干燥概述及设备、湿空气性质

2015化工单元操作模块六干燥任务一干燥概述及设备化工仿真教室《化工单元操作》干燥应用一、干燥在化工中的应用尿素的干燥，防止其吸湿而结块便于贮藏和运输提高产品质量和有效成分木材、陶瓷坯料、原料矿的干燥奶粉、饼干、药剂满足后序工艺要求干燥定义：向物料供热以汽化其中的湿分的单元操作。机械去湿（过滤、沉降）；吸附去湿（干燥剂硅胶等）化工仿真教室《化工单元操作》干燥分类123常压干燥真空干燥（热敏性物料如维生素、抗菌素等）操作压力分间歇干燥连续干燥操作方式分传导干燥对流干燥辐射干燥传热方式分二、干燥过程的分类介电加热干燥热能以对流方式加入物料，产生的蒸气被干燥介质所带走。干燥介质：热空气湿分：水辐射能以电磁波形式达到物料表面，从而使湿分汽化。例用红外线干燥法将自行车表面油漆干燥。将需要干燥的电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电介质中转变为热能，例如微波干燥食品。热能通过传热壁面以传导方式传给物料。例：纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。化工仿真教室《化工单元操作》对流干燥三、对流干燥过程分析图1对流干燥流程示意图1-鼓风机；2-预热器；3-干燥器1、传热过程干燥介质Q湿物料表面Q湿物料内部2、传质过程湿物料内部湿分湿物料表面湿分干燥介质化工仿真教室《化工单元操作》干燥设备四、常用工业干燥器优点结构简单适用性强缺点干燥不均匀干燥时间长劳动强度大化工仿真教室《化工单元操作》四、常用工业干燥器优点：干燥速率大干燥时间短可连续操作价格便宜缺点：不适用粘着力强的物料操作要求高（气流速率的控制）干燥设备化工仿真教室《化工单元操作》四、常用工业干燥器优点：颗粒在干燥器内停留时间比气流干燥器时要长，可得到较低的最终含水量，结构简单。缺点：干燥不均匀。系统的流动阻力大，要求的厂房高，对除尘设备要求严。干燥设备化工仿真教室《化工单元操作》四、常用工业干燥器优点：干燥过程进行很快，操作稳定、连续和自动化控制；缺点：传热系数小，能量消耗大，投资大、操作弹性小干燥设备化工仿真教室《化工单元操作》四、常用工业干燥器优点：生产能力大，气体流动阻力小，操作弹性大、方便；缺点：结构复杂，投资费用大。干燥设备化工仿真教室《化工单元操作》四、常用工业干燥器干燥设备化工仿真教室《化工单元操作》五、干燥器选择考虑因素干燥设备2015化工单元操作模块六干燥任务二湿空气的性质与湿度图化工仿真教室《化工单元操作》一、湿空气的性质---浓度、比热、比容（密度）、焓、温度等。湿空气是由水蒸汽和绝干空气构成。通常用两个参数来表征空气中所含水分的大小：湿度H及相对湿度φ湿度（湿含量）H：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。1829MnnHMnnvvvggg湿空气中水蒸气的质量湿空气中绝干空气的质量180.62229ppHPpPpvvvv0.622pHPpsssHs——饱和湿度，kg水汽/kg干气Ps——纯水的饱和蒸汽压，Pa。P——湿空气的总压，Pa；Pv——水蒸气的分压，Pa。湿空气性质化工仿真教室《化工单元操作》相对湿度：在一定T及总压下，pw与同T下水的ps之比的百分数。%100Swpp即：)(tpfw，结论：湿度H只能表示出水汽含量的绝对值，而相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。当φ=1时：pw=ps，湿空气达饱和，不可作为干燥介质；当φ1时：pwps，湿空气未达饱和，可作为干燥介质。φ越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。居室里比较舒适的气象条件是：室温达25℃时，相对湿度控制在40%—50％为宜；室温达18℃时，相对湿度应控制在30%—40％。湿空气性质化工仿真教室《化工单元操作》相对湿度φ与湿度H的关系：sspPpH622.0)(tfH，湿空气的湿比热（湿热）cH[kJ/kg干气•℃]常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水汽升高温度1℃所需的热量。)(88.101.1HfHHcccvgHvc：水汽比热=1.88kJ/kg水汽•℃gc：干空气比热=1.01kJ/kg干气•℃式中湿空气性质化工仿真教室《化工单元操作》湿空气的焓（热含量）I[kJ/kg干气]湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。计算基准：以0℃干空气及0℃液态水的焓值为0作基准。tcHtHHtHccHrHtcrtcHIIIHvgvgvg2492)88.101.1(2492)()(00式中：I：温度为t、湿度为H的湿空气的焓值。[kJ/kg干气]；Ig：干空气的焓值。[kJ/kg干气]；Iv：水汽的焓值。[kJ/kg水汽]；r0：0℃时水的汽化潜热。r0=2492kJ/kg水汽。湿空气性质化工仿真教室《化工单元操作》湿空气的比容（湿容积）υH[m3湿空气/kg干气]每单位质量绝干空气中所具有的湿空气（绝干空气和水蒸汽）的总体积。HwgH式中：H：压力P、温度t下湿空气比容。[m3湿气/kg干气]g：压力P、温度t下干空气比容。[m3干气/kg干气]w：压力P、温度t下水汽比容。[m3水/kg水]PtPtg5510013.1273273773.010013.12732732941.22PtPtw5510013.1273273244.110013.12732731841.22PtHHwgH510013.1273273)244.1773.0(湿空气性质化工仿真教室《化工单元操作》湿度H与露点td的关系：露点td：一定压力下，将不饱和空气等湿降温至饱和，出现第一滴露珠时的温度。干球温度t：干球温度t是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。湿球温度tw：湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。湿球温度计：温度计的感温球用纱布包裹，纱布用水保持湿润，这支温度计为湿球温度计。不饱和空气的湿球温度tw低于干球温度t。当空气为不饱和状态：ttw(tas)td；当空气为饱和状态：t=tw(tas)=td。pd：td下的饱和蒸汽压。ddpPpH622.0空气t,Ht,Ht湿球温度计twtw传热传质湿空气性质化工仿真教室《化工单元操作》【例6-1】已知湿空气的总压为101.325kPa，相对湿度为50%，干球温度为20℃。试求：①湿度；②水蒸气分压pw；③露点td；④焓IH；⑤如将500kg/h干空气预热至117℃，求所需热量Q；⑥每小时送入预热器的湿空气体积V。解：ｐ=101.325kPa，t=20℃，由饱和水蒸气表查得，水在20℃时的饱和蒸汽压为ps=2.34kPa①湿度H②水蒸气分压ｐwｐw=φps=0.50×2.34=1.17kPa0.502.34=0.622=0.00727kg/kg101.3-0.502.34水干空气sspPpH622.0湿空气性质化工仿真教室《化工单元操作》③露点露点是空气在湿度H或水蒸气分压ｐw不变的情况下，冷却达到饱和时的温度。所以可由ｐw=1.17kPa查饱和水蒸气表，得到对应的饱和温度td=9℃td④焓IHIH=(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.88×0.00727)×20+2492×0.00727=38.6ｋJ/ｋg干空气⑤热量QQ=500×(1.01+1.88×0.00727)×(117-20)=49647ｋJ/h=13.8kW⑥湿空气体积VH3T+273V=500v=500(0.772+1.244H)27320+273=500(0.773+1.2440.00727)273=419.7m/h湿空气性质化工仿真教室《化工单元操作》二、空气的湿度图及其应用1、湿度图五条线：1.等H线；2.等I线；3.等t线；4.等φ线；5.水蒸气分压线。湿度图应用化工仿真教室《化工单元操作》H-I图等I线群（0~680）等H线群（0~0.2）等t线群（0~250）等φ线群（5%~100%）蒸汽分压线群湿度图应用化工仿真教室《化工单元操作》2、H—I图的应用--湿空气状态点的确定湿度图应用化工仿真教室《化工单元操作》结论：。一定时，、当tPH.1因此，提高湿空气温度t，不仅提高了湿空气的焓值，使其作为载热体外，也降低了相对湿度使其作为载湿体。真空状态下进行。干燥过程一般在常压或，故加压对干燥不利。一定时，Pt.2湿度图应用化工仿真教室《化工单元操作》【例6-2】已知湿空气总压为101.3kPa,温度为40ºС，湿度为0.02kg(水气)/kg(干空气)，试用湿度图求取相对湿度，焓IH，湿球温度tw和露点td。解：温度为40℃的等ｔ线与湿度为0.02kg(水气)/kg(干空气)的等H线，在I-H图中的交点A，即为空气的状态点。由A点可读得φ=43%，IH=92kJ/kg(干空气)。由A点沿等焓线与饱和空气线交于B点，B点所对应的温度即为湿球温度，tw=28℃。由A点引垂直线与饱和空气线交于C点，C点所对应的温度为露点，td=25℃。湿度图应用化工仿真教室《化工单元操作》旧知回顾二、湿空气性质一、干燥过程的定义及常见干燥器三、湿度图的应用供热方式除去物料湿份，对流干燥箱式、气流、流化床、喷雾、转筒、滚筒干燥器等湿度、相对湿度、焓、比容、比热、干球温度、湿球温度、露点化工仿真教室《化工单元操作》H-I图等I线群（0~680）等H线群（0~0.2）等t线群（0~250）等φ线群（5%~100%）蒸汽分压线群2013化工单元操作主讲人佘媛媛模块六干燥任务三干燥的工艺计算化工仿真教室《化工单元操作》任务三干燥的工艺计算干燥过程的热量衡算干燥过程的物料衡算湿物料中含水量的表示方法目录化工仿真教室《化工单元操作》1、物料与水分结合方式吸附水分：湿物料的粗糙外表面附着的水分。毛细管水分：多孔性物料的孔隙中所含的水分。溶胀水分：物料组成一部分，可透入物料细胞壁内，使物料体积增大。2、平衡水分与自由水分平衡水分（X*）——不能用干燥方法除去的水分。*X*Xt小不吸水物料的*X自由水分（X－X*）——可用干燥方法除去的水分。X*=f（物料种类、空气性质）物料水分性质化工仿真教室《化工单元操作》3、结合水分与非结合水分结合水分——水与物料结合力强，pwps。非结合水分——水与物料结合力弱，pw＝ps。结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，而与空气的状态无关，这是与平衡水分的主要区别。平衡水分一定是结合水分。物料水分性质化工仿真教室《化工单元操作》物料水分性质化工仿真教室《化工单元操作》1.湿基含水量Ｗ----湿物料中所含水分的质量分率。w湿物料中水分的质量湿物料总质量X湿物料中水分的质量湿物料中绝干物料的质量物料水分表示2.干基含水量X-----湿物料中的水分的质量与绝对干料质量之比。不含水分的物料通常称为绝对干料。化工仿真教室《化工单元操作》两者的关系1wXw工业中常用湿基含水量，但由于干燥过程中湿物料的总质量因干燥失出水分而不断减少，而绝干物料的质量不变，因此，干燥计算中，以干基含水量表示较为方便。1XwX物料水分表示化工仿真教室《化工单元操作》1122ccLHGXLHGX2112cWLHHGXX1.水分蒸发量★以s为基准，对水分作物料衡算物料衡算化工仿真教室《化工单元操作》2.空气消耗量L—单位时间内消耗的绝干空气量，kg绝干气／s；l—每蒸发1kg水分时消耗的绝干空气量，称为单位空气消耗量，kg绝干空气/kg水分122121cGXXWLHHHH121HHWLl选择通风机时，应以全年中最大空气消耗量为依据，夏季湿度大，消耗的空气量最多，因此风量V计算如下：273(0.7331.244)273HtVLvLH物料衡算化工仿真教室《化工单元操作》3.干燥产品量221111cGGwGw【例6-3】用空气干燥某含水量为40％（湿基）的物料，每小时处理湿物料量为1000㎏，干燥后产品含水量为5％（湿基）。空气的初温为20℃，相对湿度为60％，经加热至120℃后