干燥(新修改)

1、第九章第九章 干燥干燥 DryingDrying 第九章第九章 干燥干燥 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 湿空气的性质及湿焓图湿空气的性质及湿焓图 第三节第三节 固体物料干燥过程的相平衡固体物料干燥过程的相平衡 第四节第四节 恒定干燥条件下的干燥速率恒定干燥条件下的干燥速率 第五节第五节 干燥过程的计算干燥过程的计算 第六节第六节 干燥设备干燥设备 第一节第一节 概述概述 一、去湿及其方法一、去湿及其方法 二、干燥过程的分类二、干燥过程的分类 三、对流干燥的传热传质过程三、对流干燥的传热传质过程 一、去湿及其方法一、去湿及其方法 3.3.工业去湿工业去湿 机械去湿机械去湿+干燥干燥 2

2、2. .去湿方法去湿方法 机械去湿法：机械去湿法：挤压（拧衣服、过滤）挤压（拧衣服、过滤） 物理法：物理法：浓硫酸吸收浓硫酸吸收, , 分子筛吸附分子筛吸附, , 膜法脱湿膜法脱湿 化学法：化学法：利用化学反应脱除湿分（利用化学反应脱除湿分（CaOCaO） 干燥法：干燥法：借热能使物料中的水分（或其它湿分）借热能使物料中的水分（或其它湿分） 汽化，并将蒸气排除以除去湿分的方法。汽化，并将蒸气排除以除去湿分的方法。 1 1. .何为去湿？何为去湿？ 将固体物料中的将固体物料中的湿分湿分去除的过程去除的过程。 湿分：湿分：水和有机溶剂，不一定是水分！水和有机溶剂，不一定是水分！ 二、干燥过程的分类

3、二、干燥过程的分类 l 按操作压力分有：常压干燥和真空干燥。按操作压力分有：常压干燥和真空干燥。 l 按操作方式分有：连续式干燥和间歇式干燥。按操作方式分有：连续式干燥和间歇式干燥。 l 按热能传给湿物料的方式分有：按热能传给湿物料的方式分有：传导干燥传导干燥、对流、对流 干燥、辐射干燥和介电加热干燥，以及由其中两干燥、辐射干燥和介电加热干燥，以及由其中两 种或三种方式组合的联合干燥。种或三种方式组合的联合干燥。 l 目前，工业上应用最普遍的是目前，工业上应用最普遍的是对流干燥对流干燥。通常使。通常使 用的干燥介质是空气，被除去的湿分是水分。本用的干燥介质是空气，被除去的湿分是水分。本 章中主

4、要讨论章中主要讨论对流干燥对流干燥，且只限于以，且只限于以热空气热空气为干为干 燥介质且除去的湿分为燥介质且除去的湿分为水分水分的干燥。的干燥。 1 1. .传导干燥传导干燥 热能通过传热壁面以热能通过传热壁面以传导的方式传导的方式传给湿物料，传给湿物料， 被干燥的物料与加热介质不直接接触，属间接干燥被干燥的物料与加热介质不直接接触，属间接干燥 优点优点：热能利用较多：热能利用较多 缺点缺点：与传热壁面接触的物料易局部过热而变质，：与传热壁面接触的物料易局部过热而变质， 受热不均匀。受热不均匀。 2 2. .辐射干燥辐射干燥 热能以热能以电磁波的形式电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表由辐射器发

5、射到湿物料表 面，被物面，被物料吸收转化为热能，而将水分加热汽化。料吸收转化为热能，而将水分加热汽化。 优点优点：生产能力强，干燥产物均匀：生产能力强，干燥产物均匀 缺点缺点：能耗大：能耗大 3 3. .介电加热干燥介电加热干燥 将需干燥的物料置于交频电场内，利用将需干燥的物料置于交频电场内，利用高频电高频电 场的交变作用场的交变作用将湿物料加热，水分汽化，物料被干将湿物料加热，水分汽化，物料被干 燥。燥。 优点优点：干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。：干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。 缺点缺点：费用大。：费用大。 4 4. .对流干燥对流干燥 热能以热能以对流给热的方式对流给热的方式由热干燥介

6、质（通常热由热干燥介质（通常热 空气）传给湿物料，使物料中的水分汽化。空气）传给湿物料，使物料中的水分汽化。 优点优点：受热均匀，所得产品的含水量均匀。：受热均匀，所得产品的含水量均匀。 缺点缺点：热利用率低。：热利用率低。 物物 料料 Q N T tw pw p 干燥介质：干燥介质：载热体、载湿体载热体、载湿体 干燥过程：干燥过程：物料的去湿过程物料的去湿过程 介质的降温增湿过程介质的降温增湿过程 三、对流干燥的传热传质过程三、对流干燥的传热传质过程 对流干燥中，对流干燥中，传热和传质同时发生传热和传质同时发生 1 1. .传热过程传热过程 干燥介质干燥介质 Q 湿物料表面湿物料表面 Q 湿

7、物料内部湿物料内部 2 2. .传质过程传质过程 湿物料内部湿物料内部 湿分湿分 湿物料表面湿物料表面 湿分湿分 干燥介质干燥介质 一、湿空气的性质一、湿空气的性质 二、湿焓图及其应用二、湿焓图及其应用 第第二二节节 湿空气的性质和湿焓图湿空气的性质和湿焓图 一、湿空气的性质一、湿空气的性质 l湿空气：指绝干空气与水蒸汽的混合物。湿空气：指绝干空气与水蒸汽的混合物。 l湿空气的性质湿空气的性质 湿度性质湿度性质(湿度、相对湿度百分数、饱和湿度湿度、相对湿度百分数、饱和湿度) 温度性质温度性质(干球温度、湿球温度、露点温度、绝干球温度、湿球温度、露点温度、绝 热饱和冷却温度热饱和冷却温度) 容积

8、性质容积性质(湿容积湿容积) 比热性质比热性质(比热容、焓比热容、焓) l研究湿空气，就是研究湿空气的四大性质。研究湿空气，就是研究湿空气的四大性质。 为了研究方便，假设：为了研究方便，假设： 1.1.干燥过程的湿空气，可以作为理想气体处理，满干燥过程的湿空气，可以作为理想气体处理，满 足理想气体方程式、道尔顿分压定律。足理想气体方程式、道尔顿分压定律。 2.2.因为干空气只作为载热体，它的质量在干燥过程因为干空气只作为载热体，它的质量在干燥过程 中始终保持不变，所以湿空气的有关参数都以单中始终保持不变，所以湿空气的有关参数都以单 位质量的干空气为基准。位质量的干空气为基准。 3.3.系统总压

9、系统总压P=101.33kPaP=101.33kPa。 1 1. .湿度湿度H H（ humidity） 湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比 。 量量湿空气中绝干空气的质湿空气中绝干空气的质 湿空气中水汽的质量湿空气中水汽的质量 H gg ww Mn Mn 对于水蒸气对于水蒸气空气系统：空气系统： g w n n H 29 18 g w n n622. 0 w w g w pP p n n w w pP p H 622. 0 w pPfH, 当湿空气中水汽分压当湿空气中水汽分压pw等于该空气温度下的饱和蒸等于该空气温度下的饱和蒸 汽压汽压ps时，其湿度

10、称为时，其湿度称为饱和湿度饱和湿度，用，用Hs表示。表示。 s s S pP p H 622. 0 ),(tPfH S 2 2. .相对湿度百分数相对湿度百分数（ relative humidity） 在总压在总压P一定的条件下，湿空气中水蒸气分压一定的条件下，湿空气中水蒸气分压 pw与同温度下的饱和蒸汽压与同温度下的饱和蒸汽压ps之比。之比。 %100 s w p p 相对湿度代表湿空气的不饱和程度相对湿度代表湿空气的不饱和程度，愈低，愈低， 表明该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。表明该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。 =1=1，湿空气达到饱和，不能作为干燥介质。湿空气达到饱和，不能

11、作为干燥介质。 将将 %100 s w p p 代入代入 w w pP p H 622. 0 s s pP p H 622. 0 在总压一定时在总压一定时 HTf, 3 3. .比容比容 H v 在湿空气中，在湿空气中，1 1kgkg绝干空气体积和相应水汽体积绝干空气体积和相应水汽体积 之和，又称湿容积之和，又称湿容积。 绝干气绝干气 水汽水汽绝干空气绝干空气 kg mm vH 33 P tH vH 5 10013. 1 273 273 4 .22 1829 1 P t H 5 10013. 1 273 273 244. 1772. 0 4 4. .比热比热 H c 常压下，将湿空气常压下，将

12、湿空气1 1KgKg绝干空气及相应水汽的温绝干空气及相应水汽的温 度升高（或降低）度升高（或降低）11所需要（或放出）的热量，称所需要（或放出）的热量，称 为湿比热。为湿比热。 vgH Hccc Hc H 88.101.1 Hfc H 5 5. .湿空气的焓湿空气的焓 H I 湿空气中湿空气中1 1 kgkg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。 VgH HIII 0 HrtHCtCI vgH 0 HrtHCC vg HtH2490)88. 101. 1 ( 6 6. .干球温度干球温度t t和湿球温度和湿球温度 t （1 1）干球温度）干球温度 用普通温度计测得的用

13、普通温度计测得的湿空气的真实温度湿空气的真实温度 （2 2）湿球温度）湿球温度 湿球温度计在温度为湿球温度计在温度为t t，湿度为湿度为H H的不饱和空的不饱和空 气流中，达到平衡或稳定时所显示的温度。气流中，达到平衡或稳定时所显示的温度。 t 大量的大量的 湿空气湿空气 t, Ht, H 水水 表面水的表面水的 分压高分压高 N,kH 水向空气水向空气 主体传递主体传递 Q, 蒸发时蒸发时 需要吸热需要吸热 tw 自身降温自身降温 )( ttSQ SHHkN tsH )( , t NrQ )( , HH rk tt ts tH 对于空气对于空气 水蒸气系统而言水蒸气系统而言 09. 1 H

14、k Htft, 当当 tt 时时， ts HH , 在一定的总压下，已知在一定的总压下，已知t、tw能否能否确定确定H? 7 7. .绝热饱和冷却温度绝热饱和冷却温度 as t 水分向空水分向空 气中汽化气中汽化 空气降空气降 温增湿温增湿 饱和饱和 as t 绝热绝热 焓不焓不 变变 对绝热饱和器作焓衡算，即可求出绝热饱和温度对绝热饱和器作焓衡算，即可求出绝热饱和温度 01 )(HrtHccI vg 02 )(rHtcHcI asasvasg 21 II 00 )()(rHtcHcHrtHcc asasvasgvg Hvasgvg ccHcHcc 一般一般H及及Has值均很小值均很小 )(

15、0 HH c r tt as H as )( 0 HH c r tt as H as Htftas, 是湿空气在绝热、冷却、增湿过程是湿空气在绝热、冷却、增湿过程 中达到的极限冷却温度。中达到的极限冷却温度。 对于空气对于空气水系统，水系统， H H k c ttas 注意：绝热饱和温度于湿球温度的区别和联系！注意：绝热饱和温度于湿球温度的区别和联系！ 8 8. .露点露点 d t 将不饱和空气将不饱和空气等湿冷却等湿冷却到饱和状态时的温度到饱和状态时的温度 相应的湿度称为饱和湿度相应的湿度称为饱和湿度 d ts H , d d d ts ts ts pP p H , , , 622. 0 d

16、 d d ts ts ts H PH p , , , 622. 0 H HP 622. 0 对于水蒸汽对于水蒸汽空气系统，干球温度、绝热饱和空气系统，干球温度、绝热饱和 温度和露点间的关系为：温度和露点间的关系为： 不饱和空气：不饱和空气： das tttt )( 饱和空气：饱和空气： das tttt )( 例例9-19-1已知湿空气的总压为已知湿空气的总压为101.325101.325 kPakPa，相对湿度相对湿度 为为50%50%，干球温度为，干球温度为2020。试求：。试求： (1) (1)湿度；湿度； (2) (2)水蒸气分压水蒸气分压p;p; ( (3)3)露点露点t td d；

17、 (4) (4)焓焓I I； ( (5)5)如将如将500500kg/hkg/h干空气预热至干空气预热至117117，求所需热，求所需热 量量Q Q； ( (6)6)每小时送入预热器的湿空气体积每小时送入预热器的湿空气体积V V。 绝干气绝干气 湿度湿度 。时的饱和蒸气压为时的饱和蒸气压为水在水在 得得，由饱和水蒸气表查，由饱和水蒸气表查，解：解： kgkg pP p H kPap tkPaP s s s /00757. 0 34. 25 . 033.101 34. 25 . 0622. 0622. 0 H)1( 34. 220 2033.101 kPapp sv 17. 134. 25 .

18、0 )2( 水汽分压水汽分压 。度度表，得到对应的饱和温表，得到对应的饱和温 查饱和水蒸气查饱和水蒸气以可由以可由达到饱和时的温度。所达到饱和时的温度。所 不变的情况下，冷却不变的情况下，冷却或水汽分压或水汽分压露点是空气在湿度露点是空气在湿度 露点露点 9 17. 1 H )3( d v t kPaP p )/(6 .38 00727. 0249020)00727. 088. 101. 1( 2490)88. 101. 1( )4( 绝干气绝干气 焓焓 kgkJ HtHI I kWhkJ tHWtWcQ Q H 8 .13/4966 )20117()00727. 088. 101. 1(50

19、0 )88. 101. 1( )5( 热量热量 3 5 5 5 7 .419 1001. 1 100133. 1 273 20273 )00272. 0224. 1722. 0(500 100133. 1 273 273 )224. 1722. 0( m P t HWWvV H V)6(湿空气体积湿空气体积 等湿线等湿线 1.1.湿焓图。湿焓图。 等焓线等焓线 等温线等温线 等相对等相对 湿度线湿度线 水蒸气水蒸气 分压线分压线 二、湿焓图及其应用二、湿焓图及其应用 2 2. .湿焓图的应用湿焓图的应用 (1)(1)由测出的参数确定湿空气的状态由测出的参数确定湿空气的状态 水与空气系统，已知空

20、气的干球温度水与空气系统，已知空气的干球温度t t和湿球温和湿球温 度度t tw w，确定该空气的状态点确定该空气的状态点A(t,H)A(t,H)。 水与空气系统中，已知水与空气系统中，已知t t和和t td d，求原始状态点求原始状态点 A(t,H)A(t,H)。 水与空气系统中，已知水与空气系统中，已知t t和和，求原始状态点求原始状态点A A的的 位置位置 (2)(2)已知湿空气某两个可确定状态的独立变量，求已知湿空气某两个可确定状态的独立变量，求 该湿空气的其他参数和性质该湿空气的其他参数和性质 A td A % A 例例9-29-2已知湿空气的干球温度已知湿空气的干球温度t t=30

21、=30，相对湿度相对湿度 =0.6=0.6，求湿空气的湿度求湿空气的湿度H H，露点露点t td d、t tas as。 。 %100 6 . 0 t=30 A H=0.016kg/kgH=0.016kg/kg干气干气 D td=21 等焓线 C tas=23 一、湿物料中含水量的表示方法一、湿物料中含水量的表示方法 二、二、干燥平衡曲线干燥平衡曲线 三、物料中所含水分的性质三、物料中所含水分的性质 四、平衡曲线的应用四、平衡曲线的应用 第第三三节节 固体物料干燥过程的相平衡固体物料干燥过程的相平衡 一、湿物料中含水量的表示方法一、湿物料中含水量的表示方法 1 1. .湿基含水量湿基含水量W

22、W 湿物料的总质量湿物料的总质量 水分质量水分质量 2 2. .干基含水量干基含水量X X 湿物料中绝干气的质量湿物料中绝干气的质量 湿物料中水分的质量湿物料中水分的质量 X 3 3. .换算关系换算关系 X X 1 1 X 温度一定，对于一定的湿物料长时间接触湿空气，达到平衡状态。温度一定，对于一定的湿物料长时间接触湿空气，达到平衡状态。 平衡蒸气压平衡蒸气压：平衡状态下湿物料表面的蒸气压。平衡状态下湿物料表面的蒸气压。 平衡含水量平衡含水量：平衡状态下物料的含水量。平衡状态下物料的含水量。 二、干燥平衡曲线二、干燥平衡曲线 1. p-X* (或或p*-X)线线 平衡含水量平衡含水量= =f

23、 ( ( 物料的性质，空气的状态物料的性质，空气的状态) ) 可见：可见： pV =0 X=0 当当 时，时，pV X s XX 当当 时，时， s XX sv pp S S D T E B C O A p pS p*A XS p1 pC p*C X* XAXB 平衡含水量曲线（平衡含水量曲线（ t =常数）常数） 2. -X线线 -X 图受温度的影响相对较小图受温度的影响相对较小 754 2 10 3 8 9 1 12 6 11 060402080100 4 8 12 16 20 24 28 / % X X* */kg/kg（水）水）/100kg/100kg（绝对干燥物料）绝对干燥物料） 某

24、些物料的平衡含水量（常温下）某些物料的平衡含水量（常温下） 1 1新闻纸新闻纸 2 2羊毛羊毛 3 3消化纤维消化纤维 4 4丝丝 5 5皮革皮革 6 6陶土陶土 7 7烟叶烟叶 8 8肥皂肥皂 9 9牛皮胶牛皮胶 1010木材木材 1111玻璃丝玻璃丝 1212棉花棉花 三、三、 物料中所含水分的性质物料中所含水分的性质 1.自由水分和平衡水分自由水分和平衡水分 平衡水分平衡水分：用一定状态的湿空气，干燥某湿物料，物料用一定状态的湿空气，干燥某湿物料，物料 能够达到的极限含水量。能够达到的极限含水量。 即：即：X X* 可能被空气干燥的水分可能被空气干燥的水分 。 2.2.结合水分和非结合水

25、分结合水分和非结合水分 结合水分结合水分：固、液之间结合力较强的水分，存在固、液之间结合力较强的水分，存在 于物料细胞壁内或毛细管内。于物料细胞壁内或毛细管内。 注：结合水产生的蒸汽压小于同温度下纯水的蒸汽压。注：结合水产生的蒸汽压小于同温度下纯水的蒸汽压。 非结合水分非结合水分：固液之间结合力较弱的水分，如物料固液之间结合力较弱的水分，如物料 表面的附着水分，或物料表面大孔内的水分。表面的附着水分，或物料表面大孔内的水分。 注：非结合水产生的蒸汽压等于同温度下纯水的蒸汽压。注：非结合水产生的蒸汽压等于同温度下纯水的蒸汽压。 （2 2）非结合水分是在干燥中容易除去的水分，而结）非结合水分是在干

26、燥中容易除去的水分，而结 合水分较难除去。是结合水还是非结合水仅决定于固合水分较难除去。是结合水还是非结合水仅决定于固 体物料本身的性质，与空气状态无关。体物料本身的性质，与空气状态无关。 注意：注意： （1 1）自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡）自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡 水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的划分除与水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的划分除与 物料有关外，还决定于空气的状态。物料有关外，还决定于空气的状态。 四、平衡曲线的应用四、平衡曲线的应用 1.1.确定过程进行的方向确定过程进行的方向 物料脱水而被干燥；物料脱水而被干燥； 物料吸水而增湿物料吸

27、水而增湿 ； 相平衡。相平衡。 2.2.确定过程的推动力确定过程的推动力 传质推动力：传质推动力： 湿份的传递方向，视推动力的方向而定，或增湿或湿份的传递方向，视推动力的方向而定，或增湿或 干燥。干燥。 传热推动力：空气的温度与湿物料表面温度之差。传热推动力：空气的温度与湿物料表面温度之差。 ppp * HHH * 水分的种类 100 0 结合水份 非结合水份 自由水份 平衡 水份 XSX* / % X100 3.3.确定在给定干燥介质的条件下，湿物料中可能去确定在给定干燥介质的条件下，湿物料中可能去 除的水分及干燥后物料的最低含水量除的水分及干燥后物料的最低含水量 。 一、干燥速率曲线一、干

28、燥速率曲线 二、湿分在湿物料中的传递机理二、湿分在湿物料中的传递机理 第四节第四节 恒定干燥条件下的干燥速率恒定干燥条件下的干燥速率 干燥速率定义干燥速率定义： 以湿度差表示以湿度差表示: : )(HHkU WH 以温度差表示以温度差表示: : )( w w tt r h U 一、干燥速率曲线一、干燥速率曲线 1.干燥曲线与干燥速率曲线干燥曲线与干燥速率曲线 Sd GdX Sd dW U 恒定干燥条件恒定干燥条件 干燥过程中，空气的干燥过程中，空气的湿度湿度、温度温度、速度速度及与湿物及与湿物 料的料的接触状态接触状态不变。不变。 例：少量湿物料与大量湿空气相接触。例：少量湿物料与大量湿空气相

29、接触。 干燥曲线及干燥速率曲线干燥曲线及干燥速率曲线 干燥曲线：干燥曲线： X 关系；关系； 干燥速率曲线：干燥速率曲线： U X 之间的关系。之间的关系。 A A C B D E X 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 0.6 246810121416 / h 干燥曲线干燥曲线 X* X* E D C B A A 恒速阶段恒速阶段降速阶段降速阶段 XC X U 0 典型的干燥速率曲线典型的干燥速率曲线(恒定干燥条件恒定干燥条件) AB（或（或AB）段：段： A点代表时间为零时的情况点代表时间为零时的情况, AB为湿物料不为湿物料不 稳定的加热过程。稳定的加热过程。 曲线分析：

30、曲线分析： BC段：段：在在BCBC段内干燥速率保持恒定，称为恒速干燥阶段段内干燥速率保持恒定，称为恒速干燥阶段。 C点：由恒速阶段转为降速阶段的点称为临界点，所对应湿物料点：由恒速阶段转为降速阶段的点称为临界点，所对应湿物料 的含水量称为临界含水量，用的含水量称为临界含水量，用Xc表示。表示。 CDE段：随着物料含水量的减少，干燥速率下降，段：随着物料含水量的减少，干燥速率下降，CDE段称为段称为 降速干燥阶段。不同类型物料结构不同，降速阶段速率曲线的形降速干燥阶段。不同类型物料结构不同，降速阶段速率曲线的形 状也不同。状也不同。 E点：点：E点的干燥速率为零，点的干燥速率为零，X*即为操作

31、条件下的平衡含水量。即为操作条件下的平衡含水量。 注意：注意：干燥曲线或干燥速率曲线是在恒定的空气条件下获得的，对干燥曲线或干燥速率曲线是在恒定的空气条件下获得的，对 指定的物料，空气的温度、湿度不同，速率曲线的位置也不同。指定的物料，空气的温度、湿度不同，速率曲线的位置也不同。 二、湿分在湿物料中的传递机理二、湿分在湿物料中的传递机理 1.1.湿物料分类湿物料分类 多孔性物料多孔性物料，如催化剂颗粒，砂子等。主要特征：，如催化剂颗粒，砂子等。主要特征： 水分存在于物料内部大小不同的细孔和通道中；水分存在于物料内部大小不同的细孔和通道中； 湿分移动主要靠毛细管作用力；湿分移动主要靠毛细管作用力

32、； 这类物料的临界含水量较低，降速段一般分为两个阶段。这类物料的临界含水量较低，降速段一般分为两个阶段。 非多孔性物料非多孔性物料，如肥皂、浆糊、骨胶等。主要特征：，如肥皂、浆糊、骨胶等。主要特征： 结合水与固相形成了单相溶液；结合水与固相形成了单相溶液； 湿分靠物料内部存在的湿分差以扩散的方式进行迁移；湿分靠物料内部存在的湿分差以扩散的方式进行迁移； 这类物料的干燥曲线的特点是恒速阶段短，临界含水量；这类物料的干燥曲线的特点是恒速阶段短，临界含水量； 较高，降速段为一平滑曲线。较高，降速段为一平滑曲线。 2.2.液体扩散理论液体扩散理论 主要论点：主要论点： 在降速干燥阶段中，湿物料内部的水

33、分不均匀，形成了浓度在降速干燥阶段中，湿物料内部的水分不均匀，形成了浓度 梯度，使水分由含水量较高的物料内部向含水量较低的表面扩梯度，使水分由含水量较高的物料内部向含水量较低的表面扩 散，然后水分在表面蒸发，进入干燥介质。散，然后水分在表面蒸发，进入干燥介质。 干燥速率完全决定于物料内部的扩散速率。此时，除了空气干燥速率完全决定于物料内部的扩散速率。此时，除了空气 的湿度影响表面上的平衡值外，干燥介质的条件对干燥速率已的湿度影响表面上的平衡值外，干燥介质的条件对干燥速率已 无影响。无影响。 非多孔性湿物料的降速干燥过程较符合扩散理论。非多孔性湿物料的降速干燥过程较符合扩散理论。 3.3.毛细管

34、理论毛细管理论 主要论点：主要论点： 多孔性物料具有复杂的网状结构的孔道，水分在多孔性物多孔性物料具有复杂的网状结构的孔道，水分在多孔性物 料中的移动主要依靠毛细管力。料中的移动主要依靠毛细管力。 多孔性物料的干燥过程较好地符合这一理论。多孔性物料的干燥过程较好地符合这一理论。 E D C B X R O 多孔性陶制平板的干燥速率曲线多孔性陶制平板的干燥速率曲线 E C B X R O 非多孔性粘土板的干燥速率曲线非多孔性粘土板的干燥速率曲线 第五节第五节 干燥过程的计算干燥过程的计算 一、干燥系统的物料衡算一、干燥系统的物料衡算 二、干燥系统的热量衡算二、干燥系统的热量衡算 三、干燥时间计算

35、三、干燥时间计算 一、干燥系统的物料衡算一、干燥系统的物料衡算 1 1. .水分蒸发量水分蒸发量 以单位时间为基准，对水分作物料衡算以单位时间为基准，对水分作物料衡算 2211 GXLHGXLH 2112 XXGHHLW 2 2. .空气消耗量空气消耗量L L 12 21 HH XXG L 12 HH W 每蒸发每蒸发1 1kgkg水分时，消耗的绝干空气数量水分时，消耗的绝干空气数量l l W L l 12 1 HH 3 3. .干燥产品流量干燥产品流量G G2 2 对干燥器作绝干物料的衡算对干燥器作绝干物料的衡算 1122 11 GG 2 11 2 1 1 G G 例例9-39-3在连续干燥

36、器中用热空气作介质对物在连续干燥器中用热空气作介质对物 料进行干燥。湿物料的处理量为料进行干燥。湿物料的处理量为1600kg/h1600kg/h，进、，进、 出干燥器的湿基含水量分别为出干燥器的湿基含水量分别为0.120.12和和0.020.02，空气，空气 进、出干燥器的湿度分别为进、出干燥器的湿度分别为0.010.01和和0.0280.028。试求水。试求水 分蒸发量、单位空气消耗量和新鲜空气消耗量、分蒸发量、单位空气消耗量和新鲜空气消耗量、 干燥产品量。干燥产品量。 hkgWGGor XGG G hkgHLL hkg HH W L kgkg HH l Ll hkgW x x X x x

37、X hkgwGG XXGW W /7 .14363 .1631600 7 .1436)0204. 01(1408)1( 3 /9170)01. 01(9079)1( /9079 01. 0028. 0 3 .163 /6 .55 01. 0028. 0 11 )2( /3 .1630204. 01364. 01408 0204. 0 02. 01 02. 0 1 1364. 0 12. 01 12. 0 1 /1408)12. 01(1600)1( )( 1 12 22 2 11 12 12 1 2 2 2 1 1 1 11 21 ： ）干燥产品量）干燥产品量（ 新鲜气新鲜气 绝干气绝干气 水

38、分水分绝干气绝干气 和新鲜空气消耗量和新鲜空气消耗量单位空气消耗量单位空气消耗量 水水）（ 绝干料绝干料其中：其中： ）水分蒸发量）水分蒸发量解：（解：（ 二、干燥系统的热量衡算二、干燥系统的热量衡算 1 1. .热量衡算的基本方程热量衡算的基本方程 忽略预热器的热损失，对预热器进行热量衡算：忽略预热器的热损失，对预热器进行热量衡算： 10 LIQLI p 单位时间内预热器消耗的热量为：单位时间内预热器消耗的热量为： 01 IILQ p 以以1 1s s为基准，对干燥器进行热量衡算：为基准，对干燥器进行热量衡算： LD QIGLIQIGLI 2211 单位时间内向干燥器补充的热量为：单位时间内

39、向干燥器补充的热量为： LD QIIGIILQ 1212 单位时间内干燥系统消耗的总热量为：单位时间内干燥系统消耗的总热量为： Dp QQQ L QIIGIIL 1202 连续干燥系统热量衡算的基本方程式连续干燥系统热量衡算的基本方程式 假设新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废假设新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废 气中水汽的焓气中水汽的焓 20VV II 湿空气进出干燥器时的焓分别为：湿空气进出干燥器时的焓分别为： 0000 HItcI Vg 2222 HItcI Vg 0220202 HHIttcII Vg 0222002 HHtcrttcg 02202 88. 1249001. 1HH

40、ttt 湿物料进出干燥器的焓分别为：湿物料进出干燥器的焓分别为： 222 m cI 1212 m cII Dp QQQ L QIIGIIL 1202 Lm QGc HHtttL 12 02202 88. 1249001. 1 111 m cI 假设湿物料进出干燥器时的比热取平均值假设湿物料进出干燥器时的比热取平均值 m c 12 HH W L 02 HH W Q 022 02 02 88. 1249001. 1HHt HH W ttL Lm QGc 12 Lm QGctWttL 12202 88. 1249001. 1 可见：向干燥系统输入的热量用于：可见：向干燥系统输入的热量用于：加热空气加

41、热空气；加加 热物料热物料；蒸发水分蒸发水分；热损失热损失 。 Xccc sm 其中：其中： 2 2. .干燥系统的热效率干燥系统的热效率 %100 量量向向干干燥燥系系统统输输入入的的总总热热 蒸蒸发发水水分分所所需需的的热热量量 蒸发水分所需的热量为：蒸发水分所需的热量为： WtWQV 12 187. 488. 12490 忽略物料中水分带入的焓忽略物料中水分带入的焓 2 88. 12490tWQV %100 88. 12490 2 Q tW 3.3.理想干燥过程和非理想干燥过程理想干燥过程和非理想干燥过程 (1)(1)理想干燥过程理想干燥过程 不向干燥器中补充热量不向干燥器中补充热量 Q

42、D=0=0； 忽略干燥器向周围散失的热量忽略干燥器向周围散失的热量 QL=0=0； 物料进出干燥器的焓相等物料进出干燥器的焓相等 0 12 IIG DDp QIILQQQ )( 01 L QIIGIIL 1202 21 II 理想干燥过程为等焓过程，近似绝热饱和过程。理想干燥过程为等焓过程，近似绝热饱和过程。 H0 t0 A I H t1B t2 C 21 II 理想干燥过程在湿焓图上的表示方法理想干燥过程在湿焓图上的表示方法 (2)(2)非理想干燥过程非理想干燥过程 非理想干燥过程为非等焓干燥过程；非理想干燥过程为非等焓干燥过程； 空气状态不是沿绝热饱和线变化空气状态不是沿绝热饱和线变化 ；

43、 实际的干燥过程大多为非理想干燥过程。实际的干燥过程大多为非理想干燥过程。 I H t1B t2 C 21 II C1 C2 C3 例例9-4在常压绝热干燥器中将在常压绝热干燥器中将1500kg湿物料湿物料 从原始含水量从原始含水量18降至降至1.5(湿基湿基)。空气温度为。空气温度为 25、湿度为、湿度为0.01，在预热器升温至，在预热器升温至90后进入后进入 干燥器，离开干燥器的温度为干燥器，离开干燥器的温度为50。试计算：完。试计算：完 成任务所需新鲜空气量、预热器的热负荷。成任务所需新鲜空气量、预热器的热负荷。 222111 21 2 2 2 1 1 1 11 0 2490)88. 1

44、01. 1(2490)88. 101. 1( 3 .25101523. 02195. 01230)( 01523. 0 015. 01 015. 0 1 2195. 0 18. 01 18. 0 1 1230)18. 01(1500)1( 1 HtHHtH kgXXGW w w X w w X kgwGG L ，即即：进进出出干干燥燥器器的的焓焓值值相相等等对对绝绝热热干干燥燥过过程程，空空气气 水水）（ 绝绝干干料料 ）新新鲜鲜空空气气消消耗耗量量解解：（ kJ ttHLIILQ Q kgHLL kg HH W L H HH p p 64 01001 44 00 4 02 2 22 1005

45、5. 12590)01. 088. 101. 1(10578. 1 )(88. 101. 1()( 2 10594. 1)01. 01(10578. 1)1( 10578. 1 01. 0002593. 0 3 .251 02593. 0 249050)88. 101. 1( 01. 0249090)01. 088. 101. 1( ）（ ）预热器的热负荷）预热器的热负荷（ 新鲜气新鲜气 绝干气绝干气 求得：求得： 例例9-59-5：某种湿物料在常压气流干燥器中进行干某种湿物料在常压气流干燥器中进行干 燥，湿物料的流量为燥，湿物料的流量为1 1kg/skg/s，初始湿基含水量为初始湿基含水量为

46、3.5%3.5%， 干燥产品的湿基含水量为干燥产品的湿基含水量为0.5%0.5%。空气状况为：初始。空气状况为：初始 温度为温度为2525，湿度为，湿度为0.005kg/kg0.005kg/kg干空气，经预热后干空气，经预热后 进干燥器的温度为进干燥器的温度为140140，若离开干燥器的温度选定，若离开干燥器的温度选定 为为6060和和4040，试分别计算需要的空气消耗量及预，试分别计算需要的空气消耗量及预 热器的传热速率。热器的传热速率。 又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了 1010，试分析以上两种情况下物料是否返潮？假设，试分析以上两种情况下物料是

47、否返潮？假设 干燥器为理想干燥器干燥器为理想干燥器。 解：解：因在干燥器内经历等焓过程，因在干燥器内经历等焓过程， 21HH II 222111 249088. 101. 1249088. 101. 1HtHHtH 140 1 t 干空气干空气kgkgHH/005. 0 01 60 2 t 24906088. 1 6001. 1005. 02490 24906088. 1 140005. 088. 101. 1 2 H 干空气干空气kgkg/0363. 0 绝干物料量绝干物料量 ： 11 1 GGC 035. 011 skg/965. 0 1 1 1 1 X绝干料绝干料水水 kgkg/0363

48、. 0 5 .96 5 . 3 绝干料绝干料水水 kgkgX/00503. 0 5 . 01 5 . 0 2 绝干空气量绝干空气量 12 22 HH XXG L C 005. 00363. 0 00503. 00363. 0965. 0 skg/964. 0 预热器的传热速率预热器的传热速率 )( 01 ttLcQ Hp 010 88. 101. 1ttHL 25140005. 088. 101. 1964. 0 skJ /113 40 2 t 干空气干空气kgkgH/0447. 0 2 skgL/76. 0 skJQ p /89 分析物料的返潮情况分析物料的返潮情况 当当t t2 2=60=

49、60时，干燥器出口空气中水汽分压为时，干燥器出口空气中水汽分压为 2 2 2 622. 0H PH p 0363. 0622. 0 0363. 033.101 kPa59. 5 t t=50=50时，饱和蒸汽压时，饱和蒸汽压p ps s=12.34kPa=12.34kPa， 2 pps 即此时空气温度尚未达到气体的露点，即此时空气温度尚未达到气体的露点，不会返潮不会返潮。 当当t t2 2=40=40时，干燥器出口空气中水汽分压为时，干燥器出口空气中水汽分压为 kPap79. 6 0447. 0622. 0 0447. 033.101 2 t t=30=30时，饱和蒸汽压时，饱和蒸汽压p ps s=4.25kPa=4.25kPa， s pp 2 物料可能返潮。物料可能返潮。 三、干燥时间的计算三、干燥时间的计算