1、第五章第五章 干燥干燥概述概述去湿定义：从物料中脱除湿分的过程称为去湿。去湿定义：从物料中脱除湿分的过程称为去湿。湿分：不一定是水分！湿分：不一定是水分！一、一、去湿方法：去湿方法：1.1.机械法：机械法：沉降、过滤、离心分离沉降、过滤、离心分离低能耗低能耗3.3.干燥法：干燥法：加热加热湿分汽化湿分汽化蒸汽排出蒸汽排出能耗较大能耗较大注：干燥介质：是指带走湿分的外加气相注：干燥介质：是指带走湿分的外加气相2.2.化学法：化学法：使用吸附剂或干燥剂使用吸附剂或干燥剂成本甚高成本甚高二、二、干燥分类干燥分类按操作压强按操作压强 常压干燥常压干燥真空干燥真空干燥按操作方式按操作方式 连续干燥连续干
2、燥按传热方式按传热方式 对流干燥对流干燥传导干燥传导干燥间歇干燥间歇干燥辐射干燥辐射干燥介电加热干燥介电加热干燥（）（）（）三、三、对流干燥：对流干燥：*热能以对流方式传递给物料；热能以对流方式传递给物料；*产生的蒸汽被干燥介质带走；产生的蒸汽被干燥介质带走；*干燥介质与物料相接触；干燥介质与物料相接触；*干燥介质温度渐降，湿含量渐增。干燥介质温度渐降，湿含量渐增。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，传热和传质传热和传质同时发生同时发生1、传热过程、传热过程2、传质过程、传质过程 本章研究对象：本章研究对象：空气空气-水水系统系统热空气既是热载体又是载湿
3、体，干燥属热、质同热空气既是热载体又是载湿体，干燥属热、质同时传递，其速率由二者共同控制。时传递，其速率由二者共同控制。5.1湿空气的性质和湿焓图5.1.1湿空气的性质湿空气的性质（8个）1.1.湿度湿度H H(Humidity)：ggvvMnMnH 湿空气中绝干气的质量湿空气中绝干气的质量湿空气中水分的质量湿空气中水分的质量绝干气绝干气水气水气kgkg)(gvgvnnnn622.02918 视为视为理想气体理想气体：pPpH 622.0饱和湿度：饱和湿度：sss622.0pPpH sHH 若若具有吸湿能力具有吸湿能力 2.2.相对湿度相对湿度 (Relative Humidity)：在一定总
4、压下，湿空气的水汽分压与同温下饱和水蒸汽压之比 s100%vpp湿空气中水分分压同温度下水的饱和蒸汽压00vp时，绝干空气有最大吸湿能力当ss1vH Hpp（）时，饱和空气无吸湿能力ss622.0pPpH 吸吸湿湿能能力力时时，Pt或或 在湿空气中，在湿空气中，1kg绝干空气体积和相应水汽体积之绝干空气体积和相应水汽体积之和，又称湿容积。和，又称湿容积。(单位：单位：m3/kg)3.3.比容比容 （Specific Volume)：Hv绝绝干干气气水水气气绝绝干干空空气气kgmm33H vPtHv5H10013.1273273)244.1772.0(绝干气绝干气湿空气湿空气kgm3注：湿空气的
5、密度注：湿空气的密度HH1vH）（)10013.1)(273273(104.22)181000291000(53PtH 常压下，将湿空气中常压下，将湿空气中1Kg绝干空气及其相应水汽的绝干空气及其相应水汽的温度升高（或降低）温度升高（或降低）1所需要（或放出）的热量，所需要（或放出）的热量，称为湿热。称为湿热。4.4.比热比热 (Specific Heat)：HCvgHHCCC C)(kgkJ88.1C)(kgkJ01.1vg。水水气气绝绝干干气气水水气气比比热热绝绝干干气气比比热热CCHC88.101.1H 只是湿度的函数只是湿度的函数C)(kgkJ。绝绝干干气气 由于焓是相对值，计算焓值时
6、必须规定基准状态和基准温度，一般以0为基准，且规定在0时绝干空气和液态水的焓值均为零，则HrtcHrtHccHIIIHvgvg00)(显热项汽化潜热项对于空气对于空气-水系统水系统：HtHI2490)88.101.1(7.7.焓焓 (Enthalpy）：HI)kg1(H绝绝干干气气为为基基准准湿湿空空气气的的焓焓I 水水气气，其其中中水水气气的的焓焓绝绝干干气气绝绝干干气气的的焓焓kgkJkgkJkg1vvgIHII6.干球温度干球温度t 和和湿球温度湿球温度tw 干球温度：用普通温度计测得的湿空气的真实温度。干球温度：用普通温度计测得的湿空气的真实温度。湿球温度：湿球温度计在湿度空气流中，达
7、到平衡湿球温度：湿球温度计在湿度空气流中，达到平衡或稳定时所显示的温度。或稳定时所显示的温度。湿度差湿度差湿份气化湿份气化水分降温水分降温温度差温度差空气传热空气传热稳定稳定*注意：注意：湿球温度与水初温无关，只是稳定时间不同；湿球温度与水初温无关，只是稳定时间不同；湿空气量大，可认为状态不变；湿空气量大，可认为状态不变；tw=f(t,H)；H，t-tw，饱和时，饱和时tw=t。测定时测定时u5m/s，减少导热和辐射影响。，减少导热和辐射影响。tttHtttHwww则则若若为为饱饱和和空空气气一一定定一一定定当当，),(wHtft*测温机理：测温机理：7.绝热饱和温度绝热饱和温度 :ast绝热
8、饱和过程绝热饱和过程绝热增湿过程绝热增湿过程*大量水与少量空气接触；大量水与少量空气接触；*无热供给和损失；无热供给和损失；*空气放出的显热空气放出的显热 用于水分气化；用于水分气化；*汽化后的水分进入空气。汽化后的水分进入空气。绝热饱和过程绝热饱和过程等焓过程等焓过程湿空气在绝热、增湿、冷却过程中达到饱和(=100%)时的温度，是极限冷却温度。wasasasttttHtttH若若为为饱饱和和空空气气，则则一一定定，一一定定，当当),(Htftas 说明：说明：*；空空气气，存存在在对对于于水水蒸蒸气气wttas；不不一一定定等等于于对对于于其其他他系系统统，wttas*函函数数。均均为为初初
9、始始湿湿空空气气的的状状态态、asttw*注意：注意：tw与tas概念不同，但均与t、H有关。tw 是少量水和大量空气接触达稳态时的温度，过程中气体温度和湿度近似不变；属动态平衡；tas是大量水与空气接触达平衡时的温度，过程中气体温度和湿度都变化；属静态平衡；绝热饱和过程中，气、液间的传递推动力由大变小，最终趋于零；测湿球温度时，稳定后的气、液间的传递推动力不变。不饱和的湿空气在总压与湿度保持不变的情况下，降低不饱和的湿空气在总压与湿度保持不变的情况下，降低温度，使之达到饱和状态，即为露点温度，使之达到饱和状态，即为露点t td d。8.8.露点露点 (Dew Point):dt)(,)1(p
10、HtP 不不饱饱和和空空气气dt露露点点冷冷却却等等湿湿过过程程)1()(,dstd pHtP饱饱和和空空气气dstpp 0.622vvpHPpdstd0.622vHPpptH查表 dwdwttttttttasas饱饱和和空空气气：不不饱饱和和空空气气：空空气气，有有对对于于水水蒸蒸气气例5-1 常压20、湿度0.0147kg/kg绝干气的湿空气，求：；VH；CH；I。50？2050结论Ps(kpa)2.334612.34118.92%t升高，H不变，但VH(m3/kg)0.8480.935t升高，H不变，但体积膨胀CH(KJ/kg)1.0381.038湿度不变，CH只与H有关 I(KJ/kg
11、)57.3688.48与温度和湿度有关例5-2 常压30、湿度0.02403kg水/kg绝干气的湿空气，求：分压p；td；tas；tw。5.1.2湿空气的HI 图试差繁琐，将各参数计算式绘图。迅速方便。据相律，当P一定时，双组分、单相湿空气自由度为2。则任意两个独立参数即可确定空气的状态，定出其他参数。湿度图：H I图和tH图。P=101.33kPa；总压不能偏离较多；五组线群：等湿线等焓线等温线等 线分压线HI 图使用方法：已知IH：求td,tas,tw已知ttw：求A点已知ttd：求A点已知t：求A点例5-1 常压20、湿度0.0147kg/kg绝干气的湿空气，求：；I。50？205011
12、8.92%I(KJ/kg)57.3688.48例5-2 常压30、湿度0.02403kg水/kg绝干气的湿空气，求：分压p；td；tas；tw。5.2 干燥过程物料与热量衡算5.2.1湿物料的性质湿物料的性质1.1.湿基含水量湿基含水量()：w湿物料湿物料水分水分kgkg w绝干料绝干料水分水分kgkg X2.2.干基含水量干基含水量()：XXXw 1wwX 1换算：换算：和和一、一、含水量的表示法：含水量的表示法：4.187mswwCCXCC3.湿物料的比热容Cm4.湿物料的焓I(以0为基准)mIC5.2.2干燥系统的物料衡算1.1.水分蒸发量水分蒸发量()：W)(12HHL 2211wGw
13、G )(21cXXG 21GGW )1()1(2211cwGwGG 其中：其中：风风机机进进口口HH 1;2.2.绝干空气消耗量绝干空气消耗量()：L121HHWLl 单位空气消耗量，单位空气消耗量，水水分分绝绝干干气气kgkg新鲜空气量：新鲜空气量：)1()1(10风风机机进进口口HLHLL 风机风机风量：风量：)101300)(273273)(244.1772.0(00000PtHLLvVH 12HHWL )()(1221cHHXXG G2中仍含少量水分-干燥产品；注意与绝干物料G的区别。)1()1(1122cwGwGG WGwGGwwG 121212)1()1()1(c3.3.产品流量产
14、品流量()：2G1、热量衡算基本方程5.2.3干燥系统的热量衡算加入干燥系统的Q被用于：加热空气蒸发水分加热湿物料热损失2、干燥系统的热效率;,22 Ht说明：说明：*C)5020(122,。一一般般也也不不宜宜过过低低 astttH2、t2 ；H(Hw-H)推动力 速率对吸湿性物料应使t2、H。在实际干燥过程中，一般t2-tas1=2050，从而保证后续设备中不析出水而使产品返潮；废热回收：循环、预热空气或物料；例例5-5 常压干燥。如上图所示。常压干燥。如上图所示。cm=3.28kJ/(kg绝干料绝干料)求：求：水分蒸发量水分蒸发量W；新鲜空气消耗量新鲜空气消耗量L0；风机风量；风机风量；
15、Qp；Q；QD；。1211122211()0.030.0309110.030.0020.002110.002(1)1100(10.03)1067/h30.84/hWG XXXXGGkgWkg5.2.4空气通过干燥器时的状态变化对系统进行物料衡算或热量衡算时，必须知道空气的出口状态，要根据过程性质来确定。热质同时传递、热量补充、热损等，确定过程繁琐。过程性质：等焓与非等焓。2、非等焓干燥过程1）降焓过程：I2I13）等温过程5.3干燥过程平衡关系与速率关系物料衡算与热量衡算是通过物料与介质的初态与终态间关系，确定干燥介质用量、水蒸发量及消耗热量干燥静力学。干燥动力学：物料中除水量与干燥时间关系。
16、5.3.1物料中的水分物料中的水分干燥过程水分的传递由外及内。内部扩散与干燥过程水分的传递由外及内。内部扩散与物料结构及水分存在方式密切相关。物料结构及水分存在方式密切相关。除去物料中水分的难易程度取决于物料与水除去物料中水分的难易程度取决于物料与水分的结合方式。分的结合方式。1.平衡水分与自由水分平衡水分与自由水分 平衡水分X*（单位（单位kg水水/kg绝干料）绝干料）一定状态湿空气，干燥物料能达到的极限含水量。又称平衡湿含量或平衡含水量。即用某种空气无法再去除的水分。与物料的种类、温度及空气的相对湿度有关；物料中的平衡水分随温度升高而减小；随湿度的增加而增加。=0，X*=0，结论：只有用绝
17、干气才能得绝干料；平衡含水量与空气相对湿度曲线 自由水分物料含水量超出平衡水分的部分。即X X*能用该状态空气干燥除去的水分。2.结合水分与非结合水分 非结合水分将该 X*线延长与=100线相交于X*B；此时物料表面水气p=ps，X X*B 时，p不再变化，如同表面水一样，汽化方式与纯水相同。结合力较弱，易干燥除去。结合水分X X*B 的水分。结合力较强，pps，较难除去。5.3.2干燥时间的计算干燥时间的计算按空气状态参数变化，干燥过程分为恒定干燥和非恒定(或变动)干燥。恒定干燥：大量空气间歇干燥少量物料，气速及与接触方式不变，因气化水分很少，故空气湿度与温度均不变。变动干燥：连续干燥设备很
18、难维持恒定干燥，沿干燥器的长度空气温度逐渐下降而湿度逐渐增高。1.恒定干燥时间计算1）干燥实验和干燥曲线干燥实验：定时测物料质量变化，并记录每个间隔内物料量变化及物料表面温度，直到恒重m(平衡水分)。然后烘干得绝干料量G(不能使之分解)。一、一、恒定干燥条件：恒定干燥条件：空气温度、湿度、流速及与物料的接触方式不变。空气温度、湿度、流速及与物料的接触方式不变。二、二、干燥曲线：干燥曲线：曲曲线线及及 X cGW绝绝干干料料质质量量物物料料表表面面温温度度物物料料质质量量变变化化测测定定时时间间间间隔隔测测定定 干干燥燥曲曲线线 X干干燥燥过过程程停停止止点点：*XXE 预预热热阶阶段段较较小小
19、段段：dd XAB恒恒速速干干燥燥阶阶段段 增增大大变变小小段段：dd XCD 继继续续增增大大更更小小段段：dd XDE降降速速干干燥燥阶阶段段 wddtXBC 较较大大段段：三、三、干燥速率曲线：干燥速率曲线：skgms)(mkg2)(干干燥燥时时间间，气气化化的的水水分分量量，干干燥燥面面积积，干干燥燥通通量量干干燥燥速速率率：，：WSU ddSWU XGWddc kgc绝绝干干物物料料量量，其其中中G ddcSXGU )(XfU ddXX干燥速率：单位时间内，单位干燥面积上汽干燥速率：单位时间内，单位干燥面积上汽化的水分量化的水分量 )(:时时间间短短预预热热段段段段ABABC 而而随
20、随段段XUCDE:0)(:UXXE平平衡衡含含水水量量干干燥燥停停止止点点)(:wtUBC 不不变变段段)(表表面面气气化化控控制制阶阶段段恒恒速速干干燥燥阶阶段段状状态态有有关关主主要要与与空空气气U)(物物料料内内部部迁迁移移控控制制阶阶段段降降速速干干燥燥阶阶段段与与空空气气状状态态关关系系不不大大主主要要与与物物料料性性质质有有关关U )()(cc:恒恒速速干干燥燥速速率率临临界界含含水水量量临临界界点点点点UUXXC越越好好越越小小cX ccXXU厚厚度度物物料料4）恒定干燥条件下干燥时间的计算恒定干燥条件下干燥时间的计算恒速阶段干燥时间可直接干燥曲线上查得。无干燥曲线时，常用计算法
21、 恒速干燥速率=临界干燥速率影响恒速干燥的因素：空气流速、t、HU；例：例：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1kg/s，初始湿基含水量为3.5%，干燥产品的湿基含水量为0.5%。空气状况为：初始温度为25，湿度为0.005kg/kg干空气，经预热后进干燥器的温度为140，若离开干燥器的温度选定为60和40，试分别计算需要的空气消耗量及预热器的传热速率。又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了10，试分析以上两种情况下物料是否返潮？假设干燥器为理想干燥器。解：解：因在干燥器内经历等焓过程，21HHII222111249088.101.1249088.101.1HtHHtH140
22、1t 干空气kgkgHH/005.001602t 24906088.16001.1005.0249024906088.1140005.088.101.12H干空气kgkg/0363.0绝干物料量：111 GGC035.011skg/965.01111X绝干料水 kgkg/0363.05.965.3绝干料水 kgkgX/00503.05.015.02绝干空气量 1222HHXXGLC005.00363.000503.00363.0965.0skg/964.0预热器的传热速率)(01ttLcQHp01088.101.1ttHL25140005.088.101.1964.0skJ/113402t 干空气kgkgH/0447.02skgL/76.0skJQp/89分析物料的返潮情况 当t2=60时，干燥器出口空气中水汽分压为 222622.0HPHp0363.0622.00363.033.101kPa59.5t=50时，饱和蒸汽压ps=12.34kPa，2pps即此时空气温度尚未达到气体的露点，不会返潮。当t2=40时，干燥器出口空气中水汽分压为 kPap79.60447.0622.00447.033.1012t=30时，饱和蒸汽压ps=4.25kPa，spp 2物料可能返潮。
