西安交通大学化工原理课件_第十二章_干燥

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第十二章

干燥

12.1 概述

12.5 干燥器

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12.1 概述

除湿的方法很多，常用的有：

1、机械分离法：即通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿。

2、吸附脱水法：即用固体吸附剂。

3、干燥法：即利用热能，使湿物料中的湿分汽化而去湿的方法。

按照热能供给湿物料的方式，干燥法可分为：1）．传导干燥2）．对流干燥3）．辐射干燥4）．介电加热干燥

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12.2.1湿空气的性质

一、湿空气中水蒸气含量的表示方法

1、湿度v

v

a

a

M M p

H M P p M =×=×

?水汽的质量水汽的物质的量＝绝干空气的质量绝干空气的物质的量2、相对湿度

100%s

p

p

?=×二、湿比容H

υ=

干空气体积＋水汽体积

干空气的质量

51273 1.01310)22.42918273H t P +××××＝（＋5

273 1.01310

(0.773 1.244)273t H P +×=+××

273(0.773 1.244)273H t

H υ+=+×

常压下12.2 湿空气的性质及湿度图

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三、湿比热容

c H=c a +c v H

常用的温度范围内

1.01 1.88H c H

=+a v I I I H

=+四、湿空气的焓

通常规定，0o C 时绝干空气及液态水的焓为零,有

＝

0()a v I c c H t r H =++(1.01 1.88)2492H t H

++w

t 五、干球温度t 和湿球温度干球温度简称温度，是指空气的真实温

度，可直接用普通温度计测量。在对流干燥过程中，只要物料表面足够润湿，湿物料表面温度即为湿球温度。

空气

t,H

t W

图12－1 湿球温度计

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当达到湿球温度时，传质、传热过程均未停止，而是达到了一个动态平衡状态，此时，

空气以对流方式传递给水的热量=水分汽化所需的热量

若以湿纱布与空气的单位接触面积为准，有

()w w

w

t t N

r α?=()

H w

w w k r t t H H α

=?

?最后整理得

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在稳定的情况下，空气经过绝热饱和塔时，空气释放的显热应等于水分汽化后返回空气所带的潜热，即

六、热饱和温度

H 水

t as

图12－2 绝热饱和塔示意图

()()H as as as

c t t H H r ?=?()

as

as

as H

r t t H H c =??整理上式得：

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露点对应的湿度是饱和湿度，用

表示，则七、露点

在总压不变的条件下，不饱和湿空气冷却达到饱和状态时的温度称为露点，用表示。d

t d t d

H 0.6220.622

d d d

p p

H H P p P p ===??空气—水体系的干球温度t 、湿球温度及饱和绝热温度和温度，四个温度的大小关系为：

w as d

t t t t ≥=≥

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12.2.2 湿空气的湿度图

常用的有湿度—焓（H-I ）图、温度—湿度（t-H ）图。本章采用t—H 图。

图12－3 101.3kPa 下空气的t －H 图

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图中诸线意义如下：

1．等干球温度线简称等t 线，所有与纵坐标平行的直线都是等t 线。2．等湿度线简称等H 线，所有与横坐标平行的直线都是等H 线。3．等相对湿度线简称等线。

4．绝热饱和（冷却）线、等湿球温度线绝热饱和线又称为绝热冷却线。5．等焓线

这些线近似为直线。

6．湿比热容线湿比热容线（）为直线。

7．干空气比容线、饱和比容线、干空气比容线按干空气比容与温度关系绘

制，即它在图上为一直线。

饱和比容线

?H c H 2730.773

273

a t

v +=273(0.773 1.244)

273

Hs s t H υ+=+

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12.2.3 湿度图的应用

一、查取湿空气的性质湿度图中任一点代表一个确定的空气状态，因此，根据该点可以查出空气的其他性质。

二、表示湿空气的状态变化过程用湿度图可以很直观地表示出湿空气的状态变化过程，也可以由湿空气的初始状态及变化过程确定最终状态。

几种常见的湿空气的变化过程的图示方法：

1、湿空气的加热、冷却过程

(a)加热过程

(b) 冷却过程

H

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2、绝热增湿过程

H 图12－6 绝热增湿、降温过程

H B H A

图12－7 两股湿空气的混合

3、两股湿空气的混合A B C

L L L +=A A B B C C

L H L H L H +=A A B B C C

L I L I L I +=总物料衡算水分衡算热量衡算

混合后的空气状态点C

B A L A

C L BC

=

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12.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算

干物料

废气

空气

图12－8 空气干燥器的流程图

1－进料口；2－干燥室；3－卸料口；4－抽风机；5、6－空气加热器

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12.3.1物料中含水率的表示方法

湿物料中的含水率是值湿物料中的水分含量，通常用下面两种方法表示：

1．湿基含水率指水分质量占总湿物料质量的百分数，用w 表示，即

2．干基含水率由于在干燥的过程中，绝干物料的质量不变，故常取绝干物料为基准定义水分含量。把水分质量与绝干物料的质量之比成为干基含水率，以X 表示，即

两种含水率之间的换算关系为

100w =

×水分质量

％

湿物料的总质量

100X =×水分质量

％

湿物料中绝干物料的质量

X w=1+X

1w X w

=

?

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设蒸发1kg 水分所需的绝干空气量为(成为比干空气用量)，则

湿空气通过预热器前后湿度是不变的，上式可以写成

由上式可见，比干空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而与干燥过程所经历的途径无关。

12.3.2 物料衡算

2

2

2

图12－9 干燥器的物料衡算21

W L H H

=?'

(1)

L L H =+绝干空气用量L 为湿空气用量则为21

1L l W H H

==?20

1

l H H

=

?

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12.3.3 热量衡算

一、热量衡算

2

P

图12－10 空气干燥器的热量衡算

预热器为控制体做热量衡算：

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()P Q L I I =?1122

1122M M d M M l

LI G c t Q LI G c t Q ++=++可得

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二、干燥设备的热效率

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2

1[(1.882492)]100M P

d

W t c t Q

Q Q Q

η+?=×+蒸发水分所需的热量％＝输入干燥设备的总热量三、理想干燥过程和实际干燥过程1、理想干燥过程

1

1

2

10()100100%()H P

H Lc t t Q

Q Lc t t η?××?汽化理想

＝％＝12

1

t t t t

??＝100%

×2、实际干燥过程

（1）I 1>I 2 ，即湿空气经过干燥室时焓降低。

（2）I 1

?＝1C ''

C C '

A B H

图12－14 理想干燥合实际干燥过程中 湿空气状态变化示意图

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12.4.1 物料中的水分

一、平衡水分与自由水分

当物料与一定温度、湿度的空气相接触时，如果物料表面的水分蒸汽压与空气中水的蒸汽分压不相等时，物料就会释放出水分或吸收水分，最终水分将在气、固两相间达到平衡，此时湿物料中的含水量称为该物料的平衡水分，以X *表示。物料中的水分超过X *的那部分水分，称为自由水分。二、结合水分和非结合水分

结晶水、小毛细管内的水分、细胞内的水分等，均是借化学力或物理化学力与固体相结合的，这部分水称为结合水。那些机械地附着在物料表面的水分，或物料堆积层中大空隙中的水分，与固体相互结合力较弱，称为非结合水。

12.4 干燥速率和干燥时间

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12.4.2干燥速率和干燥时间的计算

一、恒定干燥条件下干燥时间的计算1、干燥曲线和干燥速率曲线

0.20.3

0.40.1

X /k g 水

/k g

绝干料干燥时间τ/h

图12－18 恒定干燥条件下干燥曲线C A G dX N Ad τ

=?

所谓干燥速率是指单位时间、单位干燥面积上汽化的水分质量，其表达式可写成

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降速阶段

恒速阶段

A

A 'B

C

D

E

X C

X *

0.2

0.4

0.81.22.0

干基含水率X

图12－19 恒定干燥条件下的干燥速率曲线

干燥速率N A /k g /(m 2·h )

干燥速率曲线，如图12—19所示：

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2、干燥过程分析考察干燥曲线和干燥速率曲线可知，整个干燥过程可分为三个阶段：1）预热段

2）恒速干燥阶段

3）降速干燥阶段

3、干燥时间的计算

（1）恒速干燥阶段时间的计算

(2)降速阶段干燥时间的计算

121,()C A C

G X X AN τ?＝

***

,2()ln

C C C A C G X X X X AN X X τ??=?