化工原理_7固体干燥

2019/8/121第七章固体干燥第一节概述第二节湿空气的性质与湿度图第五节干燥设备第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算第四节物料的平衡含水量与干燥速率2019/8/122第一节概述一、固体物料去湿方法二、湿物料的干燥方法三、对流干燥过程的传热与传质2019/8/123去湿:湿分从物料中去除的过程。去湿的方法:机械去湿去湿目的:1）工艺要求；2）贮存；3）运输。物理去湿加热去湿（干燥）一、固体物料去湿方法二、湿物料的干燥方法（1）热传导干燥法2019/8/124（2）对流传热干燥法（3）红外线辐射干燥法（4）微波加热干燥法（5）冷冻干燥法干燥过程的分类：常压干燥真空干燥按操作压力分2019/8/125连续式间歇式按操作方式分传导干燥（间接加热干燥）对流干燥（直接加热干燥）辐射干燥介电加热干燥按供热方式分2019/8/1261.传热、传质同时，但方向相反；2.介质是热载体，有是湿载体。1-鼓风机；2-预热器；3-气流干燥管；4-加料斗；5-螺旋加料器；6-旋风分离器；7-卸料阀；8-引风机。17654328干品三、对流干燥过程的传热与传质HtQWtippiM干燥过程进行必要条件：1.物料表面水汽压力大于干燥介质中水汽分压；2.干燥介质要将汽化的水分及时带走。2019/8/127第二节湿空气的性质与湿度图一、湿空气的性质二、湿空气的湿度图及其应用2019/8/128一、湿空气的性质（一）湿空气中湿含量的表示方法1.湿空气中水汽分压pVVppy2.相对湿度φ定义：一定T、P，pV与同温度下pS之比的百分数。S100%Vpp2019/8/1293.湿度（湿含量）H定义：1kg干空气所携带的水汽质量。H=Kg水汽Kg干空气=nVMVngMg=18.02nV28.95ngggVVVVnppnpPp饱和空气，pV=ps，φ=1，不可作为干燥介质；不饱和空气，pVps，φ1，可作为干燥介质。2019/8/1210当P为一定值时，()VHfppV=ps时，H=HsSSS622.0pPpH即：)(SPtfH，180206222895...VVgVnpHnPpH与φ的关系：H表示空气中水汽含量的绝对值，而φ反映湿空气水气含量的相对大小，不饱和程度，吸收水汽的能力，φ↓→能力↑。2019/8/1211sspPpH622.0)(tHf，（二）湿空气的比体积、比热容和焓1.湿空气的比体积υH[m3湿空气/kg干气]定义：1kg绝干空气为基准，湿空气的总体积。HgVH22412731013310133077329273273....gtTPP22412731013310133124418273273....VtTPP2019/8/1212P一定，)(HtfH，HHt1013307731244273.(..)HTHP2.湿空气的比热容cH定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水汽升高温度1K所需的热量。[kJ/kg干气•K])(88.101.1HfHHcccvgH3.湿空气的焓I[kJ/kg干气]2019/8/1213定义：湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。IHt24921011.882492(.)HIHHtHct，()IfHt00()()gvgvgvIIIHctrctHrHccH（三）湿空气的温度t：是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。1.干球温度t2019/8/1214定义：一定压力，不饱和空气等湿降温至饱和的温度。pS：td下的饱和蒸汽压。2.露点td0.622SSpHPp)(Hftdtw:湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。3.湿球温度tw气流ttw2019/8/1215湿球温度计工作原理)(wttAQ()HwNkAHH()()wWHWQAttrkAHH)(HHrkttwwHw)(HtftW，α、kHu0.8，α与kH之比与物性有关。讨论：1）物系一定，空气—水系统，u5m/s：HHck09.1QN对流传热kH气体t,H气膜对流传质液滴表面tw,Hw2019/8/12162）饱和空气：tw=t；3）不饱和空气：twt。测定tw的意义：1）测定H；2）确定物料表面的温度。4.绝热饱和温度tas定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。2019/8/1217空气变化过程：1）t↓；2)H↑；3）I不变。)()(HHrttcQasasasH)(HHcrttasHasas)(Htftas，2019/8/1218tw与tas的关系：tw：大量空气与少量水接触，空气t、H的不变；tas：大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。••tw与tas数值上的差异取决于α/kH与cH两者之间的差别。tw：传热与传质速率均衡结果，属动平衡；tas：热量衡算与物料衡算导出，属静平衡。•，空气—水体系：HHckaswtt空气—甲苯体系：HkHc，twtas2019/8/1219•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。),(HtfptttIcWdWasHHH、、、、、、、、32122cFP一定，F=2，两个独立参数确定空气状态、性质。二、湿空气的焓湿图及其应用2019/8/1220（一）I-H图的构造坐标；5根线。等湿线等焓线等温线等相对湿度线p-H线2019/8/1221（二）焓湿图的应用1.已知两个独立参数，定空气状态点，求其它性能参数例1已知t=30℃，=60%求：H、td、tas%1006.0t=30AH=0.016kg/kg干气D等焓线C2019/8/1222例2已知t、tW，定状态。A2019/8/1223例3已知t、td，定状态。tdA2019/8/1224第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算一、干燥过程的物料衡算二、干燥过程的热量衡算2019/8/1225（一）物料中含水量表示方法（1）湿基含水量w[kg水/kg湿物料]w湿物料中水分质量湿物料总质量一、干燥过程的物料衡算（2）干基含水量X[kg水/kg干物料]X湿物料中水分质量湿物料中绝干物料质量2019/8/1226（3）两者关系wwXXXw11（二）物料衡算湿物料L1,w1干燥产品L2,w2热空气G,H1湿废气体G,H2（1）干燥产品流量L2c112211()()LLwLw（2）水分蒸发量W21c12()()WGHHLXX2019/8/1227（3）空气消耗量21WGHH211GWHH2019/8/1228二、干燥过程的热量衡算湿物料L1,X1,1,I1’干燥产品L2,X2,2,I2’热气体G,H1,t1,I1湿废气体G,H2,t2,I2湿气体G,H0,t0,I0QpQDQL预热器干燥器2019/8/1229（1）预热器的加热量P10110()()pHQGIIGcttkW（2）干燥器的热量衡算1122''CDCLGILIQGILIQ2019/8/1230第四节物料的平衡含水量一、物料的干燥实验曲线二、物料的平衡含水量曲线三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间2019/8/1231一、物料的干燥实验曲线（一）干燥实验曲线A湿含量XXctwDCBADCBtX*物料表面温度干燥时间预热段恒速段降速段干燥曲线：X、与的关系曲线。空气温度•湿度•流速•与物料接触状况恒定干燥条件：2019/8/12322.恒速干燥段：物料温度恒定在tw，X~呈直线，气体传给物料热量全部用于湿份汽化。1.预热段：物料升温，X变化不大。3.降速干燥段：物料开始升温，X变化减慢，气体传给物料的热量仅部分用于湿份汽化，其余用于物料升温，当X=X*，=t。（二）干燥过程的三阶段2019/8/1233二、物料的平衡含水量曲线（一）物料的平衡含水量曲线平衡水分（X*）：不能用干燥方法除去的水分。*X*Xt*XX*=f（物料种类、空气性质）吸水性弱的小2019/8/1234（二）自由水分与平衡水分自由水分（X－X*）:可用干燥方法除去的水分。(三)结合水分与非结合水分结合水分——水与物料有结合力，pwps。非结合水分——水与物料无结合力，pw＝ps。2019/8/12351）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。2）平衡水分是指定空气，干燥的极限，与空气和物料有关，且一定是结合水分。注意：3）X低，φ高，可能吸湿。2019/8/1236三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间干燥速率:单位时间、单位干燥面积汽化水分量。dWuAd[kg水/m2•s]C1()WLXXCdWLdXCLdXuAd（一）间歇干燥过程和干燥速率曲线2019/8/1237ABC段：恒速干燥阶段AB段：预热段BC段：恒速段CDE段：降速干燥阶段ANX,C点：临界点XC：临界含水量E点：平衡点X*：平衡水分2019/8/1238（二）恒速干燥阶段CUHHkG)(wHw[kg水/m2•s])(ArGttAQ)()()(wHwHHkttrUwC——恒速干燥速率物料表面湿润，XXc，汽化的是非结合水分。2019/8/1239恒速干燥特点：1.影响u的主要因素：t、H、u、空气与物料接触方式1.u＝uC＝const.2.物料表面温度为tw；3.去除的水分为非结合水分；4.uC——干燥条件决定，表面汽化控制；uC的来源：CcLdXdAuC11C()cLXXAu（1）由干燥速率曲线查得2.恒速阶段干燥时间计算2019/8/1240计算）用（)()(2wHwwHHkttrNA（三）降速阶段1.影响u的因素：2.降速阶段干燥时间计算实际汽化表面减小（CD，除非结合、结合水分）汽化面向内部移动（DE，除结合水分）u因素：与物料性质、结构、尺寸、形状、堆积厚度有关，与空气状态关系不大。2019/8/124122CC0XXLddXAuC2C21XXLdXAuu方法：（1）图解积分法（2）解析计算法X*XCuCX2Cx*()CukXXx*()ukXX2019/8/124221总干燥时间：**()()CCuXXuXXC2C2XXLdXAuC2C2**()()XCXCXXLdXAuXXC22***()lnCCCLXXXXAuXX当X*=0时，C22lnCCCLXXAuX2019/8/1243（四）临界含水量XC1.吸水性强的物料XC吸水性弱的物料XC2.物料层越薄、分散越细，XC越低3.干燥条件：t↑,H,u↑。uC越大，XC越高。X2019/8/1244二、干燥的选用第五节干燥设备一、常用对流干燥器简介2019/8/1245一、常用对流干燥器简介（一）厢式干燥器(盘架式干燥器)小型的称为烘箱，大型的称为烘房，可同时处理多种物料。通常在常压或真空下间歇操作。厢内设有支架，湿物料放在矩形浅盘内，或悬挂在支架上(板状物料)，空气经加热器预热并均匀分配后，平行掠过物料表面，离开物料表面的湿废气体，部分排空，部分循环，与新鲜空气混合后用作干燥介质。2019/8/1246优点：结构简单，装卸灵活、方便，适应性强，适用于小批量、多品种物料的干燥；缺点：分散差，劳动强度大，干燥时间长，设备体积大。2019/8/1247（二）转筒式干燥器主体:沿轴向装抄板圆筒,略倾斜，齿轮机构驱动作旋转运动；物料由转筒较高一端送，由较低端出，热风由转筒低端入，由高端出，气固两相呈逆流接触；随着圆筒旋转，物料被炒板抄起然后洒下，改善传热传质，提高干燥速率；物料湿含量较低，产品能承受高温，宜采用逆流干燥。物料湿含量较高、产品湿含量不是很低的场合宜采用并流干燥。2019/8/1248