干燥

第六章 固体物料的干燥

一、干燥：利用热能将湿物料中湿分（水分或其它溶剂）去除，以获得固体成品的操作。

概述：染料中RNS 干燥；制药中药品干燥；生物制品中溶菌酶干燥；感光胶片干燥；石油化工中催化剂干燥；化肥厂中尿素干燥；食品厂中糖、奶粉干燥;造纸厂的纸张干燥等等。 二、干燥在化学工业中的应用

广义讲：干燥过程是去湿过程，即物料中除去湿分。但去湿方法很多。 ..

①机械方法 沉降、过滤、离心分离等. ②热物理法 加热空气

除湿方法 ③物理化学法 如醇类+氧化钙 (分子筛) ④吸附去湿 如CaCl 2 、硅胶

干燥本质：被除去的湿分从固相转移到气相中。固相为被干燥的物质，气相为干燥介质。 三、干燥的分类

1.按操作压强⎩

⎨

⎧真空干燥常压干燥

（真空干燥适于热敏性及易氧化的物料）

2.按操作方法⎩⎨

⎧间歇操作

连续操作

传导干燥 如焙药：（金属板下有火、板上置药）。 对流干燥 如用热空气干燥。

辐射干燥 如空气:煤气=（3.5～３.７）:１的比例放置在白色陶瓷板 3. 按传热方式分为 上，无焰燃烧到４５０C 0

、陶瓷板发出红外线。 介电加热干燥 如将需要干燥的物料置于高频电场内，依靠电能加热物

联合干燥 料 、并使湿分气化。

本章讨论重点：连续操作的对流干燥，以不饱和热空气为干燥介质，而湿物料中的湿分又多为水分。

四、对流干燥过程的特点

物料表面温度i θ低于气流温度t ，气流传热给固体。气流中的 水气分压p 低于固体表面水的分压i p ，物料表面的水得以汽化并

进入气相主体，湿物料内部的水分与表面间存在水分浓度的差别 ，内部水分就以液态或气态形式扩散至表面。因此，对流干燥

是热、质反向传递过程。 五.对流干燥需要解决的问题

1.含水分的空气称为湿空气，湿空气的性质有（湿度、比容、比热、焓、干球温度和湿球温度）。

2.湿物料中含水量的表示方法，（湿基含水量、干基含水量）。

3.干燥系统的物料衡算，（水分蒸发量、空气消耗量、干燥产品流量）。

4.干燥系统（包括预热器、干燥器）的热量衡算 。 （干燥静力学）

5.讨论从物料中除去水分的数量与干燥时间关系,（干燥动力学）。

6.干燥器类型与选型。

7.干燥的设计。（干燥条件的确定，气流干燥器的简化设计，干燥器的直径D 、长度等等）。

以此顺序进行讲解

第一节 湿空气的性质及湿度图

6.1.1 湿空气的性质

由于干燥操作的前后，湿空气中绝干空气的质量没有变化，故湿空气中各种有关性质都是以1kg 绝干空气为基准的。干燥过程中干空气量不变，正如吸收过程中混合气中惰性气体量不变一样。 湿空气=干空气+水蒸气 一. 湿度（含湿量）：湿空气中水气的质量与干空气的质量之比即： g

g v v M n M n H ==

量湿空气中绝干空气的质湿空气中水气的质量

（1）

H —湿空气的湿度，⎥⎦

⎤⎢⎣⎡绝干气水气kg kg ；

M —摩尔质量，⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

kmol kg

； n —摩尔数，[]kmol ， （下标v 表示水蒸气，g 表示绝干气）。

对水蒸汽~空气系统，上式可写为：

g

v

g v n n n n H 622.02918=

=

（2）因常压下湿空气可视为理想混合气体 即

p

p n n i i = 反比i i p p

n n = 分比i i i i p p P n n n -=- 即

g

g

g

g p p P n n n -=

- p p P g =- p P p g -= v g n n n =-

即

p P p

n n g v -= 方程两边同乘以0.622得：p

P p n n H g v -=

=622.0622.0 （3） p —水汽的分压，[]Pa 或[]kPa ； P —总压，[]Pa 或[]kPa

由上式可知()p P H ,ϕ=

饱和湿度—当空气达到饱和时，相应的湿度称为饱和湿度，以s H 表示。（湿空气为水气所饱和称为饱和空气）此时湿空气中水气的分压等于该空气温度下纯水的饱和蒸汽压s p 。

则上式可写为s

s

s p P p H -=

622.0 （4）

S H —湿空气的饱和湿度，[]绝干气水气kg kg ； s p —在空气温度下，纯水的饱和蒸汽压，[]Pa 或[]kPa 。

由于水的饱和蒸汽压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿度是温度与总压的函数()t P f H s ,= 二. 相对湿度百分数ϕ

在一定总压下，湿空气中水气分压p 与同温度下水的饱和蒸汽压s p 之比的百分数称为相对湿度百分数，简称相对湿度以ϕ表示。

%100⨯=

s

p p

ϕ （5） 0=p 0=ϕ表示湿空气中不含水分，为绝干空气。

s p p = 1=ϕ表示湿空气为水气所饱和，称为饱和空气。这种湿空气不能用作干燥介质。相对

湿度是湿空气中含水气的相对值，说明湿空气偏离饱和空气的程度。

将（5）代入（3）可得： s

s

p P p H ϕϕ-=

622.0 （6）

三. 比体积（比容）H v

在湿空气中，1kg 绝干空气体积和相应水气体积之和称为湿空气的比容，又称湿容积，以H v 表示。

绝干气

水气绝干空气kg m m v H 133+=

T

T p p V M T T p p 0

00000

=

=ρρ 0001T T p p M V v ==ρ 在常压下kg 1干空气的体积为：

273

273

4.22+⨯t M 气 29=气M H （1kg 绝干空气所含的Hkg 水蒸气）kg 水汽的体积为：273

273

4.22+⨯⨯

t M H 水 水M =18 如考虑到压力校正则：p t H v H 510013.12732734.2218291⨯⨯+⨯⎪⎭⎫

⎝⎛+= （7）

()p

t H 5

10013.1273273244.1772.0⨯⨯+⨯+= 四. 比热容H c

常压下，将湿空气中1kg 绝干空气及相应水气的温度升高（或降低）C 0

1所需要（或放出）的热量，称为比热，又称湿热，以H c 表示。即：

v g H Hc c c += （8）

H c —湿空气的比热，[]

C kg kJ 0⋅绝干气； g c —绝干空气的比热，[]

C kg kJ 0⋅绝干气；

v c —水气的比热，[

]

C kg kJ 0⋅水气。

在常用的温度范围内，01.1≈g

c []C kg kJ

0⋅绝干气及88.1≈v c []

C kg kJ 0⋅水气将这些数

代入（8）得： H c H 88.101.1+= （9）