化工原理干燥教案

-干燥概述和湿空气的性质教 案 容备 注*一 教学目的1 了解几种干燥方式和干燥在化工生产中的应用2 掌握湿空气的各个参数的计算方法二 教学内容干燥概念和分类、空气中的水蒸气分压、空气的湿含量、相对湿度、湿空气的焓和湿质量热容、湿比容、干球温度、湿球温度。教学重点、难点及其处理1 重点湿空气的各个参数的计算方法2. 难点及其处理方法空气的湿球温度三 教学方法、手段讲解、实物演示、照片、动画四 板式设计第 O节 干燥概述一、干燥定义在化工生产中，一些固体物料可能混有大量的湿分，将湿分从物料中去除的过程，称为去湿。去湿的分类：机械去湿：用机械方法去湿。（省能。）热能去湿（即：干燥）：借热能汽化物料中湿分的单元操作（耗能！）二、干燥分类根据供热方式不同，干燥可分为以下四种情况：对流干燥：干燥介质（通常是空气）与湿物料直接接触，以对流方式加热湿物料，使湿分（水分）汽化，并带走所产生蒸汽。传导干燥： 热能通过壁面以传导方式加热物料。辐射干燥： 热能以电磁波的形式传到湿物料。介电加热干燥：将湿物料置于高频电场内，使其被加热。三、干燥目的便于贮存运输满足工艺要求四、干燥实例请同学们结合自己专业举例。第一节 湿空气的性质与湿度图一、湿空气的性质(一)水分含量1.湿度（湿含量）定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。2.水汽分压与关系： 当湿空气中水蒸汽分压恰好等于同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压 时，则表明湿空气达到饱和，此时的湿度为饱和湿度3.相对湿度j定义：在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压与同温度下水的饱和蒸汽压之比：当 =1时：= ，湿空气达饱和，不可作为干燥介质；当 1时：，twtas当空气为不饱和状态：t tw (= tas) td；当空气为饱和状态：t = tw (= tas) = td。4. 露点温度露点温度一定压力下，将不饱和空气等湿(不变)降温至饱和(=1)时的温度。湿度H与露点 的关系：下的饱和蒸汽压。二、空气的湿度图及其应用图示空气的湿度图的绘制和用法（图133，134，135）相律: F = C+ 2 = 3 = 2； 知道2个量可求其他量。t-H图五条线：1.等 H 线； 2.等 t 线； 3.等 线；(*) 4.等 tas(tW)(*) 5.cH线。等线之做法*（如0.5): 任意 t 查psH 可得t-H关系并画图。等tas线做法：*:查, ().-可得关系并作图线。【例】在总压为101.3kpa下，空气的温度为20，湿度为0.01 kg水/kg干气。试求：1.、；2. 总压P与湿度H不变，将空气温度提高至50时的；3. 温度t与湿度H不变，将空气总压提高至120kPa时的；结合湿度图，请同学们在课堂上讨论此题。六 思考题七 作业 13-2(5), 13-3, 13-4, 13-9第三授课单元空气干燥器的热量衡算和空气出口状态的确定教 案 容备 注*一 教学目的1. 熟悉空气干燥器的热量衡算和干燥过程的图示2. 掌握空气干燥器的热效率和等焓干燥过程的计算二 教学内容空气干燥器的物料、热量衡算、热效率、理想干燥、非理想干燥、干燥过程的图示三 教学重点、难点及其处理1 重点等焓干燥过程的热量衡算和空气出口状态的确定2 难点及其处理方法热量衡算的能量去向。 采用图示解决此难点。四 教学方法、手段讲解为主五 板式设计第二节 干燥过程的物料衡算与热量衡算连续干燥过程：一、湿物料中含水率的表示方法（一）湿基含水率（二）干基含水率两种含水率之间的换算关系：，二、物料衡算求解：干燥介质用量，蒸发的水分量等蒸发的水分量：，GC = G1 (1-w1) = G2 (1-w2)绝干空气用量：比干空气用量：二、热量衡算（一）热量衡算进出LI0 (注:I = cHt + r0H)G2cM2tM1 (注:0 C物料焓为0)WcltM1 (注:0 C液态水焓为0)QpQd (最后两项为”支付”热)LI2 G2cM2tM2Ql由上列衡算表得：Qp+Qd=L(I2-I0) + G2cM2(tM2-tM1) -WcMltM1 + Ql另一表示法：加入干燥系统的全部能量有四个用途：加热空气、蒸发水分、加热物料和热损失。（二）干燥设备的热效率思考：一般，h=3060%；则，损失到哪里去了？如何减小损失，提高热效率？（用上图）影响热效率的因素：提高、提高、降低，则提高。此外，尽量利用废气中的热量，例如用废气预热冷空气或湿物料，或将废气循环使用，也将有助于热效率的提高。（三）理想干燥过程和实际干燥过程理想干燥过程（又称等焓干燥过程）通常=0、=0、物料带进、带出的热量均可忽略不计。故有实际干燥过程(1) I2I1(2) I2I1上图为干燥过程的图示。BC、BC、BC”各线斜率的确定：针对蒸发的每1kg水作物料衡算：由：则有：将(代入上式得所以斜率：据此可作出BC等线。由该线可确定干燥介质出口状态。六 思考题七 作业 第四授课单元水分在空气与物料间的平衡关系和恒定干燥条件下的干燥速度教 案 容备 注*一 教学目的1 了解各种形式的干燥器及其适用场合2 掌握水分在空气与物料间的平衡关系，恒定干燥条件下干燥速度曲线，恒速阶段与降速阶段的特征，恒定干燥条件下恒速阶段和降速阶段干燥时间的计算二 教学内容平*分、自由水分、结合水分、非结合水分、恒定干燥条件、干燥速度曲线、恒速阶段、降速阶段、临界水分、恒定干燥条件下恒速阶段和降速阶段干燥时间的计算、各种形式的干燥器三 教学重点、难点及其处理1 重点平*分、自由水分、结合水分、非结合水分的划分；恒定干燥条件下的干燥速度曲线；恒速阶段与降速阶段的特征和干燥时间的计算2 难点及其处理方法四 教学方法、手段讲解五 板式设计第三节 干燥速度与干燥时间一、水分在空气与物料间的平衡关系(一)平*分与自由水分平*分（*）不能用干燥方法除去的水分。* = f（物料种类、空气性质）;自由水分（*）可用干燥方法除去的那部分水分。* - *【例】在常压25下，水分在ZnO与空气间的平衡关系为：相对湿度 100%-，平衡含水量*0.02 kg水/kg干料相对湿度 40%，平衡含水量*0.007 kg水/kg干料现ZnO的含水量为0.025 kg水/kg干料，令其与25， 40%的空气接触，求物料的自由水分、平*分、结合水分和非结合水分。(二)结合水分与非结合水分结合水分水与物料结合力强， 。非结合水分水与物料结合力弱， 。结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，而与空气的状态无关，这是与平*分的主要区别。平*分一定是结合水分。二、恒定干燥条件下的干燥速度恒定干燥条件：空气的温度、湿度、流速及与物料接触方式 不变。(大量空气, 少量物料)(O)干燥速度定义单位时间、单位干燥面积汽化水分量。，即 kg水/m2s(一) 干燥曲线及干燥速度曲线干燥曲线用于描述物料含水量*、干燥时间及物料表面温度t之间的关系曲线。干燥速度曲线-干燥速度与物料含水量的关系ABC段：恒速干燥阶段 AB段：预热段 BC段：恒速段CDE段：降速干燥阶段C点：临界点 *C：临界含水量E点：平衡点 *：平*分(二)恒速干燥阶段前提条件：物料表面全部润湿。汽化速率（传质速率）：传热速率：所以：同条件下, 各种物料, 恒速阶段, 速度接近。恒速干燥特点：1. UUCConst.2. 物料表面温度为tw (绝热干燥时)3. 去除的水分为非结合水分4. 影响U 的因素：恒速干燥阶段表面汽化控制阶段主要与空气的条件有关，而与物料种类关系不大，则：(三) 降速干燥阶段实际汽化表面减小，汽化面内移降速干燥阶段特点：12. 物料表面温度，3. 除去的水分为非结合、结合水分4. 影响U的因素：与物料种类、尺寸、形状有关，与空气条件关系不大。(四) 临界含水量*C1. 物料层越薄，*C越低2. 恒速干燥uC越大，*C越高。-回顾影响Uc因素：三、恒定干燥条件下恒速阶段干燥时间C由干燥速率定义式：对于恒速干燥：UUCconst.U的来源：(1)由干燥速率曲线查得(2)求取经验关联式：(a)气体流动方向与物料平行，G为质量流速，kg/m2hr(b)气体流动方向与物料垂直：， G为质量流速，kg/m2hr四、恒定干燥条件下降速阶段干燥时间（一）图解积分法(了解)（二）近似计算法(重点)六 思考题补充思考：影响恒速阶段干燥速率的因素有那些？恒速阶段除去的是什么水分？ 降速阶段除去的是什么水分？ 影响临界含水量大小的因素有那些？七 作业第五授课单元干燥时间计算教 案 容备 注*一 教学目的1 了解各种形式的干燥器及其适用场合2 掌握水分在空气与物料间的平衡关系，恒速阶段与降速阶段的特征，恒定干燥条件下恒速阶段和降速阶段干燥时间的计算二 教学内容恒速阶段、降速阶段、临界水分、恒定干燥条件下恒速阶段和降速阶段干燥时间的计算、各种形式的干燥器三 教学重点、难点及其处理1 重点恒速阶段与降速阶段的特征和干燥时间的计算2 难点及其处理方法四 教学方法、手段讲解恒定干燥条件下恒速阶段干燥时间C由干燥速率定义式：对于恒速干燥：UUCconst.U的来源：(1)由干燥速率曲线查得(2)求取经验关联式：(a)气体流动方向与物料平行，G为质量流速，kg/m2hr(b)气体流动方向与物料垂直：， G为质量流速，kg/m2hr恒定干燥条件下降速阶段干燥时间（一）图解积分法(了解)（二）近似计算法(重点)五 思考题补充思考：影响恒速阶段干燥速率的因素有那些？恒速阶段除去的是什么水分？ 降速阶段除去的是什么水分？ 影响临界含水量大小的因素有那些？六 作业第六授课单元干燥设备教案容备注一教学目的熟悉常用干燥设备二教学内容常用干燥器的结构、适用场合、优缺点三教学重点、难点及其处理学生对实际设备了解不多，可结合图形、动画、参观有关实验设备来讲解。四教学方法、手段讲解、照片、动画、实验设备之参观五板式设计第四节干燥器一、概述干燥设备所处理固体物料（相对于液/气体物料）的多样性：形状多样：块、粒、粉、丝、片；性质多样：多孔/无孔，粘结与否，收缩与否，变形/龟裂与否，变质（腐败）与否，等等。固体物料的上述多样性，直接决定了干燥设备的多样性。下面介绍常见的一些干燥器。二、盘架式干燥器适用场合：任何形状的物料。优点：对物料的适应性强。缺点：物料得不到分散，干燥速率低，热利用率较差、且产品质量不均匀。产量不大。注：间歇操作。三、洞道式干燥器适用场合：处理量大、干燥时间长的物料优、缺点：同厢式干燥器注：连续或半连续四、转筒干燥机适用*围：可干燥粉状物料、颗粒物料、块状物料等等。优点：生产能力大，物料适应性强，可连续操作，操作机械化，操作弹性大。缺点：笨重。五、气流干燥器适用*围：小颗粒物料、特别是热敏性小颗粒物料。优点：干燥时间短，干燥效率高。缺点：系统的流动阻力大，要求的厂房高，对除尘设备要求严。六、沸腾床干燥器（又常称流化床干燥器）适用*围：主要用于干燥晶体和小颗粒物料优点：气、固接触良好，传热传质速度快，床内温度均匀，固体可流动”（容易连续化）。七、喷雾干燥器适用*围：热敏料液。优点：雾低小、因而干燥面积极大，因此干燥快、适合热敏物料的干燥。可由液体直接获得粉装固体产品-省去蒸发、结晶、粉碎等操作。避免干燥过程中粉尘飞扬现象。实现连续化、自动化。缺点：体积大、耗热多。. z.