1、第五章 固体干 燥,教学要求 5-0 概述 5-1 干燥介质的性质和湿焓图 5-2干燥过程的物料衡算和热量衡算 5-3干燥过程中的平衡关系与速率关系 5-4干燥设备,教学要求,重 点：干燥介质的湿、热性质，干燥过程的物、热衡算，干燥过程的平衡及速率关系。,教学要求,基本公式：干燥介质九个性质的计算；干燥过程的物料衡算；预热器、干燥器的热衡算；恒定干燥条件下干燥时间的计算。,教学要求,理解分析：干燥介质的作用；提高干燥过程的热效率与干燥效率的措施；干燥过程的平衡关系；传质方向与限度的确定；恒定干燥条件下的干燥曲线及干燥速率曲线及测定方法；恒速段、降速段出现的原因及影响因素。,5-0 概述,1.干
2、燥利用热能，使固体物料中的湿分汽化除去的方法。,其它除去固体中湿分的方法？,2.分类,按操作压强,常压干燥,真空干燥,为什么不加压？,按操作方式,连续干燥,间歇干燥,5-0 概述,按传热方式,传导干燥（滚筒干燥）,对流干燥,流化床干燥,喷雾干燥,辐射干燥（红外干燥）,介电干燥（微波干燥）,干燥介质,作用：载热体、载湿体,物料：热空气、过热水蒸汽、烟道气,常压连续对流干燥,转筒干燥器,5-0 概述,干燥过程热、质同时传递的综合过程。,t,W,p,tw,pw,Q,湿物料,干燥介质,传热过程：Q=S(t-tW),传质过程：NA=kG(pW-p),当传热达到平衡而传质不平衡会出现什么情况？,5-0 概
3、述,特点：1.传热、传质不可能单独达到平衡。2.过程可能发生逆转,tw1,tw2,t1,t2,p2,p1,pW2,pW1,Q,W,W,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,一、干燥介质的性质,讨论前提： 常压气体视为理想气体。 单位质量绝干气为基准。,1.干球温度 t ,干燥介质的真实温度反映介质热方面的性质,2.湿度 H kg湿分/kg干气,单位质量绝干气所携带湿分的质量 反映介质湿方面的性质。,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,3.相对湿度,Hp关系？,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,的意义介质的载湿能力,绝干气：,饱和气：,数值？介质的载湿能力大 如何提高介质的载湿能力？,H的关系是介质湿、热方
4、面的性质,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,特殊情况时的,如ttb,例：常压下140的热空气的相对湿度。已知20 其相对湿度为80。20 时水的饱和蒸汽压2338.59Pa140时，363.0kPa,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,4.露点 td ,一定总压下，介质等湿降温至饱和时的温度,露点求取的实际意义？,确定干燥介质离开干燥器的温度t2,露点反映介质哪方面性质？,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,5.湿球温度 tW ,一定总压下，大量介质与湿球温度计感温球接触， 达到传热、传质均衡时感温球的温度,t,tW,p,pW,大量介质的意义？,试分析 ttW 在保持传质进行时， 传热会怎样进行？,5-
5、1 干燥介质的性质及湿焓图,tW反映介质哪方面性质？,如何根据已知的t,H求取tW？,tW求取的实际意义？,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,6.湿比热 cp kJ/kg绝干气体,1kg绝干气及其所带的 H kg湿分升（降）温1 所需要（或放出）的热量，称为比热容，又称湿 比热,cH反映介质哪方面性质？,7.焓 IH kJ/kg绝干气体,1kg绝干气及其所带的 H kg湿分所具有的焓 （以0为基准）,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,IH反映介质哪方面性质？,如何提高介质的载热能力？,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,8.绝热饱和温度 tas,一定总压下，大量液态湿分与一定量的介质绝热 接触，达到传
6、热、传质平衡时，介质的温度。,tas,tas,条件：,水温tas,绝热Ql=0,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,tas反映介质哪方面性质？,tas求取的实际意义？,对水空气系统，tastW,对水空气系统，t、tas、tW、td之间有什么关系？,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,9.湿比容 vH m3/kg 干气,1kg绝干气及其所带的 H kg湿分所具有的容积。,vH求取的实际意义？,vH反映介质哪方面性质？,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,例1. N2与苯蒸汽体系。在系统总压为102.4kPa、温度为293K时，系统中苯蒸汽的分压为7.32kPa。现拟采用加压冷却的方法回收混合气体中的苯。问：
7、须将混合气体加压至多少压强，并同时冷却到283K，才能回收75%的苯？若维持恒压冷却，且使苯的回收率达到75，则需要冷却至多少温度？,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,解：,如何才能回收到气态的苯？,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,若维持恒压冷却使回收率达到75%，则： H0=0.21447kg(苯）/（kg绝干氮气） H1=0.05362kg(苯）/（kg绝干氮气）,例题,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,二、湿空气的湿焓图,掌握5条主线的走向，能确定空气的状态点， 并查取空气性质。能画出干燥过程在图上变 化的示意图。,1.湿空气的湿焓图简介,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,等H线,等线,等IH
8、线,等t线,等p线,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,2.湿空气状态点的确定,需要已知什么条件？ 我们能够得到哪些条件？,（1）已知H, t,（2）已知tw, t,（3）已知t,（4）已知t, td,湿度图,5-1 干燥介质的性质及湿焓图,A,100%,30%,0.011,30,50,H,IH,15,200kJ/kg,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,计算内容：绝干气的用量 L kg干气/h除去的湿分量 W kg/h介质离开干燥器的温度t2, 湿度H2预热器的供热速率,一、物料中湿分含量的表示,1.湿基湿含量（湿分的质量百分率）,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,2.干基湿含量（湿分的质
9、量比）,关系,二、物料衡算,干燥器,介质,G2,X2,物料,t2,H2,t1,H1,G1,X1,干燥产品,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,1.绝干物料质量Gc,2.物料衡算,已知什么条件？ 我们能够解出哪些参数？,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,三、热量衡算,干燥器,预热器,介质,物料,t1,H1,L,t0,H0,t2,H2,G1,X1，1,产品,G2,X2，2,G2,X2，1,W，1,L,t2,H1,W，t2,Qp,QD,Ql,1.预热器,我们能够求解吗？,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,2.干燥器,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,QD+LcH1(t1-t2)=W(r
10、0+cvt2-cW1)+Gccs(2-1)+GcX2cW(2-1)+Ql,外界补充热量介质放热用于三个方面： 1.汽化湿分；2加热产品；3.热损失,QD+LcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2-cW1)+ Gccm(2-1)+ Ql,cm=cs+X2cW,我们能够求解吗？,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,已知：t1, H1, G1, X1, X2, 1 待求：t2, H2, L, 2 方程：物料衡算、热量衡算、t2 2经验公式 方法：试差,假设：H2，t2,经验式,计算：2,热衡算式,计算：L,物衡算式,验证假设,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,3.热衡算式的简化,（1）绝热干
11、燥过程,条件：QD=0, Ql=0, 1=2=tw,LcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2-cW1),（2）等焓干燥过程,条件：QD=0, Ql=0, WcW1=Gccm(2-1),LcH1(t1-t2)=W(r0+cvt2),IH1=IH2,在t1,H1,t2,H2四个参数中已知三个求另一个,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,四、干燥系统热量衡算,干燥器,预热器,介质,物料,t1,H1,L,t0,H0,t2,H2,G1,X1，1,产品,G2,X2，2,G2,X2，2,W，2,L,t2,H1,W，t2,Qp,QD,Ql,QD+QP=LcH1(t2-t0)+W(r0+cvt2-cW1)+
12、 Gccm(2-1)+ Ql,系统供热用于四个方面：1.汽化湿分；2加热产品；3.热损失；4.放出废热,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,系统供热用于四个方面：1.汽化湿分；2加热产品； 3.放出废热；4.热损失,QD+QP=Q1+Q2 +Q3+Ql,1.干燥过程的热效率,讨论：如何提高热效率？,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,2.干燥过程的干燥效率,讨论：如何提高干燥效率？,5-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,例：如图所示常压下空气在如下循环系统中作为干燥介质，试求：（1）空气离开冷却器的温度、湿度（2）空气离开加热器的相对湿度；（3）作出空气状态变化过程的(I-H)示意图,加热
13、器,干燥器,冷却器,t3=60,Vs=100m3/h,t1=30,td1=20,t2=?,W=2.5kg/h,5-3 干燥过程的平衡及速率关系,一、几个概念,将物料中的湿分分类,1.按除去的难易,非结合湿分,结合湿分,2.按能否除去,自由湿分,平衡湿分,二、等温线,t一定，由实验测定湿分在物料和介质间的 平衡关系,只与物料性质有关,与物料性质及 介质状态有关,5-3 干燥过程的平衡及速率关系,湿含量 X,Xh,相对湿度 ,非结合湿分,结合湿分,0,1.0,0.5,X1,X*,平衡湿分,自由湿分,Xh最大吸湿湿含量,X*平衡湿含量,5-3 干燥过程的平衡及速率关系,讨论：当介质的，t一定时，物料
14、与之接触，哪部分湿分是能够被除去的？,三、干燥曲线及干燥速率曲线,1.恒定干燥条件,恒定介质流量,恒定介质温度,恒定介质湿度,恒定介质与物料接触方式,5-3 干燥过程的平衡及速率关系,2.干燥曲线,预热段,恒速段,降速段,注意温度 变化情况,5-3 干燥过程的平衡及速率关系,3.干燥速率曲线,干燥速率单位时间、单位面积除去的湿分量,干燥速率曲线：UX曲线,注意：只适用于特定的干燥条件，特定的物料。,5-3 干燥过程的平衡及速率关系,X*,X1,XC,UC,U,X2,降速段,预热段,恒速段,XC临界湿含量,讨论： 1.恒速段除去的是什么湿分？影响因素为何？ 2.降速段呢？ 3.干燥希望的阶段？,
15、介质条件是影响恒速段速率的主要因素,物料性质是影响降速速段速率的主要因素,Uc越小、物料越分散Xc越小。,5-3 干燥过程的平衡及速率关系,四、干燥时间的计算,1.恒速段,2.降速段,5-3 干燥过程的平衡及速率关系,（1）图解积分,X2,XC,（2）计算（当UX为直线时）,例2.常压下拟用温度为20、湿度为0.008kg水/kg干气的空气干燥某种湿物料。空气在预热器中被加热到90后送入干燥室，离开时的温度为45、湿度为0.022kg水/kg干气。现要求每小时将1200kg的湿物料由含水率3%（湿基）干燥至0.2%（湿基），已知物料进、出口温度分别为20和60，在此温度范围内，绝干物料的比热为
16、3.5kJ/(kg)，水的平均比热为4.19 kJ/(kg)。干燥设备热损失可按预热器中加热量的5%计算。试求： 1）新鲜空气用量，kg/h； 2）预热器的加热量QP，kW； 3）干燥室内补充的热量Qd，kW； 4）热效率。,8-2 干燥过程的物料衡算和热量衡算,例3.现将例1流程改为废气循环流程设计，如图所示。将出口废气中的50%引到新鲜空气处与新鲜空气混合。混合气经预热器仍加热至90后，再送入干燥室，出干燥室的废气温度仍为45，干燥室加热量Qd不变，仍为40.3kW，被干燥的物料及干燥要求不变，热损失仍可取为QP的5%。试计算： (1)新鲜空气的用量，kg/h； (2)预热器的加热量QP，
17、kW； (3) 热效率； (4)画出湿空气状态变化，并与例2对比。,8-3 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系,5-4 干燥设备,干燥器：实现物料干燥过程的机械设备。,被干燥物料的特点,形状,结构,耐热性,结块,对产品的要求,外观,干燥程度,5-4 干燥设备,分类,对流,传导,辐射,介电,选型因素,工艺简单，易操作、调控,低能耗,较高干燥速率,符合产品要求,5-4 干燥设备,厢式（室式）干燥器（Tray dryer）,优点：对物料适应性强，可以用于各种物料的干燥，适用于小规模多品种、干燥条件变动大的场合。 缺点：物料得不到分散，气固两相接触不好，干燥时间长；热效率较低，产品质量不易均匀。,5-4 干燥设备,优点：物料外观不受破坏。,缺点：热效率较低，生产能力较小。,带式干燥器,适用：,5-4 干燥设备,气流干燥器,优点,干燥速度快,气固并流操作,物料停留时间短,物料干燥程度均匀,设备简单,缺点,主要除去非结合湿份,颗粒碰撞严重,气固分离要求高,热效率低,能耗高,适用？,改进？,5-4 干燥设备气流干燥器,流化床干燥器,优点,颗粒浓度高,温度均匀,物料停留时间可调,设备简单,缺点,物料停留时间不均匀,物料碰撞严重,适用？,改进？,5-4 干燥设备,转筒干燥器,优点,生产效率高,介质压降低,对物料适应性强,运行稳定,缺点,设备复杂,占地面积大,适用？,洞道式干燥器,喷雾干燥器,
