固体干燥(参考)

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1、,固体干燥 Drying of Solids,重点：空气的焓湿图、干燥机理、干燥 曲线、干燥时间的计算； 难点：空气的焓湿图、干燥机理。,In general, drying a solid means the removal of relatively small amounts of water or other liquid from the solid material to reduce the content of residual liquid to an acceptably low value. Drying is usually the final step in a se

2、ries of operations, and the product from a dryer is often ready for final packaging.,去湿的方法： 机械去湿法 物理化学去湿法 热能去湿法 干燥 用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气排除，藉此来除去固体物料中湿分的操作。,干燥过程的分类 按操作压力：常压干燥、真空干燥 按操作方式：连续式、间歇式 按传热方式：传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热干燥，以及由其中两种或三种方式组成的联合干燥。 干燥过程进行的条件：被干燥物料表面所产生水汽（或其它蒸汽）的压力大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压，压差

3、越大，干燥过程进行越快。所以干燥介质须及时将汽化的水汽带走，以保持一定的汽化水的推动力。,湿空气的性质水蒸气分压pv 湿度(humidity),相对湿度,当pv=0时，=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。 当pv=ps时，=1，表示湿空气为饱和空气。,湿空气的比热,在常用的温度范围内,湿空气的焓,湿空气的比容,绝热饱和温度,在空气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得到的是汽化水带来的潜热，空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化，但其焓值不变。,对空气水蒸气系统 ： 不饱和湿空气： ttas（或tw）td 饱和的湿空气： t tas（或tw） td,湿空气的湿度图 -焓湿图 等湿度线(等H线

4、) 等焓线(等I线) 等温线(等t线) 等相对温度线（等线） 水蒸汽分压线,湿焓图的说明与应用,A,E,D,F,B,C,tw,td,=1,H,p,I,干球温度t、露点td、湿球温度tw（或绝热饱和温度tas）都是由等t线确定的。,通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件是： （）湿空气的干球温度t和湿球温度tw； （）湿空气的干球温度t和露点td ； （）湿空气的干球温度t和相对湿度。,0,H,A,=1,t,tw,I,1,2,3,0,H,A,=1,t,td,I,1,2,0,H,A,=1,t,I,3,1,2,干燥过程的计算内容 水分蒸发 空气用量 热量 选择适宜型号的鼓风机 设计或

5、选择换热器,注：工业上常采用湿基含水量。,物料含水量的表示方法,干基含水量,湿基含水量,水分蒸发量w 对连续干燥器作水分的物料衡算，以1s为基准。,干空气消耗量,比空气用量 从湿物料中气化1kg水分所需的干空气量。,比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而与干燥过程所经历的途径无关。,湿空气的消耗量,例：在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后物料的含水量有10%降至2%（wb）。以热空气为干燥介质，初始湿度H1=0.008kg水/kg绝干气，离开干燥器时湿度为H2=0.05 kg水/kg绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。 解：（1

6、）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即,进入干燥器的绝干物料为 G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg绝干料/h 水分蒸发量为 W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水/h,（2）空气消耗量,原湿空气的消耗量为： L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气/h 单位空气消耗量（比空气用量）为：,（3）干燥产品量,预热器的热量衡算 若忽略预热器的热损失，以1s为基准，则有,干燥器的热量衡算,干燥系统消耗的总热量,干燥系统的热效率 定义：,蒸发水分所需的热量为：Qv=w(2490+1.88t2)-4.1871w

7、 若忽略湿物料中水分代入系统中的焓，则有,提高热效率的措施： 使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（注意吸湿性物料）； 提高热空气进口温度（注意热敏性物料）； 废气回收，利用其预热冷空气或冷物料； 注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的热损失。,例：某糖厂的回转干燥器的生产能力为4030kg/h（产品），湿糖含水量为1.27%，于310C进入干燥器，离开干燥器时的温度为360C ，含水量为0.18%，此时糖的比热为1.26kJ/kg绝干料0C 。干燥用空气的初始状况为：干球温度200C ，湿球温度170C ，预热至970C后进入干燥室。空气自干燥室排出时，干球温度为400C ，湿球温度为

8、320C ，试求： （1）蒸发的水分量；（2）新鲜空气用量；（3）预热器蒸气用量，加热蒸气压为200kPa（绝压）；（4）干燥器的热损失，QD=0；（5）热效率。,t0=200C tw0=170C,t1=970C,Qp,QD=0,G2=4030kg/hw2=0.18% 2=360C,t2=400C tw2=320C,1=310C w1=1.27%,QL,预热器,干燥器,解：（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即,进入干燥器的绝干物料为 G=G2（1-w2）=4030（1-0.18%）=4022.7kg绝干料/h 水分蒸发量为 W=G（X1-X2）=4022.7（0.0129-

9、0.0018）=44.6kg水/h （2）新鲜空气用量 首先计算绝干空气消耗量。 由图查得：当t0=200C，tw0=170C时，H0=0.011kg水/kg绝干料； 当t2=400C，tw2=320C时，H2=0.0265kg水/kg绝干料。,绝干空气消耗量为：,新鲜空气消耗量为： L=L（1+H0）=2877.4（1+0.011）=2909kg新鲜空气/h,（3）预热器中的蒸气用量 查H-I图，得I0=48kJ/kg干空气；I1= 127kJ/kg干空气； I2= 110kJ/kg干空气 Qp=L(I1-I0)=2877.4（127-48）=2.27 105kJ /h 查饱和蒸气压表得：2

10、00kPa（绝压）的饱和水蒸气的潜热为2204.6 kJ /kg， 故蒸气消耗量为： 2.27 105/2204.6=103kg/h,（4）干燥器的热损失,（5）热效率 若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则有,湿物料的性质 湿物料的水分活度,水分活度不仅与物料的贮藏性有关，而且决定了干燥进行的方向。 aw时，解吸水分（干燥）；,平衡水分和自由水分 平衡水分随物料的种类及空气的状态（t， ）不同而异。 平衡水分代表物料在一定空气状况下可以干燥的限度。,结合水分与非结合水分 根据物料与水分结合力的状况，可将物料中所含水分分为结合水分与非结合水分。 结合水分 (bound water)籍化学力或物理

11、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 (unbound water)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，干燥过程中除去非结合水分较容易。,注：物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性质，而与干燥介质的状态无关；而平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。 物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分之间的关系见图示。,干燥机理 湿度梯度： 温度梯度：热导湿方向是从高温到低温。

12、以上两种梯度导致的水分传递称为内部扩散。 外部的传质推动力：气膜内水蒸气分压与气相主体中水蒸气分压之差。 造成该分压的原因是： 对对流干燥，由于介质的不断流动，带走气化的水分；对真空干燥而言，则是气化的水分被真空泵抽走。,表面汽化控制要强化该阶段的干燥速率，对对流干燥而言，提高空气的温度，降低相对湿度，改善空气与物料的接触和流动情况，均有助于提高干燥速率。 内部扩散控制要强化该阶段的干燥速率，必须从改善内部扩散着手，如：减少物料厚度、使物料堆积疏松、搅拌或翻动物料、采用微波干燥等。,干燥曲线与干燥速率曲线 干燥曲线：干燥过程中物料含水量X与干燥时间t、物料表面温度的关系曲线。 干燥速率曲线：物

13、料干燥速率u与物料含水量X的关系曲线。,A,B,C,D,E,X,表面温度,干燥时间,A,B,C,D,E,A,B,C,D,E,X,U,干燥过程分为恒速干燥和降速干燥两个阶段。 恒速干燥阶段： 除去的水分是非结合水； 属于表面汽化控制阶段； 物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度； 干燥速率的大小，主要取决于空气的性质，而与湿 物料的性质关系很小。,恒定干燥条件下干燥时间的计算 恒速干燥阶段,降速干燥阶段,图解积分法 近似计算法,干燥设备 干燥器的分类 按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器； 按操作方式分：连续式、间歇式； 按供热方式分：对流干燥器、传导干燥器、辐射干燥器、 介电加热干燥器； 按介

14、质和物料的相对运动方向分：并流、逆流、错流干燥器；,湿物料,气流式干燥系统,干燥管,流化床式干燥器,多室式流化床干燥器,喷动床干燥器,干物料,喷动床干燥器,湿物料,喷雾干燥器（spray dryer） 原理：用喷雾器将稀料液喷成细雾滴分散于热气流中，使水分迅速蒸发而达到干燥的目的。通常雾滴直径为1060um，每升溶液具有100600m2的蒸发面积。 喷雾器的类型：离心喷雾器、压力喷雾器、气流喷雾器。 优点：干燥时间短，适于热敏性物料；所得产品为空心颗粒，溶解性好，质量高；操作稳定；能连续、自动化生产；由料液直接获得粉末产品，省去了蒸发、结晶、分离和粉碎操作。 缺点：体积传热系数低；设备体积庞大

15、；操作弹性较小，热利用律低、能耗大。,转筒干燥器（回转式干燥器）主要部件： 转筒：呈倾斜状，在旋转时，借助重力的作用使物料向低端输送。 抄板：将物料抄起后再洒下，增大干燥面积，提高干燥速率；同时促进物料向前运动。 优点：处理量大，适应性强，生产能力大，操作控制方便，干燥时间可藉调节转筒的转速来控制，产品质量均匀。 缺点：设备笨重，热利用率低，结构复杂，占地面积大。,滚筒式干燥器 间接加热的连续干燥器，适用于溶液、悬浮液、胶体溶液等流动性物料的干燥。,滚筒式干燥器,优点：动力消耗少，干燥时间和干燥强度易调节。,Humidity,H is the mass of vapor carried by a unit mass of vapor-free gas. So defined, humidity depends only on the partial pressure of the vapor in the mixture when the total pressure is fixed. If the partial pressure of the vapor is PA atm, the molal ratio of vapor to gas at 1 atm is PA /(P - PA ). The humidity is therefore,