干燥過程及設(shè)備.doc

第四章 干燥過程及設(shè)備干燥: 用加熱蒸發(fā)的方法除去物料中的部分物理水分的過程第一節(jié) 概 述n 濕物料置于空氣中時，若其表面的水蒸氣分壓大于空氣中水蒸氣的分壓，則物料表面的水蒸氣就會向空氣中擴散外擴散。n 物料表面的水蒸氣向空氣中擴散后，物料內(nèi)部與表面的水分濃度出現(xiàn)差別（內(nèi)外），則內(nèi)水分向表面擴散內(nèi)擴散。干燥方法n 在硅酸鹽工業(yè)中，常用對流加熱，加熱介質(zhì)為熱空氣或熱煙氣。第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)n 用熱空氣或熱煙氣干燥濕物料時，濕物料表面蒸發(fā)的水蒸氣進入熱空氣或熱煙氣中；熱空氣中含有水蒸氣而成為濕空氣。因而濕空氣的性質(zhì)對干燥有很大的影響，因此，研究干燥必須研究濕空氣的性質(zhì)。一、干空氣和水蒸氣的分壓n 濕空氣是干空氣和水蒸氣的混合物。濕空氣的總壓力為p =干空氣pa+水蒸氣的分壓為pw 而： pa=aRaT pw=wRwTn Ra=287.1kJ/kg.K，Rw=462kJ/kg.K。二、空氣的濕度濕空氣中水蒸氣的含量。 三種表示方法1、絕對濕度（ah） ： 定義：單位體積的濕空氣中所含有的水蒸氣的質(zhì)量。單位：kg/m3濕空氣。表達式：n 空氣中水蒸氣的含量不可能無限多，當(dāng)ah超過某一限度時，便有部分水蒸氣凝結(jié)成水而析出。n 含有最大水蒸氣量的空氣稱為飽和空氣，相應(yīng)的水蒸氣分壓力稱為飽和蒸氣壓，用psw表示，飽和空氣的絕對濕度用sw表示，則 psw值在書上p338表6-12、相對濕度（） ：定義：濕空氣的絕對濕度與同溫度同總壓下飽和空氣的 絕對濕度之比。表達式：相對濕度表示濕空氣的飽和程度，它反映空氣作為干燥介質(zhì)時所具有的干燥能力 =0，為干空氣； =100%，為飽和濕空氣。 越大，表示濕空氣的吸濕能力越小。3、濕含量(x或H） 定義： 1kg干空氣中所含的水蒸氣質(zhì)量稱為濕空氣的濕含量。單位：kg水蒸氣/kg干空氣n 物料在空氣中干燥時，空氣的濕度逐漸增大，水分逐漸增多，但干空氣的質(zhì)量卻保持不變，因此，在干燥過程中，常用1kg干空氣作為計算基準(zhǔn)。三、濕空氣的密度和比容：單位質(zhì)量濕空氣的體積。密度比容：單位質(zhì)量濕空氣的體積。四、濕空氣的焓（熱含量）（I）定義：濕空氣中的干空氣的熱含量與水蒸氣的熱含 量之和n 基準(zhǔn)：1kg 干空氣，0。n 每千克干空氣熱含量： Ia=cat（kJ/kg干空氣）n 每千克水蒸氣熱含量： Iw=cwt+2490 （kJ/kg水蒸氣）n 濕空氣的焓:I=cat+（cwt+2490）x=（ca+cwx）t+2490x（kJ/kg干空氣）其中: 200以下：Ca1.01kJ/kg , cw=1.88 kJ/kg 2490（kJ/kg水蒸氣）為水在0時的汽化潛熱。n 在干燥過程中，通常是利用濕空氣的顯熱部分五、濕空氣的溫度參數(shù)四個溫度參數(shù)1.干球溫度(t ):濕空氣的實際溫度2.濕球溫度(tw):在溫度計的溫包上裹以濕紗布，紗布的一端浸入水中，平衡狀態(tài)下該溫度計所指示溫度。干濕球溫度計工作原理： n 濕紗布表面處的空氣濕度xw比空氣主流中的濕度x大，則水汽由紗布向空氣中擴散，導(dǎo)致濕紗布表面的水分不斷汽化。n 汽化水分所需要的汽化潛熱，首先來自濕紗布，使其溫度下降（即濕球溫度計的讀數(shù)下降），從而使氣流與紗布之間產(chǎn)生溫差，紗布將從空氣中獲得熱量供水份蒸發(fā)。n 當(dāng)空氣向濕紗布的傳熱速率等于水分汽化耗熱的速率時，濕球溫度計的讀數(shù)維持不變，此時的溫度為濕球溫度tw。n注：相對濕度通常用干濕球溫度計來衡量3、露點（td ）：定義： 未飽和的濕空氣在濕含量x不變的情況下，冷卻達到飽和狀態(tài)時的溫度。若露點時的飽和蒸汽壓為pd，即此時濕空氣中蒸汽壓為pd則空氣中的濕含量為：即：4、絕熱飽和溫度（tac）理論濕球溫度定義：在絕熱的條件下，空氣達到飽和時所顯示的溫度。p 不飽和空氣進入到飽和絕熱容器內(nèi)，容器內(nèi)的水分蒸發(fā)到不飽和氣體中，不飽和氣體的濕含量增加（xacx)p 水分蒸發(fā)需要熱量來源于不飽和氣體，使其溫度降低到飽和水的溫度tac（tact)p 水分蒸發(fā)需要熱量又被以濕含量的形式帶入飽和氣體，所以該過程近似為等熱焓過程(Iac=I）表明絕熱飽和溫度是空氣在焓不變的情況下增濕冷卻而達到的飽和溫度實驗證明，對于水空氣系統(tǒng)，在一定溫度和濕度下，tas=tw幾點說明：n 若空氣為飽和濕空氣（=1），則t=tw=td；n 若空氣為不飽和濕空氣（twtd。n 越小，離飽和狀態(tài)越遠，空氣流經(jīng)濕布時的汽化水分越多，則空氣與水之間溫差越大，即tw越低。n 與空氣的溫度有關(guān)，即：=f（t，tw）n 若已知t，tw，則可以查表求取。 例題：6-1第二節(jié)濕空氣的濕度圖（I-x圖）及應(yīng)用濕度圖（I-x圖）:在坐標(biāo)圖上表征濕空氣性質(zhì)的各參數(shù)間的關(guān)系常用的濕空氣參數(shù): 水蒸氣的分壓為pw, 相對濕度、干球溫度t、濕球溫度twb、熱含量I、濕含量x一I-x圖組成：以濕含量x為橫坐標(biāo)， 熱含量I為縱坐標(biāo)1、等濕含量線（等x線）平行于縱軸的直線。2、等熱含量線（等I線） 平行于斜橫軸oH(與ox軸成45角)的直線。3、等干球溫度線（等t線）I=(ca+cwx)t+2490x = =cat+(cwt+2490)x （kJ/kg干空氣） 等t線為斜率（正）和截距均不同的一組直線， 4、等相對濕度線（等線）u 在總壓p和相對濕度一定時， x 僅與ps有關(guān)，即：x =f(t)u 任選一t值，可得到相應(yīng)的一x值，u 選不同t值，得到相應(yīng)的不同x值。u 連接這些點得到一簇向上凸的曲線。在沸點處（對應(yīng)的總壓為99.3kPa，飽和溫度為99.4），ps=p，此時，=x/(0.622+x)，則x不變，也不變，曲線向上折變?yōu)橹本€。5、水蒸氣的分壓線n 總壓p一定時，pw隨x而略向上微凸，pw的數(shù)值投影于右側(cè)。6、等濕球溫度線（等twb線）n 對于水空氣系統(tǒng)，twb = tac。n 該線的特征：過飽和點（tacxac）位于=100%的線上； 斜率與等x線基本相同（溫度較低時，二者斜率認(rèn)為相同；溫度較高時，等tw線的斜率略小于等I線斜率，在圖中用虛線表示）。 在空氣的溫度較低或計算要求不高時，可用等熱焓線近似代替等濕球溫度線二濕度圖的應(yīng)用（一）、濕空氣狀態(tài)參數(shù)求解 例題6-2（二）、空氣經(jīng)預(yù)熱器加熱后狀態(tài)參數(shù)求解特點：預(yù)熱前后：濕含量x不變。例題6-3（三）熱煙氣與冷空氣混合后狀態(tài)參數(shù)求解 1、熱煙氣的狀態(tài)參數(shù)求解 設(shè)熱煙氣的參數(shù)為: xfl，Itl，ttl，tl；(1)燃燒固體或液體：Ma-蒸汽霧化液體燃料時，水蒸氣的消耗量（kg水蒸氣/kg燃料）(2)燃燒氣體燃料：P347公式（6-29），（6-30）2、熱煙氣與冷空氣混合后狀態(tài)參數(shù)求解 n 熱煙氣的參數(shù)為: xfl，Itl，ttl，tl；n 冷空氣的參數(shù)為：x0，I0，t0，0；n 混合后的參數(shù)為：xm1，Im1，tm1，m1。 設(shè)1kg干煙氣與nkg干空氣混合，n 由水蒸氣的質(zhì)量平衡：xfl+nx0=（1+n）xm1由熱量平衡：Ifl+nI0=（1+n）Im1 (kg干空氣/kg干煙氣）該式說明混和氣體的狀態(tài)參數(shù)位于熱煙氣與冷空氣的直線上B點：熱煙氣的參數(shù) xfl，Ifl，tfl，fl；A點：冷空氣的參數(shù)H0，I0，t0，0；P點：混合后的參數(shù)為：xm1，Im1，tm1，m1P點可以由混合溫度tm1與AB交點求得，從而求出混合比n。例題6-5第三節(jié) 干燥過程的物料平衡和熱量平衡目的：求解技術(shù)指標(biāo)：1.確定每小時蒸發(fā)水分量2.干燥介質(zhì)消耗量3.熱耗一、物料平衡（確定每小時蒸發(fā)水分量與干燥介質(zhì)消耗量）（一）干燥流程及設(shè)備n 干燥設(shè)備主要由干燥器、空氣預(yù)熱器（或燃燒室、混合室）、通風(fēng)設(shè)備、輔助設(shè)備等組成。（二）物料中水分表示方法 要確定物料在干燥過程中所除去的水分量，必須知道物料總量及物料在干燥前后的含水率。兩種表示方法：1、濕基水分(v)：（以濕物料為基準(zhǔn)）定義：濕物料中水分質(zhì)量（W）與濕物料質(zhì)量（GW）之比2、干基水分(u)： （以絕對干燥物料為基準(zhǔn)）定義：物料中水分質(zhì)量（W）與絕對干燥物料質(zhì)量(Gd)之比。二者關(guān)系n 注意有時寫為:同樣狀態(tài)的物料，uv。（三）干燥過程中的物料的水分蒸發(fā)量mw的計算原則：干燥前后的干物料與水分總和恒定；干燥前后的干物料質(zhì)量不變（u可以直接相減)，濕物料質(zhì)量在減少（v不能直接相減） 每小時水分蒸發(fā)量：以干基水分表示：以濕基水分表示：兩式相比得所以：例題6-6（四）干燥介質(zhì)的消耗量 假設(shè)干燥介質(zhì)通過干燥器時無任何損失，則列質(zhì)量平衡：物料中水分的蒸發(fā)量 = 干燥介質(zhì)中水分的增加量1、用空氣作干燥介質(zhì)時空氣的消耗量n 設(shè)每小時干空氣的質(zhì)量流量為L(kg/h)u 則蒸發(fā)每千克水分需要的干空氣量為uu 所需的濕空氣量為： l+lx1=l(1+x1)= l(1+x0)（kg濕空氣/kg水分） 2、用高溫?zé)煔馀c冷空氣混合作干燥介質(zhì)時的消耗量物料中水分的蒸發(fā)量 = 干燥介質(zhì)（混合氣）中水分的增加量則蒸發(fā)每千克水分需要的干混合氣體量為設(shè)1kg干煙氣與nkg干空氣混合，生成（1+n）kg混合氣.那么生成lm1kg干混合氣需要熱煙氣用量為：同時需要冷空氣量為二、熱量平衡（基準(zhǔn)：0，1kg蒸發(fā)水 ）（一）熱平衡項目n 輸入熱量：1、干燥介質(zhì)帶入熱量：q1 =lI12、濕物料帶入的熱量qm1可以被蒸發(fā)的水分帶入的熱量：cw1脫水物料帶入的熱量： 其中：即表示濕基含水率為v2，溫度為1時，絕干物料的比熱（cm）與相應(yīng)水分比熱（cw）的加權(quán)值。3、干燥器內(nèi)補充加入的熱量：qadn 輸出熱量： 1、廢氣帶走的熱量：q2=lI2 2、物料帶走的熱量3、輸送設(shè)備帶入的熱量：4、熱量損失：（二）干燥過程及熱耗計算列熱平衡：輸入熱量=輸出熱量令：則方程為：干燥實際過程方程為：根據(jù)值的不同，干燥過程分為三種情況：1) 理論干燥過程：=0即：I1=I2，干燥過程中，干燥介質(zhì)的熱含量不變（等焓過程）。物理意義：a）干燥器絕熱，干空氣消耗的熱量全部用于蒸發(fā)水份 ，而物料中的 水份又將這部份熱量帶到空氣中。 b）所有的熱損失qm+qc+ql=qad注：一般用上標(biāo)“0”表示理論 干燥過程中干燥介質(zhì)離開干燥器的狀態(tài)參數(shù)n 若用空氣作干燥介質(zhì)進行理論干燥過程，則蒸發(fā)1kg水所需干燥介質(zhì)的消耗量為熱耗：n 用高溫?zé)煔馀c冷空氣混合作干燥介質(zhì)時完成理論干燥過程：則混合氣的消耗量熱煙氣消耗量：冷空氣消耗量：蒸發(fā)1kg水的燃料消耗量熱耗：2)實際干燥過程：分為兩種情況0，I10，I1I2，表明熱損失量大于補充熱量工程常見。n 若用空氣作干燥介質(zhì)蒸發(fā)1kg水的熱耗為：n 用高溫?zé)煔馀c冷空氣混合作干燥介質(zhì)時蒸發(fā)1kg水的熱耗為：（三）干燥過程圖解已知：干燥介質(zhì)進入干燥器狀態(tài)參數(shù)t1， x1 , 及離開干燥器溫度t2 求：廢氣狀態(tài)參數(shù)1）理論干燥過程(=0)求解步驟：1、理論干燥過程的求解(=0)：1) 由t1、 x1確定狀態(tài)點 B,從而確定I1 2) 理論干燥過程 為等I過程，所以I20=I1 ,由t2、I20確定廢氣狀態(tài)點 C, 即為所求狀態(tài)點的其他參數(shù).2、 0 實際干燥過程：干燥過程方程： =l(I1-I2)因為0 所以I2I1 即:I2=I1-/l=I1-(x2-x1)若已知，則I2僅與x2有關(guān)設(shè)該直線方程為： I=I1-(x-x1)（1）干燥過程方程線則該直線與t2線交點即為所求廢氣狀態(tài)點C1。問題：如何確定干燥過程方程的直線:I=I1-(x-x1)（1）干燥過程方程的直線確定方法： I=I1-(x-x1)（1）找特殊點即可繪出該方程的直線常將理論干燥點C(t2，I20=I1)的濕含量x20代入實際干燥過程方程（1)中，求得：I2=I1+(x20-x1) 既確定了干燥線上的一點特殊點C1(I2，x20)。連接BC1兩點與t2的交點即為實際干燥終點D(I2，x2)。 例題6-7：第六節(jié) 干燥方法與干燥設(shè)備一、干燥器的分類及對干燥器的要求按作業(yè)循環(huán)分：間歇式干燥器、連續(xù)式干燥器按傳熱方式分：對流傳熱式、傳導(dǎo)傳熱式、輻射傳熱式、對流輻射傳熱式和介電式；按載熱體的類型分：熱空氣干燥、煙氣干燥、水蒸氣干燥和電流干燥等；按工藝目的分：顆粒狀物料的干燥、塊狀物料的干燥、陶瓷與耐火材料及磚瓦等制品的干燥、漿體物料的干燥等按結(jié)構(gòu)和物料移動的特點分： 炕式、室式、回轉(zhuǎn)筒式、傳送帶式、噴霧式和流態(tài)化式干燥器等n 對干燥器的要求： (1)在保證物料或制品干燥質(zhì)量的前提下，具有較高的干燥速度和單位容積蒸發(fā)強度； (2)具有較低的單位能耗，即蒸發(fā)1kg水所消耗的燃料和電能要低； (3)易于調(diào)整介質(zhì)參數(shù)，改變干燥作業(yè)制度；(4)在干燥器的容積空間內(nèi)物料或制品干燥的均勻性要好；(5)干燥作業(yè)便于實現(xiàn)機械化和自動化； (6)衛(wèi)生狀況符合環(huán)保要求。二.回轉(zhuǎn)烘干機（適用烘干小塊狀或顆粒狀物料（沙子.礦渣.粘土）（一）結(jié)構(gòu)與形式結(jié)構(gòu)：回轉(zhuǎn)運動的金屬圓筒，筒體厚度：10-20mm 直徑：1-3m轉(zhuǎn)速：2-7r/min, 長徑比：5-8 傾斜度：3-6%內(nèi)部結(jié)構(gòu)(a)(b)抄板式: 優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。 缺點:粉塵大，揚料板容易損壞。 (a)型適用于散粒狀或較干的物料，如砂子、礦渣等。 (b)型適用于濕而粘的物料，如粘土等。 (c)扇形：適用于烘干密度大的大塊物料，如石灰石、頁巖(d)蜂窩式格板（適用于細粒物料的干燥） 優(yōu)點：物料在筒體截面上分布較均勻， 填充率較高， 干 燥速度和熱效率較高 缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清理與維修較困難，(c)懸鏈?zhǔn)剑哼m用于含水量高、粘性大的物料，如粘土、泥漿；可擊碎料塊，避免物料粘附于筒壁，效果較好，但容易引起粉塵。(f)雙筒式揚料板：物料在雙筒的間隙中運動而干燥介質(zhì)則在內(nèi)筒中流過，屬于間接的對流傳導(dǎo)傳熱型干燥器，適用于對高溫敏感或怕污染的物料。（二）加熱方式及流程方式：直接加熱、間接加熱、復(fù)式加熱 硅酸鹽行業(yè)一般為直接加熱，直接加熱有順流與逆流形式順流：逆流式烘干設(shè)備特點：干燥速率較均勻，物料終水分較低，熱效率高適用：終水分較低，而又不能強烈強烈脫水的物料。如沙子、石灰石等?；剞D(zhuǎn)烘干機的干燥介質(zhì)類型：由物料的性質(zhì)與要求而決定。在硅酸鹽工業(yè)中常用高溫?zé)煔馀c冷空氣的混合氣體作干燥介質(zhì)。 表6-3（三）回轉(zhuǎn)烘干機的生產(chǎn)能力及影響因素生產(chǎn)能力：以物料出料量Gw2表示評價回轉(zhuǎn)烘干機的生產(chǎn)效率：以烘干機單位容積水分蒸發(fā)強度A及蒸發(fā)1kg水的熱耗q為評價指標(biāo) 表6-4（四）回轉(zhuǎn)烘干機的選型計算（P371)三、隧道式干燥器（用于陶瓷、耐火材料、磚瓦等制品的連續(xù)式干燥設(shè)備）（一）結(jié)構(gòu)與工作原理：n 由3-8條隧道并列組成，長度：24-38m，內(nèi)寬：1mn 隧道內(nèi)有鐵