9精细化工过程与设备 第八章 固体干燥

第八章 固体的干燥
§8.2 干燥设备 一，干燥器的分类 各种干燥器的分类方法很多，常见的有下面几种分类分类方法： 各种干燥器的分类方法很多，常见的有下面几种分类分类方法： （1）按操作压强分为常压或减压； ）按操作压强分为常压或减压； （2）按操作方式分为间隙式与连续式； ）按操作方式分为间隙式与连续式； （3）按干燥介质类别分为空气、烟道气或其他干燥介质； ）按干燥介质类别分为空气、烟道气或其他干燥介质； 4）按干燥介质与物料流动方式分为并流、逆流和错流。 （4）按干燥介质与物料流动方式分为并流、逆流和错流。 流动方式的选择，对干燥过程有重大意义， 流动方式的选择，对干燥过程有重大意义，一方面会影响过程 速率，另一方面也会影响产品质量，下面对各种情况略加叙述。 速率，另一方面也会影响产品质量，下面对各种情况略加叙述。 在并流干燥器中，物料移动方向与干燥介质流动方向相同， 在并流干燥器中，物料移动方向与干燥介质流动方向相同，过 程中湿含量高的物料与温度高而湿含量小的介质在进口端相接触， 程中湿含量高的物料与温度高而湿含量小的介质在进口端相接触， 此处干燥推动力大； 此处干燥推动力大；而在出口端则湿含量较小的物料和湿含量较大 的干燥介质相接触，因而干燥推动力小。 的干燥介质相接触，因而干燥推动力小。所以并流的特点是推动力 沿物料移动方向逐渐减少。它适用于下列情况下的物料干燥： 沿物料移动方向逐渐减少。它适用于下列情况下的物料干燥：
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（1）传导干燥 ） 利用加热表面将热量传给湿物料， 利用加热表面将热量传给湿物料，湿物料中的湿分汽化而与物料分 开的干燥操作过程，称为传导干燥。 开的干燥操作过程，称为传导干燥。由于该过程中湿物料与加热介质不 直接接触，故又称为间接加热干燥。如果被干燥物料很稀或很湿时， 直接接触，故又称为间接加热干燥。如果被干燥物料很稀或很湿时，则 可采用传导加热。传导加热的热能利用率高，但干燥湿度比对流干燥高。 可采用传导加热。传导加热的热能利用率高，但干燥湿度比对流干燥高。 （2）对流干燥 ） 将干燥介质（热空气等）送入干燥器，以对流传热方式， 将干燥介质（热空气等）送入干燥器，以对流传热方式，将热能传 给湿物料，使物料中的水分（或溶剂）汽化，物料内部的水分（或溶剂） 给湿物料，使物料中的水分（或溶剂）汽化，物料内部的水分（或溶剂） 以气态或液态形式扩散至物料表面， 以气态或液态形式扩散至物料表面，然后汽化的蒸汽从表面扩散至载热 主体带出干燥器，这一干燥过程称为对流干燥。 主体带出干燥器，这一干燥过程称为对流干燥。对流干燥过程中传质传 热同时发生，干燥介质在将热量传给湿物料的同时， 热同时发生，干燥介质在将热量传给湿物料的同时，又将汽化的水分 或溶剂）带出干燥器，故干燥介质既是载热体又是载湿体， （或溶剂）带出干燥器，故干燥介质既是载热体又是载湿体，干燥介质 在干燥过程中是降温增湿过程。 在干燥过程中是降温增湿过程。
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（3）辐射干燥 ） 热能以电磁波的形式由辐射器辐射至湿物料的表面， 热能以电磁波的形式由辐射器辐射至湿物料的表面，并被湿 物料吸收转化为热能，而使水分或溶剂汽化， 物料吸收转化为热能，而使水分或溶剂汽化，这一干燥过程称为 辐射干燥。辐射器有电能辐射器（如用于发射红外线的灯泡） 辐射干燥。辐射器有电能辐射器（如用于发射红外线的灯泡）和 热能辐射器，干燥过程中热能比较集中， 热能辐射器，干燥过程中热能比较集中，适用于干燥固体扁平状 物料。 物料。 （4）介电加热干燥 ） 利用高频交流电压， 利用高频交流电压，以物料中介电损失所产生的内部热使湿物 料加热，水分汽化，物料被干燥。这种内部加热方式加热效率高， 料加热，水分汽化，物料被干燥。这种内部加热方式加热效率高， 干燥时间短，但费用大，使用上也受到一定限制。 干燥时间短，但费用大，使用上也受到一定限制。 化工生产中应用最普遍的是以不饱和热空气为干燥介质的对 流干燥。本章介绍的干燥设备也以这种干燥方式为主。 流干燥。本章介绍的干燥设备也以这种干燥方式为主。
精细化工过程与设备
授课教师 张大德代
第八章 固体的干燥
§8.1 概述 固体干燥是指含有含有水分或其他溶剂的固体湿物料， 固体干燥是指含有含有水分或其他溶剂的固体湿物料，受热之后 使其中的水分或其他溶剂汽化，除去湿分的单元操作。 使其中的水分或其他溶剂汽化，除去湿分的单元操作。干燥过程不同 于压榨、离心、过滤等机械去湿的分离过程，它是一个传热、 于压榨、离心、过滤等机械去湿的分离过程，它是一个传热、传质的 过程，可较为彻底地去除物料表面乃至内部的湿分。由于干燥过程中， 过程，可较为彻底地去除物料表面乃至内部的湿分。由于干燥过程中， 湿分发生相变，所以与机械去湿相比，其能耗较大，费用较高。 湿分发生相变，所以与机械去湿相比，其能耗较大，费用较高。 干燥在许多领域都有广泛的应用。干燥的产品便于加工、运输、 干燥在许多领域都有广泛的应用。干燥的产品便于加工、运输、 储存和使用。例如，化学肥料硝铵、 储存和使用。例如，化学肥料硝铵、尿素都是利用喷雾造粒的方法而 获得粒度均匀的干颗粒产品； 获得粒度均匀的干颗粒产品；呈悬浮液状的染料或经过过滤所得的染 料滤饼，若不经过干燥，湿物料在储存中就要发生分层，出现色差； 料滤饼，若不经过干燥，湿物料在储存中就要发生分层，出现色差； 食品工业中，干燥是食品保藏和食品加工的重要手段之一， 食品工业中，干燥是食品保藏和食品加工的重要手段之一，要长期保 存食品，一般都采用干燥的方法。其它各行各业也都离不开干燥过程。 存食品，一般都采用干燥的方法。其它各行各业也都离不开干燥过程。 一，干燥方式 干燥过程中按热能传给湿物料的方式不同，可将干燥分成以下几类。 干燥过程中按热能传给湿物料的方式不同，可将干燥分成以下几类。
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①物料在湿度较大时允许快速干燥而不会发生焦化现象的； 物料在湿度较大时允许快速干燥而不会发生焦化现象的； 干燥后物料不能耐高温，即产物会发生分解、 ②干燥后物料不能耐高温，即产物会发生分解、氧化等物理或化学性 质变化的； 质变化的； 干燥后的物料吸湿性很小， ③干燥后的物料吸湿性很小，否则干燥后的物料会从干燥介质中吸回 水分，影响产品质量。 水分，影响产品质量。 并流的缺点是由于推动力沿物料移动方向逐渐变小， 并流的缺点是由于推动力沿物料移动方向逐渐变小，所以在干燥 的最后阶段中，干燥推动力变得很小，干燥速度变慢，影响生产能力。 的最后阶段中，干燥推动力变得很小，干燥速度变慢，影响生产能力。 在逆流干燥器中，物料移动方向与干燥介质流动方向相反， 在逆流干燥器中，物料移动方向与干燥介质流动方向相反，入口 处的湿度高的物料与湿度大、温度低的干燥介质接触； 处的湿度高的物料与湿度大、温度低的干燥介质接触；在出口端湿度 低的物料与温度高湿度低的干燥介质相接触， 低的物料与温度高湿度低的干燥介质相接触，因此干燥器内各部分的 干燥推动力相差不大，分布比较均匀，适用于下列物料干燥： 干燥推动力相差不大，分布比较均匀，适用于下列物料干燥： 物料在湿度较大时不允许快速干燥，以免此时物料发生龟裂等现象； ①物料在湿度较大时不允许快速干燥，以免此时物料发生龟裂等现象； 干燥后的物料可以耐高温，不会发生化学分解、氧化等现象； ②干燥后的物料可以耐高温，不会发生化学分解、氧化等现象； 干燥后的物料具有较大的吸湿性； ③干燥后的物料具有较大的吸湿性； 要求过程速度大，同时又要求物料干燥程度大。 ④要求过程速度大，同时又要求物料干燥程度大。
图8.1 典型的对流干燥流程示意图
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2，对流干燥过程的特点 ， 在对流干燥过程中，经过预热的不饱和热空气从湿物料的表面流 在对流干燥过程中， 将热量传给湿物料，使物料表面水分汽化， 过，将热量传给湿物料，使物料表面水分汽化，汽化的水分由空气带 干燥介质既是载热体又是载湿体，它将热量传给物料的同时， 走。干燥介质既是载热体又是载湿体，它将热量传给物料的同时，又 把由物料中汽化出来的水分带走，所以， 把由物料中汽化出来的水分带走，所以，干燥是传热和传质同时进行 的过程。传热的方向是由气相到固相， 的过程。传热的方向是由气相到固相，热空气与湿物料的温差是传热 的推动力，传质的方向是由固相到气相，传质的推动力是物料表面的 的推动力，传质的方向是由固相到气相， 水汽分压与热空气中水汽分压之差。传热传质的方向相反， 水汽分压与热空气中水汽分压之差。传热传质的方向相反，但密切相 干燥速率由传热速率和传质速率共同控制。 关，干燥速率由传热速率和传质速率共同控制。 干燥操作的必要条件是物料表面的水汽分压必须大于干燥介质 空气）中的水汽分压，在其他条件相同的情况下， （空气）中的水汽分压，在其他条件相同的情况下，两者差别越大干 燥操作进行得越快。所以干燥介质应及时将汽化的水汽带走，以维持 燥操作进行得越快。所以干燥介质应及时将汽化的水汽带走， 一定的传质推动力。如果干燥介质被水汽所饱和， 一定的传质推动力。如果干燥介质被水汽所饱和，即物料表面的水汽 分压等于干燥介质中的水汽分压，推动力为零，干燥操作停止。 分压等于干燥介质中的水汽分压，推动力为零，干燥操作停止。
第八章 固体的干燥
逆流干燥的缺点是：入口处的物料温度低而干燥介质湿度很大， 逆流干燥的缺点是：入口处的物料温度低而干燥介质湿度很大， 接触时介质中的水汽会冷却而冷凝在物料上，使物料湿度增加， 接触时介质中的水汽会冷却而冷凝在物料上，使物料湿度增加， 使干燥时间增加，也影响生产能力。 使干燥时间增加，也影响生产能力。 为了弥补并、逆流干燥的缺点，并强化生产，有时采用并流为了弥补并、逆流干燥的缺点，并强化生产，有时采用并流 逆流或逆流-并流联合操作方式 并流联合操作方式。 逆流或逆流 并流联合操作方式。 在错流干燥器中，物料移动方向与干燥介质流动方向垂直， 在错流干燥器中，物料移动方向与干燥介质流动方向垂直， 物料表面各部分都与湿度小温度高的干燥介质相接触， 物料表面各部分都与湿度小温度高的干燥介质相接触，所以干燥 推动力于表面各部分都很大， 推动力于表面各部分都很大，由于这个特点错流干燥适用于下列 物料干燥： 物料干燥： 物料在温度高和低时都能进行快速干燥及耐高温； ①物料在温度高和低时都能进行快速干燥及耐高温； 要求过程速度大，而允许介质及能量消耗大一些。 ②要求过程速度大，而允许介质及能量消耗大一些。