化工原理B干燥课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 干 燥,Chapter 7 Drying,第七章 干 燥 Chapter 7 Dryi,第一节 概述,（Introduction）,化学工业生产的固态产品或半成品往往含有过多的水分或有机溶剂，制得合格产品需要除去固体物料多余的湿份。,例如：,制盐工业中，在过饱和的氯化钠溶液中生成的食盐晶粒；,塑料工业中，氯乙烯单体在水相中聚合制成的塑料颗粒。,除湿方法：,先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除去；,然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份汽化干燥掉。,干燥方法分类：,传导干燥；,对流干燥；,红外线辐射干燥;,微波加热干燥;,冷冻,干燥,;,化工生产中最常用的是对流干燥。,第一节 概述（Introduction）化学工业生产的固,对流干燥过程举例,典型的对流干燥器气流干燥器,空气通过送风机吹入空气预热器，预热后的热空气送入气流干燥管，湿料由螺旋加料器推入干燥器并分散于热气流中，受气流的输送并进行干燥，干燥产品通过旋风分离器从气流中分离出来，湿废气体由引风机抽出排空。,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。,对流干燥过程举例典型的对流干燥器气流干燥器1-鼓风机；2-,干燥介质：,用来传递热量（载热体）和湿份（载湿体）的介质。,由于温差的存在，气体以对流方式向固体物料传热，使湿份汽化；,在分压差的作用下，湿份由物料表面向气流主体扩散，并被气流带走。,对流干燥过程原理,温度为,t,、湿份分压为,p,的湿热气体流过湿物料的表面，物料表面温度,低于气体温度,t。,注意：,只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干燥即可进行，与气体的温度无关。,气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快湿份汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。,H,t,Q,W,p,v,p,w,M,干燥是热、质同时传递的过程,干燥介质：用来传递热量（载热体）和湿份（载湿体）的介质。由于,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,传质过程,传质过程,干燥过程推动力,传质推动力：物料表面水分压P,表水,热空气中的水分压P,空水,传热推动力：热空气的温度,t,空气,物料表面的温度,t,物表,对流干燥过程实质,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,除水分量,空气消耗量,干燥产品量,热量消耗,干燥时间,物料衡算,能量衡算,涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系,涉及湿空气的性质,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。,除水分量物料衡算能量衡算涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系涉,第二节 湿气体的热力学性质,湿空气：,指绝干空气与水蒸汽的混合物。在干燥过程中，随着湿物料中水份的汽化，湿空气中水份含量不断增加，但绝干空气的质量保持不变。因此，湿空气性质一般都以1kg绝干空气为基准。,操作压强不太高时，湿空气可视为理想气体。,系统总压,P,：,湿空气的总压（kN/m,2,），即,P,v,与,P,g,之和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且,P=,P,v,+,P,g,干燥操作通常在常压下进行，常压干燥的系统总压接近大气压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。,第二节 湿气体的热力学性质 湿空气：指绝干空气与水蒸汽的混合,1.湿份的表示方法,对于空气-水蒸气系统：,M,v,=18.02kg/kmol，,M,g,=28.96 kg/kmol,湿空气中水气的质量与绝干空气的质量之比。若湿份蒸汽和绝干空气的摩尔数(,n,v,n,g,)和摩尔质量(,M,v,M,g,),绝对湿度(湿度),H,（Humidity）,总压一定时，湿空气的湿度只与水蒸汽的分压有关。,Kg水蒸汽/kg绝干空气,当,p=p,s,时，湿度称为饱和湿度，以H,s,表示。,1.湿份的表示方法对于空气-水蒸气系统：湿空气中水气的质量与,相对湿度,（Relative humidity）,湿度只表示湿空气中所含水份的绝对数，不能反映空气偏离饱和状态的程度（即气体的吸湿能力）。,值说明湿空气偏离饱和空气或绝干空气的程度，,值越小吸湿能力越大；,=0,，,p=0,时，表示湿空气中不含水分，为绝干空气。,=1,，,p=p,s,时，表示湿空气被水汽所饱和，不能再吸湿。,相对湿度：,在总压和温度一定时，湿空气中水汽的分压,p,v,与系统温度下水的饱和蒸汽压,p,s,之比的百分数。,相对湿度（Relative humidity）湿度只表示湿空,相对湿度,（Relative humidity）,p,s,随温度的升高而增加，,H,不变。提高,t,，,，气体的吸湿能力增加，故空气用作干燥介质应先预热。,H,不变而降低,t,，,，空气趋近饱和状态。当空气达到饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出。,对于空气-水系统,：,=,f,(,H,t,),相对湿度（Relative humidity）ps 随温度的,2.比体积,H,(Humid volume)或湿比容(m,3,/kg绝干气体),比容：,1kg 绝干空气和相应Hkg水汽体积之和。,3.比热c,H,(Humid heat)或比热容KJ/(kg),比热：,1kg 绝干空气及相应Hkg水汽温度升高1所需要的热量,式中：,c,g,绝干空气的比热，KJ/(kg)；,c,v,水汽的比热，KJ/(kg)。,对于空气-水系统：,c,g,=,1.01 kJ/(kg)，,c,v,=,1.88 kJ/(kg),2.比体积H (Humid volume)或湿比容(,4.焓I,(Total enthalpy),焓：,1kg 绝干空气的焓与相应Hkg水汽的焓之和。,由于焓是相对值，计算焓值时必须规定基准状态和基准温度，一般以0为基准，且规定在0时绝干空气和水汽的焓值均为零，则,对于空气-水系统：,显热项,汽化潜热项,4.焓I (Total enthalpy)焓：1kg 绝干,当热、质传递达平衡时，气体对液体的供热速率恰等于液体汽化的需热速率时：,5.干燥过程中的物料温度,(1)干球温度,t,：,湿空气的真实温度，简称温度(或 K)。将温度计直接插在湿空气中即可测量。,(2)空,气的湿球温度（Wet-bulb temperature）,a.定义,q,N,对流传热,h,k,H,气体,t,H,气膜,对流传质,液滴表面,t,w,H,w,液滴,湿球温度,t,w,定义式,当热、质传递达平衡时，气体对液体的供热速率恰等于液体汽化的需,(2)空,气的湿球温度,因流速等影响气膜厚度的因素对,和,k,H,有相同的作用，可认为,k,H,/,与速度等因素无关，而仅取决于系统的物性。,饱和气体:,H,=,H,s,，,t,w,=,t,，即饱和空气的干、湿球温度相等。,不饱和气体:,H,H,s,，,t,w,t,。,对于空气-水系统：,结论：,t,w,=,f,(,t,H,)，气体的,t,和,H,一定，,t,w,为定值。,(2)空气的湿球温度因流速等影响气膜厚度的因素对 和,湿球温度计测定湿球温度的条件是保证纯对流传热，即气体应有较大的流速和不太高的温度，否则，热传导或热辐射的影响不能忽略，测得的湿球温度会有较大的误差。,通过测定气体的干球温度和湿球温度，可以计算气体的湿度。,气体,t,t,w,b.,湿球温度的测定,湿球温度计测定湿球温度的条件是保证纯对流传热，即气体应有较大,物料充分湿润，湿分在物料表面的汽化和在液面上汽化相同。,物料经过预热，很快达到稳定的温度，由于对流传热强烈，物料温度接近气体的湿球温度,t,w,。,对于,空气-水系统,，,t,w,t,as,（或,t,w,）,t,d,；饱和空气,t=t,as,=t,d,(4)露点td温度为t的不饱和空气在等湿下冷却至温度等于td,气体湿度图,（Humidity chart）,湿空气参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便和直观，通常使用湿度图。,等湿线,等焓线,等温线,饱和空气线,p-H线,气体湿度图（Humidity chart）湿空气参数的计算比,空气湿度图的绘制（Humidity chart）,对于空气-水系统，,t,as,t,w,，等,t,as,线可近似作为等,t,w,线。,每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的,t,as,。,物理意义：,以绝热冷却线上所有各点为始点，经过绝热饱和过程到达终点时，所有各状态的气体的温度都变为同一温度。,横坐标：,空气的湿度，所有的横线为等湿度线。,右侧纵坐标：,空气的干球温度，所有纵线为等温线。,(1)等湿度线(等,H,线),(2)等焓线（等,I,线）,对给定的,t,as,：,t,=,f,(,H,),在同一条等湿线上不同点所代表的湿空气状态不同，但,H,相同，露点是将湿空气等,H,冷却至,=,1,时的温度。,空气湿度图的绘制（Humidity chart）对于空气-,(3)等干球温度线(等,t,线),I与H呈直线关系，t越高，等t线的斜率越大，读数0-250,C,。,(4)等相对湿度线(等,线),总压,P,一定，对给定的,：,因,p,s,=,f,(,t,)，故,H,=,f,(,t,)。,(5)蒸气分压线,总压,P,一定，,p,v,=,f,(,H,)，,p-H,近似为直线关系。,(3)等干球温度线(等 t 线)I与H呈直线关系，t,空气湿焓图的用法（Use of humidity chart）,两个参数在曲线上能相交于一点，即这两个参数是独立参数，这些参数才能确定空气的状态点。,=,100%，空气达到饱和，无吸湿能力。,100%，属于未饱和空气，可作为干燥介质。,越小，干燥条件越好。,1.确定空气的干燥条件,2.确定空气的状态点，查找其它参数,3.确定绝热饱和冷却温度,1）等I干燥过程,等焓干燥过程又称绝热干燥过程。,a.不向干燥器重补充热量，即Q,D,=0.,b.忽略干燥器向周围散失的热量，即Q,L,=0.,c.物料进出干燥器的焓相等，即G(I,2,_,I,1,)=0,沿等I线，空气t,1、,t,2,意志，即可确定H,1、,H,2。,2）等H干燥过程,恒压下，加热或冷却过程。,空气湿焓图的用法（Use of humidity char,分,题,号,干,球,温,度,t/,湿,球,温,度,t,w,/,湿,度H/kg.（kg干空气）,-1,相,对,湿,度,/%,热焓kJ.（kg干空气）,-1,水,汽,分,压,/kPa,露,点,t,d,/,1,80,40,2,40,25,3,20,70,4,0.025,95,5,20,13,6,35,30,分干湿湿相热焓kJ.（kg干空气）-1水露1804024,湿物料水分含量的表示方法,湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。,湿基含水量,w,：,水分在湿物料中的质量百分数。,干基含水量,X,：,湿物料中的水分与绝干物料的质量比。,换算关系：,工业生产中，物料湿含量通常以湿基含水量表示，但由于物料的总质量在干燥过程中不断减少，而绝干物料的质量不变，故在干燥计算中以干基含水量表示较为方便,。,第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算,湿物料水分含量的表示方法 湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物,物料衡算（Mass balance）,L,1,湿物料进口的质量流率，kg/s；,L,2,产品出口的质量流率，kg/s；,L,c,绝干物料的质量流率，kg/s；,w,1,物料的初始湿含量；,w,2,产品湿含量；,G,绝干气体的质量流率，kg/s；,H,1,气体进干燥器时的湿度；,H,2,气体离开干燥器时的湿度；,W,单位时间内汽化的水分量，kg/s。,