《固体干燥》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 固体干燥,第一节 概述,第二节 湿空气的性质与湿度图,第五节 干燥设备,第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算,第四节 物料的平衡含水量与干燥速率,10/8/2024,1,第一节 概述,一、 固体物料去湿方法,二、 湿物料的干燥方法,三、 对流干燥过程的传热与传质,10/8/2024,2,去湿,:,湿分从物料中去除的过程。,去湿的方法,:,机械去湿,去湿目的,:,1）工艺要求；2）贮存；3）运输。,物理去湿,加热去湿（,干燥,）,一、 固体物料去湿方法,二、 湿物料的干燥方法,（1）热传导干燥法,10/8/2024,3,（2）对流传热干燥法,（3）红外线辐射干燥法,（4）微波加热干燥法,（5）冷冻干燥法,干燥过程的分类,：,常压干燥,真空干燥,按操作压力分,10/8/2024,4,连续式,间歇式,按操作方式分,传导干燥（间接加热干燥）,对流干燥,（直接加热干燥）,辐射干燥,介电加热干燥,按供热方式分,10/8/2024,5,1.,传热、传质同时,，但,方向相反,；,2.介质是热载体，有是湿载体。,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。,三、对流干燥过程,的传热与传质,H,t,Q,W,t,i,p,p,i,M,干燥过程进行必要条件,：,1.物料表面水汽压力,大于,干燥介质,中水汽分压；,2.干燥介质要将汽化的水分及时带走。,10/8/2024,6,第二节 湿空气的性质与湿度图,一、 湿空气的性质,二、湿空气的湿度图及其应用,10/8/2024,7,一、 湿空气的性质,（一）湿空气中湿含量的表示方法,1. 湿空气中水汽分压,p,V,2. 相对湿度,定义：一定T、P，,p,V,与同温度下,p,S,之比的百分数。,10/8/2024,8,3. 湿度（湿含量）,H,定义：1kg干空气所携带的水汽质量。,H,=,Kg,水汽,Kg,干空气,=,n,V,M,V,n,g,M,g,=,18.02,n,V,28.95,n,g,饱和空气，,p,V,=,p,s,，,=1，不可作为干燥介质；,不饱和空气，,p,V,p,s ，,1，可作为干燥介质。,10/8/2024,9,当,P,为一定值时，,p,V,=,p,s,时,，,H,=,H,s,即：,H与,的关系：,H,表示空气中水汽含量的,绝对值,，而,反映湿空气水气含量的,相对大小,，不饱和程度，吸收水汽的能力，,能力,。,10/8/2024,10,（二）湿空气的比体积、比热容和焓,1. 湿空气的比体积,H,m,3,湿空气/kg干气,定义：1kg绝干空气为基准，湿空气的总体积。,10/8/2024,11,P一定，,2. 湿空气的比热容,c,H,定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的,H,kg水,汽升高温度1K所需的热量。 kJ/kg干气K,3. 湿空气的焓,I,kJ/kg干气,10/8/2024,12,定义：湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。,（三）湿空气的温度,t,：是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。,1. 干球温度,t,10/8/2024,13,定义：一定压力，不饱和空气,等湿,降温至饱和的温度。,p,S,：,t,d,下的饱和蒸汽压。,2. 露点,t,d,t,w,:,湿球温度计在空气中所达,到的平衡或稳定的温度。,3. 湿球温度,t,w,气流,t,t,w,10/8/2024,14,湿球温度计工作原理,、,k,H,u,0.8,，,与,k,H,之比与物性有关。,讨论：,1）,物系一定，,空气水系统，u,5,m/s,：,Q,N,对流传热,k,H,气体,t, H,气膜,对流传质,液滴表面,t,w, H,w,10/8/2024,15,2）饱和空气：,t,w,=,t,；,3）不饱和空气：,t,w,t,。,测定,t,w,的意义,：1）测定H ；,2）确定物料表面的温度。,4. 绝热饱和温度,t,as,定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。,10/8/2024,16,空气变化过程：1）,t,；2),H,；3）,I,不变。,10/8/2024,17,t,w,与,t,as,的关系：,t,w,：,大量空气与少量水接触，空气,t,、,H,的不变；,t,as,：大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。,t,w,与,t,as,数值上的差异取决于,/,k,H,与,c,H,两者之间的差别。,t,w,：传热与传质速率均衡结果，属动平衡；,t,as,：热量衡算与物料衡算导出，属静平衡。,，,空气水体系：,空气甲苯体系：,，,t,w,t,as,10/8/2024,18,当空气为不饱和状态：,t,t,w,(,t,as,) ,t,d,；,当空气为饱和状态：,t,=,t,w,(,t,as,) =,t,d,。,P一定，F=2，两个独立参数确定空气状态、性质。,二、湿空气的焓湿图及其应用,10/8/2024,19,（一）,I-H,图的构造,坐标；5根线。,等湿线,等焓线,等温线,等相对湿度线,p-H线,10/8/2024,20,（二）,焓湿图的应用,1.已知两个,独立,参数，定空气状态点，求其它性能参数,例1 已知,t,=30 ，,=60% 求：,H,、,t,d、,t,as,t,=30,A,H=0.016kg/kg干气,D,t,d,=21,等焓线,C,t,as,=23,10/8/2024,21,例2 已知,t,、,t,W,，,定状态。,A,10/8/2024,22,例3 已知,t,、,t,d,，,定状态。,t,d,A,10/8/2024,23,第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算,一、干燥过程的物料衡算,二、干燥过程的热量衡算,10/8/2024,24,（一）物料中含水量表示方法,（1）湿基含水量,w,kg水/kg湿物料,一、干燥过程的物料衡算,（2）干基含水量,X,kg水/kg干物料,10/8/2024,25,（3）两者关系,（二） 物料衡算,湿物料,L,1,w,1,干燥产品,L,2,w,2,热空气,G,H,1,湿废气体,G,H,2,（1）干燥产品流量,L,2,（2）水分蒸发量 W,10/8/2024,26,（3）空气消耗量,10/8/2024,27,二、干燥过程的热量衡算,湿物料,L,1,X,1,1,I,1,干燥产品,L,2,X,2,2,I,2,热气体,G,H,1,t,1,I,1,湿废气体,G,H,2,t,2,I,2,湿气体,G,H,0,t,0,I,0,Q,p,Q,D,Q,L,预热器,干,燥,器,10/8/2024,28,（1）预热器的加热量,（2）干燥器的热量衡算,10/8/2024,29,第四节 物料的平衡含水量,一、物料的干燥实验曲线,二、物料的平衡含水量曲线,三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间,10/8/2024,30,一、物料的干燥实验曲线,（一）干燥实验曲线,A,湿含量,X,X,c,t,w,D,C,B,A,D,C,B,t,X,*,物料表面温度,干燥时间,预热段,恒速段,降速段,干燥曲线：,X,、,与,的关系曲线。,空气温度,湿度,流速,与物料接触状况,恒定干燥条件：,10/8/2024,31,2.恒速干燥段,：物料温度恒定在,t,w,，,X,呈直线，气体传给物料热量全部用于湿份汽化。,1.预热段,：物料升温，,X,变化不大。,3.降速干燥段,：物料开始升温，,X,变化减慢，气体传给物料的热量仅部分用于湿份汽化，其余用于物料升温，当,X,=,X,*,，,=,t,。,（二）干燥过程的三阶段,10/8/2024,32,二、物料的平衡含水量曲线,（一）物料的平衡含水量曲线,平衡水分（,X,*,）：,不能用干燥方法除去的水分。,X,*,=,f,（物料种类、空气性质）,吸水性弱的,小,10/8/2024,33,（二）自由水分与平衡水分,自由水分（,XX,*,）:可用干燥方法除去的水分。,(三) 结合水分与非结合水分,结合水分, 水与物料有结合力，,p,w, Xc,，汽化的是非结合水分。,10/8/2024,38,恒速干燥特点：,1. 影响,u,的主要因素,：,t、H、u、,空气与物料接触方式,1.,u,u,C,const.,2. 物料表面温度为,t,w,；,3. 去除的水分为非结合水分；,4.,u,C,干燥条件决定，表面汽化控制；,u,C,的来源：,（1）,由干燥速率曲线查得,2. 恒速阶段干燥时间计算,10/8/2024,39,（三）降速阶段,1. 影响,u,的因素,：,2. 降速阶段干燥时间计算,实际汽化表面减小（CD，除非结合、结合水分）,汽化面向内部移动（DE，除结合水分）,u,因素：与物料性质、结构、尺寸、形状、堆积厚度有关，与空气状态关系不大。,10/8/2024,40,方法：,（1）图解积分法,（2）解析计算法,X,*,X,C,u,C,X,2,10/8/2024,41,总干燥时间：,当X,*,=0时，,10/8/2024,42,（四）临界含水量 X,C,1. 吸水性强的物料,X,C,吸水性弱的物料,X,C,2. 物料层越薄、分散越细，,X,C,越低,3. 干燥条件：,t,H,u,。,u,C,越大，,X,C,越高。,X,10/8/2024,43,二、 干燥的选用,第五节 干燥设备,一、 常用对流干燥器简介,10/8/2024,44,一、常用对流干燥器简介,（一）,厢式干燥器(盘架式干燥器),小型的称为烘箱，大型的称为烘房，可同时处理多种物料。通常在常压或真空下间歇操作。厢内设有支架，湿物料放在矩形浅盘内，或悬挂在支架上(板状物料)，空气经加热器预热并均匀分配后，平行掠过物料表面，离开物料表面的湿废气体，部分排空，部分循环，与新鲜空气混合后用作干燥介质。,10/8/2024,45,优点,：结构简单，装卸灵活、方便，适应性强，适用于小批量、多品种物料的干燥；,缺点：,分散差，劳动强度大，干燥时间长，设备体积大。,10/8/2024,46,（二）转筒式干燥器,主体:沿轴向装抄板圆筒,略倾斜，齿轮机构驱动作旋转运动；物料由转筒较高一端送，由较低端出，热风由转筒低端入，由高端出，气固两相呈逆流接触；随着圆筒旋转，物料被炒板抄起然后洒下，改善传热传质，提高干燥速率；物料湿含量较低，产品能承受高温，宜采用逆流干燥。物料湿含量较高、产品湿含量不是很低的场合宜采用并流干燥。,10/8/2024,47,特点:,国内现有转筒干燥器的直径一般为0.5-3m，长度为2-27 m，长径比为4-10，物料在转筒内的装填量约为筒体容积的8-13%，物料沿转筒轴向前进的速度为，其停留时间一般为1h左右。,(1) 机械化程度较高，生产能力较大；,(2) 干燥介质通过转筒的阻力较小；,(3) 对物料的适应性较强，操作稳定方便，运行费用较低；,(4) 装置比较笨重，金属耗材多，传动机构复杂，维修量较大；,(5) 设备投资高，占地面积大。,10/8/2024,48,（三）,流化床干燥器,加料口加入，热气体穿过流化床底部多孔分布板，形成许多小气流射入物料层。气速控制，形成沸腾状流化床。产品经床侧出料管卸出，湿废气体由引风机从床层顶部抽出排空，旋风分离器分离所夹带少量细微粉。,单层流化床干燥器,10/8/2024,49,固体在每一层完全混合，但层与层之间不相混。改善了物料停留时间的分布，层数越多，产品湿含量愈均匀。国内使用五层流化床干燥涤纶切片，效果很好。,气固两相逆流流动，有利于降低产品的湿含量，且可使热量的利用更加充分。,多层流化床特别适合于产品湿含量较低、冷物料不能承受强烈干燥而干物料可以耐高温的场合。,多层床其结构复杂，气体的流动阻力也较大，因而限制了多层流化床的应用。,多层流化床干燥器,主要问题：控制物料顺利流至下一层的量，且不使气体沿溢流管短路跑掉。在应用中常因操作不当而不能正常生产。,10/8/2024,50,卧式多室流化床干燥器,床为矩形截面，用挡板将床分为多个室，挡板与气体分布板间有间隙使物料逐室通过。最后一室通入冷空气。,特点,：产品含水量均匀；各室气温和流量可调节，热量利用充分；物料和气体错流，流动阻力小，动力消耗少；最后一室冷却便于包装。,10/8/2024,51,（四）,气流干燥器,特点：,(1) 干燥速度快，两传热传质面积。热气体速度高, 相对速度很大，体积小。,(2) 并流，使用高温气体作为干燥介质不会烧坏物料。,(3) 时间短，气流干燥又称为快速干燥或闪蒸干燥，特别适合于热敏性物料干燥。,(4) 物料呈活塞流流动，干燥产品湿含量均匀。,(5) 结构简单，投资少，占地面积小，操作方便，性能稳定，维修量小。,10/8/2024,52,问题：,(1) 物料停留时间短，只适合于干燥非结合水分的干燥，故常被用作物料的预干燥；,(2) 颗粒破碎现象比较严重，颗粒之间以及颗粒与器壁之间的碰撞与摩擦。故不适合于干燥晶形不允许破坏的物料；,(3) 气固两相分离任务很重，固体产品的放空损失较大，粉料排空对环境造成一定污染；,(4) 气固两相接触时间短，传热不充分，气体放空损失大，热效率较低；,(5) 气体通过干燥系统的流动阻力较大，因而风机的动力消耗较高，故总能耗较高。,10/8/2024,53,（五）,喷雾干燥器,用于干燥溶液、浆液或悬浮液。液状物料由雾化器喷成雾状细滴并分散于热气流中，使水分迅速汽化而获得微粒状干燥产品。,雾滴直径为 3060,m，每升料液 100600m,2,的蒸发面积，需干燥时间很短（约为530s）。,特别适合于干燥热敏性物料，如牛奶、蛋制品、血浆、洗衣粉、抗菌素、酵母和染料等。,10/8/2024,54,雾化器,气流式雾化器,：压缩空气在喷嘴处达到音速并形成很低的压力，抽送料液由喷嘴成雾状喷出。可制备粒径小于 5,m 的微细颗粒，能处理粘度较大的料液，但动力消耗较大，装置的生产能力较小。,料液,空气,轴,料液,离心式雾化器：,料液送入一高速旋转的装有放射形叶片的圆盘中央，在离心力作用下加速从周边呈雾状洒出。,操作简单，适应能力强，弹性大，粒径均匀。特别适合于固相含量较高液体。干燥器直径较大，雾化器加工难度大，制造价格高。,10/8/2024,55,压力式雾化器,：,用泵将料液加压至 30-200atm 并通入喷嘴，喷嘴内有螺旋室，液体在其中高速旋转并从出口小孔处呈雾状喷出。,结构简单，造价低，动力消耗低。操作弹性小，产品粒径不均匀，喷嘴容易因腐蚀或磨损而影响喷雾质量。,10/8/2024,56,二、干燥器的选用,被干燥物料的特点：,形状,： 有板状、块状、片状、针状、纤维状、粒,状、粉状，膏糊状甚至液状等；,结构,： 多孔疏松型，紧密型；,耐热性,：热敏性；,结块,： 易粘结成块的湿物料在干燥过程中能逐步,分散，散粒性很好的湿物料在干燥过程中,可能会严重结块。,10/8/2024,57,对产品的要求：,干燥程度,：脱除表面水分，结合水分甚至结晶水分。,要求的平均湿含量和干燥均匀性。,外观,： 一定的晶型和光泽，不开裂变形等。,干燥器的基本要求：,保证干燥质量，干燥均匀，不发生变质，晶形完,整，不发生龟裂变形；,(2),速率快，时间短，小设备大生产；,(3),能耗低，热效率高，动力消耗低；,(4),工艺简单，设备投资小，操作稳定，控制灵活，,劳动条件好，污染环境小。,10/8/2024,58,