化工單元操作過(guò)程第9章干燥.ppt

1、化工單元操作過(guò)程,第9章 干燥,解忠勇2011年8月,本章培訓(xùn)目標(biāo),1.熟知濕空氣性質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和濕物料中水分的性質(zhì)。 2.掌握干燥操作的基本原理及操作過(guò)程。 3.知道干燥速率的主要影響因素，會(huì)對(duì)干燥器進(jìn)行物料衡算。 4.了解工業(yè)上常用干燥器的結(jié)構(gòu)和工作原理，會(huì)正確操作和維護(hù)設(shè)備。 5.了解干燥過(guò)程的節(jié)能措施。,9.1 概述,干燥是利用熱能除去固體物料中濕分的單元操作。 一、物料的去濕方法 1、機(jī)械去濕法：如壓濾、抽吸、離心分離、過(guò)濾等。 優(yōu)點(diǎn)：能量低；缺點(diǎn)：去濕不完全。 2、化學(xué)去濕法：如用生石灰、濃硫酸等吸濕來(lái)除去水分。 優(yōu)點(diǎn)：去濕完全；缺點(diǎn)：費(fèi)用高，操作麻煩。 3、熱能去濕法：用熱能使物

2、料中的濕分汽化，移除蒸汽以除去濕分。 優(yōu)點(diǎn)：去濕較完全；缺點(diǎn)：能耗高。 在化工生產(chǎn)過(guò)程中，常常是兩種方法一起使用，當(dāng)物料中的濕分較多時(shí)，采用機(jī)械去濕法，然后用熱能去濕法進(jìn)一步除去濕分，這樣既可減少能耗，又可以滿足生產(chǎn)的要求。,9.1.1干燥過(guò)程的分類(lèi),1、按操作方式分： 連續(xù)式干燥 間歇式干燥 2、按操作壓力分： 常壓干燥 真空干燥 3、按給濕物料提供熱能的方式分： 對(duì)流干燥：（直接加熱干燥）：將熱能以對(duì)流的方式傳給與其直接接觸的濕物料。特點(diǎn)：熱能利用率比傳導(dǎo)干燥低。 傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）：將熱能以傳導(dǎo)的方式通過(guò)金屬壁面?zhèn)鹘o濕物料。特點(diǎn)：熱能利用率高。 輻射干燥：熱能以電磁波的形式由輻射器

3、發(fā)射，射至濕物料表面被其吸收再轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?介電加熱干燥：將需要干燥的物料置于高頻電場(chǎng)的交變作用使物料加熱而達(dá)到干燥。,9.1.2對(duì)流干燥過(guò)程 1、對(duì)流干燥的流程,物料表面溫度i低于氣相主體溫度t，因此熱量以對(duì)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(gè)傳熱過(guò)程；固體表面處水氣壓 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(kuò)散，這是一個(gè)傳質(zhì)過(guò)程?？梢?jiàn)對(duì)流干燥過(guò)程是傳質(zhì)和傳熱同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程 。,干燥速率既和傳熱速率有關(guān)，又和傳質(zhì)速率有關(guān)，干燥過(guò)程中，干燥介質(zhì)既是載熱體又是載濕體。 干燥過(guò)程得以進(jìn)行的條件是表面氣膜兩側(cè)必須有壓力差，即干燥物料表面所產(chǎn)生的水蒸汽壓力必須大于干燥介

4、質(zhì)（空氣）中水蒸汽分壓。,濕物料,t（空氣主體溫度,tw,ps,pw空氣的水蒸汽分壓,Q空氣傳給物料的熱量,W由物料中汽化的水分,氣膜有效厚度,物料表面溫度,物料表面的水蒸汽壓力,9.2 濕空氣的性質(zhì)和濕物料的性質(zhì),濕空氣：干空氣和水蒸汽的混合物，這種混合物稱濕空氣。 9.2.1 濕空氣的狀態(tài)參數(shù) （1）濕空氣的壓力 干燥操作通常是在常壓或減壓下下進(jìn)行的，壓力較低，可以把濕空氣視為理想氣體。 根據(jù)分壓定律，濕空氣的總壓力P等于絕干空氣的分壓 P氣和水蒸氣的分壓P水之和。濕空氣中水蒸汽和絕干空氣的摩爾數(shù)之比等于其分壓之比，即： n水、n氣：濕空氣中水蒸汽和絕干空氣的物質(zhì)的量，kmol,2、濕度H

5、 定義：濕空氣中單位質(zhì)量絕干空氣所帶有的水蒸汽的質(zhì)量，或濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕干空氣質(zhì)量之比值。 即：,理想氣體：摩爾數(shù)之比=壓力之比，則：,P一定 ：,3、相對(duì)濕度百分?jǐn)?shù) 定義：在一定的總壓下，濕空氣中水蒸汽分壓p與同溫度下水的飽和蒸汽壓pS之比的百分?jǐn)?shù)，稱為相對(duì)濕度百分?jǐn)?shù)，簡(jiǎn)稱相對(duì)濕度。,T一定,越小，空氣距飽和程度越遠(yuǎn)，吸水能力越強(qiáng)。,（4）、溫度 tW 干球溫度：普通溫度計(jì)測(cè)得的溫度，空氣的真實(shí)溫度。 濕球溫度計(jì)：用保持濕潤(rùn)的紗布將溫度計(jì)的感溫部分包起來(lái)，這種溫度計(jì)稱濕球溫度計(jì)。 濕球溫度 tW：將濕球溫度計(jì)置于一定的溫度和濕度的濕空氣中，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所顯示的溫度為濕空氣的。濕球溫

6、度 tW。 濕球原理： 測(cè)量剛開(kāi)始時(shí)，設(shè)紗布中水分的溫度與空氣的溫度相同。 HHS傳質(zhì) tWtwt傳熱達(dá)到平衡。,露點(diǎn)td 定義：將不飽和的濕空氣等濕冷卻至飽和狀態(tài)，此時(shí)的溫度稱為該濕空氣初始狀態(tài)的露點(diǎn)。相應(yīng)的濕度為飽和濕度Hs,td,其數(shù)值等于此濕空氣的溫度H。,對(duì)于不飽和濕空氣 ttWtd 飽和濕空氣 t=tW=td,絕熱飽和溫度tas 定義：空氣達(dá)到絕熱飽和時(shí)所顯示的溫度。 設(shè)進(jìn)入和離開(kāi)絕熱飽和器的濕空氣的焓值分別為1和2，則: 1 = cHt +Hr0 = (1.01 +1.88H)t +Hr0 2= cH,ast as+Hasr0 = (1.01 +1.88Has)tas +Hasr

7、0 cH=(1.01 +1.88H) (1.01 +1.88Has） cHt +Hr0 cH,ast +Hasr0,對(duì)于空氣水蒸汽系統(tǒng)，當(dāng)空氣流速較高時(shí)，1/cH值與kH/a值甚為接近，故tastw,9.2.2 濕物料的性質(zhì),對(duì)于物料的去濕過(guò)程經(jīng)歷了兩步：首先是水分從物料內(nèi)部遷移至表面，然后再由表面汽化而進(jìn)入空氣主體。故干燥速率不僅取決于空氣的性質(zhì)及干燥操作條件，而且還與物料中所含水分的性質(zhì)有關(guān)。 （1）平衡水分和自由水分 根據(jù)物料在一定干燥條件下，其所含水分能否用干燥的方法除去來(lái)劃分，可分為平衡水分與自由水分。 平衡水分：等于或小于平衡含水量，無(wú)法用相應(yīng)空氣所干燥的那部分水分。 自由水分：濕

8、物料中大于平衡含水量，有可能被該濕空氣干燥除去的那部分水分。,（2）結(jié)合水分和非結(jié)合水分 根據(jù)物料與水分結(jié)合力的狀況，可分為結(jié)合水分和非結(jié)合水分。 結(jié)合水分：凡濕物料的含水量小于Xs的那部分水分稱為結(jié)合水分。此時(shí), 其蒸汽壓都小于同溫度下純水的飽和蒸汽壓。 非結(jié)合水分：含水量超過(guò)Xs的那部分水分稱為非結(jié)合水分。此時(shí)，濕物料中的水分的蒸汽壓等于同溫度下純水的飽和蒸汽壓。,9.3 干燥速率與干燥過(guò)程物料衡算,干燥速率的大小直接影響到物料干燥所需要的時(shí)間，所以干燥速率是影響干燥操作的重要條件。 某物料在恒定干燥條件下干燥，可用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定干燥曲線及干燥速率曲線。 恒定干燥條件：指干燥過(guò)程中空氣的濕度

9、、溫度、速度以及與濕物料的接觸狀況都不變。,9.3.1 干燥速率及其影響因素,（1）干燥速率和干燥速率曲線 所謂干燥速率指單位時(shí)間、單位干燥面積汽化的水分量。,（2）干燥速率的影響因素 物料的性質(zhì)和形狀 物料的溫度 物料的含水量 干燥介質(zhì)的溫度和濕度 干燥介質(zhì)的流速和流向 干燥器的構(gòu)造,9.3.2 干燥過(guò)程物料衡算 （1）物料含水量的表示方法 濕基含水量,干基含水量,水分蒸發(fā)量 單位時(shí)間內(nèi)從濕物料中除去水分 的質(zhì)量稱為蒸發(fā)量，以W表示，單位為kg/s. 空氣消耗量 每蒸發(fā)1kg的水分所消耗的干空氣量稱為單位空氣消耗量，用l表示。,9.4干燥設(shè)備及其操作,9.4.1干燥的操作方式介紹 （1）干燥

10、介質(zhì)中間加熱的空氣干燥 （2）干燥介質(zhì)部分循環(huán)的空氣干燥 （3）真空干燥 （4）返料干燥 （5）冷凍干燥（升華干燥） （6）高頻干燥 （7）紅外線干燥,9.4.2常用干燥器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),干燥器的要求 （1）能保證產(chǎn)品的工藝要求，如能達(dá)到指定的干燥程度，干燥質(zhì)量均勻等。 （2）干燥速度快，以減小設(shè)備尺寸，縮短干燥時(shí)間。 （3）熱效率高。 （4）干燥系統(tǒng)的流體阻力小，以降低輸送機(jī)械的能量消耗。 （5）操作控制方便，勞動(dòng)條件良好，附屬設(shè)備簡(jiǎn)單。,類(lèi) 型干 燥 器,干燥器的分類(lèi),常用對(duì)流式干燥器,廂式干燥器的優(yōu)點(diǎn)： 構(gòu)造簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少； 適應(yīng)性強(qiáng)，物料損失小，盤(pán)易清洗。 尤其適用于需要經(jīng)常更換產(chǎn)品、

11、小批量物料的干燥。,物料得不到分散，干燥時(shí)間長(zhǎng)； 若物料量大，所需的設(shè)備容積也大； 工人勞動(dòng)強(qiáng)度大； 熱利用率低； 產(chǎn)品質(zhì)量不均勻。, 廂式干燥器的主要缺點(diǎn)：,（2）氣流式干燥器 結(jié)構(gòu)：,優(yōu)點(diǎn)： 氣、固間傳遞表面積很大，體積傳質(zhì)系數(shù)很高，干燥速率大； 接觸時(shí)間短，熱效率高，氣、固并流操作，可以采用高溫介質(zhì)，對(duì)熱敏性物料的干燥尤為適宜； 由于干燥伴隨著氣力輸送，減少了產(chǎn)品的輸送裝置； 氣流干燥器的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，占地面積小，運(yùn)動(dòng)部件少，易于維修，成本費(fèi)用低。,缺點(diǎn)： 必須有高效能的粉塵收集裝置，否則尾氣攜帶的粉塵將造成很大的浪費(fèi)，也會(huì)對(duì)形成對(duì)環(huán)境的污染； 對(duì)有毒物質(zhì)，不易采用這種干燥方法。但如果必

12、須使用時(shí)，可利用過(guò)熱蒸汽作為干燥介質(zhì)； 對(duì)結(jié)塊、不易分散的物料，需要性能好的加料裝置，有時(shí)還需附加粉碎過(guò)程； 氣流干燥系統(tǒng)的流動(dòng)阻力降較大，動(dòng)力消耗較大。,應(yīng)用： 氣流干燥器適宜于處理含非結(jié)合水及結(jié)塊不嚴(yán)重又不怕磨損的粒狀物料，尤其適宜于干燥熱敏性物料或臨界含水量低的細(xì)粒或粉末物料。對(duì)粘性和膏狀物料，采用干料返混方法和適宜的加料裝置，如螺旋加料器等，也可正常操作。,（4）噴霧干燥器, 原理：在噴霧干燥器中，將液態(tài)物料通過(guò)噴霧器分散成細(xì)小的液滴，在熱氣流中自由沉降并迅速蒸發(fā)，最后被干燥為固體顆粒與氣流分離。, 優(yōu)點(diǎn) 在高溫介質(zhì)中，干燥過(guò)程極快，適宜于處理熱敏性物料； 處理物料種類(lèi)廣泛，如溶液、懸

13、浮液、漿狀物料等皆可； 噴霧干燥可直接獲得干燥產(chǎn)品，因而可省去蒸發(fā)、結(jié)晶、過(guò)濾、粉碎等工序； 能得到速溶的粉末或空心細(xì)顆粒； 過(guò)程易于連續(xù)化、自動(dòng)化。, 缺點(diǎn)： 熱效率低； 設(shè)備占地面積大、設(shè)備成本費(fèi)高； 粉塵回收麻煩，回收設(shè)備投資大。,轉(zhuǎn)筒干燥器,轉(zhuǎn)筒干燥器的優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械化程度高，生產(chǎn)能力大，流動(dòng)阻力小，容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均勻。此外，轉(zhuǎn)筒干燥器對(duì)物料的適應(yīng)性較強(qiáng)，不僅適用于處理散粒狀物料，當(dāng)處理粘性膏狀物料或含水量較高的物料時(shí)，可向其中摻入部分干料以降低粘性。 轉(zhuǎn)筒干燥器的缺點(diǎn)：設(shè)備笨重，金屬材料耗量多，熱效率低（約為50%），結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，傳動(dòng)部件需經(jīng)常維修等。目前國(guó)內(nèi)采用的轉(zhuǎn)筒干燥

14、器直徑為0.62.5m，長(zhǎng)度為227m，處理物料的含水量為3%50%，產(chǎn)品含水量可降到0.5%，甚至低到0.1%（均為濕基）。物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的停留時(shí)間為幾分鐘到兩小時(shí)，或更高。,（3）流化床干燥器（沸騰床干燥器）, 原理：流化床干燥器是流態(tài)化原理在干燥中的應(yīng)用，流態(tài)化原理已在上冊(cè)中敘述。在流化床干燥器中，顆粒在熱氣流中上下翻動(dòng)，彼此碰撞和混合，氣、固間進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)，以達(dá)到干燥目的。, 優(yōu)點(diǎn) 與其它干燥器相比，傳熱、傳質(zhì)速率高； 由于傳遞速率高，氣體離開(kāi)床層時(shí)幾乎等于或略高于床層溫度，因而熱效率高； 由于氣體可迅速降溫，所以與其他干燥器比，可采用更高的氣體入口溫度； 設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，成本費(fèi)

15、用低； 操作控制容易。,沸騰床干燥器的缺點(diǎn)：沸騰床干燥器的操作控制要求較高，而且因顆粒在床中高度混合，可能引起物料的返混和短路，使其在干燥器中停留時(shí)間不均勻，可能有部分物料未經(jīng)完全干燥就離開(kāi)干燥器，而另一部分物料因停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生干燥過(guò)度現(xiàn)象。,非對(duì)流式干燥器,真空耙式干燥機(jī),優(yōu)點(diǎn)：被干燥的物料可以是漿狀、膏狀、粉狀、纖維狀；勞動(dòng)強(qiáng)度氏，操作管理方便，操作條件也較好。 缺點(diǎn)：設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，間歇操作，產(chǎn)量低。,冷凍干燥器：主要用于生物制品，藥物、食品 紅外線干燥器：適用于薄層物料的干燥。,常用干燥器的使用與維護(hù),轉(zhuǎn)筒式干燥機(jī) 干燥器內(nèi)空氣與物料間的流向可采用逆流、并流或并逆流相結(jié)合的操作。通常在處理含水量較高、允許快速干燥而不致發(fā)生裂紋或焦化、產(chǎn)品不能耐高溫而吸水性又較低的物料時(shí)，宜采用并流干燥；當(dāng)處理不允許快速干燥而產(chǎn)品能耐高溫的物料時(shí)，宜采用逆流干燥。 為了減少粉塵的飛揚(yáng)，氣體在干燥器內(nèi)的速度不宜過(guò)高，對(duì)粒徑為1mm左右的物料，氣體速度為0.31.0m/s；對(duì)粒徑為5mm左右的物料，氣速在3m/s以下。有時(shí)為防止轉(zhuǎn)筒中粉塵外流，可采用真空操作。轉(zhuǎn)筒干燥器的體積傳熱系數(shù)較低，約為0.20.5W/（m