new第五章干燥原理-53+54干燥速率和干燥技术.ppt

1 第5章干燥原理 2 5 3干燥速率和干燥过程 5 3 3间歇干燥过程的干燥时间计算 5 3 3 1恒速干燥阶段 若物料在干燥前的含水量 X1 大于临界含水量 XC 忽略物料的预热阶段 恒速干燥阶段的干燥时间 1 可通过下式进行计算 恒速干燥 已知 常压下将干球温度t 30 湿球温度tw 20 的空气预热到70 后送入间歇式干燥器 70 时 d 0 0105kg kg干空气 空气以6m s的速度流过物料表面 干燥单位面积的干物料量为23 5kg m2 物料的临界含水量Xc 0 21kg kg干料 求 1 恒速干燥阶段的干燥速率 2 将物料含水量从X1 0 45kg kg干料 减少到X2 0 24kg kg干料 所需要的干燥时间 3 5 3干燥速率和干燥过程 解 1 查附录得tw 20 时 水的汽化潜热 2453kJ kg 得tw 70 时 Psv 4 243kPa 干燥器内湿空气的相对湿度 湿空气的密度 湿空气的质量流速 对流换热系数 W m2 恒速干燥阶段的干燥速率 kg m2 s 2 因X2 Xc 恒速干燥阶段 干燥时间为 4 5 3 3 2降速干燥阶段 物料从临界含水量 XC 减少到 X2 所需要的时间 2为 1 图解积分法 物料在降速干燥阶段 干燥速率与含水量呈非线性变化 采用图解积分法求解 2 图解积分法示意 2 近似计算法 物料在降速干燥阶段 干燥速率与含水量的变化关系可近似作为线性关系处理 干燥时间 降速干燥速率曲线处理为直线 5 3干燥速率和干燥过程 总的干燥时间 为 5 例 已知物料在恒定空气条件下含水量从0 10kg kg干料 干燥至0 04kg kg干料 共需要5h 如果将此物料继续干燥到含水量为0 01kg kg干料 还需多少时间 已知 此干燥条件下物料的临界含水量Xc 0 08kg kg干料 降速干燥阶段的干燥曲线近似作为通过原点的直线处理 5 3干燥速率和干燥过程 解 1 由X1 Xc X2 物料含水量经历等速和降速干燥两个阶段 1 1 33h 2 3 67h 2 继续干燥所需要的时间 设物料从临界含水量Xc干燥X3 0 01kg kg干料至所需时间为 3 则 3 3 2 继续干燥所需要的时间 3 2 2 2 2 3 67 7 34h 6 5 3干燥速率和干燥过程 5 3 4连续干燥过程 气流与物料接触方式 顺流 逆流 错流或更为复杂的形式 顺流干燥器中的气固温度的变化 特点 不存在恒速干燥阶段 只有表面汽化阶段 在升温阶段中 与物料接触的空气状态是不断变化的 其干燥速率不能假设与物料含水量成正比 5 3 4 1连续干燥过程的数学描述 数学描述 欧拉方法 气 固两相的热 质同时传递过程 方程组 物料衡算 质量衡算 传热速率 传质速率 物料内部的导热和扩散 内部传热 内部传质 7 5 3 4 2干燥过程的物料衡算和热量衡算 5 3干燥速率和干燥过程 1 物料衡算 以干燥器为控制体对水分进行物料衡算可得 湿基水分Xw与以干基水分Xd之间的关系 不计干燥器内物料损失 即 2 预热器的热量衡算 以预热器为控制体 忽略热损失 热量衡算式为 3 干燥器的热量衡算 以干燥器作为控制体进行热量衡算 得 8 5 3 4 3干燥过程的热效率与干燥效率 5 3干燥速率和干燥过程 干燥过程的热效率 t定义为 干燥效率 d定义为 提高干燥过程的热效率和干燥效率的途径 降低出口温度t2 回收废气中热量用以预热冷空气或冷物料 加强干燥设备和管路的保温 减少干燥过程的热损失 9 5 3干燥速率和干燥过程 5 3 4 4实际干燥过程的简化 物料水分 恒速度干燥 忽略热损失及物料温度变化 未补充热量 热量用于水分汽化 等焓过程 理想干燥过程 简化条件 临界含水量较低 颗粒尺寸细小的松散物料 解决实际干燥问题途径 实验和经验 简化假设 假定预热阶段物料含水量不变 仅温度发生变化 且只发生气 固两相间传热过程 常忽略物料的预热阶段 假定恒速干燥阶段为理想干燥过程 由实验测定的临界含水量 可求出此阶段内物料的温度 tw 假定在物料的降速干燥阶段气 固两相温度呈线性 两相在此阶段平均温差可由两端点温差的对数平均值计算 10 例 在连续干燥器中 湿物料以1 58kg s的速率送入干燥器中 要求湿物料从w1 5 干燥至w2 0 5 以温度为20 含湿量为0 007kg kg干空气 总压为101 3kPa的空气为干燥介质 空气预热温度为127 废气出口温度为82 设过程为理想干燥过程 求 1 空气用量 2 预热器的热负荷 解 1 过程中干物料的处理量 物料进 出干燥器的干基含水量 蒸发水分的量 入干燥器空气状态 空气的焓值 11 湿空气用量 2 空气进入预热器时的状态 预热器的热负荷 注意 在实际干燥过程中 由于有热损失及物料带走的热量 过程所需要的空气量及预热器的热负荷将有所增加 干空气用量 出干燥器空气状态 12 5 4干燥技术 5 4 1对流干燥 干燥介质 空气 烟气 过热蒸汽等 对流干燥 物料颗粒是否流动 固定床对流干燥 流化床对流干燥 影响因素 热气体状态参数和被干燥物料的尺寸 形状及特性 不同厚度粒状物料的加热与干燥曲线 1 块状物料 干燥时间与物料的厚度的关系可用以下经验式表示 2 粒状物料 随物料层厚度增加 干燥速度迅速降低 如图 对粒状稠密堆积多孔物料 可用下列关系式 粒状物料的干燥技术 悬浮态干燥 也称流态化或沸腾床干燥 振动流态化干燥 气流干燥及喷雾干燥等 13 气流干燥流程 多层流化床干燥 喷雾干燥流程 气流干燥适用范围 含非结合水及结块不严重又不怕磨损的粒状物料 尤其适宜干燥热敏性物料或临界水分低的细粒或粉末物料 喷雾干燥适用范围 液体 悬浮液以及浆状液体的干燥 流化床干燥特点 颗粒在热气流中上下翻滚 互相碰撞 类似液体的腾现象 热气流与物料间进行剧烈传热与传质 湿物料被快速干燥 5 4干燥技术 14 5 4 2传导干燥 5 4干燥技术 适用范围 薄片 纤维 膏状物料的干燥 1 排气罩 2 刮刀 3 滚筒 4 螺旋输送器 双滚筒干燥器 传导干燥是将湿物料与热表面直接接触来实现干燥的 滚筒干燥器特点 传热面积小 干燥后产品的含水量较高 一般为3 10 适用于干燥小批量的液状 泥状和浆状物料 15 5 4干燥技术 5 4 3辐射干燥 辐射干燥 热辐射干燥 是以辐射的方式传热给物料使其干燥 辐射能的波长范围 红外线干燥 可见光干燥 原理 物体对热射线吸收具有选择性 热辐射源的适宜波长 0 4 15 m 分析热辐射干燥的换热过程 当外界对物料进行热辐射时 辐射能量经过物料后 一部分被吸收dqa 另一部分被散射dqs 通过物料后辐射能量减少量dq为 与描述通过气体层的单色辐射吸收定律 Bouguer定律相吻合 积分 适用于薄型制品 16 5 4干燥技术 5 4 4场干燥技术 5 4 4 1高频电场干燥 高频电场干燥是向物料施加高频交变电场 利用物料的电阻发热 微波干燥 3 102 3 105MHz 高频干燥 频率低于300MHz 优点 制品不易开裂和变形 可用于干燥形状复杂的大型制品 5 4 4 2工频干燥 原理 将被干燥的制品作为电阻并联在工频 50Hz 电路中 用焦耳效应产生的热量使其中的水分蒸发而被干燥 优点 干燥速度快 可用于大型制品的干燥 方法简便 干燥均匀性好 单位产品热耗少 缺点 在干燥形状复杂的大型制品时 安装电极较困难 缺点 纯粹用高频电场进行干燥运转成本很高 17 原理 在声波或超声波场中 以适当频率的声波撞击物料 物料内部产生振动 使部分结合水与物料分离 同时声波所传播的能量被物料吸收而产生热量 使物料中水分移动和蒸发后排出 5 4 4 3声波场干燥 5 4干燥技术 声能在传播介质中的吸收与声能密度的降低呈指数规律变化 选择声波波长 频率原则 物料的形状 尺寸 结构及性质 粗大物料 低频 0 5 6 0kHz 高声能密度 160dB 效果佳 英国Drimax带式快速干燥器 代表干燥技术 脉冲燃烧干燥 对撞流干燥 冲击穿透干燥 超临界流体干燥 过热蒸汽干燥 接触吸附干燥等