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1、11.1 干燥过程概述,11.1.1 干燥的原理与应用,第十一章 固体物料的干燥,谢谢观赏,一、干燥过程的原理,气、固相中所含湿分的不同,分离物系,固体中的湿分,形成两相体系的方法,引入一气相（干燥介质）,传质原理,（固相气相）,谢谢观赏,固体物料干燥过程,湿物料,热空气,气膜,气相主体,Q 推动力 t-tw,N 推动力 pw-p,谢谢观赏,二、干燥过程的应用,应用示例,湿聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯产品,湿尿素干燥成尿素产品,含水量 3%,含水量 0.5%,干燥,含水量 2%,含水量 0.3%,干燥,谢谢观赏,三、干燥过程与其他除湿方法的比较,工程中的常用除湿方法,机械除湿,物理除湿,利用热能除湿
2、,干燥除湿的特点,除湿彻底,能耗高,为节能工业上多采用联合除湿,机械除湿,干燥除湿,沉降,过滤,离心,吸附,干燥,谢谢观赏,11.1 干燥过程概述,11.1.1 干燥的原理与应用,第十一章 固体物料的干燥,11.1.2 干燥过程的分类,谢谢观赏,按操作压力分类,干燥,按传热方式分类,干燥过程的分类,常压干燥,真空干燥,传导干燥,对流干燥,按操作方式分类,辐射干燥,介电加热干燥,干燥,间歇干燥,连续干燥,干燥,谢谢观赏,11.1 干燥过程概述,第十一章 固体物料的干燥,11.2.1 湿空气的性质,11.2 湿空气的性质及湿度图,谢谢观赏,一、湿度 H(湿含量),干燥介质,干燥湿分,计算基准,湿空
3、气中水汽的质量与绝干空气的质量之比,定义,湿空气,水分,1kg 绝干气,kg水汽/kg绝干气,H,符号,单位,kg/kg绝干气,谢谢观赏,常压下湿空气可视为理想气体,一、湿度 H(湿含量),水汽的分压,总压,湿空气中水汽与绝干气的摩尔比,谢谢观赏,湿空气被水所饱和,若,饱和湿空气,一、湿度 H(湿含量),空气温度下纯水的饱和蒸气压,谢谢观赏,二、相对湿度,湿空气中水汽分压与同温度水的饱和蒸气压之比,定义,符号,单位,谢谢观赏,干燥能力,吸收水分能力,干燥速率,传质推动力,p=0,=0,绝干空气,p=ps,=100,饱和空气,二、相对湿度,分析,谢谢观赏,三、比体积 vH,以1 kg 绝干气为基
4、准的湿空气的体积,m3湿空气/kg绝干气,定义,符号,单位,谢谢观赏,设,湿空气的温度为 t,湿空气的湿度为 H,湿空气的总压力为 p总,三、比体积 vH,谢谢观赏,四、比热容 cH,常压下将以 1kg 绝干气为基准的湿空气的温度升高（或降低）1 所吸收（或放出）的热量,kJ/(kg绝干气),定义,符号,单位,设,湿空气的湿度为 H,则,绝干气比热容,水汽的比热容,谢谢观赏,在常用温度范围内,cg=1.01 kJ/(kg绝干气),cv=1.88 kJ/(kg水汽),四、比热容 cH,故有,谢谢观赏,五、焓 I,kJ/kg绝干气,以1 kg 绝干气为基准的湿空气的焓值,则,定义,符号,单位,绝干
5、气的焓值为 Ig,水汽的焓值为 Iv,设,谢谢观赏,湿空气的温度为 t,湿空气的湿度为 H,以0为基准,设,五、焓 I,则,谢谢观赏,六、温度,1.干球温度与湿球温度,用普通温度计直接测得的湿空气的温度，称为干球温度，简称温度，以 t 表示。它是湿空气的真实温度。,(1)干球温度 t,(2)湿球温度 tW,用湿球温度计测得的湿空气的温度，称为湿球温度。湿球温度可度量湿空气的湿度大小。,谢谢观赏,湿球温度计示意图,谢谢观赏,不饱和湿空气,水,接触,水分汽化:向气相主体传递(汽化热为水分本身温度降低放出显热),热量传递,湿度差,质量传递,温度差,热量由气相主体传递给水分(气相温度下降),达平衡状态
6、,t tw,温度维持不变,不饱和湿空气,六、温度,湿球温度的测量机理,谢谢观赏,(3)湿球温度与干球温度及湿度的关系,湿空气的干球温度为 t,湿空气的湿度为 H,设,湿空气的湿球温度为 tw,气膜中饱和湿度为,传热速率为,J/s,传质速率为,kg/s,六、温度,谢谢观赏,稳态下,联立得,测定 t、tw,湿度 H,不饱和湿空气,t tw,饱和湿空气,t=tw,六、温度,谢谢观赏,不饱和湿空气,水,绝热状态接触,水分汽化:向气相主体传递(汽化热为水分本身温度降低放出显热),热量传递,饱和湿空气,湿度差,质量传递,温度差,热量由气相主体传递给水分(气相温度下降绝热冷却),达饱和状态,t tas,H
7、Has,100,2.绝热饱和冷却温度 tas,六、温度,谢谢观赏,绝热饱和冷却塔示意图,1塔 身2填 料3循环泵,绝热状态,谢谢观赏,绝热饱和温度与干球温度及湿度的关系,不饱和湿空气的焓,饱和湿空气的焓,绝热过程,六、温度,谢谢观赏,因为H、Has值很小,整理得,通常,比较得,六、温度,谢谢观赏,不饱和湿空气,饱和湿空气,等湿下冷却达饱和状态,t td,100,t,ps,示例：露珠的产生,不饱和湿空气,t tw（tas）td,饱和湿空气,t tw（tas）=td,3.露点 td,六、温度,谢谢观赏,练 习 题 目,思考题,作业题:1、2,1.湿空气的湿度、相对湿度、比体积、比热容和 焓各表示何
8、意义，如何计算？2.湿空气的干球温度、湿球温度、绝热饱和冷却 温度、露点各表示何意义，其关系如何？,谢谢观赏,11.1 干燥过程概述,第十一章 固体物料的干燥,11.2.1 湿空气的性质,11.2 湿空气的性质及湿度图,11.2.2 湿空气的湿度图,谢谢观赏,在一定总压下，湿空气的各参数中，只有两个是独立的，只要确定了湿空气的两个独立参数，湿空气的状态就确定了。工程上为了方便计算，常将湿空气各参数标绘成图，称为湿空气的湿度图。,一、H-I 图的构造,湿空气的湿度图,湿度-焓（H-I）图,湿度-温度（H-t）图,谢谢观赏,湿空气的H-I 图,谢谢观赏,H-I 图由以下线群组成,等湿度线（等 H
9、线）范围 00.2 kg/kg绝干气,等焓线（等 I 线）范围 0680 kJ/kg绝干气,等干球温度线（等 t 线）范围 0250,等相对湿度线（等 线）范围 5100,=100 饱和空气线,蒸汽分压线（p 线）范围 026 kPa,一、H-I 图的构造,谢谢观赏,1.已知状态点求湿空气的参数,已知状态点可由 H-I 图求出湿空气的各参数值：,湿度 H,温度,焓 I,相对湿度,水汽分压 p,干球温度t,绝热饱和冷却温度tas(湿球温度 tW),露点td,二、H-I 图的应用,谢谢观赏,已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,谢谢观赏,2.由两个独立参数确定其它参数,
10、已知两个独立参数可由 H-I 图确定湿空气的状态点，继而求出湿空气的各参数值。,已知温度 t湿球温度 tW,已知温度 t露点 td,已知温度 t相对湿度,二、H-I 图的应用,谢谢观赏,已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,谢谢观赏,已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,谢谢观赏,已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,谢谢观赏,11.1 干燥过程概述,第十一章 固体物料的干燥,11.2 湿空气的性质及湿度图,11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,11.3.1 湿物料的性质,谢谢观赏,一、湿物料的含水量,1.湿
11、基含水量,kg/kg湿物料,湿基含水量是指湿物料中水分的质量分率。,工业上通常用湿基含水量表示湿物料的含水量。,注意,谢谢观赏,2.干基含水量,干基含水量是指湿物料中水分质量与绝干物料的质量比。,kg/kg绝干料,两种含水量之间的关系,一、湿物料的含水量,谢谢观赏,二、湿物料的比热容 cm,将以 1kg 绝干料为基准的湿物料的温度升高（或降低）1 所吸收（或放出）的热量,kJ/(kg绝干料),定义,符号,单位,设,湿物料的干基湿含量为 X,则,绝干料比热容,水分的比热容,谢谢观赏,在常用温度范围内,cw=4.187 kJ/(kg水),故有,二、湿物料的比热容 cm,谢谢观赏,kJ/kg绝干料,
12、以1 kg 绝干料为基准的湿物料的焓值,则,定义,符号,单位,设,水的焓值为 Iw,谢谢观赏,以0为基准,则,设,湿物料的温度为,湿物料的干基湿含量为 X,三、湿物料的焓,谢谢观赏,11.1 干燥过程概述,第十一章 固体物料的干燥,11.2 湿空气的性质及湿度图,11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,11.3.1 湿物料的性质,11.3.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算,谢谢观赏,一、物料衡算,干燥器物料衡算示意图,干燥器,新鲜空气,废气,湿物料,干燥产品,绝干空气流量,绝干物料流量,干燥产品流量,湿物料处理量,谢谢观赏,1.水分蒸发量W,kg/s,以1 s 为基准，设干燥器内无物料损失，对
13、干燥器作物料衡算,一、物料衡算,则,单位时间内水分蒸发量,谢谢观赏,2.空气消耗量 L,kg绝干气/s,得,一、物料衡算,由,单位时间内消耗的绝干空气量,谢谢观赏,湿空气(新鲜空气)的消耗量为,kg湿空气/s,湿空气(新鲜空气)的体积消耗量为,m3湿空气/s,一、物料衡算,设,绝干空气消耗量为 L,湿空气的湿度为 H1,则,谢谢观赏,单位空气消耗量为,kg绝干气/kg 水,一、物料衡算,单位时间内消耗的绝干空气量,谢谢观赏,3.湿物料处理量及干燥产品流量,kg/s,绝干料衡算,湿物料处理量,干燥产品流量,kg/s,一、物料衡算,谢谢观赏,二、热量衡算,干燥器热量衡算示意图,Qp 预热器消耗热量
14、，kW,QD 干燥器补充热量，kW,QL 热损失速率，kW,干燥器,新鲜空气,废气,湿物料,干燥产品,预热器,谢谢观赏,预热器热量衡算,干燥器热量衡算,整个系统热量衡算,一、热量衡算基本方程,谢谢观赏,由,设,一、热量衡算基本方程,绝干空气的焓,水汽的焓,则,谢谢观赏,以0 为基准,故,一、热量衡算基本方程,谢谢观赏,一、热量衡算基本方程,物料的焓值,湿物料的平均比热容,绝干料的平均比热容,水的比热容,谢谢观赏,由,整理得,加热空气,一、热量衡算基本方程,加热物料,蒸发水分,损失热量,谢谢观赏,练 习 题 目,思考题,作业题:3、4、5,1.H-I 图的构造如何，如何由湿空气的状态 点确定其状
15、态参数？2.如何对干燥系统进行物料衡算？3.热量衡算的基本方程式是如何获得的？,谢谢观赏,第十一章 固体物料的干燥,11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,11.3.1 湿物料的性质,11.3.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算,11.3.3 空气通过干燥器时的状态变化,谢谢观赏,一、绝热干燥过程,1.绝热干燥过程的状态变化,理想干燥等焓干燥,A,B,C,谢谢观赏,不向干燥器补充热量,干燥器的热损失可忽略,物料进出干燥器的焓相等,D=0,L=0,一、绝热干燥过程,2.绝热干燥过程的条件,谢谢观赏,由,一、绝热干燥过程,故,则,谢谢观赏,二、非绝热干燥过程,1.非绝热干燥过程的状态变化,实际干燥,
16、A,B,等温干燥,升焓干燥,降焓干燥,谢谢观赏,降焓干燥过程应满足以下条件,不向干燥器补充热量,干燥器的热损失不能忽略,物料进出干燥器的焓不相等,D=0,L 0,2.非绝热干燥过程的条件,二、非绝热干燥过程,谢谢观赏,二、非绝热干燥过程,由,故,则,谢谢观赏,升焓干燥过程应满足以下条件,需向干燥器补充热量,干燥器的热损失不能忽略,物料进出干燥器的焓不相等,且,L 0,二、非绝热干燥过程,谢谢观赏,二、非绝热干燥过程,由,故,则,因,谢谢观赏,等温干燥过程应满足以下条件,干燥器的热损失不能忽略,物料进出干燥器的焓不相等,需向干燥器补充热量,D足够大，维持 t1=t2,且,L 0,二、非绝热干燥过
17、程,谢谢观赏,第十一章 固体物料的干燥,11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,11.3.1 湿物料的性质,11.3.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算,11.3.3 空气通过干燥器时的状态变化,11.3.4 干燥系统的热效率,谢谢观赏,一、干燥系统的热效率,干燥系统的热效率定义,蒸发水分所需热量,谢谢观赏,一、干燥系统的热效率,由,忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则,故,对于理想干燥器,谢谢观赏,二、提高干燥系统热效率的措施,提高干燥系统热效率措施,采用二级干燥,采用内换热器,干燥系统的保温,采用废气循环工艺,谢谢观赏,二、提高干燥系统热效率的措施,废气循环干燥系统（1）,谢谢观赏,二、提高干
18、燥系统热效率的措施,废气循环干燥系统（2）,谢谢观赏,第十一章 固体物料的干燥,11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,11.4 干燥速率与干燥时间,11.4.1 物料中水分的性质,谢谢观赏,一、平衡水分与自由水分,湿物料,湿空气,接触时间,平衡曲线,达平衡状态时,平衡含水量,X*,X,1.平衡曲线,谢谢观赏,平衡含水量X*与空气相对湿度 的关系（25）,1-新闻纸；2-羊毛、毛织物；3-硝化纤维；4-丝；5-皮革；6-陶土；7-烟叶；8-肥皂；9-牛皮胶；10-木材；11-玻璃绒；12-棉花,谢谢观赏,在一定的干燥条件下,不能被除去的水分,平衡水分 X*,大于平衡水分的水分,自由水分 X-X
19、*,物料所含水分平衡水分自由水分,平衡水分,自由水分,按能否被除去划分，取决于物料的性质和空气的状态。,2.平衡水分与自由水分,一、平衡水分与自由水分,谢谢观赏,结合水分的特点,结合力强，不易除去。,二、结合水分与非结合水分,物料表面吸附及空隙中所含的水分,物料细胞壁及毛细孔道内所含的水分,湿物料,结合水分,非结合水分,谢谢观赏,非结合水分的特点,结合力弱，容易除去。,物料所含水分结合水分非结合水分,结合水分,非结合水分,按除去的难易程度划分，仅取决于物料的性质，而与空气的状态无关。,二、结合水分与非结合水分,谢谢观赏,固体物料中所含水分的性质,总水分,平衡水分,自由水分,非结合水分,结合水分
20、,谢谢观赏,第十一章 固体物料的干燥,11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,11.4 干燥速率与干燥时间,11.4.1 物料中水分的性质,11.4.2 恒定干燥条件下干燥时间的计算,谢谢观赏,一、干燥实验和干燥曲线,1.恒定干燥实验,恒定干燥条件,间歇操作,用大量的空气干燥少量的物料,维持空气的速度及与物料的接触方式不变,实验数据,谢谢观赏,洞道干燥实验流程示意图,1洞道干燥室 2离心鼓风机 3孔板流量计 4温度计 5干燥物料 6重量传感器 7加热器 8湿球温度计 9干球温度计10重量显示仪11温度显示仪12湿球温度显 示仪13电加热控制 仪表,谢谢观赏,一、干燥实验和干燥曲线,预热阶段,恒
21、速干燥阶段（第一干燥阶段）,干燥阶段,降速干燥阶段（第二干燥阶段）,热量主要用于物料升温,热量用于汽化水分,热量用于汽化水分和加热物料,谢谢观赏,一、干燥实验和干燥曲线,2.干燥曲线,将物料含水量（或物料表面温度）对干燥,干燥曲线,X-曲线,-曲线,时间绘图，所得图形称为干燥曲线。,谢谢观赏,干燥曲线（X-关系）,预热阶段,恒速干燥阶段,降速干燥阶段,谢谢观赏,干燥曲线（-关系）,预热阶段,恒速干燥阶段,降速干燥阶段,谢谢观赏,思考题,作业题:6、7、8,练 习 题 目,谢谢观赏,第十一章 固体物料的干燥,11.4 干燥速率与干燥时间,11.4.1 物料中水分的性质,11.4.2 恒定干燥条件
22、下干燥时间的计算,一、干燥实验和干燥曲线,谢谢观赏,二、干燥速率曲线及干燥过程分析,1.干燥速率,单位时间单位干燥面积上汽化的水分质量。,kg/(m2),定义,干燥速率定义式,干燥速率,谢谢观赏,2.干燥速率曲线,U 与 的关系曲线 干燥速率曲线。,干燥曲线,干燥速率曲线,曲线斜率,二、干燥速率曲线及干燥过程分析,谢谢观赏,恒定干燥条件下干燥速率曲线,预热阶段,恒速干燥阶段,降速干燥阶段,临界湿含量,临界干燥速率,谢谢观赏,湿空气,水分传递,由内部向表面迁移,由表面向空气中汽化,湿物料,二、干燥速率曲线及干燥过程分析,3.干燥机理及影响因素,谢谢观赏,(1)恒速干燥阶段,内部迁移速率,表面汽化
23、速率,特征,表面维持润湿状态，汽化的水分为非结合水分,空气传给湿物料显热水分汽化所需潜热,表面汽化控制阶段,二、干燥速率曲线及干燥过程分析,谢谢观赏,设,二、干燥速率曲线及干燥过程分析,一批操作中空气传给物料的总热量为,一批操作中蒸发的水分量为,则,空气与物料表面的对流传热速率为,谢谢观赏,二、干燥速率曲线及干燥过程分析,湿物料与空气的传质速率为,联立并整理得,谢谢观赏,二、干燥速率曲线及干燥过程分析,1)空气平行流过静止物料层表面,计算 经验公式,湿空气的质量流速,2)空气垂直流过静止物料层表面,谢谢观赏,二、干燥速率曲线及干燥过程分析,3)气体与运动着的颗粒间的传热,颗粒平均直径,空气导热
24、系数,空气运动黏度,颗粒沉降速度,谢谢观赏,(2)降速干燥阶段,内部迁移速率,表面汽化速率,表面逐渐变干，汽化的水分为结合水分,干燥速率,内部迁移控制阶段,特征,二、干燥速率曲线及干燥过程分析,谢谢观赏,1.恒速干燥阶段,由,三、干燥时间的计算,分离变量积分,谢谢观赏,得,恒速干燥阶段干燥时间,Xc的来源,由干燥速率曲线得出,由手册查出,三、干燥时间的计算,谢谢观赏,Uc的来源,由干燥速率曲线得出,由经验公式计算,三、干燥时间的计算,谢谢观赏,2.降速干燥阶段,由,三、干燥时间的计算,分离变量积分,谢谢观赏,设 U 与 X 为线性关系,三、干燥时间的计算,谢谢观赏,积分得,三、干燥时间的计算,
25、降速干燥阶段干燥时间,谢谢观赏,若 X*很低或缺乏 X*数据，令,三、干燥时间的计算,则,故此,降速干燥阶段干燥时间,谢谢观赏,总干燥时间,三、干燥时间的计算,若,谢谢观赏,第十一章 固体物料的干燥,11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,11.4 干燥速率与干燥时间,11.4.1 物料中水分的性质,11.4.2 变动条件下的干燥过程,谢谢观赏,变动条件下的干燥过程,连续逆流干燥器中典型温度分布情况,在连续干燥器中，无论空气与物料的接触方式是并流、逆流还是错流，空气的状态都是沿着干燥器的长度或高度变化的变动条件下的干燥过程。,谢谢观赏,第十一章 固体物料的干燥,11.3 干燥过程的物料衡算与热
26、量衡算,11.4 干燥速率与干燥时间,11.5 真空冷冻干燥(选读),11.6 干燥器,11.6.1 干燥器的基本要求与分类,谢谢观赏,一、干燥器的基本要求,干燥器的基本要求,保证干燥产品的质量要求,干燥速率快,操作控制方便、劳动条件好,含水量,强度,形状,热效率高,谢谢观赏,二、干燥器的分类,按传热方式分类,对流干燥器,厢式干燥器,气流干燥器,沸腾干燥器,转筒干燥器,喷雾干燥器,传导干燥器,滚筒干燥器,真空盘架式干燥器,红外线干燥器,辐射干燥器,微波干燥器,介电干燥器,谢谢观赏,第十一章 固体物料的干燥,11.6 干燥器,11.6.1 干燥器的基本要求与分类,11.6.2 干燥器的主要型式,
27、谢谢观赏,干燥器的主要型式(自学),自学要求,掌握 5 种以上主要干燥器的名称。了解主要干燥器的结构形式与工作原理。了解干燥器选型时应考虑的主要因素。,谢谢观赏,第十一章 固体物料的干燥,11.6 干燥器,11.6.1 干燥器的基本要求与分类,11.6.2 干燥器的主要型式,11.6.3 干燥器的设计(选读),11.7 增湿与减湿(选读),谢谢观赏,思考题,作业题:10、11、12,练 习 题 目,谢谢观赏,本 章 小 结,本章重点掌握内容,湿空气的性质及湿度图湿空气的性质湿度图的构造及应用,干燥过程的物料衡算与热量衡算物料衡算热量衡算空气通过干燥器时的状态变化干燥系统的热效率,谢谢观赏,本 章 小 结,干燥速率与干燥时间物料中水分的性质干燥曲线干燥速率与干燥速率曲线干燥过程机理,谢谢观赏,
