化工原理干燥课件

化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系第七章第七章 干燥干燥第七章 干燥 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系本章主要内容7.1 概述7.2 湿空气的性质7.3 干燥过程的物料衡算和热量衡算7.4 干燥速率与干燥时间本章主要内容7.1 概述 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系去湿方法去湿方法:机械去湿法机械去湿法 热能去湿法热能去湿法干燥分类干燥分类:操作压强：常压干燥操作压强：常压干燥,真空干燥；真空干燥；操作方式：连续操作，间歇操作；操作方式：连续操作，间歇操作；传热方式：传导干燥，对流干燥，传热方式：传导干燥，对流干燥，辐射干燥辐射干燥,介电加热干燥介电加热干燥 。7.1 概述概述去湿方法:机械去湿法 热能去湿法7.1 概述 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系对流干燥传质传热过程对流干燥传质传热过程pi-p水气水气 传质推动力传质推动力piitp水气水气对流干燥传质传热过程pi-p水气 传质推动力pi 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系7.2 湿空气的性质湿空气的性质1.湿度湿度H和相对湿度和相对湿度2.湿空气的比热容湿空气的比热容 cH和焓和焓I 3.温度：温度：露点露点 td 干球温度干球温度 t 湿球温度湿球温度 tw 绝热饱和温度绝热饱和温度 tas4.湿空气的比容湿空气的比容 H 7.2 湿空气的性质 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系1.湿度湿度H(湿含量湿含量)水气水气-空气体系：空气体系：饱和空气：饱和空气：1.湿度H(湿含量)水气-空气体系：饱和空气：化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系相对湿度相对湿度绝干绝干空气空气饱和饱和空气空气相对湿度越小，空气的吸湿能力相对湿度越小，空气的吸湿能力越强，其反映了空气的干燥能力越强，其反映了空气的干燥能力对于一定湿物料，绝干空气的吸湿能力最强，对于一定湿物料，绝干空气的吸湿能力最强，而饱和空气则不能作为干燥介质。而饱和空气则不能作为干燥介质。相对湿度绝干空气饱和空气相对湿度越小，空气的吸湿能力越强，其 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系2.湿空气的比热容湿空气的比热容cHcg=绝干气比热容，绝干气比热容，1.01kJ/(kg绝干空气绝干空气 )；cv=水气比热容，水气比热容，1.88kJ/(kg绝干空气绝干空气 )以以1kg的绝干空气为基准（含的绝干空气为基准（含Hkg水气）：水气）：2.湿空气的比热容cHcg=绝干气比热容，1.01kJ/化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系湿空气（绝干空气和水汽）的焓湿空气（绝干空气和水汽）的焓I I （干空气及（干空气及液态液态水在水在0 0 时焓为零作基准时焓为零作基准 ）温度为温度为t t及湿度为及湿度为的湿空气的湿空气以以1kg1kg的绝干空气为基准的绝干空气为基准：I=Ig+IvHI=(cg+Hcv)t+Hr0 =(1.01+1.88H)t+2490Hr00 时水的汽化潜热（时水的汽化潜热（kJ/kg）湿空气（绝干空气和水汽）的焓I（干空气及液态水在0 时 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系湿球温度湿球温度3.温度：温度：湿球温度由湿空气的温度、湿度所决定；湿球温度由湿空气的温度、湿度所决定；是大量空气和少量水接触后是大量空气和少量水接触后水水的温度。的温度。不饱和空气不饱和空气:湿球温度湿球温度tW低于低于t饱和湿空气饱和湿空气:tW=tppi传热传热传质传质湿球温度3.温度：湿球温度由湿空气的温度、湿度所决定；是大 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系n当空气温度不太高，相对湿度不太低时，当空气温度不太高，相对湿度不太低时，空气水系统可认为空气水系统可认为:tw=tas。n不饱和湿空气不饱和湿空气:ttw(或或tas)td n饱和的湿空气饱和的湿空气:ttw(或或tas)td绝绝 热热 饱饱 和和 温温 度度t tasas:绝绝热热饱饱和和过过程程为为等等焓焓过过 程程，是是大大量量水水和和少少量量空空气接触后气接触后空气空气的温度。的温度。露点温度露点温度td；当空气温度不太高，相对湿度不太低时，空气水系统可认为:tw 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系4.4.湿空气的比容湿空气的比容vH4.湿空气的比容vH 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系（1 1）等湿线等湿线 （2 2）等焓线等焓线 （3 3）等温线等温线 （4 4）等相对湿度线等相对湿度线 （5 5）水气分压线）水气分压线 焓湿图焓湿图（1）等湿线（2）等焓线 （3）等温 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系为什么空气进干燥器前要预热？为什么空气进干燥器前要预热？化工原理干燥课件 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系H-I图的用法：图的用法：1.已知状态点已知状态点A，确定空气性质，确定空气性质对对一一定定状状态态空空气气，温温度度越越高高，相相对对湿湿度度越越小小，焓值越高。焓值越高。H-I图的用法：1.已知状态点A，确定空气性质对一定状态空气 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系2.H-I图中湿空气状态点的确定图中湿空气状态点的确定已知湿空气的干球温度已知湿空气的干球温度t 和湿球温度和湿球温度tW 2.H-I图中湿空气状态点的确定已知湿空气的干球温度t 和 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系湿空气的干球温度湿空气的干球温度t和露点和露点t td d；湿空气的干球温度湿空气的干球温度t t和相对湿度和相对湿度，见 湿空气的干球温度t和露点td；，见 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系7.3 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算 7.3 干燥过程的物料衡算和热量衡算 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系7.3.1 湿物料中含水量的表示方法湿物料中含水量的表示方法湿基含水量湿基含水量w干基含水量干基含水量XX湿物料的干基含水量，湿物料的干基含水量，kgkg水水/kg/kg绝干料绝干料 7.3.1 湿物料中含水量的表示方法湿基含水量w 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系7.3.2 物料衡算示意图物料衡算示意图G湿物料质量流量，湿物料质量流量，kg/s；Gc湿物料中湿物料中绝对干料绝对干料质量流量，质量流量，kg/s;L湿空气中湿空气中绝干空气绝干空气的质量流量，的质量流量，kg/s。G1,X1 L,H0 预热器 H1 干燥室 H2 G2,X2 7.3.2 物料衡算示意图G湿物料质量流量，kg/s；化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系一、水分蒸发量一、水分蒸发量W（kg/s）对干燥器中水分作物料衡算：对干燥器中水分作物料衡算：进入空气中的水分湿物料失去的水分进入空气中的水分湿物料失去的水分 绝干物料绝干物料Gc在干燥前后质量流量不变，即在干燥前后质量流量不变，即 GcG1（1w1）G2（1w2）G2G1（1w1）/（1w2）WL（H2H0）Gc（X1X2）空气预热前后，湿度不变，因此空气预热前后，湿度不变，因此H0=H1。一、水分蒸发量W（kg/s）对干燥器中水分作物料衡算：绝干 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系二、干空气消耗量二、干空气消耗量单位空气消耗量单位空气消耗量:蒸发蒸发1kg1kg水分水分所消耗的干空气量，所消耗的干空气量，kgkg绝干空绝干空气气/kg/kg水分水分 单位空气消耗量仅与空气单位空气消耗量仅与空气初态和初态和终态湿度终态湿度有关，与路径无关。有关，与路径无关。WL（H2H0）Gc（X1X2）二、干空气消耗量单位空气消耗量:蒸发1kg水分所消耗的干空气 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系对同一干燥过程，夏天的空气消耗量对同一干燥过程，夏天的空气消耗量l 大还是冬天的消耗量大还是冬天的消耗量l大？大？对同一干燥过程，夏天的空气消耗量l 大还是冬天的消耗量l大？化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系7.3.3 干燥过程热量衡算干燥过程热量衡算Qp=L（I1-I0）=L(1.01+1.88H0)(t1-t0)1.预热器的热量衡算预热器的热量衡算 L，t1，H1，I1L，t0，H0，I0 QP7.3.3 干燥过程热量衡算Qp=L（I1-I0）=L(1.化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系2.干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算 LI1+GcI1+QD=LI2+GcI2+QL L（I1-I2）+QD=Gc（I2-I1）+QL I=cmcm=cs+Xcw 水水的比热容，的比热容，4.187kJ/(kg水水)cm为湿物料的比热容，为湿物料的比热容，kJ/（kg干物料干物料)2.干燥器的热量衡算 LI1+GcI1+QD=LI2+化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系干燥系统消耗的总热量干燥系统消耗的总热量Q(kW)QQpQDL(I2I0)Gc(I2-I1)+QL热量用途热量用途:加热空气加热空气;蒸发水分蒸发水分;加热物料加热物料;热损失热损失L（I1-I2）+QD=Gc（I2-I1）+QL干燥系统消耗的总热量Q(kW)QQpQDL(I2I 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系7.3.4 干燥系统的热效率干燥系统的热效率QVW(2490+1.88t2)-4.1871W7.3.4 干燥系统的热效率QVW(2490+1.88t 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系7.3.5 干燥器出口状态的确定干燥器出口状态的确定1.1.等焓干燥（等焓干燥（I I1 1=I I2 2）AB:预热过程；程；BC:干燥过程干燥过程 I1=I27.3.5 干燥器出口状态的确定1.等焓干燥（I1=I2 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系2.实际干燥过程实际干燥过程AB：预热过程BC1：I1I，补补充充热热量量大大于于物物料料升升温温、热损失等能量之和热损失等能量之和。I1I2I2.实际干燥过程AB：预热过程I1I2I 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系7.4.1 物料中所含水分的性质物料中所含水分的性质结合水分与非结合水分（根据水分与固体物结合水分与非结合水分（根据水分与固体物料的结合方式料的结合方式）结合水分：以化学力或物理化学力与固体物料结合水分：以化学力或物理化学力与固体物料相结合的水分；蒸气压低于同温度下纯水的饱相结合的水分；蒸气压低于同温度下纯水的饱和蒸气压。和蒸气压。非结合水分：通过机械方式附着在固体物料上非结合水分：通过机械方式附着在固体物料上的水分，蒸气压等于同温度下纯水的饱和蒸气的水分，蒸气压等于同温度下纯水的饱和蒸气压。压。7.4 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间7.4.1 物料中所含水分的性质7.4 干燥速率与干燥时 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系平衡水分与自由水分平衡水分与自由水分 （按水分能否用干燥（按水分能否用干燥方法除去的原则方法除去的原则 ）平衡水分：干燥推动力平衡水分：干燥推动力 p=p-pi=0时，物料中物料中存在的水分。在一定空气状态（存在的水分。在一定空气状态（t，）下，平下，平衡水分是湿物料干燥的极限。衡水分是湿物料干燥的极限。自由水分：总水分平衡水分自由水分：总水分平衡水分 平衡水分与自由水分（按水分能否用干燥方法除去的原则）化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系物料中所含水分的性质物料中所含水分的性质X/kg水水(kg绝干料绝干料)-1 对于同种物料，在一定温度下，空气的相对于同种物料，在一定温度下，空气的相对湿度越大，平衡水分含量越高。对湿度越大，平衡水分含量越高。若要得到绝干产品，只能用绝干空气作为若要得到绝干产品，只能用绝干空气作为干燥介质。干燥介质。物料中所含水分的性质X/kg水(kg绝干料)-1 对于同种 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系7.4.2 恒定干燥条件下的干燥速率恒定干燥条件下的干燥速率湿空气的状态（温度、相对湿度）不变、湿空气的状态（温度、相对湿度）不变、空气流速不变、与物料的接触方式不变空气流速不变、与物料的接触方式不变 7.4.2 恒定干燥条件下的干燥速率湿空气的状态（温度、相 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系干干燥燥速速率率：单单位位时时间间内内在在单单位位干干燥燥面面积积上上气气化化的水分量。的水分量。U 干燥速率（kg/（m2s）；W气化水分量（kg）；S 干燥面积（m2）；干燥时间（s）。干燥速率：单位时间内在单位干燥面积上气化的水分量。U 干 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系降速第一阶段降速第一阶段降速第二阶段降速第二阶段X，kg水水/kg绝干料绝干料干燥时间干燥时间 物料温度物料温度降速第一阶段降速第二阶段X，kg水/kg绝干料干燥时间 物 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系临界临界 含水量含水量表面汽化控表面汽化控制；温度等制；温度等于空气的湿于空气的湿球温度球温度 X/kg水水(kg绝干料绝干料)-1U/kg水(m2h)-1临界 含水量表面汽化控制；温度等于空气的湿球温度 X/kg 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系干燥降速阶段干燥降速阶段不饱和 表面干燥 水分气化平面水分气化平面由物料表面移由物料表面移向内部向内部 干燥降速阶段不饱和 表面干燥 水分气化平面由物料表面 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系p=p-pi=0水分为平衡水p=p-pi=0 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系 在在降降速速阶阶段段，干干燥燥速速率率主主要要取取决决于于水水分分在在物物料料内内部部的的迁迁移移速速率率，即即取取决决于于物物料料的的结结构构、形形状状和和尺尺寸寸，与与空空气气性性质质关关系系不不大大。降降 速速 阶阶 段段 为为内内 部部 迁迁 移移 控控 制制阶阶 段段。在降速阶段，干燥速率主要取决于水分在物料内部的迁移速率 化化化化 学学学学 工工工工 程程程程 系系系系7.4.3 恒定干燥条件下干燥时间的计算恒定干燥条件下干燥时间的计算恒速干燥阶段恒速干燥阶段 降速干燥阶段降速干燥阶段 7.4.3 恒定干燥条件下干燥时间的计算恒速干燥阶段 降速