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1、2018/9/19,干燥操作技术,任务一：了解干燥过程 任务二：干燥过程分析 任务三：干燥设备 任务四：干燥单元设备操作,情境四,2018/9/19,干燥操作技术,一、干燥过程案例 二、干燥操作分类 三、对流干燥方法 四、蒸发操作应掌握的知识和能力,任务一 了解干燥过程,一、干燥过程案例,（一）干燥过程在化工生产中的应用 在化工、制药、纺织、造纸、食品、农产品加工等行业，常常需要将固体物料中的湿分除去，以便于贮藏、运输及进一步加工，达到生产规定的要求。 除去固体物料中湿分的方法称为去湿。去湿的方法很多，包括机械去湿法、吸附去湿法、热能去湿法，其中用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，除去固体物料中
2、湿分的操作，称为固体的干燥。干燥法耗能较大，工业上往往将机械分离法与干燥法联合起来除湿，即先用机械方法尽可能除去湿物料中的大部分湿分，然后在利用干燥方法继续除湿。,（二）干燥过程案例,1、聚氯乙烯的生产 聚氯乙烯悬浮聚合的典型工艺流程如图所示。反应并脱水后的树脂具有一定含水量，经螺旋输送器送入气流干燥管，140150热风为载体进行第一段干燥，出口树脂含水量小4%；再送入以120热风为载体的沸腾床干燥器中进行第二段干燥，得到含水量小于0.3%的聚氯乙烯树脂。再经筛分、包装后入库。,2、洗衣粉的生产 高塔喷雾干燥法生产洗衣粉的工艺流程如图5-3所示。配制好的料浆用高压泵1以38MPa的压力通过喷嘴
3、在喷粉塔4内雾化成微小的液滴，而干净的空气经热风炉3加热后送至喷粉塔4的下部，液滴和热空气在塔内相遇进行热交换而被干燥成颗粒状洗衣粉，再经风送老化，由振动筛9筛分后作为基础粉去后配料。,图5-3 高塔喷雾干燥法生产洗衣粉工艺流程1-高压泵；2-二次风机；3-热风炉；4-喷粉塔；5-旋风分离器；6-尾风机；7、10-皮带输送机； 8-风送分离器；9-振动筛；11-袋式过滤器；12-引风机,二、干燥操作分类,（一）按照热能供给湿物料的方式可分为： 1、传导干燥 热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿分蒸汽被气相(又称干燥介)质)带走，或用真空泵排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。 2、
4、对流干燥 使干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式加入物料，产生的蒸汽被干燥介质带走。 3、辐射干燥 由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物体的表面，为物料吸收而重新变为热能，从而使湿分气化。例如用红外线干燥法将自行车表面油漆烘干。 4、介电加热干燥 将需要干燥电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电介质中变为热能，可以使液体很快升温气化。这种加热过程发生在物料内部，故干燥速率较快，例如微波干燥食品。,（二）按操作方式分类 按干燥过程的操作方式分类，可分为连续性操作和间歇性操作。间歇操作投资费用低，操作控制灵活方便，适用于生产小批量、品种多、要求干燥时间较长的产品。工业上多为连续操作，生产能
5、力大、效率高、产品质量均匀，劳动条件好。 （三）按操作压力分类 按操作过程的压力分类，可分为常压干燥和真空干燥。真空操作温度要求低，蒸汽不易泄漏，但操作费用较高，适用于处理热敏性、易氧化、有毒物料以及产品要求湿分含量很低、湿分蒸汽需要回收的情况。 本篇将主要介绍以空气为干燥介质、湿分为水分的对流干燥过程。,三、对流干燥方法,（一）对流干燥原理 图1-1表示热空气与湿物料间的传热和传质的情况。在对流干燥过程中，干燥介质（如热空气）将热量以对流方式从气相主体传递到固体表面，物料表面上的湿分即行气化，水气由固体表面向气相扩散；与此同时，由于物料表面上湿分气化，使得物料内部和表面间产生湿分差，因此物料
6、内部的湿分以气态或液态的形式向表面扩散。可见对流干燥过程是传质和传热同时进行的过程。干燥介质既是载热体又是载湿体。,（二）对流干燥的条件 干燥进行的必要条件是物料表面的水气的压强必须大于干燥介质中水气的分压，在其它条件相同的情况下，两者差别越大，干燥操作进行得越快。 所以干燥介质应及时地将产生的水气带走，以维持一定的传质推动力。若压差为零，则无水分传递，干燥操作即停止进行。 由此可见，干燥速率由传热速率和传质速率所支配。,（三）对流干燥流程 图1-2为对流干燥流程示意图。空气经预热器加热到适当温度后，进入干燥器，与进入干燥器的湿物料相接触，干燥介质将热量以对流方式传递给湿物料，湿物料中湿分被加
7、热汽化为蒸气进入干燥介质中，使得干燥介质中湿分含量增加，最后以废气的形式排出。湿物料与干燥介质的接触可以是逆流、并流或其它方式。 化工生产中以连续操作的对流干燥应用最为普遍，干燥介质可以是不饱和热空气、惰性气体及烟道气，要除的湿分为水或其它化学溶剂。,图1-2对流干燥流程示意图,四、干燥操作应掌握的知识和能力,1、湿空气的有关性质及其对干燥过程的影响； 2、湿物料中水分的性质及其对干燥过程的影响； 3、干燥速率及其影响因素，提高干燥速率的方法； 4、干燥器的基本计算； 5、干燥操作分析 6、干燥设备的结构、特点、及操作技术。,2018/9/19,干燥操作技术,一、湿空气的性质 二、物料中所含水
8、分的性质 三、干燥过程的物料衡算 四、干燥过程的热量衡算 五、干燥速率和干燥时间,任务二 干燥过程分析,一、湿空气的性质,1、湿度H,湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比 ，又称湿含量。,对于水蒸气空气系统：,（一）湿空气状态参数,当湿空气中水汽分压pw等于该空气温度下的饱和蒸汽压ps时，其湿度称为饱和湿度，用Hs表示。,2、相对湿度百分数,在总压P一定的条件下，湿空气中水蒸气分压pw与同温度下的饱和蒸汽压ps之比。,相对湿度代表湿空气的不饱和程度，愈低，表明该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。=1，湿空气达到饱和，不能作为干燥介质。,在总压一定时,3、比容,在湿空气中，1kg绝干空气体积
9、和相应水汽体积之和，又称湿容积。,4、比热,常压下，将湿空气1Kg绝干空气及相应水汽的温度升高（或降低）1所需要（或放出）的热量，称为湿比热。,5、湿空气的焓,湿空气中1 kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。,6、干球温度t和湿球温度,1）干球温度用普通温度计测得的湿空气的真实温度 2）湿球温度湿球温度计在温度为t，湿度为H的不饱和空气流中，达到平衡或稳定时所显示的温度。,湿球温度的工程意义：在干燥过程中恒速干燥阶段时 湿球温度即是湿物料表面的温度。,在一定的总压下，已知t、tw能否确定H?,7、绝热饱和冷却温度,水分向空气中汽化,空气降温增湿,饱和,绝热,焓不变,是湿空气在绝热、冷却、增湿过
10、程中达到的极限冷却温度。,对于空气水系统，,注意：绝热饱和温度于湿球温度的区别和联系！,8、露点,将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度 相应的湿度称为饱和湿度,水蒸汽空气系统，干球温度、绝热饱和温度和露点间的关系,不饱和空气：,饱和空气：,（二）湿度图及其应用,1、H-I图,当总压一定时，表明湿空气性质的各项参数(t,p,H,I,tw等)，只要规定其中任意两个相互独立的参数，湿空气的状态就被确定。工程上为方便起见，将各参数之间之间的关系制成算图-湿度图。 湿度图上共有五条线：等湿线；等焓线；等干球温度线；等相对湿度线和水蒸汽分压线,2、湿度图的应用,1）由测出的参数确定湿空气的状态 a）水与
11、空气系统，已知空气的干球温度t和湿球温度tw，确定该空气的状态点A(t,H)。 b）水与空气系统中，已知t和td，求原始状态点A(t,H)。 c）水与空气系统中，已知t和，求原始状态点A的位置 2）已知湿空气某两个可确定状态的独立变量，求该湿空气的其他参数和性质,A,A,A,二、物料中所含水分的性质,1、湿基含水量 湿物料中所含水分的质量分率称为湿物料的湿基含水量。2、干基含水量 不含水分的物料通常称为绝对干料.湿物料中的水分的质量与绝对干料质量之比,称为湿物料的干基含水量。,两者的关系：,（一）物料中含水量的表示方法,kg/kg湿物料,kg/kg干物料,（二）物料中水分的性质 1、结合水分与
12、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，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。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。 物料所含结合水分或非结合水分的量仅取决于物料本身的性质，而与干燥介质状况无关。,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
13、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,2、平衡水分与自由水分 根据物料在一定的干燥条件下，其中所含水分能否用干燥方法除去来划分，可分为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
14、由水分为（X-X*）。,二者划分不仅与湿物料性质有关，还与湿空气性质有关,三、干燥过程的物料衡算,(一) 水分蒸发量 若不计干燥过程中物料损失量，则在干燥前后物料中绝对干料的质量不变，即 干燥器的总物料衡算为若以干基含水量表示，则水分蒸发量可用下式计算，也可得出：,图 2-5干燥器物料衡算,（二）干空气消耗量蒸发1Kg水分所消耗的干空气量,称为单位空气消耗量,其单位为Kg绝干空气/Kg水分,用L表示,则,如果以H0表示空气预热前的湿度,而空气经预热器后,其湿度不变,故H0H1,则有,由上可见,单位空气消耗量仅与H2、H0有关，与路径无关。,四、干燥过程的热量衡算,通过干燥系统的热量衡算可以求得
15、：预热器消耗的热量；向干燥器补充的热量；干燥过程消耗的总热量。这些内容可作为计算预热器传热面积、加热介质用量、干燥器尺寸以及干燥系统热效应等依据。,图2-6干燥器的热量衡算,（一）热量衡算的基本方程,若忽略预热器的热损失 ，对图26预热器列焓衡算，得：,故单位时间内预热器消耗的热量为：,再对上图的干燥器列焓衡算，,故单位时间内向干燥器补充的热量为：,联立得：,化简后可得：,可以看出，向干燥系统输入的热量用于：（1）加热空气（2）蒸发水分（3）加热物料（4）热损失。,湿物料比热 可由绝干物料比热 及纯水的比 热求得：即：,2、非等焓干燥器过程 非等焓干燥器过程又称为实际干燥过程。由于实际干燥过程
16、不具备等焓干燥条件则,即：,（二）空气通过干燥器时的状态变化,1、等焓干燥过程,等焓干燥过程又称绝热干燥过程，等焓干燥条件：（1）不向干燥器中补充热量；（2）忽略干燥器的热损失；（3）物料进出干燥器的焓值相等。,即：,（三）干燥系统的热效率,干燥过程中，蒸发水分所消耗的热量与从外热源所获得的热量之比为干燥器的热效率。即,式中，蒸发水分所需的热量Q汽化可用下式计算:,从外热源获得的热量,如干燥器中空气所放出的热量全部用来汽化湿物料中的水分，即空气沿绝热冷却线变化，则：,若忽略湿比热的变化，则干燥过程的热效率可表示为：,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，则干燥操作的热效率高。,但空气湿度增加，使物料与空气间的推动力下降。,若干燥器中无补充热量，,则,一般来说，对于吸水性物料的干燥，空气出口温度应高些，而湿度应低些，即相对湿度要低些。在实际干燥操作中，空气离开干燥器的温度需比进入干燥器时的绝热饱和温度高 ，这样才能保证在干燥系统后面的设备内不致析出水滴，否则可能使干燥产品返潮，且易造成管路的堵塞和设备材料的腐蚀。,
