的压强，可分为常压干燥和真空干燥。真空干 燥适用于热敏性、易氧化或要求产品含湿量极低的物 料干燥。
（2）按操作方式，可分为连续干燥和间歇干燥。连续干燥 的特点是生产能力大，热效率高，产品质量均匀及劳 动条件好；间歇干燥的特点是费用低，操作易于控制， 适用于小批量、多品种或要求干燥时间较长的物料干 燥。
综上所述，在对流干燥操作中，空气既要为物料提供水 分汽化所需的热量，又要带走所汽化的水分。因此空气既是 载热体又是载湿体。空气在进入干燥器之前需要经预热器加 热到一定温度，在干燥器中，空气从进口到出口逐渐降温、 增湿，最后作为废气排出。
6
8.2 湿空气的性质和湿度图
8.2.1 湿空气的性质
湿空气是干空气和水蒸气的混合物，在对流干燥操作中， 一般可视为理想气体来处理，即有关理想气体的一切定律均 适用于干燥操作中所用的湿空气。在干燥过程中，湿空气中 的水蒸气量是在变化的，而其中干空气仅作为湿和热的载体， 它的质量是不变的。因此，为了计算方便，在讨论湿空气的 主要物理性质或状态参数及其相互关系时，是以单位质量的 干空气为基准的。
（3）按热能传给湿物料的方式，可分为传导干燥、对流干 燥、辐射干燥和介电干燥以及由其中两种或三种方式 组成的联合干燥。
4
8.1.3 对流干燥过程的传热与传质
用 图 8-1 来 描 述 对 流 干 燥过程的传热和传质。图 中为湿t 为物空料气表的面主的体温温度度、、p为tw 空气中 水 蒸气分 压 、pw为 湿物料表面的水蒸气分压、 Q为单位时间内空气传给物 料的热量、N为单位时间内 从物料表面汽化出的水蒸 气量、δ为物料表面的虚拟 气膜厚度。
测得的温度称为湿球温度。如图8-2所示， 是由两个温度计组合而成的干湿球温度 计。左面的是普通温度计，所测得的温 度是空气的干球温度。右面的温度计感 温部分包以纱布，纱布的下端浸入水中， 由于纱布的毛细管作用，纱布被水完全 润湿，这就是湿球温度计，用其测得的 温度即为湿球温度。
图8-2 干湿球温度计
8.1 概述
8.1.1 固体物料的去湿方法
化工生产中的固体物料，通常含有水分或其他溶剂（统 称为湿分）。为了便于加工、运输、储存和使用，往往需要 将其中的部分湿分除去，以使物料中的含湿量达到规定的要 求，这种操作称为去湿。常用的去湿方法有机械去湿法和加 热去湿法。 1.机械去湿法
图8-1 热空气和物料表面间的 传热和传质情况
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热空气将热能Q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，传热的推动力为空气温度t与湿物料 表面温度tw的温度差Δt=t-tw；与此同时，物料表面上的水分 由于受热汽化，使物料内部和表面之间产生水分差，物料内 部的水分以液态或气态的形式向表面扩散，然后汽化的水分 再通过物料表面处的气膜而扩散到气流主体，并由气体带走， 这是一个传质过程，传质推动力为湿物料表面的水蒸气分压 pw与空气中水蒸气分压p的分压差Δp=pw-p。由此看出，干燥 是传热和传质相结合的操作，干燥速率是由传热速率和传质 速率共同控制的。
图8-4 绝热饱和器
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因在绝热情况下，故水向空气中气化时所需的潜热， 只能取自空气中的显热，即空气的湿度在增加，而温度则 在下降，但空气的焓是不变的。这一过程称为绝热冷却增 湿过程。
工业生产中，通常将上述两种去湿方法进行联合操作， 先用机械去湿法除去物料中的大部分湿分，然后再用干燥的 方法进一步去湿，使物料中含湿量达到规定的标准。
干燥操作不仅用于化工、石油化工等工业中，还应用于 医药、食品、原子能、纺织、建材、采矿以及农产品等行业 中。例如，合成树脂必须进行干燥以防止在加工成塑料制品 中生成气泡，谷物、蔬菜经干燥后可以长期贮存，纸张、木 材经干燥后便于使用和贮存等。
3．相对湿度φ
在一定温度及总压下，湿空气中水蒸气分压p与同温度 下水的饱和蒸气压ps之比称为相对湿度。
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4．湿空气的比容vH
当湿空气的温度为t，湿度为H、总压为P时，以1kg绝干 空气为基准的湿空气体积称为湿空气的比容，又称湿容积。
5．湿空气的比热cH
当湿空气的温度为t，湿度为H时，将湿空气中1kg绝干空 气及相应水汽的温度升高（或降低）1℃所需（或放出）的总 热量，称为湿空气的比热，简称湿热。
10
从下面湿球温 度的测量方法可进 一步认识湿球温度 的物理意义及湿球 温度名称的由来。 如图8-3所示。
图8-3 湿球温度测定机理
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tas
（3）绝热百度文库和温度tas 当空气在绝热条件下被水汽所饱和，所显示的温度称为
绝热饱和温度。用tas表示。如图8-4所示，设有温度为t、湿 度为H的不饱和空气在一绝热饱和器内，与大量的水密切接 触，水用泵循环，所以可以认为水温完全均匀。
当固体物料中的含湿量较高时，可先采用沉降、过滤、 离心分离等机械分离法，除去其中的大部分湿分。这种去湿 过程中没有相变化，能耗较少，费用较低，但去湿不彻底， 一般用于初步去湿。
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2.加热去湿法 对固体物料加热，使所含的湿分汽化，并及时移走所生
成的蒸汽，使固体物料中的含湿量达到规定要求，这种去湿 方法称为固体干燥。固体干燥过程中湿分发生相变化，故其 热能消耗较多。
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1．湿空气中水蒸气分压p
依据分压定律，湿空气的总压P等于干空气的分压pa和 水蒸气的分压p之和。总压一定时，空气中水蒸气分压p越大， 则空气中水蒸气含量也越大。
2．湿度H
湿度表明空气中水蒸气的含量，又称为湿含量或绝对湿 度，即湿空气中单位质量干空气所带有的水蒸气的质量或湿 空气中所含水蒸气的质量与干空气质量的比值，即湿度=湿 空气中水蒸气的质量湿空气中绝干空气的质量因气体的质量 等于气体的摩尔数乘以摩尔质量。
6．焓IH
当湿空气的温度为t，湿度为H时，以1kg绝干空气为基准 的绝干空气的焓与相应水气的焓之和为湿空气的焓。
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7．湿空气的温度
——干球温度、湿球温度、绝热饱和温度及露点
（1）干球温度t
在湿空气中，用普通温度计所测得 的温度即为干球温度，它是湿空气的真
实温度，简称温度t。
（2）湿球温度tw 将湿球温度计放在湿空气气流中所
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8.1.2 干燥过程的分类
（1）按操作的压强，可分为常压干燥和真空干燥。真空干 燥适用于热敏性、易氧化或要求产品含湿量极低的物 料干燥。
（2）按操作方式，可分为连续干燥和间歇干燥。连续干燥 的特点是生产能力大，热效率高，产品质量均匀及劳 动条件好；间歇干燥的特点是费用低，操作易于控制， 适用于小批量、多品种或要求干燥时间较长的物料干 燥。
综上所述，在对流干燥操作中，空气既要为物料提供水 分汽化所需的热量，又要带走所汽化的水分。因此空气既是 载热体又是载湿体。空气在进入干燥器之前需要经预热器加 热到一定温度，在干燥器中，空气从进口到出口逐渐降温、 增湿，最后作为废气排出。
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8.2 湿空气的性质和湿度图
8.2.1 湿空气的性质
湿空气是干空气和水蒸气的混合物，在对流干燥操作中， 一般可视为理想气体来处理，即有关理想气体的一切定律均 适用于干燥操作中所用的湿空气。在干燥过程中，湿空气中 的水蒸气量是在变化的，而其中干空气仅作为湿和热的载体， 它的质量是不变的。因此，为了计算方便，在讨论湿空气的 主要物理性质或状态参数及其相互关系时，是以单位质量的 干空气为基准的。
（3）按热能传给湿物料的方式，可分为传导干燥、对流干 燥、辐射干燥和介电干燥以及由其中两种或三种方式 组成的联合干燥。
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8.1.3 对流干燥过程的传热与传质
用 图 8-1 来 描 述 对 流 干 燥过程的传热和传质。图 中为湿t 为物空料气表的面主的体温温度度、、p为tw 空气中 水 蒸气分 压 、pw为 湿物料表面的水蒸气分压、 Q为单位时间内空气传给物 料的热量、N为单位时间内 从物料表面汽化出的水蒸 气量、δ为物料表面的虚拟 气膜厚度。
测得的温度称为湿球温度。如图8-2所示， 是由两个温度计组合而成的干湿球温度 计。左面的是普通温度计，所测得的温 度是空气的干球温度。右面的温度计感 温部分包以纱布，纱布的下端浸入水中， 由于纱布的毛细管作用，纱布被水完全 润湿，这就是湿球温度计，用其测得的 温度即为湿球温度。
图8-2 干湿球温度计