1、干 燥 化工单元操作主要培训内容干燥及干燥原理湿空气的性质干燥过程的物料衡算干燥速率及其影响因素 第一节第一节 干燥及干燥原理干燥及干燥原理 一.定义及分类: 1.定义:干燥是利用加热的方法除去固体物料中湿分(水分或其他液体)的单元操作。 2. 分类：分类： （1) 按操作压强不同分: 常压干燥： 真空 干燥：适用于处理热过敏性，易氧化 或要求产品含湿量很低的物料。 （2) 按操作方法分： 间歇式干燥：小批量，多品种或要求干燥 时间长的物料。 连续式干燥：生产能力大，热效率高及劳动 条件好。(3) 按传热方式分按传热方式分：传导干燥传导干燥：湿物料与加热介质不直接接触，热量以传导方式通过固体壁
2、面传给湿物料。此法热能利用率高，但物料温度不易控制，易过热。对流干燥对流干燥：热量通过干燥介质（热空气）以对流方式传给湿物料，此过程干燥介质与湿料直接接触，干燥介质供给湿物料汽化所需的热量。并带走汽化后的湿分蒸气。所以，干燥介质在干燥过程中既是载热体又是载湿体。辐射干燥辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射至湿物料表面，被湿物料吸收后再转变为热能将湿物料中湿分汽化并除去。 二二. 对流干燥流程及原理对流干燥流程及原理： 1干燥流程： 如图所示，空气由预热器加热至一定温度后进入干燥器，与进入干燥器的湿物料相接触，空气将热量以对流传热的方式传给湿物料，湿物料表面水分被加热汽化成蒸气，然后扩散到空
3、气，最后由干燥器的另一端排出。空气与湿物料在干燥器内的接触可以是并流；逆流或其他方式。 干燥器 空气料 湿物料 2对流干燥原理（干燥过程分析）对流干燥原理（干燥过程分析） 热热空空气气干干燥燥湿湿物物料料 干燥原理 热空气将热能以对流的方式传到湿物料表面,再由表面传到物料内部,这是一个传热过程;物料表面的湿分由于受热汽化,使物料内部和表面之间产生浓度差。因此,物料内部的湿分以液态或气态的形式向表面扩散,然后气化后的水蒸气再通过物料表面扩散到气流主体,这是传质过程。干燥是传热和传质同时进行的过程,两者相互联系。干燥过程的速率同时由传热速率和传质速率决定。 3对流干燥的条件对流干燥的条件： 必要条
4、件：物料表面水汽分压必须大于干燥介质中水汽分压。 两者的压差越大，干燥进行得越快，所以干燥介质应及时地将汽化的水汽带走，以便保持一定的传质推动力。若压差为零，干燥操作也就停止了。 热空气在干燥过程中既是载热体（提供热）又是载湿体（接受水汽并带走水汽），干燥是传热和传质相结合的过程。 第二节第二节 湿空气的性质湿空气的性质 作为干燥介质的热空气，在干燥过程中不断从湿物料中获取水分，成为空气和水蒸气的混合物，称为湿空气。 由于在干燥过程中，湿空气的水含量是不断变化的,但绝干空气的质量是不变的，为方便起见，湿空气的各项参数都是以单位质量的绝干空气为基准的。 一. 湿空气的基本性质湿空气的基本性质：
5、由于干燥设备一般为常压操作。因此，理想气体的有关定律适用于湿空气。 湿空气是干空气和水汽的二元混合气。根据道尔顿分压定律： P湿总 = Pg + Pw 湿空气的总压干空气的分压水汽的分压绝干空气的摩尔数湿空气中水汽的摩尔数PPPnnnPPPPPgwnwgwwwgwg二二. .湿度湿度 H H： 定义:湿空气中所含的水蒸气的质量与 绝干空气的质量之比，称为空气 的湿度。或称含湿量。 H=量湿空气中绝干空气的质湿空气中水蒸气的质量 =ggvVnMnM=gvnn2918 式中：H-空气的湿度，kg 水汽/kg 绝干气 Mg-绝干空气的分子量 kg/kmol Mv-水蒸气的分子量 kg/kmol ng
6、-绝干空气的千摩尔数，kmolnv-水蒸气的千摩尔数,kmol因为常压下，湿空气可视为理想气体，由分压定律可知， 理想气体混合物中各组分的摩尔比等于分压比，上式可写成H=gvnn2918=wwwwpPppPp622. 0)(2918当湿空气中水气分压等于同温度下水的饱和蒸气压时,其湿度为饱和湿度:Hs=0.622sspPpp-水蒸气的分压,Pa;P-湿空气的总压,Pa由上式可知:湿空气的湿度与总压及水蒸气的分压有关.。三相对湿度三相对湿度： 相对湿度：在一定的总压下，湿空气中水蒸气分压与同温度下的水的饱和蒸气压之比称为相对湿度。 = 100% Pw-湿空气中水气的分压 Ps-水的饱和蒸气压sw
7、pp相对湿度可以用来衡量湿空气的不饱和程度。当=100%=100%时，Pw=Ps表示湿空气已被水汽饱和。当Pw Ps时， 100%，湿空气中的水汽均未达到饱和，不饱和空气才能作为干燥介质。=0=0表示湿空气中不含水分,此时为干空气。值越低值越低，表示该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。所以空气的湿度H仅表示其中水蒸气的绝对含量。相对湿度值才能反映出湿空气吸收水汽的能力。四四 湿空气的比容：湿空气的比容：VH 定义：1kg绝干空气和其所带有的Hkg水 汽所占的容积。 VH = Vg + HVw 单位：m3/kg干气 Vg-干空气的比容 Vw-水汽的比容五五 湿空气的比热：湿空气的比热：定义：常
8、压下，1公斤干空气和其所带有的H公斤水汽升高温度为1K所需的热量。 CH = Cg + HCw Cg-绝干空气比热 KJ/kg干气k Cw-水汽比热六六 湿空气的焓：湿空气的焓：IH 定义：1公斤绝干空气的焓值与其所带有的H公斤水汽的焓值之和。 IH = Ig + HIw Ig-绝干空气的焓值 KJ/kg干气 Iw-水汽的焓值 KJ/kg干气 七七 干球温度：干球温度：t 定义：用普通温度计测得的湿空气真实温度，称干球温度。简称温度。 单位：K 或 C例例1 1：当总压力为：当总压力为100100KpaKpa时，湿时，湿空气的温度为空气的温度为3030，水气分压，水气分压为为4 4KpaKpa
9、。求该湿空气的湿度和求该湿空气的湿度和相对湿度？如将湿空气加热至相对湿度？如将湿空气加热至少少8080，再求其相对湿度？，再求其相对湿度？解：求空气的湿度： Pw=4Kpa P=100Kpa H=0.622WWPPP=0.62241004=0.02651kg(水汽)/kg(干气) 查得 30时水的饱和蒸气压 Ps1=4.246Kpa 相对湿度为： = SwPP 100%=246. 44100%=94.21% 由计算可知:此时湿空气不具备吸湿能力. 又查得道多 80时水的饱和蒸气压 Ps2=47.37Kpa 相对湿度为: = SwPP 100%=37.474100%=8.44% 加热到 80后,
10、湿空气的相对湿度显著下降,其吸湿能力大大增加。 第三节第三节 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算 物料衡算要解决的问题: 1.求干燥过程中的水分蒸发量W 。 2.求干燥过程中的空气消耗量L 。 一. 湿物料中含水量的表示方法湿物料中含水量的表示方法: 有两种:湿基含水量w和干基含水量X 1. 湿基含水量湿基含水量:w 定义:单位质量湿物料中所含水分的质量,称为湿物料的湿基含水量。 单位：kg(水 )/kg(湿物料） w=湿物料的总质量湿物料中水分的质量 2 干基含水量：干基含水量：X 定义：指单位绝干物料中所含水分的质量。用X表示。 单位: kg（水）/kg（干料） =湿物料中水分的质量湿物
11、料的总质量质量湿物料中水分的质量X湿物料中绝干物料湿物料中水分的质量= 两种换算之间的关系两种换算之间的关系： XXw1=Xww1例例1 某车间测得某车间测得100kg湿尿湿尿素中含水素中含水25kg，试用干基含试用干基含水量和湿基含水量分别表示水量和湿基含水量分别表示此湿尿素水分的浓度此湿尿素水分的浓度。 解：湿基含水量：干料绝干物料量湿物料所含水分的质量湿料水湿物料总质量量湿物料中所含水分的质kgkgXkgkgw/33.02510025/25.010025二二 物料衡算：物料衡算： 对流干燥物料衡算图对流干燥物料衡算图 设计过程稳定，各种漏损忽略不计，过程中绝干物料及绝干空气量不变，以单位
12、时间为基准，对水分进行衡算。 GcX1+LH1=GcX2+LH2 Gc-绝干物料的质量流量 kg/h L-绝干空气的质量流量 kg/h W-干燥过程中水分蒸发量 kg/h X1,X2-湿物料进.出干燥器的干基含水量 H1,H2-热空气进.出干燥器的湿度 干燥过程中，湿物料汽化的水分全部进入热空气流，由上式： W=Gc(X1-X2)=L(H2-H1) L=12HHW 干燥操作中，空气的消耗量只与空气的最初和最终湿度有关，而与过程无关。 实际生产中，已知干燥前后湿物料量G1，G2及相应的湿基含水量w1和w2。将前式w1和w2换算成X1和X2，然后求绝干物料量： Gc=G1(1-w1)=G2(1-w
13、2) 干燥产品量干燥产品量=湿物料量湿物料量-水分蒸发量水分蒸发量 即：即： G2= G1 W G1-进入干燥器的湿物料量，进入干燥器的湿物料量，kg/h G2-出干燥器的产品质量出干燥器的产品质量, kg/h12HHWL例 ：聚氯乙烯树脂的湿基含量为6%,干燥后产品中的湿基含水量为0.3%,干燥产品量为5000kg/h,求树脂在干燥器中蒸发的水分量?解:已知:w1=6%; w2=0.3% )(/ )(003. 0003. 01003. 01)(/ )(0638. 006. 0106. 01222111绝干物料水绝干物料水kgkgwwXkgkgwwXGc=G2(1-w2) =5000(1-0.
14、003)=4985kg/hW=Gc(X1-X2)=4985(0.0638-0.003)=303kg(水)/h 例例2 在连续的干燥器中，每小时处理湿在连续的干燥器中，每小时处理湿物料物料1000公斤，经干燥后物料的含水量公斤，经干燥后物料的含水量由由10%降到降到2%（均为湿基）。以热空气（均为湿基）。以热空气为干燥介质，初始湿度为干燥介质，初始湿度H1为为0.008kg(水水)/kg绝干气绝干气,离开干燥器时湿离开干燥器时湿度度H2=0.05kg(水水)/kg绝干气绝干气,假设干燥过假设干燥过程中无物料损失程中无物料损失,求求: (1)水分蒸发量水分蒸发量 (2)空气消耗量空气消耗量 (3)
15、干燥产品量干燥产品量解:(1)水分蒸发量:W先将物料的湿基含水量换算成干基含水量:绝干料水绝干料水kgkgwwXkgkgwwx/0204. 002. 0102. 01/111. 01 . 011 . 01122211 进入干燥器的绝干物料量为:Gc=G1(1-w1)=1000(1-0.1)=900kg绝干料/h水分蒸发量WW=Gc(X1-X2)=900(0.111-0.0204)=81.5kg/h (2) 空气消耗量：L hkgWGGhkgHHWL/5.9185.811000:)3(/1940008.005.05.811212干燥产品量绝干气 例 : 某连续干燥器，每小时处理湿物料1000公
16、斤，经干燥后物料的含水量由40%减至5%（均为湿基），干燥介质为热空气流，初始温度为20C时的H1=0.009kg水/kg干气,经预热到120 C后进入干燥器,离开干燥器温度为40 C时,H2=0.039kg水/kg干气,求: (1)水分蒸发量? (2)空气消耗量? (3)如产品收率为95%,求干燥产品量? 解:(1)水分蒸发量W: hkgXXGWhkgwGGwwXwwXCC/6.368)0526.0667.0(600)(/600)4.01(1000)1(:0526.005.0105.01667.04.014.012111222111量进入干燥器的绝干物料 (2)空气消耗量LhkghkgWGG
17、GhkgHHWL/600%954.631%100/4.6316.3681000122)3(/12288009.0039.06.36812实际产量理论产量实际产品量干燥产品量 第四节第四节 干燥速率及其影响因素干燥速率及其影响因素 一一.干燥速率的定义干燥速率的定义:定义:单位时间内在单位干燥面积上被干燥物料所能汽化的水分质量,称为干燥速率。 用微分表示：.,./,:22率成反比干燥所需时间与干燥速由上式可知干燥时间汽化水分量干燥面积干燥速率式中skgwmAsmkgUAddwU 二二 影响干燥速率的因素影响干燥速率的因素： 影响干燥速率的主要因素是物料的状况，干燥介质的状态，干燥设备的结构和物料
18、流程等几个方面。现就其中重要因素说明如下： 1. 湿物料的性质和形状湿物料的性质和形状： 包括湿物料的物理结构；化学组成；形状及大小等。 2 . 湿物料本身的温度：湿物料本身的温度： 湿物料本身的温度越高，则干燥速率越大。在干燥器中湿物料的温度又与干燥介质的状态有关。 3 . 与物料的最终和最初的含水量有关与物料的最终和最初的含水量有关： 4 . 物料的堆置方法物料的堆置方法： 5 . 干燥介质的温度干燥介质的温度： 当干燥介质的湿度不变时，其温度越高，则干燥速率越大，但要以不损坏干燥物料的品质为原则。此外，要防止由于干燥过快，物料表面形成硬壳而减小以后的干燥速率，使总的干燥时间加长。 6. 干燥介质的湿度干燥介质的湿度： 当干燥介质的温度不便时，其相对湿度越低，水分的汽化越快，尤其在表面汽化控制时最显著。 7. 干燥介质的速度：干燥介质的速度： 增加干燥介质的速度，可提高表面汽化控制阶段的干燥速率，在内部控制阶段汽速对干燥速率影响不大。 8. 干燥介质的流向干燥介质的流向： 流动方向与物料汽化表面垂直时，干燥速率最快，平行时较差。 9 . 干燥器的构造干燥器的构造： 上述各项因素都与干燥器的构造有关，许多新型干燥器就是针对某些有关因素设计的。 THANK YOU
