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1、干 燥,化工单元操作,主要培训内容,干燥及干燥原理 湿空气的性质 干燥过程的物料衡算 干燥速率及其影响因素,第一节 干燥及干燥原理 一.定义及分类: 1.定义:干燥是利用加热的方法除去固体物料中湿分(水分或其他液体)的单元操作。,2. 分类： （1) 按操作压强不同分: 常压干燥： 真空 干燥：适用于处理热过敏性，易氧化 或要求产品含湿量很低的物料。 （2) 按操作方法分： 间歇式干燥：小批量，多品种或要求干燥 时间长的物料。 连续式干燥：生产能力大，热效率高及劳动 条件好。,(3) 按传热方式分： 传导干燥：湿物料与加热介质不直接接触，热量以传导方式通过固体壁面传给湿物料。此法热能利用率高，
2、但物料温度不易控制，易过热。 对流干燥：热量通过干燥介质（热空气）以对流方式传给湿物料，此过程干燥介质与湿料直接接触，干燥介质供给湿物料汽化所需的热量。并带走汽化后的湿分蒸气。所以，干燥介质在干燥过程中既是载热体又是载湿体。 辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射至湿物料表面，被湿物料吸收后再转变为热能将湿物料中湿分汽化并除去。,二. 对流干燥流程及原理： 1干燥流程： 如图所示，空气由预热器加热至一定温度后进入干燥器，与进入干燥器的湿物料相接触，空气将热量以对流传热的方式传给湿物料，湿物料表面水分被加热汽化成蒸气，然后扩散到空气，最后由干燥器的另一端排出。空气与湿物料在干燥器内的接触可以是
3、并流；逆流或其他方式。,2对流干燥原理（干燥过程分析）,干燥原理,热空气将热能以对流的方式传到湿物料表面,再由表面传到物料内部,这是一个传热过程;物料表面的湿分由于受热汽化,使物料内部和表面之间产生浓度差。因此,物料内部的湿分以液态或气态的形式向表面扩散,然后气化后的水蒸气再通过物料表面扩散到气流主体,这是传质过程。干燥是传热和传质同时进行的过程,两者相互联系。干燥过程的速率同时由传热速率和传质速率决定。,3对流干燥的条件： 必要条件：物料表面水汽分压必须大于干燥介质中水汽分压。 两者的压差越大，干燥进行得越快，所以干燥介质应及时地将汽化的水汽带走，以便保持一定的传质推动力。若压差为零，干燥操
4、作也就停止了。 热空气在干燥过程中既是载热体（提供热）又是载湿体（接受水汽并带走水汽），干燥是传热和传质相结合的过程。,第二节 湿空气的性质 作为干燥介质的热空气，在干燥过程中不断从湿物料中获取水分，成为空气和水蒸气的混合物，称为湿空气。 由于在干燥过程中，湿空气的水含量是不断变化的,但绝干空气的质量是不变的，为方便起见，湿空气的各项参数都是以单位质量的绝干空气为基准的。,一. 湿空气的基本性质： 由于干燥设备一般为常压操作。因此，理想气体的有关定律适用于湿空气。 湿空气是干空气和水汽的二元混合气。根据道尔顿分压定律： P湿总 = Pg + Pw,三相对湿度： 相对湿度：在一定的总压下，湿空气
5、中水蒸气分压与同温度下的水的饱和蒸气压之比称为相对湿度。 = 100% Pw-湿空气中水气的分压 Ps-水的饱和蒸气压,相对湿度可以用来衡量湿空气的不饱和程度。当=100%时，Pw=Ps表示湿空气已被水汽饱和。当Pw Ps时， 100%，湿空气中的水汽均未达到饱和，不饱和空气才能作为干燥介质。 =0表示湿空气中不含水分,此时为干空气。 值越低，表示该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。所以空气的湿度H仅表示其中水蒸气的绝对含量。 相对湿度值才能反映出湿空气吸收水汽的能力。,四 湿空气的比容：VH 定义：1kg绝干空气和其所带有的Hkg水 汽所占的容积。 VH = Vg + HVw 单位：m3/
6、kg干气 Vg-干空气的比容 Vw-水汽的比容,五 湿空气的比热： 定义：常压下，1公斤干空气和其所带有的H公斤水汽升高温度为1K所需的热量。 CH = Cg + HCw Cg-绝干空气比热 KJ/kg干气k Cw-水汽比热,六 湿空气的焓：IH 定义：1公斤绝干空气的焓值与其所带有的H公斤水汽的焓值之和。 IH = Ig + HIw Ig-绝干空气的焓值 KJ/kg干气 Iw-水汽的焓值 KJ/kg干气,七 干球温度：t 定义：用普通温度计测得的湿空气真实温度，称干球温度。简称温度。 单位：K 或 C,例1：当总压力为100Kpa时，湿空气的温度为30，水气分压为4Kpa。求该湿空气的湿度和
7、相对湿度？如将湿空气加热至少80，再求其相对湿度？,第三节 干燥过程的物料衡算 物料衡算要解决的问题: 1.求干燥过程中的水分蒸发量W 。 2.求干燥过程中的空气消耗量L 。,一. 湿物料中含水量的表示方法: 有两种:湿基含水量w和干基含水量X 1. 湿基含水量:w 定义:单位质量湿物料中所含水分的质量,称为湿物料的湿基含水量。 单位：kg(水 )/kg(湿物料） w=,2 干基含水量：X 定义：指单位绝干物料中所含水分的质量。用X表示。 单位: kg（水）/kg（干料） =,X,=,两种换算之间的关系：,=,X,例1 某车间测得100kg湿尿素中含水25kg，试用干基含水量和湿基含水量分别表
8、示此湿尿素水分的浓度。,解：湿基含水量：,二 物料衡算： 对流干燥物料衡算图 设计过程稳定，各种漏损忽略不计，过程中绝干物料及绝干空气量不变，以单位时间为基准，对水分进行衡算。,GcX1+LH1=GcX2+LH2 Gc-绝干物料的质量流量 kg/h L-绝干空气的质量流量 kg/h W-干燥过程中水分蒸发量 kg/h X1,X2-湿物料进.出干燥器的干基含水量 H1,H2-热空气进.出干燥器的湿度 干燥过程中，湿物料汽化的水分全部进入热空气流，由上式： W=Gc(X1-X2)=L(H2-H1) L=,干燥操作中，空气的消耗量只与空气的最初和最终湿度有关，而与过程无关。 实际生产中，已知干燥前后
9、湿物料量G1，G2及相应的湿基含水量w1和w2。将前式w1和w2换算成X1和X2，然后求绝干物料量： Gc=G1(1-w1)=G2(1-w2) 干燥产品量=湿物料量-水分蒸发量 即： G2= G1 W G1-进入干燥器的湿物料量，kg/h G2-出干燥器的产品质量, kg/h,例 ：聚氯乙烯树脂的湿基含量为6%,干燥后产品中的湿基含水量为0.3%,干燥产品量为5000kg/h,求树脂在干燥器中蒸发的水分量?,解:已知:w1=6%; w2=0.3%,Gc=G2(1-w2) =5000(1-0.003)=4985kg/h W=Gc(X1-X2) =4985(0.0638-0.003) =303kg
10、(水)/h,例2 在连续的干燥器中，每小时处理湿物料1000公斤，经干燥后物料的含水量由10%降到2%（均为湿基）。以热空气为干燥介质，初始湿度H1为0.008kg(水)/kg绝干气,离开干燥器时湿度H2=0.05kg(水)/kg绝干气,假设干燥过程中无物料损失,求: (1)水分蒸发量 (2)空气消耗量 (3)干燥产品量,(2) 空气消耗量：L,例 : 某连续干燥器，每小时处理湿物料1000公 斤，经干燥后物料的含水量由40%减至5%（均为湿基），干燥介质为热空气流，初始温度为20C时的H1=0.009kg水/kg干气,经预热到120 C后进入干燥器,离开干燥器温度为40 C时,H2=0.03
11、9kg水/kg干气,求: (1)水分蒸发量? (2)空气消耗量? (3)如产品收率为95%,求干燥产品量?,解:(1)水分蒸发量W:,(2)空气消耗量L,第四节 干燥速率及其影响因素 一.干燥速率的定义: 定义:单位时间内在单位干燥面积上被干燥物料所能汽化的水分质量,称为干燥速率。 用微分表示：,二 影响干燥速率的因素： 影响干燥速率的主要因素是物料的状况，干燥介质的状态，干燥设备的结构和物料流程等几个方面。现就其中重要因素说明如下： 1. 湿物料的性质和形状： 包括湿物料的物理结构；化学组成；形状及大小等。 2 . 湿物料本身的温度： 湿物料本身的温度越高，则干燥速率越大。在干燥器中湿物料的
12、温度又与干燥介质的状态有关。,3 . 与物料的最终和最初的含水量有关： 4 . 物料的堆置方法： 5 . 干燥介质的温度： 当干燥介质的湿度不变时，其温度越高，则干燥速率越大，但要以不损坏干燥物料的品质为原则。此外，要防止由于干燥过快，物料表面形成硬壳而减小以后的干燥速率，使总的干燥时间加长。 6. 干燥介质的湿度： 当干燥介质的温度不便时，其相对湿度越低，水分的汽化越快，尤其在表面汽化控制时最显著。,7. 干燥介质的速度： 增加干燥介质的速度，可提高表面汽化控制阶段的干燥速率，在内部控制阶段汽速对干燥速率影响不大。 8. 干燥介质的流向： 流动方向与物料汽化表面垂直时，干燥速率最快，平行时较差。 9 . 干燥器的构造： 上述各项因素都与干燥器的构造有关，许多新型干燥器就是针对某些有关因素设计的。,THANK YOU,
