化學化工原理干燥課件

2023/7/27第十三章

干燥

Drying13.1概述13.2濕空氣的性質與濕度圖13.3干燥器的物料衡算與熱量衡算13.4干燥速率與干燥時間13.5干燥器2023/7/27第十三章

干燥

Drying13.12023/7/27第十三章

干燥

Drying13.1.1去濕及其方法13.1.2干燥過程的分類13.1.3對流干燥的傳熱傳質過程

第一節(jié)

概述2023/7/27第十三章

干燥

Drying13.1.2023/7/2713.1.1去濕及其方法1、何為去濕？從物料中脫除濕分的過程稱為去濕。濕分：不一定是水分！2、去濕方法機械去濕法：擠壓（擰衣服、過濾）—含液體較多物理法：濃硫酸吸收,分子篩吸附,膜法脫濕化學法：利用化學反應脫除濕分（CaO）加熱去濕法：干燥（向物料供熱以汽化其中的濕分的單元操作。

）2023/7/2713.1.1去濕及其方法1、何為去濕？從2023/7/27常壓干燥真空干燥連續(xù)式間歇式傳導干燥（間接加熱干燥）對流干燥（直接加熱干燥）輻射干燥介電加熱干燥按操作壓力分按操作方式分按供熱方式分13.1.2干燥過程的分類

2023/7/27常壓干燥連續(xù)式傳導干燥（間接加熱干燥）按操2023/7/271、傳導干燥熱能通過傳熱壁面以傳導的方式傳給濕物料

被干燥的物料與加熱介質不直接接觸，屬間接干燥

優(yōu)點：熱能利用較多

缺點：與傳熱壁面接觸的物料易局部過熱而變質，受熱不均勻。2、輻射干燥熱能以電磁波的形式由輻射器發(fā)射到濕物料表面，被物2023/7/271、傳導干燥2023/7/27料吸收轉化為熱能，而將水分加熱汽化。優(yōu)點：生產能力強，干燥產物均勻缺點：能耗大3、介電加熱干燥

將需干燥的物料置于交頻電場內，利用高頻電場的交變作用將濕物料加熱，水分汽化，物料被干燥。優(yōu)點：干燥時間短，干燥產品均勻而潔凈。缺點：費用大。

2023/7/27料吸收轉化為熱能，而將水分加熱汽化。2023/7/274、對流干燥熱能以對流給熱的方式由熱干燥介質（通常熱空氣）傳給濕物料，使物料中的水分汽化。物料內部的水分以氣態(tài)或液態(tài)形式擴散至物料表面，然后汽化的蒸汽從表面擴散至干燥介質主體，再由介質帶走的干燥過程稱為對流干燥。

優(yōu)點：受熱均勻，所得產品的含水量均勻。

缺點：熱利用率低。2023/7/274、對流干燥2023/7/2713.1.3對流干燥的傳熱傳質過程對流干燥中，傳熱和傳質同時發(fā)生1、傳熱過程

干燥介質Q濕物料表面Q濕物料內部2、傳質過程

濕物料內部濕分濕物料表面濕分干燥介質2023/7/2713.1.3對流干燥的傳熱傳質過程對流干2023/7/27物料QNTtwpwp干燥介質：載熱體、載濕體干燥過程：物料的去濕過程介質的降溫增濕過程干燥速率：由傳熱速率和傳質速率共同控制2023/7/27物料QNTtwpwp干燥介質：載熱2023/7/27

本章主要討論對流干燥，干燥介質是熱空氣，除去的濕分是水分。對流干燥是傳熱、傳質同時進行的過程，但傳遞方向不同，是熱、質反向傳遞過程：傳熱傳質方向推動力氣固固氣溫度差水汽分壓差2023/7/27本章主要討論對流干燥，干燥2023/7/27干燥過程進行的必要條件：物料表面水汽壓力大于干燥介質中水汽分壓；兩者差別越大，干燥進行的越快。干燥介質要將汽化的水分及時帶走。以維持一定的擴散推動力。若干燥介質為水汽所飽和，則推動力為零，這時干燥操作即停止進行。2023/7/27干燥過程進行的必要條件：2023/7/27第十三章

干燥

Drying13.2.1濕空氣的性質13.2.2濕度圖及其應用

第二節(jié)

濕空氣的性質和濕度圖2023/7/27第十三章

干燥

Drying13.2.2023/7/2713.2.1濕空氣的性質1、濕含量H（

humidity）單位質量干空氣中所含水汽的質量，又稱濕含量。對于水蒸氣~空氣系統(tǒng)：單位：kg水汽·kg-1干空氣

2023/7/2713.2.1濕空氣的性質1、濕含量H（2023/7/27一定溫度條件下，當濕空氣中水汽分壓pw等于空氣飽和蒸汽壓ps時，其濕度稱為飽和濕度，用Hs表示。2023/7/27一定溫度條件下，當濕空氣中水汽2023/7/272、相對濕度（relativehumidity）

在總壓P一定的條件下，濕空氣中水蒸氣分壓pw與同溫度下的飽和蒸汽壓ps之比。相對濕度代表濕空氣的不飽和程度，愈低，表明該空氣偏離飽和程度越遠，干燥能力越大。=1，濕空氣達到飽和，不能作為干燥介質。2023/7/272、相對濕度（relative2023/7/27將代入在總壓一定時2023/7/27將代入在總壓一定時2023/7/274、濕比熱容

常壓下，將濕空氣1Kg絕干空氣及相應水汽的溫度升高（或降低）1℃所需要（或放出）的熱量，稱為濕比熱容。在濕空氣中，1kg絕干空氣體積和相應水汽體積之和，又稱濕容積。3、濕比容

2023/7/274、濕比熱容常壓下，將濕2023/7/275、濕空氣的焓

濕空氣中1kg絕干空氣的焓與相應水汽的焓之和。

2023/7/275、濕空氣的焓濕空氣中1kg絕干空氣的2023/7/276、干球溫度t和濕球溫度

1）干球溫度用普通溫度計測得的濕空氣的真實溫度2）濕球溫度濕球溫度計在溫度為t，濕度為H的不飽和空氣流中，達到平衡或穩(wěn)定時所顯示的溫度。2023/7/276、干球溫度t和濕球溫度1）干球溫度2023/7/27t大量的濕空氣t,Htw水2023/7/27t大量的濕空氣tw水2023/7/27t大量的濕空氣t,H水表面水的分壓高N,kH水向空氣主體傳遞Q,蒸發(fā)時需要吸熱t(yī)w自身降溫2023/7/27t大量的濕空氣水表面水的分壓高N,kH水向2023/7/27對于空氣~水蒸氣系統(tǒng)而言

當時，在一定的總壓下，已知t、tW能否確定H?由以上分析可知2023/7/27對于空氣~水蒸氣系統(tǒng)而言當時，在一定2023/7/277、絕熱飽和溫度水分向空氣中汽化空氣降溫增濕飽和絕熱焓不變2023/7/277、絕熱飽和溫度水分向空氣中汽化空氣降2023/7/27一般情況下，絕熱增濕過程可看視為等焓過程，即空氣釋放的顯熱與水分汽化帶回的潛熱相等：Has、ras是tas的函數，cH是H的函數2023/7/27一般情況下，絕熱增濕過程可看2023/7/27是濕空氣在絕熱、冷卻、增濕過程中達到的極限冷卻溫度。對于空氣~水系統(tǒng)，注意：絕熱飽和溫度于濕球溫度的區(qū)別和聯(lián)系！P1912023/7/272023/7/27濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的關系：tw：大量空氣與少量水接觸，空氣的t、H不變；tas：大量水與一定量空氣接觸，空氣降溫、增濕。tw：傳熱與傳質速率均衡的結果，屬于動平衡；tas：由熱量衡算與物料衡算導出，屬于靜平衡。

tw與tas數值上的差異取決于α/kH

與cH兩者之間的差別。

空氣～水體系，，空氣～甲苯體系，，twtas2023/7/27濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的2023/7/278、露點

將不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時的溫度相應的濕度稱為飽和濕度一定總壓下：

2023/7/278、露點將不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時2023/7/27對于水蒸汽~空氣系統(tǒng)，干球溫度、絕熱飽和溫度和露點間的關系為：不飽和空氣：飽和空氣：2023/7/27對于水蒸汽~空氣系統(tǒng)，干球2023/7/2713.2.2濕度圖及其應用

1、H-t圖

F=2-1+2=3,總壓P一定，則F=2.6條線-等t線等H線等相對濕度線等CH線VH線

tas線

2023/7/2713.2.2濕度圖及其應用1、H-t圖2023/7/272、濕度圖的應用1）由測出的參數確定濕空氣的狀態(tài)a）水與空氣系統(tǒng)，已知空氣的干球溫度t和濕球溫度tw，確定該空氣的狀態(tài)點A(t,H)。b）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和td，求原始狀態(tài)點A(t,H)。c）水與空氣系統(tǒng)中，已知t和φ，求原始狀態(tài)點A的位置2）已知濕空氣某兩個可確定狀態(tài)的獨立變量，求該濕空氣的其他參數和性質

2023/7/272、濕度圖的應用1）由測出的參數確定濕空氣過P點的絕熱冷卻線與=100%的等相對濕度線的交點在橫坐標上對應的值即為絕熱飽和溫度。讀得tas=52℃，即tw=

tas=52

℃；解：由t=62℃的等溫線和H=0.092的等濕度線可以確定一個交點P：過P點的等線上讀得=60%；【例1】已知t=62℃，H=0.092，求、tas、tw、td、cH和iH。cH~H=60%1.18cH

kJ/(kg絕干氣體·K)

0.092濕度H絕熱冷卻線tdtas62℃溫度tP過P點的等濕度線（H=0.092）與=100%的等相對濕度線的交點，在橫坐標上對應的值即為露點溫度，讀得td=51℃；過P點的等濕度線與cH-H

線的交點在頂部橫軸上的讀數即為cH，讀得cH

=1.18

kJ/(kg絕干氣體·K)；=100%52℃51℃過P點的絕熱冷卻線與=100%的等相對濕度線的交點在橫坐在橫軸上作t=52℃的等溫線與=100%的等相對濕度線相交，作過此交點的絕熱冷卻線，與t=62℃的等溫線的交點即為空氣狀態(tài)P點。【例2】測得空氣的干球溫度t=62℃，濕球溫度tw=52℃，試求空氣的H、、tas、td和iH。解：tw=tas=52℃；先確定tas=52℃的絕熱冷卻線。=60%0.092濕度H絕熱冷卻線tdtas62℃溫度tP=100%52℃51℃由氣體狀態(tài)P點，用上例中類似的方法可以查出H=0.092，=60%，td=51℃，計算得出iH

=302.26kJ/kg。在橫軸上作t=52℃的等溫線與=100%的等相對濕度線相【例3】已知空氣的露點溫度td=51℃，相對濕度=60%，試求t、H、tas、tw和iH。解：由t=51℃的等溫線與=100%的等相對濕度線的交點作過該點的等濕度線(H=0.092)，該線與=60%的等相對濕度線交于P點。=60%0.092濕度H絕熱冷卻線tdtas62℃溫度tP=100%52℃51℃由氣體狀態(tài)P點，用上例中類似的方法可以讀出P點對應的空氣參數：t=62℃，H=0.092，tas=tw=52℃，計算得iH=302.26kJ/kg?！纠?】已知空氣的露點溫度td=51℃，相對濕度=62023/7/27第十三章

干燥

Drying13.3.1濕物料中含水量13.3.2干燥過程的物料衡算13.3.3熱量衡算13.3.4空氣出口狀態(tài)的確定13.3.5干燥器的熱效率第三節(jié)

干燥器的物料衡算與熱量衡算2023/7/27第十三章

干燥

Drying13.3.2023/7/2713.3.1濕物料中含水量兩種表示方法：一、濕基含水量w[kg水/kg濕物料]2023/7/2713.3.1濕物料中含水量兩種表示方法2023/7/27二、干基含水量X[kg水/kg干物料]三、兩者關系2023/7/27二、干基含水量X[kg水/kg干2023/7/2713.3.2干燥過程的物料衡算干燥流程圖預熱器L,t0,H0L,t1,H1干燥器L,t2,H2濕物料G1,w1,(X1)產品G2,w2,(X2)新鮮空氣廢氣2023/7/2713.3.2干燥過程的物料衡算干燥2023/7/27L——絕干空氣質量流量，[kg干氣/h]；G1、G2——物料進出干燥器總量，[kg物料/h]。一、絕干物料量Gc[kg干物料/h]二、汽化水分量W[kg水/h]水分汽化量＝濕物料中水分減少量＝濕空氣中水分增加量2023/7/27L——絕干空氣質量流量，[kg干氣/h2023/7/27三、絕干空氣用量L[kg干氣/h][kg干氣/kg水]

比空氣用量：每汽化1kg的水所需干空氣的量。（單位空氣消耗量）2023/7/27三、絕干空氣用量L[kg干氣/h][2023/7/27四、濕空氣用量、體積1.濕空氣用量[kg濕氣/kg水][kg濕氣/h]2.濕空氣體積[kg濕氣/kg水][kg濕氣/h]2023/7/27四、濕空氣用量、體積1.濕空氣用量[kg2023/7/2713.3.3熱量衡算QLI1,L,t1,H1產品G2,w2,(X2),tM2濕物料G1,w1,(X1),tM1I2,L,t2,H2廢氣I0,L,t0,H0新鮮空氣QP預熱器QD干燥器2023/7/2713.3.3熱量衡算QLI1,L,2023/7/27QP：預熱器內加入熱量，[kJ/h]；QD：干燥器內加入熱量，[kJ/h]。外加總熱量Q＝QP＋QD汽化1kg水所需熱量：[kJ/kg水]2023/7/27QP：預熱器內加入熱量，[kJ/h]；外加2023/7/27一、預熱器的加熱量計算qP若忽略熱損失，則[kJ/kg水]二、干燥器的熱量衡算輸入量（1）濕物料帶入熱量（焓值）2023/7/27一、預熱器的加熱量計算qP若忽略熱損失，2023/7/27cM：干燥后物料比熱，[kJ/(kg濕料?℃)]；cw：水的比熱，[kJ/(kg水?℃)]。（2）空氣帶入的焓值[kJ/kg水]（3）干燥器補充加入的熱量[kJ/kg水]2023/7/27cM：干燥后物料比熱，[kJ/(kg濕料?2023/7/272.輸出量（1）干物料帶出焓值：（2）廢氣帶出焓值：（3）熱損失：Σ輸入＝Σ輸出物料升溫所需熱量2023/7/272.輸出量（1）干物料帶出焓值：（2）廢2023/7/27所需外加總熱量q：2023/7/27所需外加總熱量q：2023/7/272023/7/272023/7/2713.3.4空氣出口狀態(tài)的確定一、絕熱干燥過程（等焓干燥過程或理想干燥過程）——空氣在進、出干燥器的焓值不變。過程分析：2023/7/2713.3.4空氣出口狀態(tài)的確定一、絕2023/7/27令：則有：：外界補充的熱量及濕物料中被汽化水分帶入的熱量；：熱損失及濕物料進出干燥器熱量之差。2023/7/27令：則有：：外界補充的熱量及濕物料中被汽化2023/7/27等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況，其一無熱損失濕物料不升溫干燥器不補充熱量濕物料中汽化水分帶入的熱量很少2023/7/27等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況，其一無2023/7/27空氣放出的顯熱完全用于蒸發(fā)水分所需的潛熱，而水蒸汽又把這部分潛熱帶回到空氣中，所以空氣焓值不變。以上兩種干燥過程均為等焓干燥過程。若即：濕物料中水分帶入的熱量及干燥器補充的熱量正好與熱損失及物料升溫所需的熱量相抵消，此時，空氣的焓值也保持不變。其二2023/7/27空氣放出的顯熱完全用于蒸發(fā)2023/7/27二、實際干燥過程1.補充熱量大于損失的熱量即——在非絕熱情況下進行的干燥過程。2.補充熱量小于損失的熱量即2023/7/27二、實際干燥過程1.補充熱量大于損失的熱2023/7/273.空氣出口狀態(tài)的確定方法——即確定H2、I2(H2、I2)（1）計算法（2）圖解法2023/7/273.空氣出口狀態(tài)的確定方法——即確定H2023/7/2713.3.5干燥器的熱效率一、熱效率定義：其中：2023/7/2713.3.5干燥器的熱效率一、熱效率定2023/7/27因此，t2不能過低，一般規(guī)定t2比進入干燥器時空氣的濕球溫度tw高20℃

~50℃。2.3.回收廢氣中熱量4.加強管道保溫，減少熱損失二、影響熱效率的因素1.2023/7/27因此，t2不能過低，一般2023/7/27第十三章

干燥

Drying13.4.1物料中所含水分性質13.4.2恒定干燥條件下的干燥速度13.4.3恒定干燥條件下恒速階段干燥時間的計算13.4.4恒定干燥條件下降速階段干燥時間的計算第四節(jié)

干燥速度和干燥時間2023/7/27第十三章

干燥

Drying13.4.2023/7/2713.4.1物料中所含水分性質一、物料與水分結合方式附著水分：濕物料的粗糙外表面附著的水分。毛細管水分：多孔性物料的孔隙中所含的水分。溶脹水分：是物料組成的一部分，可透入物料細胞壁內，使物料的體積為之增大。二、平衡水分與自由水分—能否用干燥方法除去1.平衡水分（X*）——不能用干燥方法除去的水分。2023/7/2713.4.1物料中所含水分性質一、物料2023/7/272.自由水分（X－X*）——可用干燥方法除去的水分。物料表面水份產生的蒸汽壓力與空氣中水蒸汽分壓相同時，物料中的含水量為在該空氣條件（溫度，濕度）下物料的平衡含水量。X*=f（物料種類、空氣性質）吸水性弱的小2023/7/272.自由水分（X－X*）——可用干燥方2023/7/272.非結合水分

——水與物料無結合力，pw＝ps。機械結合，結合力較弱，除去容易。結合水分與非結合水分只與物料的性質有關，而與空氣的狀態(tài)無關，這是與平衡水分的主要區(qū)別。平衡水分一定是結合水分。三、結合水分與非結合水分—水份去除的難易結合水分

——水與物料有結合力，pw<ps。干燥過程中傳質推動力較低，除去較困難。2023/7/272.非結合水分結合水分與非2023/7/272023/7/272023/7/2713.4.2恒定干燥條件下的干燥速率一、干燥速率定義——單位時間、單位干燥面積汽化水分量。[kg水/(m2?s)]恒定干燥條件：空氣的溫度、濕度、流速及物料接觸方式不變。2023/7/2713.4.2恒定干燥條件下的干燥速率一、2023/7/27二、干燥曲線及干燥速率曲線用于描述物料含水量X、干燥時間θ

及物料表面溫度t之間的關系曲線。1.干燥曲線2023/7/27二、干燥曲線及干燥速率曲線用于描述物料含水2023/7/272.干燥速率曲線ABC段：恒速干燥階段

AB段：預熱段

BC段：恒速段CDE段：降速干燥階段C點：臨界點

XC：臨界含水量E點：平衡點

X*：平衡水分2023/7/272.干燥速率曲線ABC段：恒速干燥階段C2023/7/27三、恒速干燥階段前提條件：濕物料表面全部潤濕。汽化速率（傳質速率）：[kg水/s]傳熱速率：——恒速干燥速率2023/7/27三、恒速干燥階段前提條件：濕物料表面全部潤2023/7/27恒速干燥特點：1.U＝UC＝const.2.物料表面溫度為tw3.去除的水分為非結合水分4.影響U的因素：恒速干燥階段——表面汽化控制階段只與空氣的狀態(tài)有關，而與物料種類無關。2023/7/27恒速干燥特點：1.U＝UC＝const.2023/7/27四、降速干燥階段—內部擴散控制階段實際汽化表面減小汽化面內移降速干燥階段特點：1.2.物料表面溫度3.除去的水分為非結合、結合水分4.影響U的因素：與物料種類、尺寸、形狀有關，與空氣狀態(tài)關系不大。2023/7/27四、降速干燥階段—內部擴散控制階段實際汽化2023/7/27五、臨界含水量XC1.吸水性強的物料的XC大于吸水性弱的物料的

XC2.物料層越厚、粒度越細，XC

越大3.恒速干燥UC

越大，XC

越高。XC越大，干燥將會越早進入降速干燥階段，故除去相同的水分量是，所需的干燥時間越長。故干燥是盡量減小物料層的厚度。2023/7/27五、臨界含水量XC1.吸水性強的物料的2023/7/2713.4.3恒定干燥條件下恒速階段干燥時間由干燥速率定義式：對于恒速干燥：U＝UC＝const.恒速干燥所需時間2023/7/2713.4.3恒定干燥條件下恒速階段干燥2023/7/27UC的來源：

(1)由干燥速率曲線查得求取[w/(m2?k)]

經驗關聯(lián)式：（1）氣體流動方向與物料平行G＝0.7~8.3質量流速 [kg/(m2?s)]（2）氣體流動方向與物料垂直G＝1.1~5.6[kg/(m2·hr)]2023/7/27UC的來源：求取[w/(m2?k)]2023/7/2713.4.4恒定干燥條件下降速階段干燥時間求U的方法：（1）圖解積分法（2）近似計算法總干燥時間：2023/7/2713.4.4恒定干燥條件下降速階段干燥2023/7/27(1)圖解積分法當降速段的U~X呈非線性變化時，應采用圖解積分法。在X2~

Xc之間取一定數量的X值，從干燥速率曲線上查得對應的U，計算1

/U；作圖1/U~X，計算曲線下面陰影部分的面積。XoXcX21/U2023/7/27(1)圖解積分法當降速段的U~X呈2023/7/27(2)解析法當降速段的U~X呈線性變化時，可采用解析法。降速段干燥速率曲線可表示為ABCD干燥速率UXUXcX*濕含量XUc2023/7/27(2)解析法當降速段的U~X呈線⑴濕空氣性質（計算及查圖）對空氣-水系統(tǒng)tw≈tas(等I增濕降溫到φ=100%時的溫度)小結⑴濕空氣性質（計算及查圖）對空氣-水系統(tǒng)tw≈tas(等⑵物料性質及平衡關系物料內水分=平衡水分+自由水分

=結合水分+非結合水分自由水分=非結合水分+部分結合水分⑶物料衡算⑷熱量衡算（以1kg水為基準）⑵物料性質及平衡關系物料內水分=平衡水分+自由水分自由水分Δ>0增焓過程Δ=0等焓過程Δ<0降焓過程干燥器熱效率

η=qw/q對無補充加熱(qd=0)，及絕熱干燥過程(理想干燥器)：空氣顯熱=汽化水分潛熱Δ>0增焓過程干燥器熱效率對無補充加熱(qd=0⑸干燥時間（恒定條件）⑸干燥時間（恒定條件）復習題1.恒定干燥條件下，恒速干燥階段屬于________________控制階段；降速干燥階段屬于_______________控制階段。2.恒定的干燥條件是指空氣_____________、____________、_____________都不變的干燥過程。復習題1.恒定干燥條件下，恒速干燥階段屬于________3．當空氣的相對濕度為98％時，其干球溫度t、濕球溫度tw、露點溫度td之間的關系為（）A．t=tw=tdB．t>tw>tdC．t<tw<tdD．t>tw=td4.(判斷：)在一定的溫度下，物料中的自由水分與平衡水分的劃分只與物料本身性質有關，而與空氣狀態(tài)無關。()3．當空氣的相對濕度為98％時，其干球溫度t、濕球溫度tw、5、在恒定干燥條件下，已知物料的臨界含水量為0.16kg/kg干料，平衡含水量為0.05kg/kg干料。設降速階段的干燥速率與自