化工原理第八章干燥

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1、第五章 干燥,概述,去濕定義：從物料中脫除濕分的過程稱為去濕。 濕分：不一定是水分！,一、去濕方法：,1.機械法：,沉降、過濾、離心分離,低能耗,3.干燥法：,加熱濕分汽化蒸汽排出,能耗較大,注：干燥介質(zhì)：是指帶走濕分的外加氣相,2.化學(xué)法：,使用吸附劑或干燥劑,成本甚高,二、干燥分類,按操作壓強,常壓干燥,真空干燥,按操作方式,連續(xù)干燥,按傳熱方式,對流干燥,傳導(dǎo)干燥,間歇干燥,輻射干燥,介電加熱干燥,（）,（）,（）,三、對流干燥：,,,*熱能以對流方式傳遞給物料；,*產(chǎn)生的蒸汽被干燥介質(zhì)帶走；,,*干燥介質(zhì)與物料相接觸；,*干燥介質(zhì)溫度漸降，濕含量漸增。,三、對流干燥的傳熱傳質(zhì)過程 對流

2、干燥中，傳熱和傳質(zhì)同時發(fā)生 1、傳熱過程 2、傳質(zhì)過程 本章研究對象：空氣-水系統(tǒng),熱空氣既是熱載體又是載濕體，干燥屬熱、質(zhì)同時傳遞，其速率由二者共同控制。,5.1濕空氣的性質(zhì)和濕焓圖,5.1.1濕空氣的性質(zhì)（8個）,,,,,,,1.濕度H (Humidity)：,,,,,,,視為理想氣體：,飽和濕度：,,,若,具有吸濕能力,2.相對濕度 (Relative Humidity) ：在一定總壓下，濕空氣的水汽分壓與同溫下飽和水蒸汽壓之比,,在濕空氣中，1kg絕干空氣體積和相應(yīng)水汽體積之和，又稱濕容積。(單位：m3/kg),3.比容 （Specific Volume)：,,注：濕空氣的密度,常壓

3、下，將濕空氣中1Kg絕干空氣及其相應(yīng)水汽的溫度升高（或降低）1所需要（或放出）的熱量，稱為濕熱。,4.比熱 (Specific Heat)：,只是濕度的函數(shù),,,由于焓是相對值，計算焓值時必須規(guī)定基準(zhǔn)狀態(tài)和基準(zhǔn)溫度，一般以0為基準(zhǔn)，且規(guī)定在0時絕干空氣和液態(tài)水的焓值均為零，則,對于空氣-水系統(tǒng)：,7.焓 (Enthalpy）：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,6.干球溫度t 和濕球溫度tw 干球溫度：用普通溫度計測得的濕空氣的真實溫度。 濕球溫度：濕球溫度計在濕度空氣流中，達到平衡或穩(wěn)定時所顯示的溫度。,濕度差濕份氣化水分降溫 溫度差空氣傳熱穩(wěn)定,*注意： 濕球溫度與水初溫?zé)o關(guān)

4、，只是穩(wěn)定時間不同； 濕空氣量大，可認為狀態(tài)不變； tw=f(t, H) ；H，t-tw，飽和時tw=t。 測定時u5m/s，減少導(dǎo)熱和輻射影響。,*測溫機理：,7.絕熱飽和溫度 :,絕熱飽和過程,絕熱增濕過程,*大量水與少量空氣接觸；,*無熱供給和損失；,*空氣放出的顯熱 用于水分氣化；,*汽化后的水分進入空氣。,絕熱飽和過程,等焓過程,,,濕空氣在絕熱、增濕、冷卻過程中達到飽和 (=100%)時的溫度，是極限冷卻溫度。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,說明：,*,*,*,*注意： tw與tas概念不同，但均與t、H有關(guān)。 tw 是少量水和大量空氣接觸達穩(wěn)態(tài)時的溫度，過程中氣體溫

5、度和濕度近似不變；屬動態(tài)平衡； tas是大量水與空氣接觸達平衡時的溫度，過程中氣體溫度和濕度都變化；屬靜態(tài)平衡；, 絕熱飽和過程中，氣、液間的傳遞推動力由大變小，最終趨于零；測濕球溫度時，穩(wěn)定后的氣、液間的傳遞推動力不變。,不飽和的濕空氣在總壓與濕度保持不變的情況下，降低溫度，使之達到飽和狀態(tài)，即為露點td。,8.露點 (Dew Point):,,,,例5-1 常壓20、濕度0.0147kg/kg絕干氣的濕空氣，求： ；VH；CH； I。 50？,例5-2 常壓30、濕度0.02403kg水/kg絕干 氣的濕空氣， 求： 分壓p；td；tas； tw。,5.1.2濕空氣的HI 圖,試差繁瑣，

6、將各參數(shù)計算式繪圖。迅速方 便。據(jù)相律，當(dāng)P一定時，雙組分、單相濕空 氣自由度為2。則任意兩個獨立參數(shù)即可確定 空氣的狀態(tài)，定出其他參數(shù)。 濕度圖： H I圖和tH圖。 P = 101.33kPa；總壓不能偏離較多；,五組線群：,HI 圖使用方法：已知IH：求td,tas,tw,已知ttw：求A點,已知ttd：求A點,已知t：求A點,例5-1 常壓20、濕度0.0147kg/kg絕干氣的 濕空氣，求： ； I。50？,例5-2 常壓30、濕度0.02403kg水/kg絕干 氣的濕空氣， 求： 分壓p；td；tas； tw。,5.2 干燥過程物料與熱量衡算,5.2.1濕物料的性質(zhì),1.濕基含水量

7、( )：,2.干基含水量( )：,換算：,和,一、含水量的表示法：,3.濕物料的比熱容Cm 4.濕物料的焓I(以0為基準(zhǔn)),5.2.2干燥系統(tǒng)的物料衡算,,1.水分蒸發(fā)量( )：,,,其中：,2.絕干空氣消耗量( )：,單位空氣消耗量，,,,新鮮空氣量：,風(fēng)機 風(fēng)量：,,G2中仍含少量水分-干燥產(chǎn)品； 注意與絕干物料G的區(qū)別。,3.產(chǎn)品流量( )：,1、熱量衡算基本方程,5.2.3干燥系統(tǒng)的熱量衡算,加入干燥系統(tǒng)的Q被用于： 加熱空氣 蒸發(fā)水分 加熱濕物料 熱損失,2、干燥系統(tǒng)的熱效率,說明：,*,*,H2 、t2 ； H(Hw-H) 推動力 速率 對吸濕性物料應(yīng)使t2、H。 在實際干燥過程中

8、，一般t2-tas1=2050， 從而保證后續(xù)設(shè)備中不析出水而使產(chǎn)品返潮； 廢熱回收：循環(huán)、預(yù)熱空氣或物料；,例5-5 常壓干燥。如上圖所示。 cm = 3.28kJ/(kg絕干料) 求：水分蒸發(fā)量W；新鮮空氣消耗量L0； 風(fēng)機風(fēng)量； Qp；Q；QD；。,5.2.4空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化,對系統(tǒng)進行物料衡算或熱量衡算時，必須知道 空氣的出口狀態(tài)，要根據(jù)過程性質(zhì)來確定。熱 質(zhì)同時傳遞、熱量補充、熱損等，確定過程繁 瑣。 過程性質(zhì)：等焓與非等焓。,2、非等焓干燥過程,1）降焓過程：I2I1 3）等溫過程,5.3干燥過程平衡關(guān)系與速率關(guān)系,物料衡算與熱量衡算是通過物料與介質(zhì)的初 態(tài)與終態(tài)間關(guān)系

9、，確定干燥介質(zhì)用量、水蒸 發(fā)量及消耗熱量干燥靜力學(xué)。 干燥動力學(xué)：物料中除水量與干燥時間關(guān)系。,5.3.1物料中的水分,干燥過程水分的傳遞由外及內(nèi)。內(nèi)部擴散與 物料結(jié)構(gòu)及水分存在方式密切相關(guān)。 除去物料中水分的難易程度取決于物料與水 分的結(jié)合方式。,,,1. 平衡水分與自由水分 平衡水分X*（單位kg水/kg絕干料） 一定狀態(tài)濕空氣，干燥物料能達到的極限含水 量。又稱平衡濕含量或平衡含水量。 即用某種空氣無法再去除的水分。 與物料的種類、溫度及空氣的相對濕度有關(guān)； 物料中的平衡水分隨溫度升高而減??； 隨濕度的增加而增加。,=0， X* =0， 結(jié)論：只有用絕干氣才能得絕干料；,平 衡 含 水

10、量 與 空 氣 相 對 濕 度 曲 線, 自由水分 物料含水量超出平衡水分的部分。即X X* 能用該狀態(tài)空氣干燥除去的水分。 2. 結(jié)合水分與非結(jié)合水分 非結(jié)合水分 將該 X*線延長與 =100線相交于X*B ；此時 物料表面水氣p=ps， X X*B 時，p不再變化，如同 表面水一樣，汽化方式與純水相同。結(jié)合力較弱， 易干燥除去。 結(jié)合水分 X< X*B 的水分。結(jié)合力較強，p

11、變動干燥：連續(xù)干燥設(shè)備很難維持恒定干燥，沿干 燥器的長度空氣溫度逐漸下降而濕度逐漸增高。,1. 恒定干燥時間計算,1）干燥實驗和干燥曲線 干燥實驗：定時測物料質(zhì)量變化，并記錄每 個間隔內(nèi)物料量變化及物料表面溫度，直 到恒重m(平衡水分)。然后烘干得絕干料量 G(不能使之分解) 。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,一、恒定干燥條件：,,,,空氣溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式不變。,二、干燥曲線：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

12、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三、干燥速率曲線：,,,,,,,,,,,干燥速率：單位時間內(nèi)，單位干燥面積上汽 化的水分量,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

13、,4）恒定干燥條件下干燥時間的計算 恒速階段 干燥時間可直接干燥曲線上查得。無干燥曲 線時，常用計算法 恒速干燥速率=臨界干燥速率,影響恒速干燥的因素： 空氣流速、t、HU；,例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進行干燥，濕物料的流量為1kg/s，初始濕基含水量為3.5%，干燥產(chǎn)品的濕基含水量為0.5%。空氣狀況為：初始溫度為25，濕度為0.005kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱后進干燥器的溫度為140，若離開干燥器的溫度選定為60和40， 試分別計算需要的空氣消耗量及預(yù)熱器的傳熱速率。 又若空氣在干燥器的后續(xù)設(shè)備中溫度下降了10，試分析以上兩種情況下物料是否返潮？假設(shè)干燥器為理想干燥器。,解：因在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過程，,,,絕干物料量 ：,絕干空氣量,預(yù)熱器的傳熱速率,,分析物料的返潮情況,當(dāng)t2=60時，干燥器出口空氣中水汽分壓為,t=50時，飽和蒸汽壓ps=12.34kPa，,即此時空氣溫度尚未達到氣體的露點，不會返潮。,當(dāng)t2=40時，干燥器出口空氣中水汽分壓為,t=30時，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，,物料可能返潮。,