化工原理11.4 干燥器
柴诚敬《化工原理》(第2版)配套题库名校考研真题固体物料的干燥【圣才出品】
第11章固体物料的干燥一、选择题1．对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度（）。
[重庆大学2010研]A．愈高B．愈低C．不变D．不一定，与其它因素有关【答案】B【解析】湿球温度是干球温度和湿度的函数。
干球温度不变，则其只与湿度有关。
相对湿度愈低，饱和蒸汽压不变，水汽分压减小，则湿度减小，可知湿球温度减小。
2．对于不饱和湿空气，表示该空气的三个温度：干球温度T，湿球温度T W和露点T d 之间的大小关系是（）。
[中山大学2011研]【答案】w dT＞T＞T【解析】对于不饱和空气w as dT=T=T=T。
T＞T=T＞T，对于饱和空气w as d 3．提高进入干燥器的空气中水汽分压，同时其温度保持不变，则恒速阶段干燥速率（）。
[华南理工大学2012研]A．不变B．变小C．变大D．不确定【答案】B【解析】恒速干燥速率大小取决于物料外部的干燥条件，V H ∝-，水汽分压增大。
则0.622v vp H p p =-增大，干燥速率减小。
二、填空题1．提高干燥器中空气出口湿度，则空气的消耗量会______，干燥推动力将______。
[华南理工大学2012研]【答案】减少；减小【解析】空气消耗量L＝W/（H 2－H 1），H 2增大，则L 减小。
干燥器推动力与温度差有关，温度差越小，推动力越小。
2．恒速干燥阶段，物料表面保持______，湿物料表面达到的稳定温度为______，此阶段的干燥速率属______部条件控制，干燥速率与物料种类______关。
[南京理工大学2010研]【答案】充分湿润；tw（湿球温度）；外；无【解析】恒速干燥阶段固体物料的表面非常润湿，物料表面的温度等于空气的湿球温度。
此阶段的干燥速率的大小取决于物料表面水分的气化速率，即取决于物料的外部干燥条件，与物料本身无关。
3．已知某湿物料量为150kg/h，水分含量为20%，现要将其干燥到含水2%，需要脱除的水量应为______kg/h。
化工原理干燥精品PPT课件
（2）湿度 ---又称湿含量，单位kg水/kg干空气
水汽的质量 H 绝干空气的质量
水汽的摩尔数 绝干空气的摩尔数
Mv Ma
pw P pw
18 29
思考1：H属于前面介绍的哪一类浓度？
质量比
思考2：取1kg干空气作为湿度定义基准又何好处？
干燥过程中干空气的质量不变
《化工原理》电子教案/第十三章
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t
空气
t, H
t, H
《化工原理》电子教案/第十三章
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一．湿空气的性质
6、湿球温度 tw
----用湿球温度计测出的空气温度
❖大量、快速流动的空气（空气的 流速应大于5m/s）与少量水接触；
湿球温度计
❖传质----因存在传质推动力，湿纱布
中的水汽化进入空气，此过程需要吸 热（水提供），因此水温下降；
V T P0 V0标态 T0 P
V T 1.013105
n 22.4 273
P 7/101
《化工原理》电子教案/第十三章
一．湿空气的性质
3．湿比热容cH ----kJ/(kg干气K) 此时，湿空气的质量＝（1+H）kg
比热容的一般定义： kJ/(kgK)
cH ca cw H 1.01 1.88H
ca干空气的比热，kJ/(kg·K) 1.01kJ/(kg·K) cw水气的比热，kJ/(kg·K) 1.88kJ/(kg·K)
《化工原理》电子教案/第十三章
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一．湿空气的性质
4．湿空气的焓I ----kJ/ kg干气
此时，湿空气的质量＝（1+H）kg
I Ia IwH
ca cw H t r0 H
化工原理课件4--干燥
第七章 干燥
(Drying)
第七章 干 燥
华东交大化工原理电子课件
第一节 概述 第二节 湿空气的性质与湿度图 第三节 干燥过程的物料衡算与热量衡算 第四节 干燥速率与干燥时间 第五节 干燥器
第七章 干 燥
华东交大化工原理电子课件
第一节 概述
去湿——在化学工业中，有些固体原料、半成 品和成品中含有水分和或其它溶剂（统称为湿 分）需要除去。
第七章 干 燥
华东交大化工原理电子课件
四、对流干燥过程
本章主要讨论对流干燥，干燥介质是热空气，
除去的湿分是水分。
1、对流干燥的流程
预热器 空气 干燥产品 湿物料 干燥器 废气
第七章 干 燥
华东交大化工原理电子课件
2、对流干燥的特点
对流干燥是传热、传质同时进行的过程，但传递方向 不同，是热、质反向传递过程： 方向 推动力 传热 气 温度差
pw
第七章 干 燥
华东交大化工原理电子课件 经过以上分析可知，在空气绝热增湿过程中，空气失去 的显热与汽化水分带来的潜热相等，空气的温度和湿度虽随 过程的进行而变化，但其焓值不变。 进入饱和器的湿空气(t，H)焓＝离开饱和器的湿空气焓(tas，Has) cHa s (t tas ) Hras cHa s (tas tas ) Has ras
第七章 干 燥
华东交大化工原理电子课件
4、湿空气的温度
（1）、露点 td
定义：一定压力下，将不饱和空气等湿降温至 饱和，出现第一滴露珠时的温度。 湿度H与露点 td 的关系：
H 0.622
pd P pd
Pd—td下的饱和蒸汽压。
第七章 干 燥
化工原理下册第十一章干燥课件1PPT
Q hA(t tW ) wrw
w k H (H w H ) A
稳态时， 空气传入的显热等于水的汽化潜热。
补充液，温度 tw
A( t t ) k r A( H H )
W
H
w
w
k H rW tW t ( HW H ) h
注意：湿球温度不是状态函数 。
空气
湿度 H
PS H 0.622 P S 总 P
H=f(,t)
（3） 湿比体积H (m3/kg干空气)
在p=101.3 kN/m2时
H H
22.4 273 t 22.4 273 t H 29 273 18 273 273 t (0.773 1.244H ) 273
对全塔作热量衡算得：
cH 1.01 1.88H
空气
tas、Has
as
c ( t t ) ( H H )r
H as as
r t t (H H ) c
as as as H
t、H
空气 补充水
② 绝热饱和温度是状态函数
t as f (t , H )
③ 绝热饱和过程可当作等焓处理
绝热饱和塔示意图
即空气的入口焓近似等于空气的出口焓。
（7） 露点td 保持空气的H不变，降低温度，使其达到饱和状态时的温度。
Pd H 0.622 P pd
pd ：为露点 td 时饱和蒸汽压，既该空气在初始状态下的水蒸
气分压pv。
HP pd 0.622 H
11.2.3 湿空气的湿球温度 ① 空气的干球温度与湿球温度 干球温度：普通温度计测出的空气温度； 湿球温度：湿球温度计 。 气流吹过——湿份气化——表面降温——热量传递
化工原理第十章-干燥
温度/℃
湿空气的湿度-温度图
湿度/kg.(kg干空气)-1
1 等湿度线(等H线) 一组与纵轴平行的直线。在同一条等H线上，湿空气的露 点td不变。 2 等焓线(等I线) 一组与斜轴平行的直线 。在同一条等I线上，湿空气的温度 t随湿度H的增大而下降，但其焓值不变。 3 等温线(等t线) I=(1.88t+2490)H+1.01t
HP pv 0 .622 H
该线表示空气的湿度Ｈ与空气中的水蒸汽分压pv之间关系曲 线。当湿空气的总压Ｐ不变时，水蒸汽的分压pv随湿度Ｈ而变 化。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为kN/m2。
湿焓图的说明与应用
根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在H-I图上确定该 空气的状态点，然后查出空气的其他性质。 非独立的参数如：td~H，p~H，td~p，tw~I，tas~I等，它们均
9 绝热饱和温度tas
形成原理： 绝热降温增湿过程及等焓过程 绝热增湿过程进行到空气被水汽
空气 tas，Has，I2
所饱和，则空气的温度不再下降，
而等于循环水的温度，称此温度为 该空气的绝热饱和温度，用符号tas 表示，其对应的饱和湿度为Ｈas，此 刻水的温度亦为tas。 tas
水
空气 t，H，I1
H为横坐标的焓湿图，即I-H图。
《化工原理》(下)第5章 干燥(4)
干燥器的热效率： 干燥器的热效率：
干燥过程中，蒸发水分所消耗的热量与从外热源所获得的热量 干燥过程中， 之比。 之比。
Qv 蒸发水分热量 热效率 η ＝ ＝ Q 输入总热量 Q v = W (2490 + 1 . 88 t 2 ) − 4 . 187 θ 1W ≅ W (2490 + 1 . 88 t 2 )
η =
W (2490 + 1 . 88 t 2 ) 1 . 01 L (t 2 − t 0 ) + W ( 2490 + 1 . 88 t 2 ) + G c C m (θ 2 − θ 1 ) + Q L
如干燥器中空气所放出的热量全部用来汽化湿物料中的水分， 如干燥器中空气所放出的热量全部用来汽化湿物料中的水分， 即空气沿绝热冷却线变化，则： 空气沿绝热冷却线变化， Qv=L(I1-I2)=1.01L(t1-t2) 干燥器无补充热量，QD=0，Q=Qp=L(I1-I0)=1.01L(t1-t0) 干燥器无补充热量， =0， 则热效率表示为： 则热效率表示为：
影响恒速干燥阶段的因素
干燥速度主要决定于干燥介质的性质 干燥速度主要决定于干燥介质的性质和空气与湿物料的接触 干燥介质的性质和空气与湿物料的接触 方式。 方式。而与湿物料的性质关系很小 空气H 空气H t ,
0 .8
Uc
Uc ∝ V
(平行气速 )
Uc ∝ V
0.37
(垂直气速 )Biblioteka CDE段 CDE段－降速段
四、空气通过干燥器时状态变化
理想干燥过程－等焓干燥过程－ 理想干燥过程－等焓干燥过程－绝热干燥
无外加补充热量（ QD=0）； =0）； 无外加补充热量（ 忽略设备热损失Q =0； 忽略设备热损失QL =0； 物料足够润湿， ’,因此 因此， 物料足够润湿，物料I1’=I2’,因此， I1＝I2
化工原理-干燥技术课件
除湿方法：机械除湿——如离心分离、沉降、过滤。
干燥 —ห้องสมุดไป่ตู้利用热能使湿物料中的湿份汽化。除 湿程度高，但能耗大。
惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除 去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉， 以降低除湿的成本。
干燥分类：
操 作 压 力 操 作 方 式
传 热 方 式 (或 组 合 )
twtkHrtw(Hs,tw H)—— 湿球温度 tw 定义式
结论： tw = f (t, H) ，气体的 t 和 H 一定，tw 为定值。 对于空气-水系统：
1.09 kH
twt1r.0w 9(Hs,tw H)
饱和气体:H = Hs，tw = t，即饱和空气的干、湿球温度相等。 不饱和气体:H < Hs，tw < t。
解决这些问题需要掌握的基本知识有： (1) 湿分在气固两相间的传递规律； (2) 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化； (3) 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征； (4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。
本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基
本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。
物料表面温度 ti 低于气体温度 t。
由于温差的存在，气体以对流方
H
式向固体物料传热，使湿份汽化；
t
在分压差的作用下，湿份由物料
ti
Q
表面向气流主体扩散，并被气流 带走。
pi
W
干燥是热、质同时传递的过程
干燥介质：用来传递热量（载热 体）和湿份（载湿体）的介质。
M
p
注意：只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，
干燥即可进行，与气体的温度无关。
化工原理干燥器
§ 14•釦干设备(Dryer)干燥器：实现物料干燥过程的机械设备。
大多数工业产品均在某个生产阶段需要干燥处理，物料需要有特定的湿含量以便加工、成型金造粒O一、干燥器概述1.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2.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。
对粉 尘及产品的回收要求，允许的最高干燥温度。
外观：产品的粒度分布，一定的晶型和光泽，不 开裂变形等。
干燥时间：几秒 几小时几天按操作压强分：常压干燥器、真空干燥器 按操作方式分：连续式、间歇式 按相对运动方向分：并流、逆流、错流干燥器; 3.分类 可根据不同准则对干燥器进行分 类按加热方式可将干燥器分为:(1)对流干燥器，如：洞道式干燥器、转筒干燥器、气流干燥器、流化床干燥器、喷雾干燥器;(2)传导干燥器，如：滚筒式干燥器、耙式干燥器;(3)辐射干燥器，如：红外线干燥器;(4)介电加热干燥器，如：微波干燥器。
间歇常压干燥器盘架式干燥器间歇减压干燥器连续常压干燥器耙式干燥器回转式干燥器、气流干燥器连续减压干燥器喷雾干燥器减压滚筒干燥器4.干燥器的选型应考虑以下因素:(1)保证物料的干燥质量，干燥均匀，不发生变质, 保持晶形完整，不发生龟裂变形；(2)干燥速率快，干燥时间短，单位体积干燥器汽化水分量大，能做到小设备大生产;(3)能量消耗低，热效率高，动力消耗低;(4)干燥工艺简单，设备投资小，操作稳定，控制灵活，劳动条件好，污染环境小。
二、常用对流式干燥器(Convective Dryer)小型的称为烘箱，大型的称为烘房-在常压或真空下间歇操作热风通过湿物料表面，达到干燥的目的。
常用废气部分循环法。
“多层长方形浅盘叠置在框架上，湿物料在浅盘中厚度常为10- 100mmo丿优点：对物料适应性强，适用于小规模多品种、干燥条件变动大的场合。
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8
优点： ① 气、固间传递表面积很大，体积传质系数很高，干 燥速率大； ② 接触时间短，热效率高，气、固并流操作，可以采 用高温介质，对热敏性物料的干燥尤为适宜； ③ 由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置； ④ 气流干燥器的结构相对简单，占地面积小，运动部 件少，易于维修，成本费用低。
19
11.4.3 气流式干燥器的设计计算
主要设备参数：干燥管的直径和高度 （1）基本数据
设计已知条件：qm 2、w1、w2、1、t0、H 0 设计者自行确定的数据：u、t1、t2、L 设计者自行查询的数据：物料的性质、 X c、cm、m、g
（2）进行干燥管的物料衡算和热量衡算 （3）干燥管直径的计算
11.4 干燥器
为满足生产需要，干燥器应达到以下基本要求： 适应被干燥物料的多样性和不同产品规格要求； 设备的生产能力要高； 能耗的经济性； 还应便于操作、控制等。
1
11.4.1 工业上常用干燥器
1、厢式干燥器（盘架式干燥器） 原理：以热风通过湿物料的表面，达到干燥的目的
适用于通气性好 的颗粒物料，其 干燥速率为并流 时的8~10倍。
4
厢式干燥器的优点： 构造简单，设备投资少； 适应性强，物料损失小，盘易清洗。 尤其适用于需要经常更换产品、小批量物料的干燥。 厢式干燥器的主要缺点： 物料得不到分散，干燥时间长； 若物料量大，所需的设备容积也大； 工人劳动强度大； 热利用率低； 产品质量不均匀。
5
2、转筒干燥器
6
3、气流干燥器
加热器
190 ~ 290 Pa
干燥管
1200 ~ 2500 Pa
粉碎机
290 ~ 490 Pa
旋风分离器
790 ~ 1200 Pa
总压力降
2500 ~ 4500 Pa
23
降速干燥阶段传热量：
2 qmc[(X c X 2 )rav (cm cw X 2 )(2 )]
对于空气-水系统，颗粒在等速段，表面传热系数计算：
hd p 2 0.54( d put g )0.5
g
22
（5）气流干燥器系统的压力损失
各部分的压力损失可按下述数值估算：
10
应用： 气流干燥器适宜于处理含非结合水及结块不严重又不 怕磨损的粒状物料，尤其适宜于干燥热敏性物料或临 界含水量低的细粒或粉末物料。对粘性和膏状物料， 采用干料返混方法和适宜的加料装置，如螺旋加料器 等，也可正常操作。
11
4、流化床干燥器（沸腾床干燥器）
12
适用场合：主要用于干燥晶 体和小颗粒物料 优点：干燥效率高
a
qmc
3600aV
d
3 p
s
asd
( D2
4
2 p
)um
Z
ha(
4
D2 )tm
21
将上式化简得： a D2
qmc
4
600d p s (u ut )
空气传给物料的热量由两部分构成，即：
1 2
恒速干燥阶段传热量：
1 qmc[(X1 X c )r (cm cw X1)( 1)]
缺点： ① 热效率低； ② 设备占地面积大、设备成本费高； ③ 粉尘回收麻烦，回收设备投资大。
17
11.4.2 干燥器的选择
（1）选择干燥器需要考虑的问题 ① 被干燥物料的性质； ② 湿物料的干燥特性 ； ③ 处理量； ④ 回收问题； ⑤ 能源价格、安全操作和环境因素。
18
（2）干燥器选择步骤 ① 根据湿物料的形态、干燥特性、产品的要求、处 理量和以及所采用的热源为出发点，进行干燥实验， 确定干燥动力学和传递特性； ② 确定干燥设备的工艺尺寸，结合环境要求，选择 出适宜的干燥器型式； ③ 若几种干燥器同时适用时，要进行成本核算及方 案比较，选择其中最佳者。
2
厢式干燥器中的加热方式有两种：
单级加热
多级加热
3
H /(kg kg-1) H /(kg kg-1)
等φ线
C
C2
B3
A的干燥过程
等φ线 C
M
B’
A
B
t /℃
具有废气循环的干燥过程
采用废气循环法的优点： ① 可灵活准确地控制干燥介质的温度、湿度； ② 干燥推动力比较均匀； ③ 增加气流速度使得传热（传质）系数增大； ④ 减少热损失，但干燥速率常有所减小。
9
缺点： ① 必须有高效能的粉尘收集装置，否则尾气携带的 粉尘将造成很大的浪费，也会对形成对环境的污染； ② 对有毒物质，不易采用这种干燥方法。但如果必 须使用时，可利用过热蒸汽作为干燥介质； ③ 对结块、不易分散的物料，需要性能好的加料装 置，有时还需附加粉碎过程； ④ 气流干燥系统的流动阻力降较大，动力消耗较大。
流化床干燥与气流干燥对比： 颗粒停留时间长，产品含水率较低 操作气速低，阻力小 物料和设备的摩损较轻 除尘器的负荷较轻 设备紧凑、高度低
13
床内分离器
气体出口
第一层
加料
第二层
出料
热空气
多层流化床干燥器
14
优点 ① 与其它干燥器相比，传热、传质速率高； ② 由于传递速率高，气体离开床层时几乎等于或略 高于床层温度，因而热效率高； ③ 由于气体可迅速降温，所以与其他干燥器比，可 采用更高的气体入口温度； ④ 设备简单，无运动部件，成本费用低； ⑤ 操作控制容易。
15
5、喷雾干燥器
原理：在喷雾干燥器中，将液态物料通过喷雾器分散成细小 的液滴，在热气流中自由沉降并迅速蒸发，最后被干燥为固体 颗粒与气流分离。
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优点 ① 在高温介质中，干燥过程极快，适宜于处理热敏 性物料； ② 处理物料种类广泛，如溶液、悬浮液、浆状物料 等皆可； ③ 喷雾干燥可直接获得干燥产品，因而可省去蒸发、 结晶、过滤、粉碎等工序； ④ 能得到速溶的粉末或空心细颗粒； ⑤ 过程易于连续化、自动化。
① 湿空气在干燥管中的流速 入口气速：20~30 m/s ； 出口气速：最大颗粒沉降速度的2倍 或比最大颗粒沉降速度大 3 m/s 。
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② 干燥管直径
D
qVL
3600 u
4
（4）气流干燥管的高度计算
空气至固体颗粒的传热速率方程为：
hAtm
haVtm
ha( 4
D2 )Ztm
其中：