化工單元操作技術(shù)教學(xué)教案下載-樣章doc

1、化工單元操作技術(shù)教學(xué)教案下載-樣章.doc第五章 干燥操作技術(shù)知識目標(biāo)： 熟悉濕空氣性質(zhì)；掌握固體物料干燥過程的相平衡；掌握干燥過程基本計算；了解典型干燥設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特點。能力目標(biāo)：掌握干燥基本操作。在化工、制藥、紡織、造紙、食品、農(nóng)產(chǎn)品加工等行業(yè)，常常需要將固體物料中的濕分除去，以便于貯藏、運輸及進一步加工，達到生產(chǎn)規(guī)定的要求。除去固體物料中濕分的方法稱為去濕。去濕的方法很多，其中用加熱的方法使水分或其它溶劑汽化，除去固體物料中濕分的操作，稱為固體的干燥。工業(yè)上干燥有多種方法，其中，對流干燥在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛。本章將主要介紹以空氣為干燥介質(zhì)、濕分為水分的對流干燥。查一查從其它角度劃

2、分，干燥還有哪些種類？第一節(jié) 干燥器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用圖5-1 廂式干燥器1-空氣入口 2-空氣出口 3-風(fēng)扇 4-電動機 5-加熱器 6-擋板 7-盤架 8-移動輪在工業(yè)生產(chǎn)中，由于被干燥物料的形狀和性質(zhì)不同，生產(chǎn)規(guī)?；蛏a(chǎn)能力也相差較大，對干燥產(chǎn)品的要求也不盡相同，因此，所采用干燥器的型式也是多種多樣的。圖5-1圖5-6為常見的幾種干燥器，它們的構(gòu)造、原理、性能特點及應(yīng)用場合可見表5-1。 圖5-3 轉(zhuǎn)筒式干燥器示意圖圖5-2洞道式干燥器示意圖1一加熱器 2風(fēng)扇 3一裝料車 4排氣口圖5-5單層圓筒沸騰床干燥器圖5-4 二段氣流式干燥器示意圖圖5-6 YPG-II型壓力式噴霧造粒干燥工藝流程圖1

3、-高位槽 2-隔膜泵 3-空氣過濾器 4-送風(fēng)機 5-蒸氣加熱器6-電加熱器 7-噴嘴 8-干燥塔 9-旋風(fēng)分離器 10-引風(fēng)機11-尾氣過過濾器 12-高壓風(fēng)機 13-空氣過濾器圖5-6 噴霧干燥流程1-高位槽 2-隔膜泵 3-空氣過濾器 4-送風(fēng)機 5-蒸氣加熱器6-電加熱器 5-噴嘴 8-干燥塔 9-旋風(fēng)分離器 10-引風(fēng)機11-尾氣過過濾器 12-高壓風(fēng)機 13-空氣過濾器表5-1干燥器的性能特點及應(yīng)用場合類型構(gòu)造及原理性能特點應(yīng)用場合廂式干燥器多層長方形淺盤疊置在框架上，濕物料在淺盤中,厚度通常為10100mm，般淺盤的面積約為0.31。新鮮空氣由風(fēng)機抽入，經(jīng)加熱后沿檔板均勻地進入各

4、層之間，平行流過濕物料表面，帶走物料中的濕分。構(gòu)造簡單，設(shè)備投資少，適應(yīng)性強，物料損失小，盤易清洗。但物料得不到分散，干燥時間長，熱利用率低，產(chǎn)品質(zhì)量不均勻，裝卸物料的勞動強度大。多應(yīng)用在小規(guī)模、多品種、干燥條件變動大，干燥時間長的場合。如實驗室或中間試的干燥裝置。洞道式干燥器干燥器為一較長的通道，被干燥物料放置在小車內(nèi)、運輸帶上、架子上或自由地堆置在運輸設(shè)備上，沿通道向前移動，并一次通過通道?？諝膺B續(xù)地在洞道內(nèi)被加熱并強制地流過物料。 可進行連續(xù)或半連續(xù)操作；制造和操作都比較簡單，能量的消耗也不大。適用于具有一定形狀的比較大的物料，如皮革、木材、陶瓷等的干燥。轉(zhuǎn)筒式干燥器濕物料從干燥機一端投

5、入后，在筒內(nèi)抄板器的翻動下，物料在干燥器內(nèi)均勻分布與分散，并與并流（逆流）的熱空氣充分接觸。在干燥過程中，物料在帶有傾斜度的抄板和熱氣流的作用下，可調(diào)控地運動至干燥機另一段星形卸料閥排出成品。生產(chǎn)能力大，操作穩(wěn)定可靠，對不同物料的適應(yīng)性強，操作彈性大，機械化程度較高。但設(shè)備笨重，一次性投資大；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動部分需經(jīng)常維修，拆卸困難；物料在干燥器內(nèi)停留時間長，且物料顆粒之間的停留時間差異較大。主要用于處理散粒狀物料，亦可處理含水量很高的物料或膏糊狀物料，也可以干燥溶液、懸浮液、膠體溶液等流動性物料。氣流式干燥器直立圓筒形的干燥管，其長度一般為1020m，熱空氣（或煙道氣）進入干燥管底部，將加料器

6、連續(xù)送入的濕物料吹散，并懸浮在其中。一般物料在干燥管中的停留時間約為0.53秒，干燥后的物料隨氣流進入旋風(fēng)分離器，產(chǎn)品由下部收集。干燥速率大，接觸時間短，熱效率高；操作穩(wěn)定，成品質(zhì)量穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)相對簡單，易于維修，成本費用低。但對除成塵設(shè)備要求嚴格，系統(tǒng)流動阻力大，對廠房要求有一定的高度。適宜于干燥熱敏性物料或臨界含水量低的細?；蚍勰┪锪?。流化床干燥器濕物料由床層的一側(cè)加入，由另一側(cè)導(dǎo)出。熱氣流由下方通過多孔分布板均勻地吹入床層，與固體顆粒充分接觸后，由頂部導(dǎo)出，經(jīng)旋風(fēng)器回收其中夾帶的粉塵后排出。顆粒在熱氣流中上下翻動，彼此碰撞和混合，氣、固間進行傳熱、傳質(zhì)，以達到干燥目的。傳熱、傳質(zhì)速率高，設(shè)

7、備簡單，成本費用低，操作控制容易。但操作控制要求高。而且由于顆粒在床中高度混合，可能引起物料的反混和短路，從而造成物料干燥不充分。適用于處理粉粒狀物料，而且粒徑最好在30-60m范圍。噴霧干燥器熱空氣與噴霧液滴都由干燥器頂部加入，氣流作螺旋形流動旋轉(zhuǎn)下降，液滴在接觸干燥室內(nèi)壁前已完成干燥過程，大顆粒收集到干燥器底部后排出，細粉隨氣體進入旋風(fēng)器分出。廢氣在排空前經(jīng)濕法洗滌塔（或其他除塵器）以提高回收率，并防止污染。干燥過程極快，可直接獲得干燥產(chǎn)品，因而可省去蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾、粉碎等工序；能得到速溶的粉末或空心細顆粒；易于連續(xù)化、自動化操作。但熱效率低，設(shè)備占地面積大，設(shè)備成本費高,粉塵回收麻煩。

8、適用于士林藍及士林黃染料等。知識窗固體物料的去濕方法除去固體物料中濕分的方法稱為去濕。去濕的方法很多，常用的有：1.機械分離法即通過壓榨、過濾和離心分離等方法去濕。這是一種耗能較少、較為經(jīng)濟的去濕方法，但濕分的除去不完全，多用于處理含液量大的物料，適于初步去濕。2.吸附脫水法即用固體吸附劑，如氯化鈣、硅膠等吸去物料中所含的水分。這種方法去除的水分量很少，且成本較高。3.干燥法即利用熱能，使?jié)裎锪现械臐穹謿饣竦姆椒ā０凑諢崮芄┙o濕物料的方式，干燥法可分為：（1）傳導(dǎo)干燥熱能通過傳熱壁面以傳導(dǎo)方式傳給物料，產(chǎn)生的濕分蒸汽被氣相(又稱干燥介)質(zhì))帶走，或用真空泵排走。例如紙制品可以鋪在熱滾筒上

9、進行干燥。（2）對流干燥使干燥介質(zhì)直接與濕物料接觸，熱能以對流方式加入物料，產(chǎn)生的蒸汽被干燥介質(zhì)帶走。（3）輻射干燥由輻射器產(chǎn)生的輻射能以電磁波形式達到物體的表面，為物料吸收而重新變?yōu)闊崮?，從而使?jié)穹謿饣?。例如用紅外線干燥法將自行車表面油漆烘干。（4）介電加熱干燥將需要干燥電解質(zhì)物料置于高頻電場中，電能在潮濕的電介質(zhì)中變?yōu)闊崮?，可以使液體很快升溫氣化。這種加熱過程發(fā)生在物料內(nèi)部，故干燥速率較快，例如微波干燥食品。干燥法耗能較大，工業(yè)上往往將機械分離法與干燥法聯(lián)合起來除濕，即先用機械方法盡可能除去濕物料中的大部分濕分，然后在利用干燥方法繼續(xù)除濕。第二節(jié) 干燥的基礎(chǔ)知識一、 對流干燥的方法典型的對

10、流干燥工藝流程 如圖5-7所示，空氣經(jīng)加熱后進入干燥器，氣流與濕物料直接接觸，空氣沿流動方向溫度降低，濕含量增加，廢氣自干燥器另一端排出。對流干燥過程中，物料表面溫度i低于氣相主體溫度t，因此熱量以對流方式從氣相傳遞到固體表面，再由表面向內(nèi)部傳遞，這是個傳熱過程；固體表面水氣分壓 Pi高于氣相主體中水氣分壓，因此水氣由固體表面向氣相擴散，這是一個傳質(zhì)過程。可見對流干燥過程是傳質(zhì)和傳熱同時進行的過程，見圖5-8。圖5-8干燥過程的傳質(zhì)和傳熱圖5-7 對流干燥流程示意圖顯然，干燥過程中壓差(p-pi)越大，溫差(t-i)越高，干燥過程進行的越快，因此干燥介質(zhì)及時將汽化的水汽帶走，以維持一

11、定的擴散推動力。二、空氣的性質(zhì)1.濕度H濕度H是濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕干空氣質(zhì)量之比。（1）定義式 ( 5-1 )式中：Ma干空氣的摩爾質(zhì)量，kg/kmol； Mv水蒸汽的摩爾質(zhì)量，kg/kmol； 濕空氣中干空氣的千摩數(shù)，kmol； 濕空氣中水蒸汽的千摩爾數(shù)，kmol。（2）以分壓比表示 ( 5-2 )式中：水蒸汽分壓，N/； P濕空氣總壓，N/。（3）飽和濕度Hs若濕空氣中水蒸汽分壓恰好等于該溫度下水的飽和蒸汽壓Ps，此時的濕度為在該溫度下空氣的最大濕度,稱為飽和濕度，以Hs表示。 ( 5-3 )式中PS同溫度下水的飽和蒸汽壓，N/。由于水的飽和蒸汽壓只與溫度有關(guān)，故飽和濕度是濕空氣

12、總壓和溫度的函數(shù)。 2.相對濕度當(dāng)總壓一定時,濕空氣中水蒸汽分壓pv與一定總壓下空氣中水汽分壓可能達到的最大值之比的百分數(shù),稱為相對濕度。 定義式: ( 5-4a ) ( 5-4b ) 意義：相對濕度表明了濕空氣的不飽和程度，反映濕空氣吸收水汽的能力。=1（或100%），表示空氣已被水蒸汽飽和,不能再吸收水汽，已無干燥能力。愈小，即Pv與Ps差距愈大，表示濕空氣偏離飽和程度愈遠，干燥能力愈大。 H、t 之間的函數(shù)關(guān)系： ( 5-5 )可見，對水蒸汽分壓相同，而溫度不同的濕空氣，若溫度愈高，則Ps值愈大，值愈小，干燥能力愈大。 以上介紹的是表示濕空氣中水分含量的兩個性質(zhì)，下面介紹是與熱量衡算有關(guān)

13、的性質(zhì)。3.濕比熱CH定義：將1kg干空氣和其所帶的Hkg水蒸氣的溫度升高1所需的熱量。簡稱濕熱。CH=Ca+CvH=1.01+1.88H kJ/kg干空氣· ( 5-6 )式中 Ca干空氣比熱，其值約為1.01 kJ/kg干空氣· Cv水蒸汽比熱, 其值約為1.88 kJ/kg干空氣·4.焓I濕空氣的焓為單位質(zhì)量干空氣的焓和其所帶Hkg水蒸汽的焓之和。計算基準：0時干空氣與液態(tài)水的焓等于零。 kJ/kg干空氣 ( 5-7 ) 式中：r00時水蒸汽汽化潛熱，其值為2492kJ/kg。5.濕空氣比容uH定義：每單位質(zhì)量絕干空氣中所具有的空氣和水蒸汽的總體積。 ( 5

14、-8 ) 由上式可見,濕比容隨其溫度和濕度的增加而增大。6.露點td(1) 定義：一定壓力下，將不飽和空氣等濕降溫至飽和，出現(xiàn)第一滴露珠時的溫度。 ( 5-9 )式中：為露點時飽和蒸汽壓, 也就是該空氣在初始狀態(tài)下的水蒸汽分壓pv 。（2）計算 ( 5-9a )計算得到，查其相對應(yīng)的飽和溫度，即為該濕含量H和總壓P時的露點。 （3）同樣地，由露點和總壓P可確定濕含量H。 ( 5-9b )7.干溫度t、濕球溫度tW（1）干球溫度t：在空氣流中放置一支普通溫度計，所測得空氣的溫度為t，相對于濕球溫度而言，此溫度稱為空氣的干球溫度。（2）濕球溫度tW：如圖5-9所示，用水潤濕紗布包裹普通溫度計的感溫

15、球，即成為一濕球溫度計。將它置于一定溫度和濕度的流動的空氣中，達到穩(wěn)態(tài)時所測得的溫度稱為空氣的濕球溫度，以tW表示。 當(dāng)不飽和空氣流過濕球表面時，由于濕紗布表面的飽和蒸汽壓大于空氣中的水蒸汽分壓，在濕紗布表面和氣體之間存在著濕度差，這一濕度差使?jié)窦啿急砻娴乃制粴饬鲙ё?，水分汽化所需潛熱，首先取自濕紗布中水分的顯熱，使其表面降溫，于是在濕紗布表面與氣流之間又形成了溫度差，這一溫度差將引起空氣向濕紗布傳遞熱量。當(dāng)單位時間由空氣向濕紗布傳遞的熱量恰好等于單位時間自濕紗布表面汽化水分所需的熱量時，濕紗布表面就達到穩(wěn)態(tài)溫度，即濕球溫度。經(jīng)推導(dǎo)得： ( 5-10 ) 式中：Hw濕空氣在溫度tw下的飽

16、和濕度，kg水/kg干氣；圖5-9 濕球溫度計 H空氣的濕度，kg水/kg干氣。實驗表明：當(dāng)流速足夠大時，熱、質(zhì)傳遞均以對流為主，且kH及都與空氣速度的0.8次冪成正比，一般在氣速為3.810.2m/s的范圍內(nèi)，比值/kH近似為一常數(shù)(對水蒸汽與空氣的系統(tǒng)，/kH=0.961.005)。此時，濕球溫度tWw為濕空氣溫度t和濕度H的函數(shù)。注意：a濕球溫度不是狀態(tài)函數(shù)；b在測量濕球溫度時，空氣速度一般需大于5m/s，使對流傳熱起主要作用，相應(yīng)減少熱輻射和傳導(dǎo)的影響，使測量較為精確。8. 絕熱飽和溫度tas（1）定義：絕熱飽和過程中，氣、液兩相最終達到的平衡溫度稱為絕熱飽和溫度。圖5-10表示了不飽

17、和空氣在與外界絕熱的條件下和大量的水接觸，若時間足夠長，使傳熱、傳質(zhì)趨于平衡，則最終空氣被水蒸汽所飽和，空氣與水溫度相等，即為該空氣的絕熱飽和溫度。圖5-10 絕熱增濕塔示意圖 此時氣體的濕度為tas下的飽和濕度Has。以單位質(zhì)量的干空氣為基準，在穩(wěn)態(tài)下對全塔作熱量衡算: 或 ( 5-11 )上式表明，空氣的絕熱飽和溫度tas是空氣濕度H和溫度t的函數(shù),是濕空氣的狀態(tài)參數(shù)，也是濕空氣的性質(zhì)。當(dāng)t、tas已知時，可用上式來確定空氣的濕度H。在絕熱條件下，空氣放出的顯熱全部變?yōu)樗制臐摕岱祷貧怏w中，對1kg于空氣來說，水分汽化的量等于其濕度差（HmH），由于這些水分汽化時，除潛熱外，還將溫度為

18、tas的顯熱也帶至氣體中。所以，絕熱飽和過程終了時，氣體的焓比原來增加了4.187tas（HasH）。但此值和氣體的焓相比很小，可忽略不計，故絕熱飽和過程又可當(dāng)作等過焓程處理。對于空氣和水的系統(tǒng)，濕球溫度可視為等于絕熱飽和溫度。因為在絕熱條件下，用濕空氣干燥濕物料的過程中，氣體溫度的變化是趨向于絕熱飽和溫度tas的。如果濕物料足夠潤濕，則其表面溫度也就是濕空氣的絕熱飽和溫度tas，亦即濕球溫度tw，而濕球溫度是很容易測定的，因此濕空氣在等焓過程中的其它參數(shù)的確定就比較容易了。比較干球溫度t、濕球溫度tw、絕熱飽和溫度tas及露點td可以得出：不飽和濕空氣：t>tw（tas）>td飽

19、和濕空氣：ttw（tas）td【例5-1】已知濕空氣的總壓為101.3kN/，相對濕度為50%，干球溫度為20o C。試求：(a) 濕度；(b)水蒸汽分壓p；（c) 露點td； (d) 焓。(e) 如將500kg/h干空氣預(yù)熱至117o C，求所需熱量； (f) 每小時送入預(yù)熱器的濕空氣體積。 解 P=101.3kN/ ，50%，t=20o C，由飽和水蒸汽表查得，水在20 oC時之飽和蒸汽壓為ps=2.34kN/m (a)濕度 (b)水蒸汽分壓 (c)露點td 露點是空氣在濕度或水蒸汽分壓p不變的情況下，冷卻達到飽和時的溫度。所以可由p=1.17kn/ 查飽和水蒸汽表，得到對應(yīng)的飽和溫度td

20、=9OC。 (d)焓 (e)熱量 (f)濕空氣體積 閱讀資料濕空氣的濕度圖及其應(yīng)用當(dāng)總壓一定時，表明濕空氣性質(zhì)的各項參數(shù)(t,p,H,I,tw等)，只要規(guī)定其中任意兩個相互獨立的參數(shù)，濕空氣的狀態(tài)就被確定。工程上為方便起見，將各參數(shù)之間之間的關(guān)系制成算圖-濕度圖。常用的濕度圖由濕度-溫度圖(H-t)和焓濕度圖(I-H)，本章只介紹焓濕度圖(如圖5-11所示)的構(gòu)成和應(yīng)用。圖5-11焓濕度圖(I-H圖)一.焓濕圖的構(gòu)成如圖5-12所示，在壓力為常壓下(pt=101.3Pa)的濕空氣的I-H圖中,為了使各種關(guān)系曲線分散開，采用兩坐標(biāo)軸交角為135°的斜角坐標(biāo)系。為了便于讀取濕度數(shù)據(jù)，將橫

21、軸上濕度H的數(shù)值投影到與縱軸正交的輔助水平軸上。圖中共有5種關(guān)系曲線，圖上任何一點都代表一定溫度t和濕度H的濕空氣狀態(tài)?，F(xiàn)將圖中各種曲線分述如下:1.等濕線(即等H線)即等濕線是一組與縱軸平行的直線，在同一根等H線上不同的點都具有相同的溫度值，其值在輔助水平軸上讀出。2.等焓線(即等I線)等焓線是一組與斜軸平行的直線。在同一條等I線上不同的點所代表的濕空氣的狀態(tài)不同，但都具有相同的焓值，其值可以在縱軸上讀出。3.等溫線(即等t線)由式I=1.01t+(1.88t+2490)H可知，當(dāng)空氣的干球溫度t不變時，I與H成直線關(guān)系，因此在I-H圖中對應(yīng)不同的t，可作出許多條等t線。上式為線性方程，等溫

22、線的斜率為(1.88t+2490),是溫度的函數(shù)，故等溫線相互之間是不平行。 4.等相對濕度線(即等線) 等相對濕度線是一組從原點出發(fā)的曲線。根據(jù)H=0.622Ps/(Pt-Ps)可知，當(dāng)總壓Pt一定時，對于任意規(guī)定的值，上式可簡化為H和Ps的關(guān)系式，而Ps又是溫度的函數(shù)，因此對應(yīng)一個溫度t，就可根據(jù)水蒸氣可查到相應(yīng)的Ps值計算出相應(yīng)的濕度，將上述各點(H,t)連接起來，就構(gòu)成等相對濕度線。根據(jù)上述方法，可繪出一系列的等線群。=100%的等線為飽和空氣線，此時空氣完全被水氣所飽和。飽和空氣以上(100%為不飽和空氣區(qū)域。當(dāng)空氣的濕度H為一定值時，其溫度t越高，則相對濕度值就越低，其吸收水氣能力

23、就越強。故濕空氣進入干燥器之前，必須先經(jīng)預(yù)熱以提高其溫度t。目的是除了為提高濕空氣的焓值，使其作為載熱體外，也是為了降低其相對濕度而提高吸濕力。0時的等線為縱坐標(biāo)軸。圖5-12焓濕度圖的用法5.水氣分壓線該線表示空氣的濕度H與空氣中水氣分壓p之間關(guān)系曲線。 二.I-H圖的用法利用I-H圖查取濕空氣的各項參數(shù)非常方便。如圖5-12中A代表一定狀態(tài)的濕空氣，則(1)濕度H，由H點沿等濕線向下與水平輔助軸的交點，即可讀出點的濕度值。(2)焓值I，通過A點作等焓線的平行線，與縱軸交于點，即可讀得A點的焓值。(3)水氣分壓P，由點沿等溫度線向下交水蒸氣分壓線于，在圖右端縱軸上讀出水氣分壓值。(4)露點t

24、d,由A點沿等濕度線向下與=100%飽和線相交于B點，再由過B點的等溫線讀出露點td值。(5)濕球溫度tw(絕熱飽和溫度tas),由A點沿著等焓線與=100%飽和線相交于D點，再由過D點的等溫線讀出濕球溫度tw(即絕熱飽和溫度tas值)。 已知濕空氣某一狀態(tài)點A的位置，如圖5-12所示?？芍苯咏柚ㄟ^點A的四條參數(shù)線讀出它的狀態(tài)參數(shù)值。通過上述查圖可知，首先必須確定代表濕空氣狀態(tài)的點，然后才能查得各項參數(shù)。通常根據(jù)下述已知條件之一來確定濕空氣的狀態(tài)點： a.濕空氣的干球溫度t和濕球溫度tw，見圖5-13(a)。b.濕空氣的干球溫度t和露點td，見圖5-13(b)。c.濕空氣的干球溫度t和相對濕

25、度，見圖5-13(c)。圖5-13 在I-H圖中確定濕空氣的狀態(tài)點三、物料中所含水分的性質(zhì)1、結(jié)合水分與非結(jié)合水分 根據(jù)物料與水分結(jié)合力的狀況，可將物料中所含水分分為結(jié)合水分與非結(jié)合水分。 結(jié)合水分 包括物料細胞壁內(nèi)的水分、物料內(nèi)毛細管中的水分、及以結(jié)晶水的形態(tài)存在于固體物料之中的水分等。這種水分是籍化學(xué)力或物理化學(xué)力與物料相結(jié)合的，由于結(jié)合力強，其蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，致使干燥過程的傳質(zhì)推動力降低，故除去結(jié)合水分較困難。 非結(jié)合水分 包括機械地附著于固體表面的水分，如物料表面的吸附水分、較大孔隙中的水分等。物料中非結(jié)合水分與物料的結(jié)合力弱，其蒸汽壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓相同

26、，因此，干燥過程中除去非結(jié)合水分較容易。 用實驗方法直接測定某物料的結(jié)合水分與非結(jié)合水分較困難，但根據(jù)其特點，可利用平衡關(guān)系外推得到。在一定溫度下，由實驗測定的某物料的平衡曲線，將該平衡曲線延長與=100%的縱軸相交（如圖5-14所示），交點以下的水分為該物料的結(jié)合水分，因其蒸汽壓低于同溫下純水的飽和蒸汽壓。交點以上的水分為非結(jié)合水分。 圖5-14 物料中所含水分的性質(zhì)物料所含結(jié)合水分或非結(jié)合水分的量僅取決于物料本身的性質(zhì)，而與干燥介質(zhì)狀況無關(guān)。2、平衡水分與自由水分 根據(jù)物料在一定的干燥條件下，其中所含水分能否用干燥方法除去來劃分，可分為平衡水分與自由水分。平衡水分 物料中所含有的不因和空氣

27、接觸時間的延長而改變的水分，這種恒定的含水量稱為該物料在一定空氣狀態(tài)下的平衡水分，用X*表示。當(dāng)一定溫度t、相對濕度的未飽和的濕空氣流過某濕物料表面時，由于濕物料表面水的蒸汽壓大于空氣中水蒸汽分壓，則濕物料的水分向空氣中汽化，直到物料表面水的蒸汽壓與空氣中水蒸汽分壓相等時為止，即物料中的水分與該空氣中水蒸汽達到平衡狀態(tài)，此時物料所含水分即為該空氣條件（t、）下物料的平衡水分。平衡水分隨物料的種類及空氣的狀態(tài)（t，）不同而異，在同一t下的某些物料的平衡曲線。對于同一物料，當(dāng)空氣溫度一定，改變其值，平衡水分也將改變。自由水分 物料中超過平衡水分的那一部分水分，稱為該物料在一定空氣狀態(tài)下的自由水分。

28、若平衡水分用X*表示，則自由水分為（X-X*）。四、物料中含水量的表示方法1.濕基含水量濕物料中所含水分的質(zhì)量分率稱為濕物料的濕基含水量。 kg/kg濕料 2.干基含水量不含水分的物料通常稱為絕對干料.濕物料中的水分的質(zhì)量與絕對干料質(zhì)量之比,稱為濕物料的干基含水量。kg/kg干物料兩者的關(guān)系 ( 5-12 ) ( 5-13 )第三節(jié) 干燥計算一、干燥過程的物料衡算(一) 水分蒸發(fā)量圖 5-15干燥器物料衡算對如圖5-15所示的連續(xù)干燥器作水分的物料衡算。以1h為基準，若不計干燥過程中物料損失量，則在干燥前后物料中絕對干料的質(zhì)量不變，即 ( 5-14 )式中G1進干燥器的濕物料的質(zhì)量，kg/h；

29、G2出干燥器的濕物料的質(zhì)量，kg/h；由上式可以得出1，2之間的關(guān)系         ；式中、干燥前后物料的濕基含水量，kg水/kg料；干燥器的總物料衡算為 ( 5-15 )則蒸發(fā)的水分量為 式中W水分蒸發(fā)量，kg/h。 若以干基含水量表示，則水分蒸發(fā)量可用下式計算， ( 5-16 ) 也可得出： ； ( 5-17 ) 式中L干空氣的質(zhì)量流量，kg/h；Gc濕物料中絕干物料的質(zhì)量，kg/hH1、H2進、出干燥器的濕物料的濕度，kg水/kg干空氣；X1、X2干燥前后物料的干基含水量，kg水/kg干物料；（二）干空氣消耗量由式（

30、5-17）可得干空氣的質(zhì)量： ( 5-18 )蒸發(fā)1Kg水分所消耗的干空氣量,稱為單位空氣消耗量,其單位為Kg絕干空氣/Kg水分,用L表示,則 ( 5-19)如果以H0表示空氣預(yù)熱前的濕度,而空氣經(jīng)預(yù)熱器后,其濕度不變,故H0H1,則有 ( 5-19a ) 由上可見,單位空氣消耗量僅與H2、H0有關(guān)，與路徑無關(guān)?！纠?-2】某干燥器處理濕物料量為800kg/h。要求物料干燥后含水量由30%減至4%（均為濕基）。干燥介質(zhì)為空氣，初溫為150C，相對濕度為50%，經(jīng)預(yù)熱器加熱至1200C ，試求：(a)水分蒸發(fā)量；(b)空氣消耗量、單位消耗量l；(c)如鼓風(fēng)機裝在進口處，求鼓風(fēng)機之風(fēng)量。 解：(a

31、) 水分蒸發(fā)量 (b) 空氣消耗量、單位空氣消耗量 由式（5-5）可得空氣在t0 150C,50%時的濕度00.005kg水/kg，干空氣在t2 =450 C，80%時的濕度為20.052kg水/kg干空氣，空氣通過預(yù)熱器濕度不變，即 (c)風(fēng)量 二、干燥過程的熱量衡算通過干燥系統(tǒng)的熱量衡算可以求得：（1）預(yù)熱器消耗的熱量；（2）向干燥器補充的熱量；（3）干燥過程消耗的總熱量。這些內(nèi)容可作為計算預(yù)熱器傳熱面積、加熱介質(zhì)用量、干燥器尺寸以及干燥系統(tǒng)熱效應(yīng)等依據(jù)。 圖5-16干燥器的熱量衡算（一）熱量衡算的基本方程若忽略預(yù)熱器的熱損失，對上圖預(yù)熱器列焓衡算，得：故單位時間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量為： (

32、 5-20) 再對上圖的干燥器列焓衡算，得： 為熱損失，kg/sI0、I1、I2濕空氣進、出預(yù)熱器及出干燥器的焓，kJ/kg干空氣I1、I2-濕物料的焓，kJ/kg干物料故單位時間內(nèi)向干燥器補充的熱量為： ( 5-21)聯(lián)立( 5-20 )、( 5-21)得： ( 5-22)( 5-20)、( 5-21 )及( 5-22)為連續(xù)干燥系統(tǒng)中熱量衡算的基本方程式。為了便于分析和應(yīng)用，將( 5-21)式作如下處理。假設(shè)：（1） 新鮮空氣中水氣的焓等于離開干燥器廢氣中水氣的焓，即：（2） 濕物料進出干燥器時的比熱取平均值。根據(jù)焓的定義，可寫出濕空氣進出干燥系統(tǒng)的焓為： 同理： 上兩式相減并將假設(shè)（1）

33、代入，為了簡化起見,取濕空氣的焓為，故： 或： ( 5-23 )濕物料進出干燥器的焓分別為： （焓以為基準溫度，物料基準狀態(tài)絕干物料）式中：、分別為濕物料進出、出干燥器時的比熱，分別為濕物料進入和離開干燥器時溫度，將假設(shè)（2）代入下式： ( 5-24 )將( 5-22)、( 5-23)及代入( 5-21)式得 ( 5-25 )分析( 5-25 )式可知，向干燥系統(tǒng)輸入的熱量用于：（1）加熱空氣（2）蒸發(fā)水分（3）加熱物料（4）熱損失。上述各式中的濕物料比熱可由絕干物料比熱及純水的比熱求得：即： （二）空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化干燥過程既有熱量傳遞又有質(zhì)量傳遞，情況復(fù)雜，一般根據(jù)空氣在干燥器內(nèi)焓

34、的變化，將干燥過程分為等焓過程與非等焓過程兩大類。1、等焓干燥過程等焓干燥過程又稱絕熱干燥過程，等焓干燥條件：（1）不向干燥器中補充熱量；（2）忽略干燥器的熱損失；（3）物料進出干燥器的焓值相等。 將上述假設(shè)代入式525，得： 即： 上式說明空氣通過干燥器時焓恒定，實際操作中很難實現(xiàn)這種等焓過程，故稱為理想干燥過程，但它能簡化干燥的計算，并能在圖上迅速確定空氣離開干燥器時的狀態(tài)參數(shù)。2、非等焓干燥器過程非等焓干燥器過程又稱為實際干燥過程。由于實際干燥過程不具備等焓干燥條件則非等焓過程中空氣離開干燥器時狀態(tài)點可用計算法或圖解法確定?！纠?-3】用連續(xù)干燥器干燥含水1.5%的物料9200kg/h，

35、物料進口溫度25，產(chǎn)品出口溫度34.4，含水0.2%（均為濕基），其比熱為1.84kJ/（kg·），空氣的干球溫度為26，濕球溫度為23，在預(yù)熱器加熱到95后進入干燥器，空氣離開干燥器的溫度為65，干燥器的熱損失為71900kJ/h。試求：（1）產(chǎn)品量；（2）空氣用量；（3）預(yù)熱器所需熱量。解 （1）產(chǎn)品量 則產(chǎn)品量為： G2=G1-W=9200-120=9080 kg/h（2）空氣用量 式中，, 由 t0=26，two=23，查濕度圖得：由于 其中， 在入口溫度1=25時，水的比熱cw=4.18 kJ/kg·，于是， 已知， ， ， r0=2490kJ/kg 將有關(guān)數(shù)據(jù)代

36、入式（10.44）得： 解得： H2=0.024kg水/kg干空氣故空氣用量L為： （3） 預(yù)熱器需要加入的熱量 （三）干燥系統(tǒng)的熱效率干燥過程中，蒸發(fā)水分所消耗的熱量與從外熱源所獲得的熱量之比為干燥器的熱效率。即： ( 5-22 )  式中，蒸發(fā)水分所需的熱量Q汽化可用下式計算。 ( 5-23 )  從外熱源獲得的熱量   如干燥器中空氣所放出的熱量全部用來汽化濕物料中的水分，即空氣沿絕熱冷卻線變化，則： ( 5-24 ) 且干燥器中無補充熱量，則若忽略濕比熱的變化，則干燥過程的熱效率可表示為： ( 5-25 ) 熱效率越高表示熱利

37、用率愈好，若空氣離開干燥器的溫度較低，而濕度較高，則干燥操作的熱效率高。但空氣濕度增加，使物料與空氣間的推動力下降。一般來說，對于吸水性物料的干燥，空氣出口溫度應(yīng)高些，而濕度應(yīng)低些，即相對濕度要低些。在實際干燥操作中，空氣離開干燥器的溫度需比進入干燥器時的絕熱飽和溫度高，這樣才能保證在干燥系統(tǒng)后面的設(shè)備內(nèi)不致析出水滴，否則可能使干燥產(chǎn)品返潮，且易造成管路的堵塞和設(shè)備材料的腐蝕?；顒咏ㄗh分析討論：提高熱效率有那些方法？三、干燥速率和干燥時間（一）干燥速率 干燥速率：單位時間內(nèi)在單位干燥面積上汽化的水分量W，如用微分式表示則為 ( 5-26 )式中 U干燥速率,kg/m2·h ； W汽化

38、水分量,kg A干燥面積,m2 干燥所需時間,h 而 所以 ( 5-27 )式中 c濕物料中絕對干料的量，kg X干基的含水量，kg水/kg干物料 負號表示物料含水隨著干燥時間的增加而而減少。（二）干燥曲線與干燥速率曲線 圖5-17恒定干燥條件下的干燥曲線干燥過程的計算內(nèi)容包括確定干燥操作條件，干燥時間及干燥器尺寸，為此，須求出干燥過程的干燥速率。但由于干燥機理及過程皆很復(fù)雜，直至目前研究得尚不夠充分，所以干燥速率的數(shù)據(jù)多取自實驗測定值。為了簡化影響因素，測定干燥速率的實驗是在恒定條件下進行。如用大量的空氣干燥少量的濕物料時可以認為接近于恒定干燥情況。 如圖5-17所示為干燥過程中物料含水量X

39、與干燥時間的關(guān)系曲線，此曲線稱為干燥曲線。 圖5-18所示為物料干燥u與物料含水量X關(guān)系曲線，稱為干燥速率曲線。由干燥速率曲線可以看出，干燥過程分為恒速干燥和降速干燥兩個階段。1恒速干燥階段 此階段的干燥速率如圖5-18中BC段所示。這一階段中，物料表面充滿著非結(jié)合水分，其性質(zhì)與液態(tài)純水相同。在恒定干燥條件下，物料的干燥速率保持恒定，其值不隨物料含水量多少而變。 在恒定干燥階段中，由于物料內(nèi)部水分擴散速率大于表面水分汽化速率，空氣傳給物料的熱量等于水分汽化所需的熱量。物料表面的溫度始終保持為空氣的濕球溫度，這階段干燥速率的大小，主要取決于空氣的性質(zhì)，而與濕物料的性質(zhì)關(guān)系很小。 圖中AB段為物料

40、預(yù)熱段，此段所需時間很短，干燥計算中往往忽略不計。 圖5-18恒定干燥條件下的干燥速率曲線2降速干燥階段 如圖5-18所示，干燥速率曲線的轉(zhuǎn)折點（C點）稱為臨界點，該點的干燥速率Uc。仍等于等速階段的干燥速率，與該點對應(yīng)的物料含水量，稱為臨界Xc。當(dāng)物料的含水量降到臨界含水量以下時，物料的干燥速率亦逐漸降低。 圖中所示CD段為第一降速階段，這是因為物料內(nèi)部水分擴散到表面的速率已小于表面水分在濕球溫度下的汽化速率，這時物料表面不能維持全面濕潤而形成“干區(qū)”，由于實際汽化面積減小，從而以物料全部外表面積計算的干燥速率下降。 圖中DE段稱為第二降速階段，由于水分的汽化面隨著干燥過程的進行逐漸向物料內(nèi)

41、部移動，從而使熱、質(zhì)傳遞途徑加長，阻力增大，造成干燥速率下降。到達E點后，物料的含水量已降到平衡含水量X*（即平衡水分），再繼續(xù)干燥亦不可能降低物料的含水量。 降速干燥階段的干燥速率主要決定于物料本身的結(jié)構(gòu)、形狀和大小等。而與空氣的性質(zhì)關(guān)系很小。這時空氣傳給濕物料的熱量大于水分汽化所需的熱量，故物料表面的溫度不斷上升，而最后接近于空氣的溫度。 想一想在工業(yè)實際生產(chǎn)中，物料會不會被干燥達到平衡含水量后才能出干燥器？物料干燥后的含水量指標(biāo)應(yīng)該怎樣確定？（三）恒定干燥條件下干燥時間的計算恒定干燥條件，即干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式，在整個干燥過程中均保持恒定。 在恒定干燥情況下，物料

42、從最初含水量X1干燥至最終含水量X2所需的時間1 ，可根據(jù)在相同情況下測定的如圖5-18所示的干燥速率曲線和干燥速率表達式（5-27）求取。 1恒速干燥階段 設(shè)恒速干燥階段的干燥速率為u。，根據(jù)干燥速率定義，有 1 (X1- X2) ( 5-28 )2降速干燥階段 在此階段中，物料的干燥速率U隨著物料中自由水分含量（X-X*）的變化而變化，可將從實驗測得的干燥速率曲線表示成如下的函數(shù)形式 ( 5-29 )可用圖解積分法（需具備干燥速率曲線）計算。當(dāng)缺乏物料在降速階段的干燥速率數(shù)據(jù)時，可用近似計算處理，這種近似計算法的依據(jù)，是假定在降速階段中干燥速率與物料中的自由水分含量(X-X*)成正比，即用

43、臨界點C與平衡水分點E所連結(jié)的直線CE代替降速干燥階段的干燥速率曲線。 于是，降速干燥階段所需的干燥時間為 ( 5-30 ) 【例5-4】用一間歇干燥器將一批濕物料從含水量干燥到（均為濕基），濕物料的質(zhì)量為200kg，干燥面積為0.025m2/kg干物料，裝卸時間，試確定每批物料的干燥周期。（從該物料的干燥速率曲線可知Xc=0.2 X*=0.05 Uc=1.5kg/(m2.h) ）解：絕對干物料量 干燥總面積 恒速階段 由X1=0.37至Xc=0.2降速階段 由Xc=0.2至 X*=0.05每批物料的干燥周期： 第四節(jié) 干燥操作一、干燥操作條件的確定干燥器操作條件的確定，通常需由實驗測定或可按

44、下述一般選擇原則考慮。1. 干燥介質(zhì)的選擇干燥介質(zhì)的選擇，決定于干燥過程的工藝及可利用的熱源。基本的熱源有飽和水蒸氣、液態(tài)或氣態(tài)的燃料和電能。在對流干燥介質(zhì)可采用空氣、惰性氣體、煙道氣和過熱蒸汽。當(dāng)干燥操作溫度不太高、且氧氣的存在不影響被干燥物料的性能時，可采用熱空氣作為干燥介質(zhì)。對某些易氧化的物料，或從物料中蒸發(fā)出易爆的氣體時，則宜采用惰性氣體作為干燥介質(zhì)。煙道氣適用于高溫干燥，但要求被干燥的物料不怕污染，而且不與煙氣中的SO2和CO2等氣體發(fā)生作用。由于煙道氣溫度高，故可強化干燥過程，縮短干燥時間。此外還應(yīng)考慮介質(zhì)的經(jīng)濟性及來源。2. 流動方式的選擇在逆流操作中，物料移動方向和介質(zhì)的流動方

45、向相反，整個干燥過程中的干燥推動力較均勻，適用于：（1）物料含水量高時，不允許采用快速干燥的場合；（2）耐高溫的物料；（3）要求干燥產(chǎn)品的含水量很低時。在錯流操作中，干燥介質(zhì)與物料間運動方向互相垂直。各個位置上的物料都與高溫、低濕的介質(zhì)相接觸，因此干燥推動力比較大，又可采用較高的氣體速度，所以干燥速度很高，適用于：（1）無論在高或低的含水量時，都可以進行快速干燥的場合；（2）耐高溫的物料；（3）因阻力大或干燥器構(gòu)造的要求不適宜采用并流或逆流操作的場合。3. 干燥介質(zhì)進入干燥器時的溫度為了強化干燥過程和提高經(jīng)濟效益，干燥介質(zhì)的進口溫度宜保持在物料允許的最高溫度范圍內(nèi)，但也應(yīng)考慮避免物料發(fā)生變色、

46、分解等理化變化。對于同一種物料，允許的介質(zhì)進口溫度隨干燥器型式不同而異。例如，在廂式干燥器中，由于物料是靜止的，因此應(yīng)選用較低的介質(zhì)進口溫度；在轉(zhuǎn)筒、沸騰、氣流等干燥器中，由于物料不斷地翻動，致使干燥溫度較高、較均勻、速度快、時間短，因此介質(zhì)進口溫度可高些。4. 干燥介質(zhì)離開干燥器時的相對濕度和溫度增高干燥介質(zhì)離開干燥器的相對濕度2，以減少空氣消耗量及傳熱量，即可降低操作費用；但因2增大，也就是介質(zhì)中水氣的分壓增高，使干燥過程的平均推動力下降，為了保持相同的干燥能力，就需增大干燥器的尺寸，即加大了投資費用。所以，最適宜的2值應(yīng)通過經(jīng)濟衡算來決定。對于同一種物料，若所選的干燥器的類型不同，適宜的

47、2值也不同。例如，對氣流干燥器，由于物料在器內(nèi)的停留時間很短，就要求有較大的推動力以提高干燥速率，因此一般離開干燥器的氣體中水蒸汽分壓需低于出口物料表面水蒸氣分壓的50%80%。對于某些干燥器，要求保證一定的空氣速度，因此考慮氣量和2的關(guān)系，即為了滿足較大氣速的要求，可使用較多的空氣量而減少2值。干燥介質(zhì)離開干燥器的溫度t2與2應(yīng)同時予以考慮。若t2降低，而2又較高，此時濕空氣可能會在干燥器后面的設(shè)備和管路中析出水滴，因此破壞了干燥的正常操作。對氣流干燥器，一般要求t2較物料出口溫度1030，或t2較入口氣體的絕熱飽和溫度高2050。5. 物料離開干燥器時的溫度物料出口溫度2與很多因素有關(guān)，但

48、主要取決與物料的臨界含水量Xc及干燥第二階段的傳質(zhì)系數(shù)。Xc值愈低，物料出口溫度2也愈低；傳質(zhì)系數(shù)愈高，2愈低。二、典型干燥器的操作根據(jù)被干燥物料的形、狀物理性質(zhì)、熱能的來源、以及操作的自動化程度，可使用不同類型的干燥設(shè)備。（一） 流化干燥器的操作1.開爐前首先檢查送風(fēng)機和引風(fēng)機，檢查其有無摩擦和碰撞聲，軸承的潤滑油是否充足，風(fēng)壓是否正常。2.對流化干燥器投料前應(yīng)先打開加熱器疏水閥、風(fēng)箱室的排水閥和爐底的放空閥，然后漸漸開大蒸汽閥門進行烤爐，除去爐內(nèi)濕氣，直到爐內(nèi)石子和爐壁達到規(guī)定的溫度結(jié)束烤爐操作。3.停下送風(fēng)機和引風(fēng)機，敞開人空孔，向爐內(nèi)鋪撒物料，料層高度約250mm，此時已完成開爐的準備

49、工作。4.再次開動送風(fēng)機和引風(fēng)機，關(guān)閉有關(guān)閥門，向爐內(nèi)送熱風(fēng)，并開動給料機拋撒潮濕物料，要求進料由少漸多，物料分布均勻。5.根據(jù)進料量，調(diào)節(jié)風(fēng)量和熱風(fēng)溫度，保證成品干濕度合格。6.經(jīng)常檢查卸出的物料有無結(jié)塊，觀察爐內(nèi)物料面的沸騰情況，調(diào)節(jié)各風(fēng)箱室的進風(fēng)量和風(fēng)壓大小。7.經(jīng)常檢查風(fēng)機的軸承溫度、機身有無振動以及風(fēng)道有無漏風(fēng)，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。8.經(jīng)常檢查引風(fēng)機出口帶料情況和尾氣管線副食程度，問題嚴重應(yīng)及時解決。(二)噴霧干燥設(shè)備的操作1. 噴霧干燥設(shè)備包括數(shù)臺不同化工和設(shè)備，因此，在投產(chǎn)前應(yīng)做好如下準備工作。a.檢查供料泵、霧化氣、送風(fēng)機是否運轉(zhuǎn)正常；b.檢查蒸汽、溶液閥門是否靈活好用，各管路是

50、否暢通；c.清理塔內(nèi)積料和雜物，鏟除壁掛疤；d.排除加熱器和管路中積水，并進行預(yù)熱，然后向塔內(nèi)送熱風(fēng)；e.清洗霧化器，達到流道暢通。2.啟動供料泵向霧化器輸送溶液時，觀察壓力大小和輸送量，以保證霧化器的需要。3.經(jīng)常檢查、調(diào)節(jié)霧化器噴嘴的位置和轉(zhuǎn)速，確保霧化顆粒大小合格。4.經(jīng)常查看和調(diào)節(jié)干燥塔負壓數(shù)值，一般控制在100300Pa。5.定時巡回檢查各轉(zhuǎn)動設(shè)備的軸承溫度和潤滑情況，檢查其運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，有無摩擦和撞擊聲。6. 檢查各種管路與閥門是否泄漏，各轉(zhuǎn)動設(shè)備的密封裝置是否泄漏，做到及時調(diào)整。 技能訓(xùn)練 干燥操作訓(xùn)練一、訓(xùn)練目標(biāo)1了解氣流常壓干燥設(shè)備的基本流程和工作原理。 2測定濕物料(紙板或其它)在恒定干燥工況下不同時刻的含水量。3.掌握干燥操作方法。二、訓(xùn)練準備1.濕物料的干基含水量：不含水分的物料通常稱為絕對干料.濕物料中