第 14 章 固体干燥知识要点干燥是指向物料供热以汽化其中的湿分的操作本章主要讨论以空气为干燥介质、湿分 为水的对流干燥过程学习本章应重点掌握湿空气的性质参数与湿度图、湿物料中的水分性 质、干燥过程的物料衡算与热量衡算一般掌握干燥过程的速率与干燥时间的计算了解干 燥器的类型与适用场合，提高干燥过程的热效率与强化干燥过程的措施本章主要知识点间 的联系图如下图所示图 14-1 干燥一章主要知识点联系图1. 概述 对流干燥的特点：热、质反向传递过程 传热：固相一气相 推动力：温度差 传质：固相一气相 推动力：水汽分压差2. 干燥静力学(1) 湿空气的状态参数① 空气中水分含量的表示方法pa.绝对湿度(湿度) H = 0.622 水汽一b. 饱和湿度 H = 0.622一匕一s p - psc. 相对湿度(p < p)s(p > p)s p水汽 rp水汽/ps一定温度、压力下空气中水汽分压可能达到的最大值 / p'"水汽p② 湿空气温度的表示方法a. 干球温度t：简称温度，指空气的真实温度，可直接用普通温度计测量b. 露点温度td:在总压不变的条件下，不饱和湿空气等湿降温至饱和状态时的温度c. 绝热饱和温度t :指少量空气与大量水经长时间绝热接触后达到的稳定温度。
asd. 湿球温度t :指大量空气与少量水经长时间绝热接触后达到的稳定温度we. 湿空气的四种温度间的关系不饱和湿空气：t > t (t ) > tW asd饱和湿空气：t = t (t ) = tW asd③ 湿空气的比热容(湿比热容)CpH：将1kg干空气和其所带的H kg水汽的温度升高1°C所需的热量，单位kJ/(kg C) 卩c 二 1.01 +1.88 HpH④ 湿空气的焓I：指1kg干气及所带的Hkg水汽所占的总体积，单位m3/kg干气I = (1.01+ 1.88H )t + 2 500H⑤ 湿空气的比体积：指1kg干气及所带的Hkg水汽所占的总体积，单位m3/kg干气 常压下温度为t C、湿度为H的湿空气的比体积为v 二(2.83 x 10-3 + 4.56 x 10-3 H)(t + 273) H(2) 湿度图湿空气的各种性质之间存在着一定的函数关系，这些关系除了可用前面介绍的公式表示 外，还可用湿空气的性质图来表示在总压一定时，湿空气仅有两个独立的性质参数从形 式上看，常用的有焓I—湿度H图、温度t—湿度H图3) 水分在气固两相间的平衡湿基含水量kg水/kg湿料① 湿物料中水分含量的表示方法干基含水量X- 湿物料中水分的质量kg 水/kg绝干料湿物料中绝干物料的质量Xw—* N二者关系w = X1 + X1-w② 相对湿度曲线湿物料中水分的质量湿物料总质量弋 结合水分非结合水分尸/ 1｛平衡自由水分1 ,水分^0 X* X Xmax t度湿对相图 14-2 相对湿度曲线③ 平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分间的差异(表 14-1)表 14-1 物料中四种水分间的差异项目平衡水分 自由水分结合水分非结合水分区分标准能否被干燥除去干燥的难易程度特点能被干燥除去不能被干燥除去难容易p < pp 二 pe se s影响因素湿空气的性质、物料性质物料本身的性质备注平衡水分一定是结合水分非结合水分一定是自由水分3. 干燥速率与干燥过程计算(1) 物料在定态条件下的干燥速率① 干燥速率： 指单位时间、单位面积( 气固接触界面) 被汽化的水量，即 dW G dXN = = 一 ——A Adi Adi式中 G ——试样中绝对干燥物料的质量，kg； cA ——试样暴露于气流中的表面积， m2；X ——物料的自由含水量W——汽化的水分量，kg。
X = X — X *, kg 水/kg 干料② 干燥速率曲线02—lgx速燥干［降速段.恒速段* iFC/eX^图 14-3 干燥速率曲线③ 各阶段特点a. 恒速段a• (N )二 (t — t )二 k (H — H)=常量A C r w H ww• 物料表面温度等．于．湿空气的湿球温度 tw；w• 恒速干燥阶段为表面汽化控制；• 在该阶段除去的水分为非结合水分；• 恒速干燥阶段的干燥速率与空气的状态有关，与物料的种类无关b. 降速段•随着干燥时间的延长，干基含水量X减小，干燥速率降低，物料表面温度逐渐升高;• 物料表面温度大于湿空气的湿球温度；• 除去的水分既有非结合水，也有结合水；• 降速干燥阶段的干燥速率与物料种类、结构、形状及尺寸有关，而与空气状态关系不大④ 临界含水量•由恒速阶段转为降速阶段的点称为临界点，所对应湿物料的含水量称为临界含水量; •降低物料厚度，临界含水量X」；•物料越细，xc f；•等速干燥阶段的干燥速率(NA)c越大，Xcf2) 间歇干燥过程的计算恒速段降速段G X - XT — c • 1 ci A (N )dXAC降速段的近似计算法G X - X*T — — ln —e 2 AK X — X * X2G ] X2 AK XX2(3) 干燥过程的物料衡算与热量衡算( N )(X——干基含水量) K — A-C-X X - X *e(N )(X——自由含水量)K — A-CXXe图 14-4 干燥流程示意图① 物料衡算绝干物料量G — G (1- w ) — G (1- w )e 1 1 2 2G G GG — ie 1 + X 1 + X12蒸发水分量W — G (X — X ) — Gw -G w — Ge 1 2 1 1 2 2 1-G2或 W V(H - H ) V(H - H )2 1 2 0WW干空气质量流量 V — H — H — H — H2 1 2 0比空气用量V 1 1l ———— — W H -H H -H2 1 2 0实际空气(新鲜空气)质量流量 V'— V(1+ H0) kg湿空气/s风机的风量273 +1 101.3q = Vv = V (0.773 +1.244H) x m3 湿空气/sV H 273 p式中t、H是风机所在位置空气的干球温度与湿度。
干燥产品质量流量G = G (1 - w )/(1 - w )2 1 1 2② 预热器的热量衡算Q 二 V (I -1 )二 Vc (t -1 )P 1 0 pH1 1 0I = (1.01 +1.88H )t + 2500H1 1 1 1I = (1.01 +1.88H )t + 2500H0 0 0 0H =H c =c1 0 ， pH1 pH 0③ 干燥器的热量衡算VI + G /' + Q = VI + G /' + Q1 c 1 D 2 c 2 L或 VI + Gc 0 + Q = VI + Gc 0 + Q1 c p,X1 1 D 2 c p, X2 2 L式中c X——湿物料的比热容，kJ/(kg干物料.°C) c = c + c X，对于水c l=4.18P，X p,X p,s p,L P，LkJ/(kg.C )④ 理想干燥过程，又称为等焓干燥过程，即 I = I12⑤ 干燥系统的热量衡算Q + Q = V (I -1) + G (I -1f) + Q热损失QLP D 2 1 c 2 1 L20%~30%5%~30%15%~40%8%~30%⑥ 干燥过程的热效率忽略热损失Qp +QD2+ QD-Q3 = 1 -Q + Q=W(r + c t - c 0 )-bG c (0 -0 )+Vc (t -1 )+Qr—p D0 PV 2 PL 1c pm 2 2 1pH。
2 0—rL物料升温耗热q2蒸发水分耗热Q]加热空气耗热Q3加入干燥 系统的热量t - ta. 理想干燥过程 n = T 2t - t10b. 提高热效率的措施•降低废气的温度t2，但t2应比空气的湿球温度高20〜50C，以避免干燥的产品返潮 •提高空气的预热温度t1，但以考虑热源能位的限制与物料的耐高温性对不能经受 高温的物料，采用中间加热的方式• 减少干燥过程的各项热损失• 采用部分废气循环操作，一般废气循环量为总气量的 20%〜30%4. 干燥器(1) 常用干燥器： 厢式干燥器、喷雾干燥器、流化床干燥器、气流干燥器等(2) 几种干燥器的特点① 喷雾干燥器：干燥速率快，干燥时间短(仅5〜30s)，特别适用于热敏性物料的干燥； 能处理低浓度溶液，且可由料液直接得到干燥产品② 气流干燥器：颗粒在管内的停留时间很短，一般仅2s左右在加料口以上1m左右, 物料被加速，气固相对速度最大，给热系数和干燥速率也最大，是整个干燥管最有效的部分③ 流化床干燥器：气速较气流干燥器低，停留时间长(停留时间可由出料口控制)。