中山大学化工原理课件-第9章-干燥.ppt

1、2023-8-272023-8-272023-8-272023-8-272023-8-27 热能以电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，被物热能以电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，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：生产能力强，干燥产物均匀优点：生产能力强，干燥产物均匀 缺点：能耗大缺点：能耗大 例如用红外线干燥自行车表面油漆例如用红外线干燥自行车表面油漆 将需干燥的物料置于交频电场内，利用高频电场的交变作将需干燥的物料置于交频电场内，利用高频电场的交变作用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。优点：干燥时间

2、短，干燥产品均匀而洁净。优点：干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。缺点：费用大。缺点：费用大。例如微波干燥食品例如微波干燥食品 2023-8-272023-8-27温度为温度为 t t、湿份分压为湿份分压为 p p 的的湿热气体湿热气体流过湿物料的表面，流过湿物料的表面，物料表面温度物料表面温度 t tii 低于气体温度低于气体温度 t t。由于温差的存在，气体以对流方式向固体物料传热，使水由于温差的存在，气体以对流方式向固体物料传热，使水分汽化；分汽化；在分压差的作用下，水分由物料表面向气流主体扩散，在分压差的作用下，水分由物料表面向气流主体扩散，并被气流带走。并被气流带走。干燥介质干燥介质 Q

3、Q湿物料表面湿物料表面 QQ湿物料内部湿物料内部湿物料内部湿物料内部水分水分湿物料表面湿物料表面 水分水分干燥介质干燥介质 2023-8-27物物 料料QNTtw注意：只要物料表面的水分分压高于气体中水分分压，干注意：只要物料表面的水分分压高于气体中水分分压，干燥即可进行，与气体的温度无关。燥即可进行，与气体的温度无关。气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快水分汽气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快水分汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。2023-8-272023-8-27wwawawpppppnn2023-8-27。量湿空气中绝干空

4、气的质湿空气中水汽的质量HaawwMnMnawnnH2918awnn622.0wwawpPpnn2023-8-27wwpPpH622.0wpPfH,ssSpPpH622.0),(tPfHS2023-8-27%100swpp2023-8-27%100swppwwpPpH622.0sspPpH622.0HTf,HV HV2023-8-27waHHVVkgmmV绝干气水汽绝干空气332732734.2218291tHVH273273244.1772.0tH273294.22TVPnRTV 00TTVVKgmV/294.22302023-8-27waHHcccHcH88.101.1 HfcH Hc c

5、a干干空空气气的的比比热热，cv水水气气的的比比热热，Hc2023-8-27HIwaHHIIIIw=r0+cwtHI2023-8-27wt)(0rtCHtCIwaH0HrtHCCwaHtH2492)88.101.1(2023-8-27tt,Htw水2023-8-27tt,H水N,kHQ,tw)(wttAQAHHkNwH)(wNrQ 2023-8-27)(HHrkttwwHw09.1HkHtftw,与水的初始状态无关2023-8-27astast绝热绝热焓不变焓不变ast2023-8-2701)(HrtHccIwa02)(rHtcHcIasaswasa21II 00)()(rHtcHcHrtHc

6、casaswasawaHwasawaccHcHcc2023-8-27)(0HHcrttasHasHtftas,HHkcwastt水水的的状状态态无无关关是是湿湿空空气气的的性性质质，而而与与ast2023-8-27 2023-8-27 dt 特点：特点：%100dddwHHppddwwdpPppPpHH622.0622.0 t,pw t1,pw t2,pw=Ps,d tspdtdt2023-8-27 ：dwastttt)(dwastttt)(2023-8-272023-8-27横坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线。横坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线。右侧纵坐标：空气的湿度，所有的横线

7、为等湿度线。右侧纵坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。总压 P 一定，对给定的：因 ps=f(t)，故 H=f(t)。sspPpH622.0)(HHcrttasHasas对给定的 tas：t=f(H)2023-8-27 HcH884.1005.1273004557.0002835.0tHvH273004557.0002835.0tHvasHas2023-8-271查取湿空气的性质查取湿空气的性质 =1 H P=1atm tdIcH t tas=twVH2023-8-27过过P点的绝热冷却线与点的绝热冷却线与=100%的等相对湿度线的交点在横坐的等相对湿度线的交点在横坐标上对应的值即为绝热饱

8、和温标上对应的值即为绝热饱和温度。读得度。读得 ta s=52，即即 tw =tas=52；解：由解：由t=6 2 的 等 温 线 和的 等 温 线 和H=0.092的等湿度线可以确定一的等湿度线可以确定一个交点个交点P：过过P点的等点的等 线上读线上读得得=60%；cH H=60%1.18cH kJ/(kg绝干气体K)0.092湿度 H绝热冷却线tdtas62温度 tP过过P点的等湿度线点的等湿度线（H=0.092）与与=100%的等相对湿度线的交的等相对湿度线的交点点，在横坐标上对应的值即为露点温度在横坐标上对应的值即为露点温度，读得读得 td=51；过过P P 点的等湿度线与点的等湿度线

9、与 cH-H 线的交点在顶部横轴上的读数即为线的交点在顶部横轴上的读数即为 cH，读得读得 cH=1.18 kJ/(kg绝干气体绝干气体K)；=100%52512023-8-27空气湿度图的用法空气湿度图的用法 （Use of humidity chartUse of humidity chart）在横轴上作在横轴上作 t=5t=52 2 的等的等温线与温线与 =100%=100%的等相对的等相对湿度线相交，作过此交点的湿度线相交，作过此交点的绝热冷却线，与绝热冷却线，与 t t=62=62 的等温线的交点即为空气状的等温线的交点即为空气状态态 P P 点。点。【例例2 2】测得空气的干球温度

10、】测得空气的干球温度 t t=62=62，湿球温度湿球温度 t tww=52=52，试求空气的试求空气的 H H、t tasas、t td d 。解：解：t tww =t tasas =52=52；先确；先确定定 t tasas =52=52 的绝热冷却的绝热冷却线。线。=60%0.092湿度 H绝热冷却线tdtas62温度 tP=100%5251由气体状态由气体状态 P P 点，用上例中类似的方法可以查出点，用上例中类似的方法可以查出 H H=0.092=0.092，=60%=60%，t td d=51=512023-8-27【例例3 3】已知空气的露点温度已知空气的露点温度 td=51，相

11、对湿度相对湿度 =60%，试试求求 t、H、tas、tw。解：解：由由 t=51 的等温线的等温线 与与=100%的等相对湿度线的等相对湿度线的交点作过该点的等湿度的交点作过该点的等湿度线线(H=0.092)，该线与该线与 =60%的等相对湿度线交于的等相对湿度线交于 P 点点。=60%0.092湿度 H绝热冷却线tdtas62温度 tP=100%5251由气体状态由气体状态 P 点，用上例中类似的方法可以读出点，用上例中类似的方法可以读出 P 点对应的点对应的空气参数空气参数：t=62，H=0.092，tas=tw=522023-8-27),(),(),(Ht,wdttttt）（=100%H

12、 =100%H A B t t (a)(a)加热过程加热过程 (b)(b)冷却过程冷却过程 ABC2023-8-27 =100%H B 绝热饱和线绝热饱和线 A t (c)(c)绝热增湿、降温过程绝热增湿、降温过程 2023-8-27A AB BCCD D1t tH H湿空气在湿空气在t tH H图上经历如右图示图上经历如右图示ABCDAABCDA的封闭循环。的封闭循环。试说明：试说明：（1 1）各部分的作用；）各部分的作用；（2 2）B B、CC两点所代表的空气何两点所代表的空气何者接受水份的能力较强。者接受水份的能力较强。答：答：AB AB 等湿增温等湿增温 BCBC降温增湿降温增湿 CD

13、CD等湿降温至饱和等湿降温至饱和 DADA维持饱和降温降湿维持饱和降温降湿 B B点的相对湿度小点的相对湿度小,B B点接受水分能力强点接受水分能力强 2023-8-27将不饱和湿空气冷却至露点，再维持饱和度不变降温，将不饱和湿空气冷却至露点，再维持饱和度不变降温，请设计两个可行的过程（每一个过程有一个参数不变）请设计两个可行的过程（每一个过程有一个参数不变）将空气恢复到原状态，指出不变的参数，并在将空气恢复到原状态，指出不变的参数，并在t-Ht-H图上图上定性画出该循环过程定性画出该循环过程.等湿升温等湿升温 等湿升温等湿升温等温增湿等温增湿 不变升温增湿不变升温增湿 2023-8-2720

14、23-8-27H kg水水/kg绝干气绝干气I kJ/kg绝干气绝干气t p kPa 等温线等温线t t等相对湿度线等相对湿度线 等分压线等分压线p p总压一定总压一定H H0.622 0.622 p ps s/(P-/(P-p ps s)p pP H/(0.622+H)P H/(0.622+H)，一般一般H H很小很小2023-8-27A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a a）水与空气系统，已知）水与空气系统，已知空气的干球温度空气的干球温度 t t 和湿球和湿球温度温度 t tww ，确定该空气的状，确定该空气的状态点态点 A A(t,Ht,H)。2023-8-27

15、tdA A(t,H)。2023-8-27%A2023-8-27%1006.0t=30AH=0.016kg/kgH=0.016kg/kg干气干气D等焓线等焓线Ctas=23td=212023-8-27一、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、干燥系统的物料衡算二、干燥系统的物料衡算 三、干燥系统的热量衡算三、干燥系统的热量衡算 四、干燥过程的图解四、干燥过程的图解 2023-8-271 1、湿基含水量、湿基含水量ww 湿物料的总质量水分质量w2 2、干基含水量、干基含水量X X3 3、换算关系、换算关系 XXw1wwX1量湿物料中绝干物料的质湿物料中水分的质量X2023-8-2

16、7 蒸气蒸气 湿物料湿物料 1 6 空气空气 5 4 废气废气 2 冷凝水冷凝水 3 冷凝水冷凝水 干物料干物料空气干燥器的流程图空气干燥器的流程图 1进料口；进料口；2干燥室；干燥室；3卸料口；卸料口；4抽风机；抽风机；5、6空气加热器空气加热器2023-8-27求解：求解：干燥介质用量，蒸发的水分量等干燥介质用量，蒸发的水分量等01HH 预热器预热器L,t0,H0L,t1,H1干干燥燥室室L,t2,H2 湿物料湿物料G1,w1,(X1)产品产品G2,w2,(X2)新鲜空气新鲜空气废气废气2023-8-271 1、水分蒸发量、水分蒸发量 2211wGwGW湿物料中水分减少量湿物料中水分减少量

17、湿空气中水分增加量湿空气中水分增加量221111wGwGGC绝对干物料质量绝对干物料质量21XXGC12HHL2023-8-272 21221HHXXGLc12HHW02HHWlLWHH121单位空气消耗量单位空气消耗量（每蒸发每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量水分时，消耗的绝干空气数量）LWHH20lLWHH1202023-8-27273273244.1772.0tHLLvVH对干燥器作绝干物料的衡算对干燥器作绝干物料的衡算 112211wGwG211211wwGG2023-8-27绝干料水绝干料水kgkgwwXkgkgwwX/0204.002.0102.01/111.01.011.01

18、2221112023-8-27hkgHHwL/1940008.005.05.8112绝干气GC=G1(1w1)=1000(10.1)=900kg绝干料/h W=GC(X1X2)=900(0.1110.0204)=81.5kg水/h2023-8-27hkgwGGhkgwwGG/5.9185.811000/4.91802.011.01100011122112 L=L(1+H1)=1940(1+0.008)=1960kg湿空气/h 水绝干气 kgkgHHl/8.23008.005.011122023-8-27 1 1、热量衡算的基本方程、热量衡算的基本方程 QP：，kJ/h；QD：，kJ/h；QL：

19、，kJ/h。QDQL11,IG1,X1,G2,X2,22,IQP2023-8-27忽略预热器的热损失，忽略预热器的热损失，对预热器列焓衡算对预热器列焓衡算 ：10LIQLIp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：01IILQp对干燥器列焓衡算，以对干燥器列焓衡算，以1s1s为基准为基准 LDQIGLIQIGLI2211单位时间内向干燥器补充的热量为单位时间内向干燥器补充的热量为 LDQIIGIILQ1212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 DpQQQLQIIGIIL1202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 2

20、023-8-2710LIQLIp)(01IILQP1w1m2WccGc cmm：湿物料的平均比热，湿物料的平均比热，kJ/kgkJ/kg湿料湿料；c cww：水的比热，水的比热，kJ/kgkJ/kg水水。wsmcXcc2WGG212023-8-273 3）干燥器补充加入的热量）干燥器补充加入的热量1LIDQ2m2cG2LILQ2023-8-27L22m2D11w1m2QLIcGQLIWccG1wL12m212D)()(WcQcGIILQDPQQQ1wL12m202)()(WcQcGIIL)(01IIL1wL12m212)()(WcQcGIIL加热物料加热物料热损失热损失2023-8-271w1

21、2D)(WcqIILQ则：1w02)(WcqIILQQQDP并且：L12m2)(QcGq令：2023-8-27%100量向干燥系统输入的总热蒸发水分所需的热量WtWQV12187.488.12490288.12490tWQV%10088.124902QtW2023-8-2710tt、2H2t)(wtt)(wHH20tt、1t2023-8-27等焓干燥过程（绝热干燥过程或理想干燥过程）等焓干燥过程（绝热干燥过程或理想干燥过程）空气在进、出干燥室的焓值不变。空气在进、出干燥室的焓值不变。规定：规定：不向干燥室中补充热量不向干燥室中补充热量 QQD D=0=0；忽略干燥室向周围散失的热量忽略干燥室向

22、周围散失的热量 QQL L=0=0；实际干燥过程实际干燥过程在非绝热情况下进行的干燥过程。在非绝热情况下进行的干燥过程。2023-8-271w02)(WcqIILQQQDp)(01pIILQqQWcIILD1w12)()(12IILqQWcHHIIWD1w1212)(1212)(HHIIWD1w02D)(QWcqIILQQ2023-8-27)(D1wQWcqqQWcHHIIWD1W1212)(2023-8-271 1）等焓过程：）等焓过程：12II 00D1wqQWc等焓过程又可分为两种情况：等焓过程又可分为两种情况：空气放出的显热完全用于蒸发水分所需的潜热，而水空气放出的显热完全用于蒸发水分

23、所需的潜热，而水蒸汽又把这部分潜热带回到空气中，所以空气焓值不变。蒸汽又把这部分潜热带回到空气中，所以空气焓值不变。湿物料中水分带入的热量及干燥器补充的热量正好与湿物料中水分带入的热量及干燥器补充的热量正好与热损失及物料升温所需的热量相抵消，此时，空气的焓热损失及物料升温所需的热量相抵消，此时，空气的焓值也保持不变。值也保持不变。I IH Ht t2 2CC21II t t1 1B BH H0 0t t0 0A A2023-8-27H H0 0t t0 0A AI IH Ht t1 1t t2 221II 2 2）实际干燥过程：）实际干燥过程：120II 即a.a.补充热量小于损失的热补充热量

24、小于损失的热量量理想操作线理想操作线 BC:过点过点B的等焓线的等焓线b.b.补充热量大于损失的热量补充热量大于损失的热量012II 即即操作线为过操作线为过B点点的等温线的等温线 BC3实际操作线实际操作线 BC1:在等焓线的下在等焓线的下方方实际操作线实际操作线 BC2:在等焓线的上方在等焓线的上方2023-8-27102ABCI1 t2 t0 t1 I0H0H1H222222492)88.101.1(HtHI(H2、I2)qQWcHHIIWD1W1212)(2023-8-27 2023-8-2721HHII222111249088.101.1249088.101.1HtHHtH1401t

25、干空气kgkgHH/005.001602t24906088.16001.1005.0249024906088.1140005.088.101.12H干空气kgkg/0363.02023-8-27绝干物料量绝干物料量 ：111wGGC035.011skg/965.01111wwX绝干料水 kgkg/0363.05.965.3绝干料水 kgkgX/00503.05.015.02绝干空气量：绝干空气量：1222HHXXGLC005.00363.000503.00363.0965.0skg/964.02023-8-27预热器的传热速率预热器的传热速率 )(01ttLcQHp01088.101.1ttH

26、L25140005.088.101.1964.0skJ/113402t 干空气kgkgH/0447.02skgL/76.0skJQp/892023-8-27222622.0HPHp0363.0622.00363.033.101kPa59.52pps2023-8-27spp 2kPap79.60447.0622.00447.033.10122023-8-272023-8-272023-8-27（X*）PwPSwpppS干燥推动力：干燥推动力：0p时，物料中还存在的水分；时，物料中还存在的水分；不能用干燥方法除去的不能用干燥方法除去的*X*Xt小不吸水物料的*XX*=f（物料种类、空气性质）物料种

27、类、空气性质）2023-8-27 木材与木材与 ，的空气接触时，的空气接触时，；与与 ，的空气接触时，的空气接触时，K298%6012.0*X%40075.0*XK2982023-8-27 结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，而与空结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，而与空气的状态无关，这是与平衡水分的主要区别。气的状态无关，这是与平衡水分的主要区别。2023-8-27 2023-8-27100湿含量 XX相对湿度 非结合水分结合水分01.00.52023-8-27平衡水分一定是结合水分；平衡水分一定是结合水分；自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。自由水分包括了全部非结合水分

28、和一部分结合水分。1.02023-8-27 总总水水分分自自由由水水分分平平衡衡水水分分非结合水分非结合水分结结合合水水分分x*x0 x1空气相对湿度空气相对湿度100%物物料料的的含含水水量量02023-8-27X=0.25X*0.07 400总含水量总含水量平衡水分平衡水分自由水分自由水分结合水分结合水分非结合水分非结合水分0.21.02023-8-272023-8-272023-8-27 AddWU2023-8-27天平毫伏表湿物料干燥介质热电偶测定物料含水量与温度随时间的关系测定物料含水量与温度随时间的关系 随干燥时间的延续，水分不断随干燥时间的延续，水分不断汽化，湿料的质量不断下降，

29、汽化，湿料的质量不断下降，直至恒值。此时为动态平衡，直至恒值。此时为动态平衡，含水量为平衡含水量。将物料含水量为平衡含水量。将物料放入电烘箱烘干到恒重，即为放入电烘箱烘干到恒重，即为物料的绝干质量物料的绝干质量GcGc GcGcGX2023-8-27恒定干燥条件下，用于描述物料含水量恒定干燥条件下，用于描述物料含水量 X X、干干燥时间燥时间 及物料表面温度及物料表面温度t t之间之间 的关系曲线。的关系曲线。X-线t-线ABCDEX1物料含水量 X 物料表面温度 t t1干燥时间 X XcX*0t2tW0为了比较不同物料在相同条件下的干燥速率，还可以把干为了比较不同物料在相同条件下的干燥速率

30、，还可以把干燥曲线转化成燥曲线转化成干燥速率曲线干燥速率曲线。2023-8-27AddWUdXGdWCAddXGUCUX,2023-8-272023-8-272023-8-27UX,wtt 2023-8-27散程度、空气状态）（物料结构、厚度、分fXC。，一定，CCUXXHut*。不变，一定，CCUXXuHt*2023-8-27AddXGUC1,0XX 21,XX 1201XXCUdXAGd211XXAUGCC；2023-8-27CUHHkG)(wHwkg水水/m2s)(wttAQ)(wwwttrG)(wHHHkUCwwArG)(wwttrHHAkXXGttArXXGHCC212112023-

31、8-27)(wttt)(wHHHH,ku)(C UU影响恒速干燥的因素影响恒速干燥的因素 2023-8-27计算）用（)()(2wHwwCHHkttrU8.00204.0G37.017.1G2023-8-27XX2Xc2 XX2 XXC)(1*XXf122XXcUdXAG*2)()(*XXXXcCXXfXXdAG2023-8-27XXkUXXXUkcCX0ddXAGUCCXXAkdXGdXC22XXXCCXXkdXAG2XXXCCXXdXAkGXXXXAkGCXC2lnABCDEucX*XcX1降速阶段恒速阶段X/kg水/kg绝干物料u/kg/m2h2023-8-27XXXXAkGCXC22ln3)干燥总时间干燥总时间 212023-8-27%25%6kg16012025.0kgmh12023-8-27kgwGGc120)25.01(160)1(1123120025.0mA333.025.0125.01111wwX064.006.0106.01222wwX20.00X05.0*X36005.10u)ln()()(*2*0*001021XXXXXXXXAuGc)05.0064.005.020.0ln()05.020.0()20.0333.0(35.13600120hs03.1346918)37.215.0133.0(96000