化工原理之固體干燥概述

第七章固體干燥第一節(jié)概述第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)與濕度圖第五節(jié)干燥設(shè)備第三節(jié)干燥過程的物料衡算和熱量衡算第四節(jié)物料的平衡含水量與干燥速率12/8/20221第一節(jié)概述一、固體物料去濕方法二、濕物料的干燥方法三、對(duì)流干燥過程的傳熱與傳質(zhì)12/8/20222去濕:濕分從物料中去除的過程。去濕的方法:機(jī)械去濕去濕目的:1）工藝要求；2）貯存；3）運(yùn)輸。物理去濕加熱去濕（干燥）一、固體物料去濕方法二、濕物料的干燥方法（1）熱傳導(dǎo)干燥法12/8/20223（2）對(duì)流傳熱干燥法（3）紅外線輻射干燥法（4）微波加熱干燥法（5）冷凍干燥法干燥過程的分類：常壓干燥真空干燥按操作壓力分12/8/20224連續(xù)式間歇式按操作方式分傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）對(duì)流干燥（直接加熱干燥）輻射干燥介電加熱干燥按供熱方式分12/8/202251.傳熱、傳質(zhì)同時(shí)，但方向相反；2.介質(zhì)是熱載體，有是濕載體。1-鼓風(fēng)機(jī)；2-預(yù)熱器；3-氣流干燥管；4-加料斗；5-螺旋加料器；6-旋風(fēng)分離器；7-卸料閥；8-引風(fēng)機(jī)。三、對(duì)流干燥過程的傳熱與傳質(zhì)HtQWtippiM干燥過程進(jìn)行必要條件：1.物料表面水汽壓力大于干燥介質(zhì)中水汽分壓；2.干燥介質(zhì)要將汽化的水分及時(shí)帶走。12/8/20226第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)與濕度圖一、濕空氣的性質(zhì)二、濕空氣的濕度圖及其應(yīng)用12/8/20227一、濕空氣的性質(zhì)（一）濕空氣中濕含量的表示方法1.濕空氣中水汽分壓pV2.相對(duì)濕度φ定義：一定T、P，pV與同溫度下pS之比的百分?jǐn)?shù)。12/8/202283.濕度（濕含量）H定義：1kg干空氣所攜帶的水汽質(zhì)量。H

=Kg水汽Kg干空氣=nVMVng

Mg=18.02nV28.95ng飽和空氣，pV=ps，φ=1，不可作為干燥介質(zhì)；不飽和空氣，pV<ps，φ<1，可作為干燥介質(zhì)。12/8/20229當(dāng)P為一定值時(shí)，pV=ps時(shí)，H=Hs即：H與φ的關(guān)系：H表示空氣中水汽含量的絕對(duì)值，而φ反映濕空氣水氣含量的相對(duì)大小，不飽和程度，吸收水汽的能力，φ

↓→能力↑。12/8/202210（二））濕空空氣的的比體體積、、比熱熱容和和焓1.濕濕空氣氣的比比體積積υH[m3濕空氣氣/kg干干氣]定義：：1kg絕絕干空空氣為為基準(zhǔn)準(zhǔn)，濕濕空氣氣的總總體積積。12/6/202211P一定定，2.濕濕空氣氣的比比熱容容cH定義：：在常常壓下下，將將1kg干干空氣氣和其其所帶帶有的的Hkg水水汽升高高溫度度1K所需需的熱熱量。。[kJ/kg干干氣??K]3.濕濕空氣氣的焓焓I[kJ/kg干干氣]12/6/202212定義：：濕空空氣的的焓為為干空空氣的的焓與與水汽汽的焓焓之和和。（三））濕空空氣的的溫度度t：是用用普通通溫度度計(jì)測測得的的濕空空氣的的真實(shí)實(shí)溫度度。1.干干球溫溫度t12/6/202213定義：：一定定壓力力，不不飽和和空氣氣等濕降溫至至飽和和的溫溫度。。pS：td下的飽飽和蒸蒸汽壓壓。2.露露點(diǎn)tdtw:濕球溫溫度計(jì)計(jì)在空空氣中中所達(dá)達(dá)到的平平衡或或穩(wěn)定定的溫溫度。。3.濕濕球溫溫度tw氣流ttw12/6/202214濕球溫溫度計(jì)計(jì)工作作原理理α、kHu0.8，α與kH之比與物性有關(guān)。討論：1）物系一一定，，空氣—水系統(tǒng)，u5m/s：QN對(duì)流傳傳熱kH氣體t,H氣膜對(duì)流傳傳質(zhì)液滴表表面tw,Hw12/6/2022152）飽飽和空空氣：：tw=t；3）不不飽和和空氣氣：tw<t。測定tw的意義義：1））測定定H；；2）確確定物物料表表面的的溫度度。4.絕絕熱熱飽和和溫度度tas定義：：空氣氣絕熱熱增濕濕至飽飽和時(shí)時(shí)的溫溫度。。12/6/202216空氣變化化過程：：1）t↓；2)H↑；3））I不變。12/6/202217tw與tas的關(guān)系：：tw：大量空氣氣與少量量水接觸觸，空氣氣t、H的不變；；tas：大量水水與一定定量空氣氣接觸，，空氣降降溫、增增濕。

tw與tas數(shù)值上的的差異取取決于α/kH與cH兩者之間間的差別別。tw：傳熱與與傳質(zhì)速速率均衡衡結(jié)果，，屬動(dòng)平平衡；tas：熱量衡衡算與物物料衡算算導(dǎo)出，，屬靜平平衡。

，空氣—水體系：空氣—甲苯體系：，twtas12/6/202218當(dāng)空氣為為不飽和和狀態(tài)：：ttw(tas)td；當(dāng)空氣為為飽和狀狀態(tài)：t=tw(tas)=td。P一定，，F(xiàn)=2，兩個(gè)個(gè)獨(dú)立參參數(shù)確定定空氣狀狀態(tài)、性性質(zhì)。二、濕空空氣的焓焓濕圖及及其應(yīng)用用12/6/202219（一）I-H圖的構(gòu)造造坐標(biāo)；5根線。。等濕線等焓線等溫線等相對(duì)濕度線p-H線線12/6/202220（二）焓濕圖的的應(yīng)用1.已知知兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，定定空氣狀狀態(tài)點(diǎn)，，求其它它性能參參數(shù)例1已已知知t=30℃℃，=60%求求：H、td、tast=30AH=0.016kg/kg干干氣Dtd=21等焓線Ctas=2312/6/202221例2已已知知t、tW，定狀態(tài)。。A12/6/202222例3已已知知t、td，定狀態(tài)。。tdA12/6/202223第三節(jié)干干燥過過程的物物料衡算算和熱量量衡算一、干燥燥過程的的物料衡衡算二、干燥燥過程的的熱量衡衡算12/6/202224（一）物料料中含水量量表示方法法（1）濕基基含水量w[kg水/kg濕物物料]一、干燥過過程的物料料衡算（2）干基含水量量X[kg水/kg干物物料]12/6/202225（3）兩者者關(guān)系（二）物物料衡衡算濕物料L1,w1干燥產(chǎn)品L2,w2熱空氣G,H1濕廢氣體G,H2（1）干燥燥產(chǎn)品流量量L2（2）水分分蒸發(fā)量W12/6/202226（3））空空氣氣消消耗耗量量12/6/202227二、、干干燥燥過過程程的的熱熱量量衡衡算算濕物物料料L1,X1,1,I1’干燥燥產(chǎn)產(chǎn)品品L2,X2,2,I2’熱氣氣體體G,H1,t1,I1濕廢廢氣氣體體G,H2,t2,I2濕氣氣體體G,H0,t0,I0QpQDQL預(yù)熱熱器器干燥器12/6/202228（1））預(yù)熱熱器的的加熱熱量（2））干燥燥器的的熱量量衡算算12/6/202229第四節(jié)物物料的平衡衡含水量一、物料的的干燥實(shí)驗(yàn)驗(yàn)曲線二、物料的的平衡含水水量曲線三、恒定干干燥條件下下的干燥速速率與干燥燥時(shí)間12/6/202230一、物料的的干燥實(shí)驗(yàn)驗(yàn)曲線（一）干燥燥實(shí)驗(yàn)曲線線A濕含量XXctwDCBADCBtX*物料表面溫溫度干燥時(shí)間預(yù)熱段恒速段降速段干燥曲線：：X、與的關(guān)系曲線線。空氣溫度濕度流速與物料接觸觸狀況恒定干燥條條件：12/6/2022312.恒速速干燥段段：物料溫溫度恒定定在tw，X~呈直線，，氣體傳傳給物料料熱量全全部用于于濕份汽汽化。1.預(yù)熱熱段：物料升升溫，X變化不大大。3.降速速干燥段段：物料開開始升溫溫，X變化減慢慢，氣體體傳給物物料的熱熱量僅部部分用于于濕份汽汽化，其其余用于于物料升升溫，當(dāng)當(dāng)X=X*，=t。（二）干干燥過程程的三階階段12/6/202232二、物料料的平衡衡含水量量曲線（一）物物料的平平衡含水水量曲線線平衡水分分（X*）：不能用干干燥方法法除去的的水分。。X*=f（物料種種類、空空氣性質(zhì)質(zhì)）吸水性弱弱的小12/6/202233（二）自自由水分分與平衡衡水分自由水分分（X－X*）:可用用干燥方方法除去去的水分分。(三)結(jié)結(jié)合水水分與非非結(jié)合水水分結(jié)合水分分——水水與物料料有結(jié)合合力，pw<ps。非結(jié)合水水分——水水與物料料無結(jié)合合力，pw＝ps。12/6/2022341）結(jié)合水分分與非結(jié)合水水分只與物料料的性質(zhì)有關(guān)關(guān)，而與空氣氣的狀態(tài)無關(guān)關(guān)，這是與平平衡水分的主主要區(qū)別。2）平衡水分分是指定空氣氣，干燥的極極限，與空氣和物料料有關(guān)，且一一定是結(jié)合水水分。注意：3）X低，φ高，可能吸濕濕。12/6/202235三、恒定干燥燥條件下的干干燥速率與干干燥時(shí)間干燥速率:單位時(shí)間、單單位干燥面積積汽化水分量量。[kg水/m2?s]（一）間歇干干燥過程和干干燥速率曲線線12/6/202236ABC段：恒恒速干燥階段段AB段：預(yù)熱熱段BC段：恒速速段CDE段：降降速干燥階段段C點(diǎn)：臨界點(diǎn)點(diǎn)XC：臨界含水量量E點(diǎn)：平衡點(diǎn)點(diǎn)X*：平衡水分12/6/202237（二）恒速速干燥階段段[kg水/m2?s]——恒速干干燥速率物料表面濕濕潤，X>Xc，汽化的是是非結(jié)合水水分。12/6/202238恒速干燥特特點(diǎn)：1.影響響u的主要因素素：t、H、u、空氣與物料料接觸方式式1.u＝uC＝const.2.物料料表面溫度度為tw；3.去除除的水分為為非結(jié)合水水分；4.uC——干燥條件決決定，表面面汽化控制制；uC的來源：（1）由干燥速率率曲線查得得2.恒恒速階段干干燥時(shí)間計(jì)計(jì)算12/6/202239（三）降速速階段1.影響響u的因素：2.降降速階段干干燥時(shí)間計(jì)計(jì)算實(shí)際汽化表表面減?。ǎ–D，除除非結(jié)合、、結(jié)合水分分）汽化面向內(nèi)內(nèi)部移動(dòng)（（DE，除除結(jié)合水分分）u因素：與物物料性質(zhì)、、結(jié)構(gòu)、尺尺寸、形狀狀、堆積厚厚度有關(guān)，，與空氣狀狀態(tài)關(guān)系不不大。12/6/202240方法法：：（1））圖圖解解積積分分法法（2））解解析析計(jì)計(jì)算算法法X*XCuCX212/6/202241總干干燥燥時(shí)時(shí)間間：：當(dāng)X*=0時(shí)時(shí)，，12/6/202242（四）臨臨界含水水量XC1.吸吸水性強(qiáng)強(qiáng)的物料料XC>吸水性性弱的物物料XC2.物物料層越越薄、分分散越細(xì)細(xì)，XC越低3.干干燥條件件：t↑,H,u↑。uC越大，XC越高。X12/6/202243二、干干燥的選選用第五節(jié)干干燥設(shè)設(shè)備一、常常用對(duì)流流干燥器器簡介12/6/202244一、常用用對(duì)流干干燥器簡簡介（一）廂式干燥燥器(盤盤架式干干燥器)小型的稱稱為烘箱箱，大型型的稱為為烘房，，可同時(shí)時(shí)處理多多種物料料。通常常在常壓壓或真空空下間歇歇操作。。廂內(nèi)設(shè)設(shè)有支架架，濕物物料放在在矩形淺淺盤內(nèi)，，或懸掛掛在支架架上(板板狀物料料)，空空氣經(jīng)加加熱器預(yù)預(yù)熱并均均勻分配配后，平平行掠過過物料表表面，離離開物料料表面的的濕廢氣氣體，部部分排空空，部分分循環(huán)，，與新鮮鮮空氣混混合后用用作干燥燥介質(zhì)。。12/6/202245優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單單，裝裝卸靈靈活、、方便便，適適應(yīng)性性強(qiáng)，，適用用于小小批量量、多多品種種物料料的干干燥；；缺點(diǎn)：：分散差差，勞勞動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度大大，干干燥時(shí)時(shí)間長長，設(shè)設(shè)備體體積大大。12/6/202246（二））轉(zhuǎn)筒筒式干干燥器器主體:沿軸軸向裝裝抄板板圓筒筒,略略傾斜斜，齒齒輪機(jī)機(jī)構(gòu)驅(qū)驅(qū)動(dòng)作作旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)；物物料由由轉(zhuǎn)筒筒較高高一端端送，，由較較低端端出，，熱風(fēng)風(fēng)由轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒低低端入入，由由高端端出，，氣固固兩相相呈逆逆流接接觸；；隨著著圓筒筒旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，物物料被被炒板板抄起起然后后灑下下，改改善傳傳熱傳傳質(zhì)，，提高高干燥燥速率率；物物料濕濕含量量較低低，產(chǎn)產(chǎn)品能能承受受高溫溫，宜宜采用用逆流流干燥燥。物物料濕濕含量量較高高、產(chǎn)產(chǎn)品濕濕含量量不是是很低低的場場合宜宜采用用并流流干燥燥。12/6/202247特點(diǎn):國內(nèi)現(xiàn)現(xiàn)有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒干干燥器器的直直徑一一般為為0.5-3m，長長度為為2-27m，長長徑比比為4-10，，物料料在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒內(nèi)內(nèi)的裝裝填量量約為為筒體體容積積的8-13%，物物料沿沿轉(zhuǎn)筒筒軸向向前進(jìn)進(jìn)的速速度為為0.01-0.08m/s，其其停留留時(shí)間間一般般為1h左左右。。(1)機(jī)機(jī)械化化程度度較高高，生生產(chǎn)能能力較較大；；(2)干干燥介介質(zhì)通通過轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒的的阻力力較小小；(3)對(duì)對(duì)物料料的適適應(yīng)性性較強(qiáng)強(qiáng)，操操作穩(wěn)穩(wěn)定方方便，，運(yùn)行行費(fèi)用用較低低；(4)裝裝置比比較笨笨重，，金屬屬耗材材多，，傳動(dòng)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜雜，維維修量量較大大；(5)設(shè)設(shè)備投投資高高，占占地面面積大大。12/6/202248（三））流化床床干燥燥器加料口口加入入，熱熱氣體體穿過過流化化床底底部多多孔分分布板板，形形成許許多小小氣流流射入入物料料層。。氣速速控制制，形形成沸沸騰狀狀流化化床。。產(chǎn)品品經(jīng)床床側(cè)出出料管管卸出出，濕濕廢氣氣體由由引風(fēng)風(fēng)機(jī)從從床層層頂部部抽出出排空空，旋旋風(fēng)分分離器器分離離所夾夾帶少少量細(xì)細(xì)微粉粉。單層流流化床床干燥燥器12/6/202249固體在每一一層完全混混合，但層層與層之間間不相混。。改善了物物料停留時(shí)時(shí)間的分布布，層數(shù)越越多，產(chǎn)品品濕含量愈愈均勻。國國內(nèi)使用五五層流化床床干燥滌綸綸切片，效效果很好。。氣固兩相逆逆流流動(dòng)，，有利于降降低產(chǎn)品的的濕含量，，且可使熱熱量的利用用更加充分分。多層流化床床特別適合合于產(chǎn)品濕濕含量較低低、冷物料料不能承受受強(qiáng)烈干燥燥而干物料料可以耐高高溫的場合合。多層床其結(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，，氣體的流流動(dòng)阻力也也較大，因因而限制了了多層流化化床的應(yīng)用用。多層流化床床干燥器主要問題：：控制物料料順利流至至下一層的的量，且不不使氣體沿沿溢流管短短路跑掉。。在應(yīng)用中中常因操作作不當(dāng)而不不能正常生生產(chǎn)。12/6/202250臥式多室流化化床干燥器床為矩形截面面，用擋板將將床分為多個(gè)個(gè)室，擋板與與氣體分布板板間有間隙使使物料逐室通通過。最后一一室通入冷空空氣。特點(diǎn)：產(chǎn)品含水量量均勻；各室室氣溫和流量量可調(diào)節(jié)，熱熱量利用充分分；物料和氣氣體錯(cuò)流，流流動(dòng)阻力小，，動(dòng)力消耗少少；最后一室室冷卻便于包包裝。12/6/202251（四）氣流干燥器特點(diǎn)：(1)干燥燥速度快，兩兩傳熱傳質(zhì)面面積。熱氣體體速度高,相相對(duì)速度很很大，體積小小。(2)并流流，使用高溫溫氣體作為干干燥介質(zhì)不會(huì)會(huì)燒壞物料。。(3)時(shí)間間短，氣流干干燥又稱為快快速干燥或閃閃蒸干燥，特特別適合于熱熱敏性物料干干燥。(4)物料料呈活塞流流流動(dòng)，干燥產(chǎn)產(chǎn)品濕含量均均勻。(5)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單，投資資少，占地面面積小，操作作方便，性能能穩(wěn)定，維修修量小。12/6/202252問題：(1)物料料停留時(shí)間短短，只適合于于干燥非結(jié)合合水分的干燥燥，故常被用用作物料的預(yù)預(yù)干燥；(2)顆粒粒破碎現(xiàn)象比比較嚴(yán)重，顆顆粒之間以及及顆粒與器壁壁之間的碰撞撞與摩擦。故故不適合于干干燥晶形不允允許破壞的物物料；(3)氣固固兩相分離任任務(wù)很重，固固體產(chǎn)品的放放空損失較大大，粉料排空空對(duì)環(huán)境造成成一定污染；；(4)氣固固兩相接觸時(shí)時(shí)間短，傳熱熱不充分，氣氣體放空損失失大，熱效率率較低；(5)氣體體通過干燥系系統(tǒng)的流動(dòng)阻阻力較大，因因而風(fēng)機(jī)的動(dòng)動(dòng)力消耗較高高，故總能耗耗較高。12/6/202253（五）噴霧干燥器用于干燥溶液液、漿液或懸懸浮液。液狀狀物料由霧化化器噴成霧狀狀細(xì)滴并分散散于熱氣流中中，使水分迅迅速汽化而獲獲得微粒狀干干燥產(chǎn)品。霧滴直徑為30~60m，每升料液液100~600m2的蒸發(fā)面積，，需干燥時(shí)間間很短（約為為5~30s）。特別適合于干干燥熱敏性物物料，如牛奶奶、蛋制品、、血漿、洗衣衣粉、抗菌素素、酵母和染染料等。12/6/202254霧化器器氣流式式霧化化器：壓縮縮空氣氣在噴噴嘴處處達(dá)到到音速速并形形成很很低的的壓力力，抽抽送料料液由由噴嘴嘴成霧霧狀噴噴出。?？芍浦苽淞Ａ叫⌒∮?m的的微細(xì)細(xì)顆粒粒，能能處理理粘度度較大大的料料液，，但動(dòng)動(dòng)力消消耗較較大，，裝置置的生生產(chǎn)能能力較較小。。料液空氣軸料液離心式式霧化化器：：料液送送入一一高速速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的裝裝有放放射形形葉片片的圓圓盤中中央，，在離離心力力作用用下加加速從從周邊邊呈霧霧狀灑灑出。。操作簡簡單，，適應(yīng)應(yīng)能力力強(qiáng)，，彈性性大，，粒徑徑均勻勻。特特別適適合于于固相相含量量較高高液體體。干干燥器器直徑徑較大大，霧霧化器器加工工難度度大