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第三章第三章 干干 燥燥 重点重点：湿空气的性质、湿空气的性质、空气的空气的I-X图、图、连续连续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、干燥机理、干燥机理、干燥曲线干燥曲线难点难点：空气的：空气的I-X图、干燥机理；图、干燥机理；在在化化学学工工业业生生产产中中所所得得到到的的固固态态产产品品或或半半成成品品往往往往含含有有过过多多的的水水分分或或有有机机溶溶剂剂 (湿湿份份)，要要制制得合格的产品需要除去固体物料中多余的湿份。得合格的产品需要除去固体物料中多余的湿份。干干燥燥：利利用用热热能能将将固固体体物物料料中中的的水水分分蒸蒸发发并并排除的过程称为干燥。排除的过程称为干燥。干干燥燥过过程程：蒸蒸发发、内内扩扩散散、外外扩扩散散。是是传传热热、传质的综合过程。传质的综合过程。q去湿去湿：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的过：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的过程。程。q一、固体物料的去湿方法一、固体物料的去湿方法：机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法除去机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法除去湿分。湿分。物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收水物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收水分。该法费用高，操作麻烦，只适用于小批量固体物料的去湿，分。该法费用高，操作麻烦，只适用于小批量固体物料的去湿，或用于除去气体中的水分。或用于除去气体中的水分。热能去湿法：如蒸发、干燥等热能去湿法：如蒸发、干燥等 二、干燥过程的分类二、干燥过程的分类1、按操作压力分：、按操作压力分：常压干燥常压干燥真空干燥真空干燥2、按操作方式分：、按操作方式分：连续式干燥连续式干燥间歇式干燥间歇式干燥3、按给湿物料提供热能的方式分：、按给湿物料提供热能的方式分：传导干燥（间接加热干燥）：传导干燥（间接加热干燥）：将热能以传导的方式通过金属壁面传给湿物料。特点：热能利用率高。对流干燥（直接加热干燥）：对流干燥（直接加热干燥）：将热能以对流的方式传给与其直接接触的湿物料。特点：热能利用率比传导干燥低。辐射干燥：辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射，射至湿物料表面被其吸收再转变为热能。介电加热干燥：介电加热干燥：将需要干燥的物料置于高频电场的交变作用使物料加热而达到干燥。本章重点：本章重点：以不饱和热空气为干燥介质，除去湿物料中水分的连续以不饱和热空气为干燥介质，除去湿物料中水分的连续对流干燥过程。对流干燥过程。三、对流干燥过程三、对流干燥过程1、对流干燥的流程、对流干燥的流程空气预热器干燥器废气湿物料干燥产品2、对流干燥的特点、对流干燥的特点湿物料ttwpspwQN必要条件：是物料表面所产必要条件：是物料表面所产生的是水蒸汽（或其它蒸汽）生的是水蒸汽（或其它蒸汽）压力要大于干燥介质中水汽压力要大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压。（或其它蒸汽）的分压。干干燥燥介介质质：用用来来传传递递热热量量（载载热热体）和湿份（载湿体）的介质。体）和湿份（载湿体）的介质。由由于于温温差差的的存存在在，气气体体以以对对流流方方式式向向固固体物料传热，使湿份汽化；体物料传热，使湿份汽化；在在分分压压差差的的作作用用下下，湿湿份份由由物物料料表表面面向向气流主体扩散，并被气流带走。气流主体扩散，并被气流带走。对流干燥过程原理对流干燥过程原理温温度度为为 t、湿湿份份分分压压为为 p 的的湿湿热热气气体体流流过过湿湿物物料料的的表表面面，物物料料表表面温度面温度 ti 低于气体温度低于气体温度 t。注注意意：只只要要物物料料表表面面的的湿湿份份分分压压高高于于气气体体中中湿湿份份分分压压，干干燥燥即即可可进行，与气体的温度无关。进行，与气体的温度无关。气气体体预预热热并并不不是是干干燥燥的的充充要要条条件件，其其目目的的在在于于加加快快湿湿份份汽汽化化和和物物料干燥的速度，达到一定的生产能力。料干燥的速度，达到一定的生产能力。HtQWtippiM干燥是热、质同时传递的过程干燥是热、质同时传递的过程干燥过程干燥过程热空气流过湿物料表面热量传递到湿物料表面湿物料表面水分汽化并被带走表面与内部出现水分浓度差内部水分扩散到表面传热过程传热过程传质过程传质过程传质过程传质过程干燥过程推动力干燥过程推动力传质推动力：物料表面水分压传质推动力：物料表面水分压P表水表水 热空气中的水分压热空气中的水分压P空水空水传热推动力：热空气的温度传热推动力：热空气的温度t空气空气 物料表面的温度物料表面的温度t物表物表对流干燥过程实质对流干燥过程实质除水分量除水分量空气消耗量空气消耗量干燥产品量干燥产品量热量消耗热量消耗干燥时间干燥时间物料衡算物料衡算能量衡算能量衡算涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系涉及湿空气的性质涉及湿空气的性质干燥过程基本问题干燥过程基本问题解决这些问题需要掌握的基本知识有：(1)湿分在气固两相间的传递规律；(2)湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化；(3)物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；(4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。湿湿空空气气：指指绝绝干干空空气气与与水水蒸蒸汽汽的的混混合合物物。在在干干燥燥过过程程中中，随随着着湿湿物物料料中中水水份份的的汽汽化化，湿湿空空气气中中水水份份含含量量不不断断增增加加，但但绝绝干干空空气气的的质质量量保保持持不不变变。因因此此，湿湿空空气气性性质质一一般般都都以以1kg1kg绝绝干干空空气气为为基基准。准。操作压强不太高时，空气可视为理想气体。操作压强不太高时，空气可视为理想气体。系统总压 P：湿湿空空气气的的总总压压（kN/mkN/m2 2），即即P P干干空空气气 与与P Pw w之之和和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且干干燥燥操操作作通通常常在在常常压压下下进进行行，常常压压干干燥燥的的系系统统总总压压接接近近大大气气压压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。第一节第一节 湿空气湿空气一、湿空气的主要参数一、湿空气的主要参数 1、水蒸气分压水蒸气分压pw 空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分压定律，则有压定律，则有2、绝对湿度、绝对湿度(humidity)它以每立方米湿空气中所含水蒸气的质量来表，使用符它以每立方米湿空气中所含水蒸气的质量来表，使用符号号r rw，其单位为：，其单位为：kg/m3或或g/m3。绝对湿度在数值上就是水。绝对湿度在数值上就是水蒸气在其分压及湿空气温度下的密度。蒸气在其分压及湿空气温度下的密度。在饱和状态时，湿空气中绝对湿度在饱和状态时，湿空气中绝对湿度r rs3、相对湿度相对湿度 当当pv=0时，时，=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。当当pv=ps时，时，=1，表示湿空气为饱和湿空气。，表示湿空气为饱和湿空气。当当pvps时，时，1，表示湿空气为未饱和湿空气。，表示湿空气为未饱和湿空气。在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pv 与同温度下与同温度下水的饱和蒸汽压水的饱和蒸汽压 pS 之比的百分数，称为相对湿度之比的百分数，称为相对湿度(relative humidity)，用符号，用符号表示，即表示，即 相对湿度（Relative humidity）若若 t 总总压压下下湿湿空空气气的的沸沸点点，湿湿份份 ps P，最最大大 (空空气气全全为为水水汽汽)湿湿份份的的临临界界温温度度，气气体体中中的的湿湿份份已已是是真真实实气气体体，此此时时 =0，理论上吸湿能力不受限制。，理论上吸湿能力不受限制。j=f(r r,t)ps 随随温温度度的的升升高高而而增增加加，r rw 不不变变提提高高 t，气气体体的的吸湿能力增加，故空气用作干燥介质应先预热。吸湿能力增加，故空气用作干燥介质应先预热。r rw不不变变而而降降低低 t，空空气气趋趋近近饱饱和和状状态态。当当空空气气达达到到饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出。饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出。4、湿含量湿含量(humidity)x-容纳水分的能力容纳水分的能力 又称为比湿度。它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对又称为比湿度。它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示，使用符号干空气的质量之比表示，使用符号X，其单位为：，其单位为：kg/kg干空干空气气。常温下，湿空气可视为理想气体，则有常温下，湿空气可视为理想气体，则有5.热含量热含量I (Total enthalpy)热热含含量量：1kg 绝绝干干空空气气的的热热含含量量与与相相应应水水汽汽的的热热含含量量之之和和，以以I表示，单位为表示，单位为KJ/kg干空气。干空气。由由于于热热含含量量是是相相对对值值，计计算算热热含含量量值值时时必必须须规规定定基基准准状状态态和和基基准准温温度度，一一般般以以0为为基基准准，且且规规定定在在0时时绝绝干干空空气气和和水水汽汽的的热热含含量量值均为零，则值均为零，则对于空气对于空气-水系统：水系统：显热项显热项汽化潜热项汽化潜热项6.干燥过程中的物料温度干燥过程中的物料温度(1)干干球球温温度度 td：湿湿空空气气的的真真实实温温度度，简简称称温温度度(或或 K)。将将温温度计直接插在湿空气中即可测量。度计直接插在湿空气中即可测量。(2)空空气的湿球温度（气的湿球温度（Wet-bulb temperature）qN对流传热对流传热hkH气体气体t,X气膜气膜对流传质对流传质液滴液滴表面表面tw,Xw液滴液滴气体ttwl对于某一定温度的湿空气，其湿含量对于某一定温度的湿空气，其湿含量X越大，湿球温度值越大，湿球温度值tw越高。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。越高。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为：在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为：Q=A（t-tw）气膜中水气向空气的传递速率为：气膜中水气向空气的传递速率为：N=kH（Xw-X）A在稳定状态下，传热速率和传质速率之间的关系为：在稳定状态下，传热速率和传质速率之间的关系为：Q=Nrwl湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，故的真实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质称其为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。的一种参数。强调强调：湿球温度 tw 定义式 饱饱和和气气体体:X=Xw=Xs，tw=td，即即饱饱和和空空气气的的干干、湿湿球球温温度度相等。相等。不饱和气体不饱和气体:X Xs，tw tas（或（或 tw）td；饱和空气和空气 t=tas=td 分析：分析：相对湿度相对湿度 1-由由X求求1（查（查20时水的饱和蒸汽压时水的饱和蒸汽压ps=2.334kpa）空气中的水气分压为：空气中的水气分压为：2-温度提高后，温度提高后，Ps提高，提高，X不变且不变且pw不变，即空气中水汽不变，即空气中水汽分压未变。分压未变。【例例7-1】湿湿 空气在总压空气在总压101.3kpa、干球温度为、干球温度为20下，湿含下，湿含量为量为 0.01kg/Kg绝干空气绝干空气,求：求：相对湿度相对湿度 温度提高到温度提高到50，计算相对湿度，计算相对湿度 总压提高到总压提高到125kpa，温度为，温度为20，计算，计算相对湿度相对湿度 如总压提高到如总压提高到250kpa，温度维持，温度维持20不变，计算不变，计算每每100m3原来湿空气所冷凝出来的水分量。原来湿空气所冷凝出来的水分量。2-温度提高后温度提高后-减小减小查附录查附录ps=14.99kPa,2=2=p pw w/p/ps s=1.603/14.99=10.7%=1.603/14.99=10.7%3-温度不变，温度不变，H不变，总压改变，则水汽分压为：不变，总压改变，则水汽分压为：总压增大，相对湿度增大，吸收水分的能力降低。总压增大，相对湿度增大，吸收水分的能力降低。总压总压P增大增大-求求Xs-析出的水量。析出的水量。n当总压为当总压为101.3kPa 时，空气中水气分压为时，空气中水气分压为1.603kPa，现总压为，现总压为250kPa，约为原总压的，约为原总压的2.5倍，因倍，因pw与与p成正比，则理论上水气分压可达到成正比，则理论上水气分压可达到pw=2.51.603=4.01kPa，但，但实际上上20下水的下水的饱和和蒸汽蒸汽压ps=2.334kPa，因此在加压中必有水析出，空，因此在加压中必有水析出，空气中水气分压保持不变，空气湿含量变为饱和湿含气中水气分压保持不变，空气湿含量变为饱和湿含量，即：量，即：Xs=0.622ps/(p-ps)=0.6222.334/(259-2.334)=0.00586加加压前空气湿含量前空气湿含量X=0.01kg水水/kg干空气干空气加加压后每后每kg干空气所冷凝水分量干空气所冷凝水分量为：X=X-Xs=0.01-0.00586=0.00414kgX=X-Xs=0.01-0.00586=0.00414kg水水/kg干空气干空气 原空气比容原空气比容为：vX=(0.772+1.244X)(273+T)/273=0.842m3/kg干空气干空气则100m3原湿空气所冷凝水分量原湿空气所冷凝水分量为：W1000.00414/0.842=0.492kgn结论结论n1当总压一定时，气体温度越高，其容纳水分当总压一定时，气体温度越高，其容纳水分的最大能力越大。（为何预热）的最大能力越大。（为何预热）n2温度一定时，总压增大，空气容纳水分的最温度一定时，总压增大，空气容纳水分的最大能力下降，从而干燥多在常压或真空条件下大能力下降，从而干燥多在常压或真空条件下进行。进行。二、湿度二、湿度图（Humidity chart）湿湿空空气气参参数数的的计计算算比比较较繁繁琐琐，甚甚至至需需要要试试差差。为为了了方方便便和直观，通常使用湿度图。和直观，通常使用湿度图。等湿线等湿线等热含等热含量线量线等温线等温线饱和空饱和空气线气线p-H线空气湿度空气湿度图的的绘制制（Humidity chart）对于空气于空气-水系水系统，tas tw，等，等 tas 线可近似作可近似作为等等tw线。每一条每一条绝热冷却冷却线上所有各点都具有相同的上所有各点都具有相同的 tas。物物理理意意义：以以绝热冷冷却却线上上所所有有各各点点为始始点点，经过绝热饱和和过程到达程到达终点点时，所有各状，所有各状态的气体的温度都的气体的温度都变为同一温度。同一温度。横坐标：横坐标：空气的湿度，所有的竖线为等湿含量线。空气的湿度，所有的竖线为等湿含量线。右侧纵坐标：右侧纵坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线。空气的干球温度，所有纵线为等温线。(1)(1)等湿含量线等湿含量线 (等等 X X 线线)对给定的 tas：t=f(X)在在同同一一条条等等湿湿含含量量线上上不不同同点点所所代代表表的的湿湿空空气气状状态不不同同，但但X相同，露点是将湿空气等相同，露点是将湿空气等X冷却至冷却至 =1时的温度。的温度。(2)等干球温度等干球温度线(等等 t 线)I与与X呈直呈直线关系，关系，t越高，等越高，等t线的斜率越大，的斜率越大，读数数0-250C。(4)等相等相对湿度湿度线(等等 线)总压总压 P 一定，对给定的一定，对给定的 ：因因 ps=f(t)，故故 X=f(t)。(5)(5)蒸气分压线蒸气分压线总压总压 P P 一定，一定，p ps s=f f(X X)，p-Xp-X近似为直线关系。近似为直线关系。(3)等等热含量含量线（等（等 I 线）AEDFBCtwtd,p=1XpI 干球温度干球温度td、露点、露点td,p、湿球、湿球温度温度tw（或绝热饱和温度（或绝热饱和温度tas）都是由等都是由等t线确定的。线确定的。根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在I-X图上确定该图上确定该空气的状态点，然后查出空气的其他性质。空气的状态点，然后查出空气的其他性质。非独立的参数如：非独立的参数如：td,pX，pX，td,pp，twI，tasI等，它等，它们均在同一等们均在同一等X线或等线或等I线上。线上。三、湿焓图的应用举例三、湿焓图的应用举例1 1、确定湿空气的参数、确定湿空气的参数 通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件是：件是：0HA=1ttwI1230HA=1tTd,PI1230HA=1tI12（）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和湿球温度和湿球温度tw；（）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和露点和露点td,P；（）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和相对湿度和相对湿度。2、冷热空气的混合、冷热空气的混合 设设n n为每千克干热空气需为每千克干热空气需要混合的干冷空气的千克数要混合的干冷空气的千克数0B(I1,t1,X1)=1t1t0It2M(I2,t2,X2)A(I0,t0,X0)X1X2X0【例7-2】已知湿空气的总压为已知湿空气的总压为101.3kN/m2,湿度为湿度为X=0.02 kg/kg干空气，干球温度为干空气，干球温度为70o C。试用。试用I-X图求解：图求解：(a)水蒸汽分压水蒸汽分压pw；(b)相对湿度相对湿度；(c)热焓热焓；(d)露点露点td,p；(e)湿球温度湿球温度tw；解解 由已知条件：由已知条件：101.3kN/m2，X=0.02 kg/kg干空气，干空气，t=20o C，在，在I-X图上定出湿空气的状态点点。图上定出湿空气的状态点点。pw=3kN/m2 =10%I122kJ/kg干空气干空气 td,p=24oC tw=33o C第三节第三节 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 干燥过程的计算中应通过干燥器的物料衡算和热量衡算计算干燥过程的计算中应通过干燥器的物料衡算和热量衡算计算出湿物料中水分蒸发、空气用量和所需热量，再依此选择适宜出湿物料中水分蒸发、空气用量和所需热量，再依此选择适宜型号的鼓风机、设计或选择换热器等。干燥流程如下图所示型号的鼓风机、设计或选择换热器等。干燥流程如下图所示 空气空气I0,X0,t0热空气热空气I1,X1,t1Qp 废气废气I2,X2,t2预热器预热器干燥器干燥器湿物料湿物料G1,q q1,w1干物料干物料G2,q2q2,w2一、物料含水量的表示方法一、物料含水量的表示方法 1 相对水分量相对水分量w以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数。以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数。2 绝对水分绝对水分 不含水分的物料通常称为绝对干物料或称干料。以绝对干物不含水分的物料通常称为绝对干物料或称干料。以绝对干物料为基准的湿物料中含水量，称为绝对水分，亦即湿物料中水分料为基准的湿物料中含水量，称为绝对水分，亦即湿物料中水分质量与绝对干料的质量之比，单位为质量与绝对干料的质量之比，单位为kg水分水分/kg绝干料。绝干料。两种含水量之间的换算关系为两种含水量之间的换算关系为注：工业上常采用相对含水量。注：工业上常采用相对含水量。二、干燥过程的物料衡算（二、干燥过程的物料衡算（Mass balanceMass balance）G1 湿物料进口的物料量，湿物料进口的物料量，kg/h；G2 产品出口的物料量，产品出口的物料量，kg/h；Gd 绝干物料的物料量，绝干物料的物料量，kg/h；M1,M2进出干燥器物料中含水量，进出干燥器物料中含水量，kg/h；wr,wr 进进出出干干燥燥器器物物料料的的相相对对水水分分，；Wa,wa进进出出干干燥燥器器物物料料的的绝绝对对水水分分，；湿物料湿物料G1,wr干干 燥燥产品产品G2,wr热空气热空气L1,X1湿废气体湿废气体L2,X2水分蒸发量：水分蒸发量：干燥器以每小时进出的质量为基准。假定进入干燥器的干燥器以每小时进出的质量为基准。假定进入干燥器的物料没有损失，干燥介质也没有漏逸，则进入干燥器的物物料没有损失，干燥介质也没有漏逸，则进入干燥器的物质的量应等于出干燥器物质的量质的量应等于出干燥器物质的量L L1 1、L L2 2-进出干燥器干空气量，进出干燥器干空气量，kg/hkg/hX X1 1,X,X2 2-进出干燥器空气（干燥介质）的湿含量，进出干燥器空气（干燥介质）的湿含量，kg/kgkg/kgG G1 1,G,G2 2-进出干燥器的物料量，进出干燥器的物料量，kg/hkg/h每蒸发每蒸发1 1千克水所消耗千克水所消耗的干空气量的干空气量l l表示，则表示，则【例例7-3】在一连续干燥器中，每小时处理湿物料在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后物料，经干燥后物料的含水量有的含水量有10%降至降至2%（）。以热空气为干燥介质，初始湿度（）。以热空气为干燥介质，初始湿度1=0.008kg/kg绝干气，离开干燥器时湿度为绝干气，离开干燥器时湿度为2=0.05 kg/kg绝干气，假设干绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。进入干燥器的绝干物料为进入干燥器的绝干物料为Gd=G1（1-wr）=1000（1-0.1）=900kg绝干料绝干料/h解：（解：（1）水分蒸发量：将物料的相对水分换算为绝对水分，即）水分蒸发量：将物料的相对水分换算为绝对水分，即水分蒸发量为水分蒸发量为W=Gd（wa-wa）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水水/h例例题题（2）空气消耗量）空气消耗量原湿空气的消耗量为：原湿空气的消耗量为：L1=L（1+X1）=1940（1+0.008）=1960kg/h（3）干燥产品量）干燥产品量单位空气消耗量（比空气用量）为：单位空气消耗量（比空气用量）为：三、热量衡算（三、热量衡算（Heat balanceHeat balance）空气空气I0,X0,t0热空气热空气I1,X1,t1Qp 废气废气I2,X2,t2预热器预热器干燥器干燥器湿物料湿物料G1,q q1,w1干物料干物料G2,q2q2,w21.1.干燥器收入热量干燥器收入热量（取（取0 0度为基准温度，以每蒸发度为基准温度，以每蒸发1 1千克水所消耗的热量为千克水所消耗的热量为计算单位）计算单位）（1 1）每千克水分带入热量）每千克水分带入热量G G0 0-绝干物料质量，绝干物料质量，kg/hkg/hC C0 0,C,CW W-绝对干物料及水的比热绝对干物料及水的比热q q1 1-如干燥器物料温度如干燥器物料温度（2 2）湿物料代入显热）湿物料代入显热（4 4）每千克水在干燥器中补充的热量）每千克水在干燥器中补充的热量 Gtr-托板或运托板或运输设备质量量 Ctr-托板或运输设备比热 t1-托板或运输设备入干燥器温度（3 3）托板或运输设备代入的热量）托板或运输设备代入的热量Q Qadad-在干燥器中补充的热量在干燥器中补充的热量（2 2）干物料带走显热）干物料带走显热2 2、干燥器支出热量、干燥器支出热量（1 1）、空气离开干燥器带走热量）、空气离开干燥器带走热量（3 3）托板或运输设备代走的热量）托板或运输设备代走的热量F-F-干燥器外表面积，干燥器外表面积，m m2 2t tw w、t ta a-干燥器壁面及环境温度干燥器壁面及环境温度列出热量平衡方程式列出热量平衡方程式（4 4）散失到干燥器周围的热量）散失到干燥器周围的热量u使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（注意吸湿性物料）；使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（注意吸湿性物料）；u提高热空气进口温度（注意热敏性物料）；提高热空气进口温度（注意热敏性物料）；u部分废气循环操作，回收利用其预热冷空气或冷物料；部分废气循环操作，回收利用其预热冷空气或冷物料；u注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的热损失。注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的热损失。提高热效率的措施提高热效率的措施【例7-4】某糖厂的回转干燥器的生产能力为某糖厂的回转干燥器的生产能力为4030kg/h（产品），湿糖含水量（产品），湿糖含水量为为1.27%，于，于310C进入干燥器，离开干燥器时的温度为进入干燥器，离开干燥器时的温度为360C，含水量为，含水量为0.18%，此时糖的比热为，此时糖的比热为1.26kJ/kg绝干料绝干料0C。干燥用空气的初始状况为：干球温度。干燥用空气的初始状况为：干球温度200C，湿球温度，湿球温度170C，预热至，预热至970C后进入干燥室。空气自干燥室排出时，干后进入干燥室。空气自干燥室排出时，干球温度为球温度为400C，湿球温度为，湿球温度为320C，试求：，试求：（1）蒸发的水分量；（）蒸发的水分量；（2）新鲜空）新鲜空气用量；（气用量；（3）预热器蒸气用量，加热蒸气压为）预热器蒸气用量，加热蒸气压为200kPa（绝压）；（绝压）；（4）干燥器）干燥器的热损失，的热损失，Qad=0；（；（5）热效率。）热效率。t0=200C tw0=170C t1=970CQpQad=0G2=4030kg/h wr=0.18%2=360C t2=400C tw2=320C 1=310C wr=1.27%QL预热器预热器干燥器干燥器例例题题解解：进入干燥器的绝干物料为进入干燥器的绝干物料为Gd=G2（1-wa）=4030（1-0.18%）=4022.7kg/h水分蒸发量为水分蒸发量为W=Gd（wa-wa）=4022.7（0.0129-0.0018）=44.6kg/h（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即即（2）新鲜空气用量：首先计算绝干空气消耗量。）新鲜空气用量：首先计算绝干空气消耗量。绝干空气消耗量为：绝干空气消耗量为：新鲜空气消耗量为：新鲜空气消耗量为：L=L（1+X0）=2877.4（1+0.011）=2909kg/h由图查得：当由图查得：当t0=200C，tw0=170C时，时，X0=0.011kg水水/kg绝干料；绝干料；当当t2=400C，tw2=320C时，时，X2=0.0265kg水水/kg绝干料。绝干料。查查H-I图，得图，得（3）预热器中的蒸气用量）预热器中的蒸气用量 查饱和蒸气压表得：查饱和蒸气压表得：200kPa（绝压）的饱和水蒸气的潜热为（绝压）的饱和水蒸气的潜热为2204.6 kJ/kg，L=L(I1-I0)=2877.4（127-48）=2.27 105kJ/h故蒸气消耗量为：故蒸气消耗量为：2.27 105/2204.6=103kg/hI0=48kJ/kg干空气；干空气；I1=127kJ/kg干空气；干空气；I2=110kJ/kg干空气干空气（4）干燥器的热损失）干燥器的热损失（5）热效率）热效率若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则有若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则有1.1.自由水自由水物物料料直直接接与与水水接接触触而而吸吸收收的的水水分分，存存在在于于物物料料的的大大毛毛细细管管（f0.1mf0.1mm）中中。具具有有和和独独立立存存在在的的水水相相同同的的蒸蒸汽汽压压和和汽汽化化能力。能力。第三节第三节 干燥过程干燥过程湿含量湿含量 WWh相对湿度相对湿度 自由水自由水大气吸附大气吸附水水01.00.5一一.物料中水分的结合形式物料中水分的结合形式物理水：不与物料中任何成分相化合，随温度升高从物料中排出。物理水：不与物料中任何成分相化合，随温度升高从物料中排出。化化学学结结合合水水：和和组组成成中中某某些些成成分分相相化化合合，在在干干燥燥过过程程中中不不可可能能从从物料中排出。物料中排出。粘粘土土质质物物料料中中自自由由水水分分排排除除时时，物物料料相相互靠拢，从而产生收缩。互靠拢，从而产生收缩。湿含量湿含量 wwh相对湿度相对湿度 自由水自由水大气吸附大气吸附水水01.00.52.2.大气吸附水大气吸附水 存存在在于于物物料料微微细细毛毛细细管管中中及及物物料料细细分分散散的的胶胶体体颗颗粒粒表表面面的的水水，被被固固体体表表面面吸吸附附，与与物物料料结结合合较较牢牢。表表面面的的水水蒸蒸气气分分压压小小于于同同温温度下的饱和水蒸汽压。度下的饱和水蒸汽压。粘粘土土质质物物料料中中大大气气吸吸附附水水分分排排除除时时，物料不产生收缩。物料不产生收缩。当当物物料料表表面面水水蒸蒸气气分分压压等等于于周周围围介介质质水水蒸蒸气气分分压压时时，水水分分不不能能够够再再排排除除，此此时时物物料料中中的的水水分分称称平平衡衡水水分分。平平衡衡水水分分属属于于大大气气吸吸附水，其值取决于空气的温度和相对湿度。附水，其值取决于空气的温度和相对湿度。吸吸湿湿过过程程：若若 w w w wh h ，则则物物料料将将吸吸收收饱饱和和气气体体中中的的水水分分使使湿湿含含量量增增加加至至湿湿含含量量 w wh h，即即最最大大吸吸湿湿湿湿含含量量，物物料料不不可可能能通通过过吸吸收收饱饱和和气气体体中中的的湿湿份份使使湿湿含含量量超超过过 w wh h。欲欲使使物物料料增增湿湿超超过过 w wh h，必必须须使使物物料与液态水直接接触。料与液态水直接接触。干干燥燥过过程程：当当湿湿物物料料与与不不饱饱和和空空气气接接触触时时，w w 向向 w*w*接接近近，干干燥燥过过程程的的极极限限为为 w*w*。物物料料的的 w*w*与与湿湿空空气气的的状状态态有有关关，空空气气的的温温度度和和湿湿度度不不同同，物物料料的的 w*w*不不同同。欲欲使使物物料料减减湿湿至至绝绝干干，必须与绝干气体接触。必须与绝干气体接触。湿含量 wwh相对湿度 自由水自由水大气吸附大气吸附水水可排除的水分平衡水分w*01.00.5大气吸附水分最高点二二、对流干燥、对流干燥过程过程对一定干燥任务，干燥器尺寸取决于干燥时间和干燥速率。对一定干燥任务，干燥器尺寸取决于干燥时间和干燥速率。由由于于干干燥燥过过程程的的复复杂杂性性，通通常常干干燥燥速速率率不不是是根根据据理理论论进进行行计计算算，而是通过实验测定的。而是通过实验测定的。为为了了简简化化影影响响因因素素，干干燥燥实实验验都都是是在在恒恒定定干干燥燥条条件件下下进进行行的的，即即在在一一定定的的气气固固接接触触方方式式下下，固固定定空空气气的的温温度度、湿湿度度和和流流过过物物料料表面的速度进行实验。表面的速度进行实验。为为保保证证恒恒定定干干燥燥条条件件，采采用用大大量量空空气气干干燥燥少少量量物物料料，以以使使空空气气的的温温度度、湿湿度度和和流流速速在在干干燥燥器器中中恒恒定定不不变变。实实验验为为间间歇歇操操作作，物物料料的温度和含水量随时间连续变化。的温度和含水量随时间连续变化。干燥曲线和干燥速率曲线干燥曲线和干燥速率曲线干燥曲线和干燥速率曲线干燥曲线和干燥速率曲线 Drying curve and drying-rate curveDrying curve and drying-rate curveDrying curve and drying-rate curveDrying curve and drying-rate curve第第四四节节 干燥设备干燥设备 一、干燥器的主要型式一、干燥器的主要型式 干燥器的主要型式归纳起来可分为干燥器的主要型式归纳起来可分为1010种，每种种，每种型式的干燥器都有其各自的特点，为了便于比较，型式的干燥器都有其各自的特点，为了便于比较，讨论时则重以下几个方面。讨论时则重以下几个方面。1.1.设备简图设备简图 q并流、逆流、错流干燥器的特点并流、逆流、错流干燥器的特点并流：含水量高的物料与温度最高而湿度最低的介质相接触，并流：含水量高的物料与温度最高而湿度最低的介质相接触，在进口端的干燥推动力大，在出口端的推动力小。在进口端的干燥推动力大，在出口端的推动力小。适用情况：适用情况：（1）干物料不耐高温而湿物料允许快速干燥；）干物料不耐高温而湿物料允许快速干燥；在干燥第一阶段，物料温度始终维持在湿球温度，到第二阶在干燥第一阶段，物料温度始终维持在湿球温度，到第二阶段，物料温度才逐渐上升，但此时介质温度已下降，物料不致段，物料温度才逐渐上升，但此时介质温度已下降，物料不致于过热。于过热。（2）物料的吸湿性小或最终水分要求不很低；）物料的吸湿性小或最终水分要求不很低；物料在出口处与温度最低、湿度最高（即相对湿度最大）的物料在出口处与温度最低、湿度最高（即相对湿度最大）的介质接触，其平衡水分高。介质接触，其平衡水分高。逆流：物料与干燥介质的运动方向相反，干燥推动力在干燥逆流：物料与干燥介质的运动方向相反，干燥推动力在干燥器中分布较均匀。器中分布较均匀。适用情况：适用情况：（1）湿物料不宜快干而干物料能耐高温；）湿物料不宜快干而干物料能耐高温；（2）物料的吸湿性强或最终含水量要求低；）物料的吸湿性强或最终含水量要求低；注：在逆流时，湿物料进入的温度不应低于干燥介质在此处的注：在逆流时，湿物料进入的温度不应低于干燥介质在此处的露点，否则湿度高的干燥介质中有一部分水蒸气会冷凝在湿物露点，否则湿度高的干燥介质中有一部分水蒸气会冷凝在湿物料上，从而增加干燥时间。料上，从而增加干燥时间。错流错流：高温介质与物料运动方向相垂直，如果物料表面都高温介质与物料运动方向相垂直，如果物料表面都与湿度小、温度高的介质接触，可获得较高的推动力，但介质与湿度小、温度高的介质接触，可获得较高的推动力，但介质的用量和热量的消耗也较大。的用量和热量的消耗也较大。适用情况：适用情况：（1）物料在干燥的始、终都允许快速干燥和高温；）物料在干燥的始、终都允许快速干燥和高温；（2）要求设备紧凑（过程速度大）而允许较多的介质和能耗。）要求设备紧凑（过程速度大）而允许较多的介质和能耗。(一一)厢式干燥器厢式干燥器又称盘式干燥器 一、常用对流干燥器一、常用对流干燥器 气固流动方式：热空气水平流过盛入气固流动方式：热空气水平流过盛入 浅盘的湿物料表面浅盘的湿物料表面 操作特征操作特征 物料移动方式：装料车输送，干燥时物料移动方式：装料车输送，干燥时 湿物料保持静止不动湿物料保持静止不动 结构简单结构简单 优点优点 设备投资少设备投资少 操作弹性强操作弹性强优点与缺点优点与缺点 劳动强度大劳动强度大 缺点缺点 热量损失大热量损失大 产品质量不均匀产品质量不均匀 （二）喷雾干燥器（二）喷雾干燥器 气固流动方式：逆流操作气固流动方式：逆流操作操作特征操作特征 物料移动方式：喷雾输送物料移动方式：喷雾输送 直径直径 设备参数设备参数 高度高度 速度速度 气相参数气相参数 湿度湿度 含水量含水量 主要参数主要参数 固相参数固相参数 雾滴直径雾滴直径 停留时间停留时间 时间参数时间参数 干燥时间干燥时间 干燥速率干燥速率 速率参数速率参数 速率曲线速率曲线 原理：用喷雾器将稀料液喷成细雾滴分散于热气流中，使水分原理：用喷雾器将稀料液喷成细雾滴分散于热气流中，使水分迅速蒸发而达到干燥的目的。通常雾滴直径为迅速蒸发而达到干燥的目的。通常雾滴直径为1060um，每升，每升溶液具有溶液具有100600m2的蒸发面积。的蒸发面积。喷雾器的类型：离心喷雾器、压力喷雾器、气流喷雾器。喷雾器的类型：离心喷雾器、压力喷雾器、气流喷雾器。优点：干燥时间短，适于热敏性物料；所得产品为空心颗粒，溶优点：干燥时间短，适于热敏性物料；所得产品为空心颗粒，溶解性好，质量高；操作稳定；能连续、自动化生产；由料液直接解性好，质量高；操作稳定；能连续、自动化生产；由料液直接获得粉末产品，省去了蒸发、结晶、分离和粉碎操作。获得粉末产品，省去了蒸发、结晶、分离和粉碎操作。缺点：体积传热系数低；设备体积庞大；操作弹性较小，热缺点：体积传热系数低；设备体积庞大；操作弹性较小，热利用律低、能耗大。利用律低、能耗大。喷雾干燥器喷雾干燥器（spray dryer）（三）气流干燥器（三）气流干燥器 气固流动方式：并流操作气固流动方式：并流操作 操作特征操作特征 物料移动方式：上升气流流化输送物料移动方式：上升气流流化输送 优点：对流传热系数和传热温度差大，干燥器的体积小，优点：对流传热系数和传热温度差大，干燥器的体积小，干燥速率快，物料停留时间短，可在高温下干燥；热利用率干燥速率快，物料停留时间短，可在高温下干燥；热利用率高；设备紧凑，结构简单；可以完全自动控制。高；设备紧凑，结构简单；可以完全自动控制。缺点：气流在系统中压降较大；干燥管长；在干燥过程中缺点：气流在系统中压降较大；干燥管长；在干燥过程中存在摩擦，易将产品磨碎；分离器的负荷大。存在摩擦，易将产品磨碎；分离器的负荷大。适用于在潮湿状态下仍能在气体中自由流动的颗粒物料，适用于在潮湿状态下仍能在气体中自由流动的颗粒物料，可利用高速的热气流使粉、粒状的物料悬浮于其中，在气力可利用高速的热气流使粉、粒状的物料悬浮于其中，在气力输送过程中进行干燥。输送过程中进行干燥。气流干燥器气流干燥器（四）流化床干燥器 气固流动方式：整体逆流、局部错流气固流动方式：整体逆流、局部错流 操作特征操作特征 物料移动方式：流化床溢流输送物料移动方式：流化床溢流输送 工作原理：散粒状物料由床侧加料器加入，热气流通过多孔工作原理：散粒状物料由床侧加料器加入，热气流通过多孔分布板与物料层接触，气流速度保持在临界流化速度和带出速分布板与物料层接触，气流速度保持在临界流化速度和带出速度之间，颗粒即能在床层内形成流化，颗粒在热气流中上下翻度之间，颗粒即能在床层内形成流化，颗粒在热气流中上下翻动与碰撞，与热气流进行传热和传质而达到干燥的目的。当床动与碰撞，与热气流进行传热和传质而达到干燥的目的。当床层膨胀到一定高度时，床层空隙率增大而使气流流速下降，颗层膨胀到一定高度时，床层空隙率增大而使气流流速下降，颗粒又重新落下而不致被气流所带走。经干燥之后的颗粒由床侧粒又重新落下而不致被气流所带走。经干燥之后的颗粒由床侧出料管卸出，气流由顶部排出，并经旋风分离器回收其中夹带出料管卸出，气流由顶部排出，并经旋风分离器回收其中夹带的粉尘。的粉尘。优点：颗粒在干燥器内的停留时间可任意调节；气流速度小，优点：颗粒在干燥器内的停留时间可任意调节；气流速度小，物料与设备的磨损较轻，压降小；传热面大，物料的最终含水物料与设备的磨损较轻，压降小；传热面大，物料的最终含水量低；结构简单、紧凑。量低；结构简单、紧凑。缺点：因颗粒在床层中高度混合，则可引起物料的短路和返缺点：因颗粒在床层中高度混合，则可引起物料的短路和返混，物料在干燥器内的停留时间不均匀。混，物料在干燥器内的停留时间不均匀。沸腾床干燥器沸腾床干燥器（流化床干燥流化床干燥）（五）转筒干燥器 气固流动方式：逆流操作气固流动方式：逆流操作 操作特征操作特征 物料移动方式：抄料板推进输送物料移动方式：抄料板推进输送 主要部件：主要部件：优点：处理量大，适应性强，生产能力大，操作控制方便，优点：处理量大，适应性强，生产能力大，操作控制方便，干燥时间可藉调节转筒的转速来控制，产品质量均匀。干燥时间可藉调节转筒的转速来控制，产品质量均匀。缺点：设备笨重，热利用率低，结构复杂，占地面积大。缺点：设备笨重，热利用率低，结构复杂，占地面积大。l转筒：呈倾斜状，在旋转时，借助重力的作用使物料向低端转筒：呈倾斜状，在旋转时，借助重力的作用使物料向低端输送。输送。l抄板：将物料抄起后再洒下，增大干燥面积，提高干燥速率；抄板：将物料抄起后再洒下，增大干燥面积，提高干燥速率；同时促进物料向前运动。同时促进物料向前运动。转筒干燥器转筒干燥器（回转式干燥器）（回转式干燥器）原理及流程：原理及流程：物料从窄截面处加入，被进口气体夹带并进行输送，物料从窄截面处加入，被进口气体夹带并进行输送，同时使物料沿器壁返回床层，从而使物料形成循环运同时使物料沿器壁返回床层，从而使物料形成循环运动。物料循环频率与气速有关。物料在干燥器的扩大动。物料循环频率与气速有关。物料在干燥器的扩大部分物料呈沸腾状态，在此被干燥。部分物料呈沸腾状态，在此被干燥。(六六)喷动床干燥器喷动床干燥器喷动床干燥器喷动床干燥器干物料干物料干物料干物料废气废气风机风机旋风分离器旋风分离器喷动床干燥器喷动床干燥器湿物料湿物料非对流式干燥器耙式真空干燥器非对流式干燥器耙式真空干燥器 二、干燥器的选型原则二、干燥器的选型原则（一）影响因素一）影响因素 1.1.物料的热敏性物料的热敏性2.2.干燥产品的含水量、形状、强度干燥产品的含水量、形状、强度3.3.干燥速率曲线、临界含水量、临界干燥速率干燥速率曲线、临界含水量、临界干燥速率4.4.物料的粘附性物料的粘附性5.5.物料表面的硬化及收缩现象物料表面的硬化及收缩现象6.6.物料的毒性及污染性物料的毒性及污染性1、设备上的强化1）.改进设备结构，例如将气流干燥器改为多级气流干燥器，脉冲式气流干燥器或旋风式干燥器。2）.采用多功能干燥器（包括干燥，造粒及输送功能）。3.）采用组合式干燥器（将不同形式的干燥器组合使用）。（二）强化过程2、工艺上的改进1）提高干燥速度，减小设备尺寸，缩短干燥时间。2）利用部分废气循环或内部加入热量，以提高热效率。3）减少流动阻力，以降低输送的能耗。4）根据物料的特性选择适宜工艺条件，如有的物料在 高速率下表面结皮硬化。
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