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1、14.1 概述 14.2 干燥静力学 14.3 干燥速率与干燥过程的计算 14.4 干燥器,固体干燥Dryness of solids,回转真空转筒干燥机,375,化工原理（下）-固体干燥,机械去湿 用离心机、过滤机等除去大量水分。 吸附去湿 用干燥剂吸收物料中的水分。 供热干燥 向物料供热使其中水分汽化，从而干燥物料。工业上最常用的是对流干燥。,14.1 概述 Introduction,14.1.1 固体去湿方法和干燥过程,物料的去湿方法,376,化工原理（下）-固体干燥-概述,含有固体溶质的溶液分散成滴，与热气流接触，湿分汽化，从而得到粉粒状固体产物。 离心喷雾 压力喷雾,喷雾干燥,376
2、,化工原理（下）-固体干燥-概述,对流干燥,以热空气或其它高温气体为介质，使之掠过物料表面，介质向物料供热并带走湿分.,传热、传质过程并存。热空气与湿物料直接接触，传热推动力为空气温度与物料表面温度之差。水汽蒸发出来被空气带走，传质推动力为水汽饱和分压与空气主体水汽实际分压差。空气既是载热体又是载湿体，空气必须相当干燥(水汽分压足够低)和较高温度才能完成干燥任务。所以干空气一般先预热到较高温度后进入干燥器进行干燥操作。 干燥操作的必要条件：物料表面水的饱和蒸汽压大于干燥介质中水气的分压。其差值为推动力。,对流干燥过程的特点,379,化工原理（下）-固体干燥-概述,14.1.2 对流干燥流程及经
3、济性,对流干燥可以连续操作也可间歇操作。,380,干燥操作的经济性主要取决于能耗和热利用率。通常与机械去湿操作联合，先除去大量水分，再进行干燥能耗较少。同时注意干燥过程的热效率。 热利用 1. 水分汽化。 2. 被废气带走。 3. 固体物料的温升。 4. 设备热损失。,化工原理（下）-固体干燥-概述,14.2 干燥静力学,14.2.1 湿空气的状态参数,空气中水分含量的表示方法,1. 水汽分压与露点 水汽分压 p水汽即为露点温度 td时的饱和蒸汽压。 2. 湿度H ：每千克干空气所含有的水汽量，kg/kg.,381,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,(3) 相对湿度 在一定总压下和温度下，
4、湿空气中水汽分压与空气中水汽分压可能达到的最大值（同温度下水的饱和蒸汽压）之比。 =0 绝干空气 1 未饱和空气 =1 饱和空气（不能作干燥空气） 当空气温度较高时，psP, 此时相对湿度为,382,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,由于空气中的水汽不饱和，但湿球表面水的饱和蒸汽压大于空气中的水汽分压，就有水汽不断向空气汽化。汽化所需的热量只能由水温降低来提供。,355,湿球温度(wet bulb temperature )tW,未饱和湿球温度恒低于干球温度,化工原理（下）,在空气与湿球间产生温度差，热量由空气向湿球传递。传递热量不够汽化所需时，湿球温度继续下降。同时饱和蒸汽压也降低，汽化
5、速率减小。当传递热量刚好等于汽化所需时，达到平衡。湿球水温不再下降，这个动态平衡的温度就是湿球温度。,显然，湿球温度是由干球温度和湿度决定，空气湿度越大，两个温度差越小。当干球温度与湿球温度相等时达到饱和，相对湿度等于1。,356,化工原理（下）-热质同时传递的过程-气液直接接触,空气向湿球表面的对流传热速率必须供给水汽化所需热量 式中tW为湿球温度， HW为湿球表面饱和湿度。 于是 对于水-空气体系， 1.09 kJ/(kg水. K),357,化工原理（下）-热质同时传递的过程-气液直接接触,显然，湿球温度是由干球温度和湿度决定，湿度越大，两个温度差越小。当干球温度与湿球温度相等时达到饱和。
6、相对湿度等于1。,与过程计算有关的参数 湿空气的焓,383,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,(2) 湿空气的比体积 【单位】 定义 常压下易得以下关系 或者,(14-9),384,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,在一定总压下，只要两个独立变量就可确定湿空气的状态，从而确定湿空气的性质。 原则上，知道 pv, , H, I, t, tW其中某两个独立参数就可通过前面讨论的基本公式计算出其它参数。但有时计算并不是直接的，比较麻烦。工程上为了方便，将湿空气的性质作成图，用已知条件在图上能迅速查到其它性质。这种图就叫湿空气的湿焓图。,内热真空耙式干燥机,湿度图,385,化工原理（下）-固体
7、干燥-干燥静力学,湿度H/(kg水/kg干空气）,湿空气的焓I/(kJ/kg干空气),水汽分压p/kPa,386,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,等温线 I=(1.01+1.88H ) t + 2490H,I-H图的用法,由湿度和温度读出焓值。 由湿度读出水汽分压值。 由湿度读出露点。 由焓I读出绝热饱和温度或湿球温度。,燃煤热风炉,热风循环烘箱,I=(1.01+1.88H)t+2490H,387,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,湿度H/(kg水/kg干空气）,湿空气的焓I/(kJ/kg干空气),温度/C,水汽分压p/kPa,388,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,湿度H/(
8、kg水/kg干空气）,湿空气的焓I/(kJ/kg干空气),温度/C,水汽分压p/kPa,389,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,在预热器中的过程为加热过程。总压和水汽分压没有变化，空气湿度不变。,A,B,C,t,t1,tas,H1,Has,H,加热和冷却过程,390,14.2.2 湿空气状态的变化过程,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,A,B,C,t,t1,tas,H1,Has,H,水汽化吸收热量，空气温度降低。但汽化的水又将热量带入空气。此过程没有热损失时为绝热增湿过程。整个过程的焓增起就是水的焓值。 (14-11),绝热增湿过程,390,14
9、.2.2 湿空气状态的变化过程,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,V, H, t,V, H1, t2,14.2.2 湿空气状态的变化过程,若水量足够，接触充分，出口气体可达饱和，湿度Has，如果水的温度与出口温度相同，此时空气的出口温度tas，称为绝热饱和温度。,绝热增湿过程,390,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,V,H,t,V,H+(Has-H),tas,14.2.2 湿空气状态的变化过程,特点：气体传递给水的热量全部恰好等于水汽化所需热量。,390,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,湿球温度与绝热饱和温度近似相等，绝热饱和温度近似地在I-H图上做等焓线上至饱和线获得。因此等
10、焓线近似看作绝热增湿线。,例 14-1 今测得空气的干球温度为60C，湿球温度为45C ，求湿空气的湿度、相对湿度、焓和露点。 解：注意空气的湿球温度近似等于绝热饱和温度。找出45C等温线与饱和线的交点，再由等焓线上找出60C的点即为该空气的状态点。读出焓值、湿度、相对湿度，再过状态点作垂直线交于饱和线即读得露点。,A,B,t,td,tas,Has,H,I=212,=1,391,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,不同湿度空气混合后，温度变化并引起其他性质变化，混合后还是空气。 由物料衡算和热量衡算容易求解。,两股气流的混合,计算负荷杠杆定律,392,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,例
11、14-2 在总压100kPa下将温度为18C湿度为0.006kg/kg的新鲜空气与部分废气混合，然后将混合气加热送入干燥器作为干燥介质。设混合后空气湿度为0.065kg/kg，废气排出温度为58C，相对湿度为 70%。求废气与新鲜空气混合比及混合气进预热器的温度。,解：,V1,t1,t ,Hm,L,t2,H2,W,先由混合后湿度求混合比。 查58C水的饱和蒸汽压后可求废气湿度 再由物料衡算V1H1+V2H2=(V1+V2)Hm得,V2,393,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,kg/kg,再由热量衡算求混合气温度。 最好用焓差列式计算 解得 t=47.0 C,A,B,t1,t2,t,H2,
12、H1,I2,=1,=0.7,Hm,394,C,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,14.2.3 水分在气-固两相间的平衡,结合水：结晶水、溶解水、毛细孔中的水、吸附水（物理吸附和化学吸附）。结合水以化学力或物理化学力与固体分子结合。 非结合水：附在物料表面或大空隙中的水称非结合水（自由水）。 非结合水的平衡蒸汽压为水的饱和蒸汽压，而结合水的平衡蒸汽压低于纯水的饱和蒸汽压。因此非结合水较易除去，结合水不易除去。,395,结合水与非结合水,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,非结合水存在时，平衡蒸汽压始终是水的饱和蒸汽压，没有非结合水时，平衡蒸汽压小于纯水饱和蒸汽压。用含水量X与相对湿度图表示
13、如右图。 在某空气条件下，固体物料与空气平衡时所含水量称平衡水。平衡水是在该条件下不能除去的水分。,平衡蒸汽压曲线,平衡水与自由水,396,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,平衡水分,自由水分,结合水,j,X,B,非结合水,X*,Xmax,396,化工原理（下）-固体干燥-干燥静力学,已知在常压及25下水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为：相对湿度=100%时，平衡含水量x* = 0.02kg水/kg绝干料；相对湿度= 40%时, 平衡含水量 x* = 0.007 kg水kg绝干料。现该物料含水量为0.23kg水kg绝干料, 令其与25, =40%的空气接触, 则该物料的自由含水量为 kg
14、水kg绝干料, 结合水含量为 kg水kg绝干料。,14.3 干燥速率与干燥过程的计算Drying rate and the calculation of dryness process,将湿物料放在恒定空气流中干燥，测定不同时间物料温度及含水量的变化，绘成干燥曲线。,温度,14.3.1 物料在定态空气条件下的干燥速率,干燥动力学实验,397,化工原理（下）-固体干燥-干燥速率与过程计算,物料干燥速率用单位时间单位气固接触面积汽化的水量表示。 式中Gc为绝对干燥物料量，X为以绝干物料为基准的干基含水量。 开始干燥时，汽化速率小，主要是将物料预热到饱和温度。所以曲线坡度小，物料湿度变化小。,398
15、,化工原理（下）-固体干燥-干燥速率与过程计算,当物料表面被非结合水覆盖时，物料表面基本保持tw温度，空气状态也不变，所以传热推动力(t-tw)和传质推动力(Hw-H)都不变。因此水分汽化速率恒定。BC段近似为直线。干度与时间关系曲线坡度加大。除去的是非结合水。,A,B,C,X* Xc,恒速干燥阶段,干燥速率,399,D,化工原理（下）-固体干燥-干燥速率与过程计算,Hw：物料表面温度tw下，空气的饱和温度。,干燥到CD段，多孔物质表面有些区域已成干区，实际汽化面积减小，所以用物料全部外表面计算的干燥速率下降,A,B,C,X* Xc,干燥速率,降速干燥阶段,399,D,干燥到D点以后，进入第二降速阶段。物料表面都成为干区后，汽化表面向物料内部转移，热量必须通过毛细管向内传递，传质也必须克服毛细管形成的阻力。干燥速度进一步降低，曲线变得平坦。,DE阶段干燥速率下降的另一原因：平衡蒸汽压下降，推动力降低，干燥速率下降。 非多孔性物料内部水分扩散很慢时，固体内部扩散速率跟不上蒸发速率也导致干燥速率下降。 第二降速一直到E点达到物料在该条件下的平衡含
