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1、模块五：干燥操作技术 工作任务：,了解各类型干燥器的结构、特点及应用；,理解干燥的基本方式、机理、特点及影响因素；,掌握对流干燥的计算；,干燥的基本知识,干燥器的结构及应用,干燥日常运行与操作,干燥器的计算,干燥器的结构及应用,一、干燥器的结构,二、干燥器的应用,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,由于被干燥物料的形状和性质不同，生产规模或生产能力也相差较大，对干燥产品的要求也不尽相同，因此，所采用干燥器的型式也是多种多样的。,（一）常见的对流干燥器,（二）干燥器的选择,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（1）箱式
2、干燥器,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（2）喷雾干燥器,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（3）气流干燥器,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（4）流化床干燥器,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（5）转筒干燥器,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（6）耙式真空干燥器,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,(7)洞道式干燥器,（1）被干燥物料的性质,（2）湿物料的干燥特性,（3）处理量,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（4）回收问题,（5）能源价格、安全操作和环境因素,（1）被干燥
3、物料的性质 选择干燥器的最初方式是以被干燥物料的性质为基础的。选择干燥器时，首先应考虑被干燥物料的形态，物料的形态不同，处理这些物料的干燥器也不同。,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（2）湿物料的干燥特性 湿物料不同，其干燥特性曲线或临界含水量也不同，所需的干燥时间可能相差悬殊，应选择不同类型的干燥器。故应针对湿物料的湿分的类型（结合水、非结合水或二者兼有）； 初始和最终湿含量；允许的最高干燥温度；产品的粒度分布；产品的形态、色、光泽、味等的不同而选择不同类型的干燥器。,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（3）处理量 被干燥湿物料的量也是选择干燥器时需要考虑的
4、主要问题之一。一般来说，处理量小，宜选用厢式干燥器等间歇操作的干燥器，处理量大的，连续操作的干燥器更适宜些。当然，操作方式并不是生产能力的唯一因素。,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（4）回收问题 干燥过程的回收问题主要是指： 粉尘回收； 溶剂回收。,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（5）能源价格、安全操作和环境因素 为节约能源，在满足干燥的基本条件下，应尽可能地选择热效率高的干燥器。若排出的废气中含有污染环境的粉尘或有毒物质，应选择合适的干燥器来减少排出的废气量，或对排出的废气能加以处理。此外，在选择干燥器时，还必须考虑噪音问题。 干燥器的最终选择通常将在
5、设备价格、操作费用、产品质量、安全及便于安装等方面提出一个折衷方案。,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,（1）箱式干燥器,多应用在小规模、多品种、 干燥条件变动大，干燥时间长的场合。如实验室或中间试的干燥装置。,（2）喷雾干燥器,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,适用于士林蓝及士林黄染料等。,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,(3)转筒式干燥器,主要用于处理散粒状物料，亦可处理含水量很高的物料或膏糊状物料，也可以干燥溶液、悬浮液、胶体溶液等流动性物料。,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及
6、应用,(4)流化床干燥器,适用于处理粉粒状物料，而且粒径最好在30-60m范围。,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,(5)气流式干燥器,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。,第五章 干燥操作技术,第一节 干燥器的结构及应用,(6)转筒式干燥器,主要用于处理散粒状物料，亦可处理含水量很高的物料或膏糊状物料，也可以干燥溶液、悬浮液、胶体溶液等流动性物料。,第五章 干燥操作技术,第二节 干燥的基本知识,干燥的基本知识,一、对流干燥的方法,二、空气的性质,三、物料中所含水分的性质,四、物料中含水量的表示方法,第五章 干燥操作技术,一、 对流干燥的方法,湿空气经加热后进入
7、干燥器，气流与湿物料直接接触，沿空气行程其温度降低，湿含量增加，废气自干燥器另一端排出。,第二节 干燥的基本知识,第五章 干燥操作技术,物料表面温度i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 。,干燥过程中压差(p-pi)越大，温差(t-i)越高，干燥过程进行的越快，因此干燥介质需及时将汽化的水汽带走，以维持一定的扩散推动力。,第二节 干燥的基本知识,第五章 干燥操作技术,二、空气的性质,1.湿度H 湿度
8、H是湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。 （1）定义式,（2）以分压比表示,第二节 干燥的基本知识,第五章 干燥操作技术,（3）饱和湿度Hs 若湿空气中水蒸汽分压恰好等于该温度下水的饱和蒸汽压Ps，此时的湿度为在该温度下空气的最大湿度,称为饱和湿度，以Hs表示。,由于水的饱和蒸汽压只与温度有关，故饱和湿度是湿空气总压和温度的函数。,第二节 干燥的基本知识,第五章 干燥操作技术,2.相对湿度 当总压一定时,湿空气中水蒸汽分压pv与一定总压下空气中水汽分压可能达到的最大值之比的百分数,称为相对湿度。 定义式:,=1（或100%），表示空气已被水蒸汽饱和, 已无干燥能力。,第二节 干燥的基本
9、知识,第五章 干燥操作技术, H、t 之间的函数关系： 可见，对水蒸汽分压相同，而温度不同的湿空气，若温度愈高，则Ps值愈大，值愈小，干燥能力愈大。, 意义：相对湿度表明了湿空气的不饱和程度，反映湿空气吸收水汽的能力。,第二节 干燥的基本知识,第五章 干燥操作技术,3.湿比热CH 定义：将1kg干空气和其所带的Hkg水蒸气的温度升高1所需的热量。简称湿热。 CH=Ca+CvH=1.01+1.88H kJ/kg干空气,4.焓I 湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其所带Hkg水蒸汽的焓之和。 计算基准：0时干空气与液态水的焓等于零。 kJ/kg干空气,第二节 干燥的基本知识,第五章 干燥操作技术,5
10、.湿空气比容H 定义：每单位质量绝干空气中所具有的空气和水蒸汽的总体积。,由上式可见,湿比容随其温度和湿度的增加而增大。,6.露点td (1) 定义：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。,第二节 干燥的基本知识,套管换热器,第五章 干燥操作技术,（2）计算,计算得到 ，查其相对应的饱和温度，即为该湿含量H和总压P时的露点 。,第二节 干燥的基本知识,第五章 干燥操作技术,7.干温度t、湿球温度tW （1）干球温度t：在空气流中放置一支普通温度计，所测得空气的温度为t，相对于湿球温度而言，此温度称为空气的干球温度。 （2）湿球温度tW：如图5-9所示，用水润湿纱布包裹
11、温度计的感湿球，即成为一湿球温度计。将它置于一定温度和湿度的流动的空气中，达到稳态时所测得的温度称为空气的湿球温度，以tW表示。,第二节 干燥的基本知识,第五章 干燥操作技术,当不饱和空气流过湿球表面时，由于湿纱布表面的饱和蒸汽压大于空气中的水蒸汽分压，在湿纱布表面和气体之间存在着湿度差，这一湿度差使湿纱布表面的水分汽化被气流带走，水分汽化所需潜热，首先取自湿纱布的显热，使其表面降温，于是在湿纱布表面与气流之间又形成了温度差，这一温度差将引起空气向湿纱布传递热量。,第二节 干燥的基本知识,沉浸式蛇管,第五章 干燥操作技术,一稳态温度，即湿球温度。经推导得：,实验表明：当流速足够大时，热、质传递
12、均以对流为主，且kH及都与空气速度的0.8次幂成正比，一般在气速为3.810.2m/s的范围内，比值/kH近似为一常数(对水蒸汽与空气的系统，/kH=0.961.005)。此时，湿球温度tWw为湿空气温度t和湿度H的函数。,注意：a湿球温度不是状态函数；b在测量湿球温度时，空气速度一般需大于5m/s，使对流传热起主要作用，相应减少热辐射和传导的影响，使测量较为精确。,第二节 干燥的基本知识,沉浸式蛇管,（1）定义：绝热饱和过程中，气、液两相最终达到的平衡温度称为绝热饱和温度。,8. 绝热饱和温度tas,不饱和空气在与外界绝热的条件下和大量的水接触，若时间足够长，使传热、传质趋于平衡，则最终空气
13、被水蒸汽所饱和，空气与水温度相等，即为该空气的绝热饱和温度。,第五章 干燥操作技术,第五章 干燥操作技术,第二节 干燥的基本知识,（2）计算： 此时气体的湿度为tas下的饱和湿度Has。以单位质量的干空气为基准，在稳态下对全塔作热量衡算: 或,上式表明，空气的绝热饱和温度tas是空气湿度H和温度t的函数,是湿空气的状态参数，也是湿空气的性质。当t、tas已知时，可用上式来确定空气的湿度H。,第五章 干燥操作技术,第二节 干燥的基本知识,比较干球温度t、湿球温度tw、绝热饱和温度tas及露点td可以得出： 不饱和湿空气： ttw（tas）td 饱和湿空气： ttw（tas）td,第五章 干燥操作
14、技术,第二节 干燥的基本知识,例9-1 已知湿空气的总压为101.3kN/，相对湿度为50%，干球温度为20o C。试求：(a) 湿度；(b)水蒸汽分压p；（c) 露点td； (d) 焓。(e) 如将500kg/h干空气预热至117o C，求所需热量； (f) 每小时送入预热器的湿空气体积。 解 P=101.3kN/ ， 50%，t=20o C，由饱和水蒸汽表查得，水在20 oC时之饱和蒸汽压为ps=2.34kN/m,(a)湿度,第五章 干燥操作技术,第二节 干燥的基本知识,(b)水蒸汽分压,(c)露点td 露点是空气在湿度或水蒸汽分压p不变的情况下，冷却达到饱和时的温度。所以可由p=1.17
15、kn/ 查饱和水蒸汽表，得到对应的饱和温度td=9OC。,(d)焓,第五章 干燥操作技术,第二节 干燥的基本知识,(e)热量,(f)湿空气体积,第五章 干燥操作技术,第二节 干燥的基本知识,第五章 干燥操作技术,第二节 干燥的基本知识,三、物料中所含水分的性质,1、结合水分与非结合水分,结合水分 包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分、及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。 这种水分是籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。 非结合水分 包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸
16、附水分、较大孔隙中的水分等。,第五章 干燥操作技术,第二节 干燥的基本知识,物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，因此，干燥过程中除去非结合水分较容易。,在一定温度下，由实验测定的某物料的平衡曲线，将该平衡曲线延长与 =100%的纵轴相交，交点以下的水分为该物料的结合水分，因其蒸汽压低于同温下纯水的饱和蒸汽压。交点以上的水分为非结合水分。,第五章 干燥操作技术,第二节 干燥的基本知识,2、平衡水分与自由水分,平衡水分 物料中所含有的不因和空气接触时间的延长而改变的水分，这种恒定的含水量称为该物料在一定空气状态下的平衡水分，用X*表示。,自由水分 物料中超过平衡水分的那一部分水分，称为该物料在一定空气状态下的自由水分。 若平衡水分用X*表示，则自由水分为（X-X*）。,第五章
