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1、2015,化工单元操作,模块六 干燥,任务一 干燥概述及设备,干燥应用,一、干燥在化工中的应用,尿素的干燥，防止其吸湿而结块,便于贮藏和运输,提高产品质量和有效成分,木材、陶瓷坯料、原料矿的干燥,奶粉、饼干、药剂,满足后序工艺要求,干燥定义：向物料供热以汽化其中的湿分的单元操作。,机械去湿（过滤、沉降）；吸附去湿（干燥剂硅胶等）,干燥分类,1,2,3,常压干燥,真空干燥（热敏性物料如维生素、抗菌素等）,操作压力分,间歇干燥,连续干燥,操作方式分,传导干燥,对流干燥,辐射干燥,传热方式分,二、干燥过程的分类,介电加热干燥,热能以对流方式加入物料，产生的蒸气被干燥介质所带走。 干燥介质：热空气 湿
2、分：水,辐射能以电磁波形式达到物料表面，从而使湿分汽化。例用红外线干燥法将自行车表面油漆干燥。,将需要干燥的电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电介质中转变为热能，例如微波干燥食品。,热能通过传热壁面以传导方式传给物料。例：纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。,对流干燥,三、对流干燥过程分析,图1 对流干燥流程示意图 1-鼓风机；2-预热器；3-干燥器,1、传热过程,干燥介质,湿物料表面,湿物料内部,2、传质过程,湿物料内部,湿物料表面,干燥介质,干燥设备,四、常用工业干燥器,优点 结构简单 适用性强,缺点 干燥不均匀 干燥时间长 劳动强度大,四、常用工业干燥器,优点： 干燥速率大 干燥时间短
3、可连续操作 价格便宜,缺点： 不适用粘着力强的物料 操作要求高 （气流速率的控制）,干燥设备,四、常用工业干燥器,优点：颗粒在干燥器内停留时间比气流干燥器时要长，可得到较低的最终含水量，结构简单。 缺点：干燥不均匀。 系统的流动阻力大，要求的厂房高，对除尘设备要求严。,干燥设备,四、常用工业干燥器,优点：干燥过程进行很快，操作稳定、连续和自动化控制； 缺点：传热系数小，能量消耗大，投资大、操作弹性小,干燥设备,四、常用工业干燥器,优点：生产能力大，气体流动阻力小，操作弹性大、方便； 缺点：结构复杂，投资费用大。,干燥设备,四、常用工业干燥器,干燥设备,五、干燥器选择考虑因素,干燥设备,2015
4、,化工单元操作,模块六 干燥,任务二 湿空气的性质与湿度图,一、湿空气的性质-浓度、比热、比容（密度）、焓、温度等。,湿空气是由水蒸汽和绝干空气构成。通常用两个参数来表征空气中所含水分的大小：湿度 H 及相对湿度 ,湿度（湿含量）H：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。,Hs饱和湿度，kg水汽/kg干气 Ps纯水的饱和蒸汽压，Pa 。,P湿空气的总压，Pa ； Pv水蒸气的分压，Pa 。,湿空气性质,相对湿度：在一定T及总压下，pw与同T下水的ps之比的百分数。,即：,结论： 湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。,当 =1时：pw = ps，
5、湿空气达饱和，不可作为干燥介质； 当 1时：pw ps，湿空气未达饱和，可作为干燥介质。,越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。,居室里比较舒适的气象条件是：室温达25 时，相对湿度控制在40%50 为宜；室温达18 时，相对湿度应控制在30%40 。,湿空气性质,相对湿度 与湿度 H 的关系：,湿空气的湿比热（湿热）cH kJ/kg干气 常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水汽升高温度1所需的热量。,湿空气性质,湿空气的焓（热含量）I kJ/kg干气 湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。 计算基准：以0干空气及0液态水的焓值为0作基准。,式中： I：温度为t、湿度为H的湿空气的焓
6、值。kJ/kg干气； Ig：干空气的焓值。 kJ/kg干气； Iv：水汽的焓值。 kJ/kg水汽； r0：0时水的汽化潜热。r0=2492 kJ/kg水汽。,湿空气性质,湿空气的比容（湿容积）H m3湿空气/kg干气 每单位质量绝干空气中所具有的湿空气（绝干空气和水蒸汽）的总体积。,湿空气性质,湿度H与露点 td 的关系：,露点 td：一定压力下，将不饱和空气等湿降温至饱和，出现第一滴露珠时的温度。,干球温度 t：干球温度t是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。,湿球温度 tw ：湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。,湿球温度计：温度计的感温球用纱布包裹，纱布用水保持湿润，这支温度计为
7、湿球温度计。,不饱和空气的湿球温度 tw低于干球温度 t。,当空气为不饱和状态：t tw (tas) td； 当空气为饱和状态： t = tw (tas) = td。,湿空气性质,【例6-1】已知湿空气的总压为101.325kPa，相对湿度为50%，干球温度为20。试求：湿度；水蒸气分压pw；露点td；焓IH；如将500kg/h干空气预热至117，求所需热量Q；每小时送入预热器的湿空气体积V。,解：=101.325kPa，t=20，由饱和水蒸气表查得，水在20时的饱和蒸汽压为ps=2.34kPa, 湿度H,水蒸气分压w,w=ps=0.502.34=1.17kPa,湿空气性质, 露点,露点是空气
8、在湿度H或水蒸气分压w不变的情况下，冷却达到饱和时的温度。所以可由w=1.17kPa查饱和水蒸气表，得到对应的饱和温度td=9,td, 焓IH IH =(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.880.00727)20+24920.00727 =38.6J/g干空气, 热量Q Q =500(1.01+1.880.00727)(117-20)= 49647J/h= 13.8kW, 湿空气体积V,湿空气性质,二、空气的湿度图及其应用,1、湿度图,五条线： 1.等 H 线； 2.等 I 线； 3.等 t 线； 4.等 线； 5.水蒸气分压线。,湿度图应用,H-I图,等I线群（0680）
9、,等H线群（00.2）,等t线群（0250）,等线群（5%100%）,蒸汽分压线群,湿度图应用,2、HI图的应用-湿空气状态点的确定,湿度图应用,结论：,因此，提高湿空气温度 t，不仅提高了湿空气的焓值，使其作为载热体外，也降低了相对湿度使其作为载湿体。,湿度图应用,【例6-2】已知湿空气总压为101.3kPa,温度为40，湿度为0.02kg(水气)/kg(干空气)，试用湿度图求取相对湿度，焓IH，湿球温度tw和露点td。,解：温度为40的等线与湿度为0.02kg(水气)/kg(干空气)的等H线，在I-H图中的交点A，即为空气的状态点。由A点可读得=43%，IH=92kJ/kg(干空气)。 由
10、A点沿等焓线与饱和空气线交于B点，B点所对应的温度即为湿球温度，tw=28。 由A点引垂直线与饱和空气线交于C点，C点所对应的温度为露点，td=25。,湿度图应用,旧知回顾,二、湿空气性质,一、干燥过程的定义及常见干燥器,三、湿度图的应用,供热方式除去物料湿份，对流干燥,箱式、气流、流化床、喷雾、转筒、滚筒干燥器等,湿度、相对湿度、焓、比容、比热、干球温度、湿球温度、露点,H-I图,等I线群（0680）,等H线群（00.2）,等t线群（0250）,等线群（5%100%）,蒸汽分压线群,2013,化工单元操作,主讲人 佘媛媛,模块六 干燥,任务三 干燥的工艺计算,任务三 干燥的工艺计算,干燥过程
11、的热量衡算,干燥过程的物料衡算,湿物料中含水量的表示方法,目录,1、物料与水分结合方式,吸附水分：湿物料的粗糙外表面附着的水分。 毛细管水分：多孔性物料的孔隙中所含的水分。 溶胀水分：物料组成一部分，可透入物料细胞壁内，使物料体积增大。,2、平衡水分与自由水分,平衡水分（X*）不能用干燥方法除去的水分。,自由水分（XX*）可用干燥方法除去的水分。,X* = f（物料种类、空气性质）,物料水分性质,3、结合水分与非结合水分,结合水分水与物料结合力强，pw ps。,非结合水分水与物料结合力弱， pw ps。,结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，而与空气的状态无关，这是与平衡水分的主要区别。,平
12、衡水分一定是结合水分。,物料水分性质,物料水分性质,1. 湿基含水量 -湿物料中所含水分的质量分率。,物料水分表示,2. 干基含水量X -湿物料中的水分的质量与绝对干料质量之比。 不含水分的物料通常称为绝对干料。,两者的关系,工业中常用湿基含水量，但由于干燥过程中湿物料的总质量因干燥失出水分而不断减少，而绝干物料的质量不变，因此，干燥计算中，以干基含水量表示较为方便。,物料水分表示,1. 水分蒸发量 ,以s为基准，对水分作物料衡算,物料衡算,2. 空气消耗量,L单位时间内消耗的绝干空气量，kg绝干气s； l每蒸发1kg水分时消耗的绝干空气量，称为单位空气消耗量，kg绝干空气/kg水分,选择通风
13、机时，应以全年中最大空气消耗量为依据，夏季湿度大，消耗的空气量最多，因此风量V计算如下：,物料衡算,3. 干燥产品量,【例6-3】用空气干燥某含水量为40（湿基）的物料，每小时处理湿物料量为1000，干燥后产品含水量为5（湿基）。空气的初温为20，相对湿度为60，经加热至120后进入干燥器，离开干燥器时的温度为40，相对湿度为80。试计算：水分蒸发量；绝干空气消耗量和单位空气消耗量；如鼓风机安装在进口处，风机的风量是多少；干燥产品的产量。,物料衡算,解： 水分蒸发量, 查饱和水蒸所表得：20时，S0=3.334kPa；40时， S2=7.375 kPa。则：,物料衡算, 鼓风机的风量, 干燥产
14、品的量,物料衡算,1. 热量衡算的基本方程,干燥器,预热器,QD L(I2-I1) G(I2-I1) QL,T，单位为，如用K，计算时以（t273）代入,总能耗,Q Qp QD,热量衡算,整理后：,空气升温所需热量,蒸发水份所需热量,物料升温所需热量,干燥器热量损失,热量衡算,2. 干燥系统的热效率,热效率越高表示热利用率愈好，若空气离开干燥器的温度较低，而湿度较高，则水分气化量大，可提高干燥操作的热效率。,热量衡算,1. 空气H，带出水分增多，所需L，但X，出口空气H不能太高。 2. 吸水性物料，空气出口t2应高些， H应低些，即要低些。 3. 空气离开干燥器温度t2需比进入时温度高2050
15、，否则产品返潮，易造成管路的堵塞和设备材料的腐蚀。 4. 废气中热量的回收对提高干燥热效率有实际意义，此外还应注意干燥设备和管道的保温隔热，减少热损失，提高热效率。,提高干燥效率措施,1. 干燥速率 单位时间、单位干燥面积汽化的水分量 。 2. 干燥曲线与干燥速率曲线,干燥曲 线 ：,恒定干燥条件下，物料的含水率X与时间的关系。,干燥速率,AB段：预热阶段 BC段：恒速，湿物料表面温度为空气的湿球温度 CDE段：降速干燥阶段 C点:临界含水量 E点：E点的干燥速率为零，即为操作条件下的平衡含水量。,干燥速率,空气状态,物料种类、结构、形状及尺寸,1. 保证产品质量 2. 干燥速率大，干燥时间短 3. 热效率高 4. 干燥介质流动阻力小 5. 劳动强度低,湿物料性质,物料的性质与结构； 物料的形状与大小； 物料的厚薄； 物料本身的温度； 物料的含水量。,提高干燥介质的出口温度与降低湿度； 提高干燥介质的流速；,干燥设备选择的基本要求,干燥过程影响因素,干燥影响因素,干燥操作的节能,3. 采用两级干燥法,2. 利用废气余热,4. 利用内换热器,5. 采用过热蒸汽干燥,1. 降低出口废气温度,限制因素：保证产品湿含量，高于露点以防“返潮”,适用于热敏性物料和易团聚的物质，如牛奶,可减少空气用量，一般用于流化床干燥器的蒸汽管式
