化工原理复习必看 干燥

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。湿空气的性质物料中水分性质干燥过程物料衡算干燥过程热量衡算干燥速率与干燥时间干燥器干燥过程强化图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←气相推动力：温度差传质：固相→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a.绝对湿度(湿度)0.622pHpp水汽水汽b.饱和湿度0.622ssspHppc.相对湿度p水汽一定温度、压力下空气中水汽分压可能达到的最大值s()pps/pp水汽s()pp/pp水汽=②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tas：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。d.湿球温度tw：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。e.湿空气的四种温度间的关系不饱和湿空气：()dWastttt饱和湿空气：()dWastttt③湿空气的比热容(湿比热容)cpH：将1kg干空气和其所带的Hkg水汽的温度升高1℃所需的热量，单位kJ/(kg∙℃)。pH1.011.88cH④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。(1.011.88)2500IHtH⑤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℃、湿度为H的湿空气的比体积为)273)(1056.41083.2(33HtHv(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①湿物料中水分含量的表示方法湿基含水量w湿物料中水分的质量湿物料总质量kg水/kg湿料干基含水量量湿物料中绝干物料的质湿物料中水分的质量Xkg水/kg绝干料二者关系XXw1wwX1②相对湿度曲线1.0相对湿度φXmax0X*Xt平衡水分自由水分非结合水分结合水分图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seppsepp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AddXGAddWNcA式中cG——试样中绝对干燥物料的质量，kg；A——试样暴露于气流中的表面积，m2；X——物料的自由含水量，*XXXt，kg水/kg干料；W——汽化的水分量，kg。②干燥速率曲线ABCDE自由含水量X干燥速率NA(kg.m-2.s-1)0A恒速段降速段XC预热段图14-3干燥速率曲线③各阶段特点a.恒速段)()()(HHkttrNwHwwCA＝常量物料表面温度等于．．湿空气的湿球温度tw；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Xc↓；物料越细，Xc↑；等速干燥阶段的干燥速率(NA)C越大，Xc↑。(2)间歇干燥过程的计算恒速段11()ccACGXXAN降速段2cc2AdXXGXAN降速段的近似计算法*2*cXc2lnXXXXAKG(X——干基含水量)AX*c()CNKXXcc2X2lnGXAKX(X——自由含水量)AXc()CNKX(3)干燥过程的物料衡算与热量衡算空气V,t0,H0,I0V,t1,H1,I1V,t2,H2,I2废气产品物料Gc,X1,θ1,Gc,X2,θ2,QDQP预热器干燥器1I2IQL图14-4干燥流程示意图①物料衡算绝干物料量c1122(1)(1)GGwGw或12c1211GGGXX蒸发水分量c12112212()WGXXGwGwGG或2120()()WVHHVHH干空气质量流量0212HHWHHWV比空气用量212011VlWHHHH实际空气(新鲜空气)质量流量0'(1)VVHkg湿空气/s风机的风量273101.3(0.7731.244)273VHtqVvVHpm3湿空气/s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)1/()1(2112wwGG②预热器的热量衡算1P10pH10()()QVIIVctt11112500)88.101.1(HtHI00002500)88.101.1(HtHI01HH，01ppHHcc③干燥器的热量衡算LcQIGVIQIGVI2c2D11或121p,1D2c,2cXpXLVIGcQVIGcQ式中cp,X——湿物料的比热容，kJ/(kg干物料.℃)p,Xp,sp,LcccX，对于水cp,L=4.18kJ/(kg.℃)④理想干燥过程，又称为等焓干燥过程，即21II⑤干燥系统的热量衡算LDPQIIGIIVQQ)()(12c12)(122pmccG)(020ttVcpH)(120pLpVctcrWLQDPQQ加入干燥系统的热量加热空气耗热Q3物料升温耗热Q2蒸发水分耗热Q1热损失QL20%~30%5%~30%15%~40%8%~30%⑥干燥过程的热效率Dp21QQQQ忽略热损失33PDPD1PDQQQQQQQQa.理想干燥过程1210ttttb.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20~50℃，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)。基础知识测试题一、选择题1.将充分润湿的物料置于高温气体中，气体的运动速度很小，可近似地视为静止。当物料温度达到稳定时，物料温度与湿球温度wt相比较，正确的是()。(A)wt(B)wt(C)wt(D)/wHwwtkHHr2.不饱和湿空气在预热过程中，湿度()，相对湿度()，焓()。(A)增大(B)减小(C)不变(D)不确定3.在总压一定的条件下，以下参数对中不能确定空气的露点的是()。(A)干球温度与湿球温度(B)湿球温度与焓(C)湿度与相对湿度(D)绝热饱和温度与湿度4.对某空气—水系统，空气的相对湿度为50%，则该空气的干球温度t，湿球温度wt，绝热饱和温度ast及露点温度dt之间的关系为()。(A)wasdtttt(B)wasdtttt(C)wasdtttt(D)wasdtttt5.将不饱和空气在恒压下冷却至露点温度以下，则相对湿度()，湿度()，湿球温度()。(A)增大(B)减小(C)不变(D)不确定6.在一定空气状态下，用对流干燥方法将某湿物料干燥至低于临界含水量，能除去的水分为()，不能除去的水分为()；在恒速段除去的水分为()，在降速段除去的水分为()。(A)平衡水分(B)结合水分(C)非结合水分(D)自由水分7.在一定的干燥速率下，同一物料的厚度增加，物料的临界含水量()，干燥所需的时间()；干燥压力、物料厚度、物料与空气的接触方式及空气的湿度不变，提高空气的温度，则恒速段的干燥速率()，物料的临界含水量()，物料中的平衡水分()。(A)增加(B)减少(C)不变(D)不确定8.在恒定干燥条件下，将含水25%(湿基，下同)的湿物料进行干燥，开始时干燥速率恒定。当干燥至含水8%时，干燥速率开始下降，再继续干燥至物料恒重，并测得此时物料含水量为0.08%，则物料的临界含水量为()，平衡含水量为()。(A)25%(B)8%(C)0.08%(D)7.92%9.用一定状态的空气(湿球温度为Wt，露点为dt)干燥某物料。已知物料的临界含水量为20%(湿基)。现将该物料从初始含水量0.3(干基，下同)干燥至0.23，则此时物料表面温度满足()；若将物料进一步干燥至0.05，则物料表面温度满足()。(A)Wt(B)Wt(C)Wt(D)dt(E)dt(F)dt10.用空气作介质干燥热敏性物料，且干燥处于降速阶段，欲缩短干燥时间，则可采取的措施是()。(A)提高空气的温度(B)增大干燥面积、减薄物料厚度(C)提高空气的流速(D)降低空气的相对湿度二、填空题1.干燥过程是_________相结合的过程，传质方向为________，传热方向为__________。2.在总压101.33kPa，温度20℃下(已知20℃下水的饱和蒸汽压为2.334kPa)，某湿空气的水汽分压为1.603kPa，现空气温度保持不变，将总压升高到250kPa，则该空气的水汽分压为________。3.当湿空气的总压一定时，相对湿度仅与________及________有关。4.恒速干燥阶段物料表面的温度等于________________________________。该阶段除去的物料中的水的平衡蒸汽压等于_____________________________。影响恒速阶段干燥速率的因素的有_______________________________________________________________。5.已知在常压、25℃下水分在某湿物料与空气之间的平衡关系为：相对湿度100%时，平衡含水量*100%0.025Xkg水/kg绝干料；相对湿度50%时，平衡含水量*0.009Xkg水/kg绝干料。现将湿基含水量为20%的该物料，与25℃、50%的空气接触，则该物料的自由含水量为_________kg水/kg绝干料，非结合水分量为_________kg水/kg绝干料。6.进干燥器的气体状态一定，干燥任务一定。若干燥器内部无补充加热，则气体离开干燥器的湿度H越大，干燥器的热效率越，传质推动力越_______。7.降低废气出口温度可以提高干燥器的热效率，但废气在离开设备