(7.6)-第5節(jié)化工原理緒論化工原理

*1第十三章

干燥

Drying一、干燥器的基本要求二、工業(yè)上常用的干燥器三、干燥器的選擇第四節(jié)

干燥器*2一、干燥器的基本要求▲適應(yīng)被干燥物料的多樣性和不同產(chǎn)品規(guī)格要求；▲設(shè)備的生產(chǎn)能力要高；▲能耗低；

▲還應(yīng)便于操作、控制等。二、工業(yè)上常用干燥器

（1）廂式（盤架式）干燥器原理：主要是以熱風(fēng)通過(guò)濕物料的表面，達(dá)到干燥的目的。*3廂式干燥器中的加熱方式有兩種：?jiǎn)渭?jí)加熱多級(jí)加熱*4采用廢氣循環(huán)法的優(yōu)點(diǎn)：①可靈活準(zhǔn)確地控制干燥介質(zhì)的溫度、濕度；②干燥推動(dòng)力比較均勻；③增加氣流速度使得傳熱、傳質(zhì)系數(shù)增大；④減少熱損失，但干燥速率常數(shù)有所減小。

多級(jí)加熱的干燥過(guò)程等φ線C2C1ACt/℃B3B2B1BH/(kgkg-1)等φ線t/℃H/(kgkg-1)MACB’B具有廢氣循環(huán)的干燥過(guò)程*5◆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，盤易清洗。尤其適用于需要經(jīng)常更換產(chǎn)品、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；人工勞動(dòng)強(qiáng)度大；熱利用率低；產(chǎn)品質(zhì)量不均勻?！魩礁稍锲鞯闹饕秉c(diǎn)：*6（2）氣流式干燥器結(jié)構(gòu)：

*7優(yōu)點(diǎn)：①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；②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；③由于干燥伴隨著氣力輸送，減少了產(chǎn)品的輸送裝置；④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，運(yùn)行成本低。*8缺點(diǎn)：①必須配有高效的粉塵收集裝置，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；②對(duì)有毒物質(zhì)，不易采用這種干燥方法。但如果必須使用時(shí)，可利用過(guò)熱蒸汽作為干燥介質(zhì)；③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；④氣流干燥系統(tǒng)的流動(dòng)阻力較大，動(dòng)力消耗較大。

*9

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)?；蚍勰┪锪?。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。*10（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。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。

加料單層圓筒沸騰床干燥器至分離器出料熱空氣分布盤*11氣體出口加料出料床內(nèi)分離器第一層第二層熱空氣多層流化床干燥器*12●

優(yōu)點(diǎn)①與其它干燥器相比，傳熱、傳質(zhì)速率高；②由于傳遞速率高，氣體離開床層時(shí)幾乎等于或略高于床層溫度，因而熱效率高；③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；④設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，成本費(fèi)用低；⑤操作控制容易。*13（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。*14●優(yōu)點(diǎn)①在高溫介質(zhì)中，干燥過(guò)程極快，適宜于處理熱敏性物料；②處理物料種類廣泛，如溶液、懸浮液、漿狀物料等皆可；③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；④能得到速溶的粉末或空心細(xì)顆粒；⑤過(guò)程易于連續(xù)化、自動(dòng)化。*15三、干燥器的選擇

（1）選擇干燥器需要考慮的問(wèn)題

①被干燥物料的性質(zhì)；②濕物料的干燥特性；③處理量；④回收問(wèn)題；⑤能源價(jià)格、安全操作和環(huán)境因素?！袢秉c(diǎn)：①熱效率低；②設(shè)備占地面積大、費(fèi)用高；③粉塵回收麻煩，回收設(shè)備投資大。*16（2）干燥器選擇步驟①根據(jù)濕物料的形態(tài)、干燥特性、產(chǎn)品的要求、處理量和以及所采用的熱源，進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)，確定干燥動(dòng)力學(xué)和傳遞特性；②確定干燥設(shè)備的工藝尺寸，結(jié)合環(huán)境要求，選擇出適宜的干燥器型式；③若幾種干燥器同時(shí)適用時(shí)，要進(jìn)行成本核算及方案比較，選擇其中最佳者。

*17例1

常壓下擬用溫度為20℃、濕度為0.008kg水/kg干氣的空氣干燥某種濕物料?？諝庠陬A(yù)熱器中被加熱到90℃后送入干燥室，離開時(shí)的溫度為45℃、濕度為0.022kg水/kg干氣?，F(xiàn)要求每小時(shí)將1200kg的濕物料由含水率3%（濕基）干燥至0.2%（濕基），已知物料進(jìn)、出口溫度分別為20℃和60℃，在此溫度范圍內(nèi)，絕干物料的比熱為3.5kJ/(kg·℃)，水的平均比熱為4.19kJ/(kg

℃)。干燥設(shè)備熱損失可按預(yù)熱器中加熱量的5%計(jì)算。試求：

(1)新鮮空氣用量，kg/h；

(2)預(yù)熱器的加熱量QP，kW；

(3)干燥室內(nèi)補(bǔ)充的熱量Qd，kW；

(4)熱效率

。補(bǔ)充例題*18（1）新鮮空氣用量，kg/h；

*19(2)預(yù)熱器的加熱量QP，kW

*20(3)干燥室內(nèi)補(bǔ)充的熱量Qd，kW*21其中：*22*23(4)熱效率

*24例2

工業(yè)上生產(chǎn)磷酸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的磷石膏，為了使這些磷石膏能夠得以回收利用，需要對(duì)其進(jìn)行水洗、干燥處理。已知水洗后的磷石膏在恒定干燥條件下進(jìn)行干燥時(shí)，單位干燥面積上(m2)磷石膏的重量與隨時(shí)間的變化關(guān)系如下表所示：(1)試判斷有無(wú)勻速干燥階段，如果有求勻速干燥階段的干燥速度UC和臨界含水率XC?(2)若已知單位面積上絕干物料的質(zhì)量為17.2kg，試求平衡含水率。

(3)若已知空氣的濕度為0.008kg水/kg干空氣，物料表面的飽和濕度為0.022kg水/kg干空氣，求水分蒸發(fā)的速率常數(shù)kH。t/min05101520253035404550mass/kg25.825.324.623.522.421.320.720.219.819.519.3*25解：根據(jù)給定的物料質(zhì)量隨時(shí)間的變化關(guān)系就可以得到X與U之間的關(guān)系X05101520253035404550U25.825.224.723.522.621.320.520.119.719.419.2利用上述數(shù)據(jù)，以U對(duì)X作圖得：*26從圖中可以看出，存在一個(gè)恒速干燥階段，恒速干燥階段的UC=0.22kg/(m2·min)，XC=0.238*27以濕物料質(zhì)量G對(duì)θ作圖得：(2)求平衡含水率。從圖中可以看出：隨著時(shí)間的延長(zhǎng)物料中水分的蒸發(fā)速率越來(lái)越慢，最終物料的質(zhì)量趨近于一個(gè)恒定值，這個(gè)恒定值大約為19.0kg/m2。*28于是臨界含水率為：(3)求水分蒸發(fā)的速率常數(shù)kH。例3

接上題，若已知干空氣的溫度為60℃，求恒速干燥階段物料與熱空氣之間的對(duì)流傳熱系數(shù)α？*29根據(jù)物料表面的飽和濕度=0.022kg水/kg干空氣查化工原理（上）課后附錄七，得此時(shí)水的飽和溫度為26.5℃，即tw=26.5℃。此時(shí)水的汽化潛熱rw=2430kJ/kg。*30已知恒速段的傳熱速率方程：C為常數(shù)，、單位為K。例4：已知干燥介質(zhì)溫度為363K，濕球溫度307K，物料初始干基含水率為0.45，當(dāng)干燥了2.5h后，物料干基含水率為0.15，已知物料臨界含水率、平衡含水率分別為0.2、0.04，試求：（1）將物料干燥至X2=0.10需要多少干燥時(shí)間；（2）將空氣溫度提高到373K（濕球溫度為310K）后，再求干燥時(shí)間。*31解:(1)根據(jù)題意，這是一個(gè)恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算問(wèn)題?！遆2<Xc；∴干燥過(guò)程包括恒速段與降速段，相應(yīng)的干燥時(shí)間包括恒速干燥時(shí)間和降速干燥時(shí)間，在恒定干燥條件下，干燥時(shí)間可用下式計(jì)算：

式中X1、XC、X*均已知，未知，但可以通過(guò)題給條件，干燥至X2=0.15時(shí)，干燥時(shí)間為2.5h求得：*32當(dāng)物料干燥至X2=0.1，干燥仍由恒速和降速兩階段組成，由于干燥操作條件不變，即值不變，所以干燥時(shí)間為：

*33∵其中

從上式可以看出，干燥介質(zhì)溫度提高，使得干燥速率提高從而縮短干燥時(shí)間；

又∵；∴

（2）干燥介質(zhì)溫度升高以后所需的干燥時(shí)間*34假設(shè)濕空氣溫度提高后的降速段斜率用表示，所以有：

*35例4：空氣的干球溫度為25℃，濕球溫度為20℃，經(jīng)預(yù)熱氣加熱至60℃，送入干燥器內(nèi)絕熱增濕，離開干燥器的溫度降為30℃，已知20℃下水的汽化潛熱rw=2446.3kJ/kg，水的飽和蒸汽壓ps=2.33kPa，30℃下水的飽和蒸汽壓ps=4.247kPa求：(1)出口空氣的濕度、焓及相對(duì)濕度；(2)100m3新鮮空氣預(yù)熱至60℃所需的熱量及干燥器移走的水蒸氣的量。解：(1)*36得：由于在干燥器內(nèi)進(jìn)行的是絕熱增濕過(guò)程，所以I1=I2，即*37(2)100m3新鮮空氣中絕干空氣的質(zhì)量mc預(yù)熱至60℃所需的熱量*38干燥器移走的水蒸氣的量例5：在常壓絕熱干燥器(可視為理想干燥過(guò)程)中用熱空氣干燥某種濕物料?？諝獾挠嘘P(guān)參數(shù)為：溫度為25℃，濕度為0.009kg/kg絕干氣，在預(yù)熱器中升溫至t1后進(jìn)入干燥器，離開干燥器的溫度為50℃，濕度為0.03kg/kg絕干氣。濕物料進(jìn)出干燥器的干基含水量分別為0.25及0.025kg/kg絕干料，干燥產(chǎn)品量為0.5kg/s。試求：(1)新鮮空氣用量；(2)空氣進(jìn)入干燥器的溫度；(3)預(yù)熱器的傳熱量。*39解：(