ch5物料干燥概要

材料工程基础及设备多媒体课件第五章物料干燥5.1概述5.2干燥静力学5.3干燥速率和干燥过程5.4干燥技术材料工程基础及设备多媒体课件5.1概述一、本节基本要求掌握湿空气的性质，湿-焓图的结构及其应用，固体物料中水分的性质，干燥速率与干燥过程，干燥过程的物料平衡和热量平衡。二、本节重点会利用湿-焓图对湿空气状态变化过程进行图解法分析。物料平衡法则及热量平衡法则。材料工程基础及设备多媒体课件5.1概述固体去湿方法和干燥过程在化学工业,制药工业,轻工,食品工业等有关工业中,常常需要从湿固体物料中除去湿分(水或其他液体),这种操作称为”去湿”.例如:药物,食品中去湿,以防失效变质,中药冲剂,片剂,糖,咖啡等去湿(干燥)塑料颗粒若含水超过规定,则在以后的注塑加工中会产生气泡,影响产品的品质.其他如木材的干燥,纸的干燥.材料工程基础及设备多媒体课件5.1概述一、物料的去湿方法1、机械去湿：压榨，过滤或离心分离的方法去除湿分，能耗底，但湿分的除去不完全。2、吸附去湿：用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaCl2，硅胶，沸石吸附剂等）与湿物料并存，使物料中水分相续经气相转入到干燥剂内。如实验室中干燥剂中保有干物料；能耗几乎为零，且能达到较为完全的去湿程度，但干燥剂的成本高，干燥速率慢。材料工程基础及设备多媒体课件5.1概述一、物料的去湿方法3、供热干燥：向物料供热以汽化其中的水分，并将产生的蒸汽排走。干燥过程的实质是被除去的湿分从固相转移到气相中，固相为被干燥的物料，气相为干燥介质。工业干燥操作多半是用热空气或其他高温气体作干燥介质（如过热蒸汽，烟道气）能量消耗大，所以工业生产中湿物料若含水较多则可先采用机械去湿，然后在进行供热干燥来制得合格的干品。材料工程基础及设备多媒体课件5.1概述二、干燥操作的分类1、按操作压强来分：1）常压干燥：多数物料的干燥采用常压干燥2）真空干燥：适用于处理热敏性，易氯化或要求产品含湿量很低的物料2、按操作方式来分：1）连续式：湿物料从干燥设备中连续投入，干品连续排出。特点：生产能力大，产品质量均匀，热效率高和劳动条件好。2）间歇式：湿物料分批加入干燥设备中，干燥完毕后卸下干品再加料。如烘房，适用于小批量，多品种或要求干燥时间较长的物料的干燥。材料工程基础及设备多媒体课件5.1概述3、按供热方式来分：①外热源法:传热与传质方向相反传导干燥：热能通过传热壁面以传导方式加热物料，产生的蒸汽被干燥介质带走。如烘房，滚筒干燥器；对流干燥：干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式传递给物料，产生蒸汽被干燥介质带走。如气流干燥器，流化床，喷雾干燥器；辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，被物料吸收转化为热能，使湿分汽化。如实验室中红外灯烘干物料；材料工程基础及设备多媒体课件5.1概述3、按供热方式来分：②内热源法:传热与传质方向相同介电加热干燥：将需要干燥的物料放在高频电场内，利用高频电场的交变作用，将湿物料加热，并汽化湿分。化工中最常见的为对流干燥，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。材料工程基础及设备多媒体课件5.1概述三、对流干燥过程的特点——热质同时传递对流干燥过程包含了热量传递和质量传递过程，两者传递方向相反。传热传质方向从气相到固体从固体到气相推动力温度差水汽分压差材料工程基础及设备多媒体课件5.1概述四、干燥过程进行的必要条件：A湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压；传质推动力△p=pi-p，△p越大，干燥进行的越快；B干燥介质将汽化的水汽及时带走以便保持一定的传质推动力。若△p=0，则N=0，干燥无法进行，传质达到动态平衡。材料工程基础及设备多媒体课件5.2干燥静力学一、湿空气的性质基准：1㎏绝干空气。因为在干燥过程中水分量是不断变化的，而绝干空气的质量是不变的，所以选取1㎏绝干气作基准对干燥计算而言是很方便的。湿空气：干空气和水蒸汽的混合物。1、干空气与水蒸气的分压wappp材料工程基础及设备多媒体课件饱和空气的绝对湿度Tpswsw46212、空气的湿度A绝对湿度：单位体积湿空气中含有的水蒸汽的质量。即：TpTRp46215.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件%100swswwppwT一定wpfφ越小，空气距饱和程度越远，吸水能力越强。B相对湿度在一定的总压下，湿空气中水蒸汽分压Pw与同温度下水的饱和蒸汽压Psw之比的百分数。5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件x18287.70.62229462vvaawvwwswaawswaMnMnpnRTpppnppppRT湿空气中的水蒸汽质量湿空气中绝干空气的质量C湿含量x（或H）湿空气中单位质量绝干空气所带有的水蒸汽的质量，或湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比值。即：5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件3、密度→湿空气密度小于干空气的密度1㎞3，1万吨，液态水+气态水wasTxxpRRTpTRpTRpTRpTRpTRpawwaawaaa)662.0(4621)11(云为什么掉不下来?5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件4、比容vｓ定义：单位质量湿空气的体积为比容，即SSkgmv13湿空气湿空气txpfvs,,5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件５、湿空气的热含量－焓Ι定义：1kg绝干空气和其所带的ｘkg水蒸汽所具有的焓，称湿空气的焓Ι。即waxIIIxtxcctcrxtcIwawa24900txfI,5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件６、湿空气的温度参数Ａ干球温度ｔＢ湿球温度tW湿球温度计：用保持湿润的纱布将温度计的感温部分包起来，这种温度计称湿球温度计。湿球温度tW：将湿球温度计置于一定的温度和湿度的湿空气中，达到稳定时所显示的温度为湿空气的。湿球温度tW。5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件湿球原理：测量刚开始时，设纱布中水分的温度与空气的温度相同。ｘａｘｓ→传质→tｗ↓→tｗt→传热→达到平衡。热量来自水本身5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件在单位时间内，由空气传给湿纱布的热量为wtthAQ水蒸汽向湿空气的传质速率为xxkmwdw在达到稳定状态下，对水作热量衡算可得：wwdArxxkQ整理得：xxhrkttwwdwTｗＸｗtＸ5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件Ｃ露点td将不饱和的湿空气等湿冷却至饱和状态时的温度称为露点。相应的湿度为饱和湿度ｘd,其数值等于此湿空气的温度ｘ。ddpPpx622.0xxPpd622.0xftd对于不饱和湿空气ttWtd饱和湿空气t=tW=td5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件Ｄ绝热饱和温度taｃ在绝热饱和过程中，气、液两相最终达到的平衡温度称为绝热饱和温度。xxcrttacxac0txftac,对于空气—水蒸汽系统，当空气流速较高时，taｃ≈tw绝热饱和过程又可当作等焓过程处理5.2干燥静力学P243ex5.1、5.2材料工程基础及设备多媒体课件5.2干燥静力学二、湿空气的湿度图及其应用材料工程基础及设备多媒体课件二、湿空气的湿度图及其应用1、湿度图的构造1、等t线2、等H线3、等相对湿度线4、等焓线5、水蒸汽分压线2、湿度图的应用利用湿度图查物性湿空气状态点的确定5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件3、湿空气加热、冷却过程的图示与讨论加热过程ABφ=100%HtAtBIAIBφAφB5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件冷却过程BAφ=100%HtBtAIBIAφBφAtdtc5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件三、物料衡算和热量衡算100%湿物料中水分的质量湿物料的总质量100%dwX湿物料中水分的质量湿物料中绝干物料的质量1、物料中水分的表示A湿基含水量wwB干基含水量wd5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件换算：000010010010011001001001ddwddxxdxx%100:%100:)()(ddwwdwGWwGWwGWG干基水分湿基水分绝干物料湿物料5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件三、物料衡算和热量衡算2、物料衡算预热器干燥器Gd：绝干物料量；L：绝干空气的流量；w1d，w2d：干燥前后湿物料的干基含水量；x1，x2：干燥前后湿空气的湿度。冷空气t0,x0,I0废气t2,x2,I2湿物料t1’,w1d,I1’干燥产品t2’,w2d,I2’热空气t1,x1,I15.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件2211LxWGLxWGddddddd12xxL12xxmLw121xxmLlw对水进行物料衡算：空气消耗量L：单位空气消耗量：5.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件因为ｘ1=ｘ002xxmL021xxmLlw夏季要比冬季空气的消耗量大。空气的鼓风机等装置要以全年最热月份的空气消耗量来决定湿空气的体积流量。5.2干燥静力学三、物料衡算和热量衡算2、物料衡算材料工程基础及设备多媒体课件预热器干燥器QPQａｄQｌ三、物料衡算和热量衡算３、热量衡算对预热器做热量衡算：LIQLIp01QLIIp()10冷空气t0,x0,I0废气t2,x2,I2湿物料t1’,w1d,I1’干燥产品t2’,w2d,I2’热空气t1,x1,I15.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件对干燥过程作热量衡算：cLdaddQQIGLIQIGLI’’2211adcLdQQQIIGIIL)()(1221’’adqqxxIIIIl122121)(lII)(215.2干燥静力学材料工程基础及设备多媒体课件一、水分在汽－固两相间的平衡关系1、物料的φ－X平衡关系平衡水和自由水φX干燥器的尺寸→干燥时间干燥速率空气的性质化学状态物料水分的性质→物料的结构5.3干燥速率和干燥过程材料工程基础及设备多媒体课件2、物料中的水分分类：结合水和非结合水分：结合水是指存在于物料细胞壁内的水分、小毛细管中的水分以及胶体结构物料中的水分等。非结合水是指存在于物料表上的润湿水以及颗粒堆积层中的大空隙中的水分等。5.3干燥速率和干燥过程材料工程基础及设备多媒体课件φ100％50％X自由水分结合水分非结合水总水分平衡水分5.3干燥速率和干燥过程材料工程基础及设备多媒体课件5.3干燥速率和干燥过程临界含水量自由含水量000010010010011001001001ddwddxxdxx11XwXwXwCX0XX材料工程基础及设备多媒体课件二、恒定干燥条件下的干燥过程1、恒定干燥条件：是指干燥介质的温度、相对湿度、流过物料表面的速度、与物料的接触方式以及物料的尺寸或料层的厚度恒定。2、干燥速率：单位时间内在单位干燥面积上被干燥物料所能气化的水分质量，称为干燥速率ｊ.22//wdwddddmjkgmsAddmGdwGdmjkgmsAd5.3干燥速率和干燥过程材料工程基础及设备多媒体课件二、恒定干燥条件下的干燥过程2、干燥速率：5.3干燥速率和干燥过程20/ddGdmjkgmsAdGcdXUAdGc0绝干物料质量(m)材料工程基础及设备多媒体课件3、干燥曲线和干燥速率曲线ABCDＷτt1’tWt2’ABCDX1X*ｊ5.3干燥速率和干燥过程材料工程基础及设备多媒体课件4、干燥阶段预热阶段等速干燥阶段：外扩散降速干燥阶段：内扩散临界点、临界含水量5.3干燥速率和干燥过程材料工程基础及设备多媒体课件5、干燥时间(1)恒