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1、2023/5/19,1,第七章 固体干燥,第一节 概述,第二节 湿空气的性质与湿度图,第五节 干燥设备,第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算,第四节 物料的平衡含水量与干燥速率,2023/5/19,2,第一节 概述,一、固体物料去湿方法,二、湿物料的干燥方法,三、对流干燥过程的传热与传质,2023/5/19,3,去湿:湿分从物料中去除的过程。,去湿的方法:,机械去湿,去湿目的:1）工艺要求；2）贮存；3）运输。,物理去湿,加热去湿（干燥）,一、固体物料去湿方法,二、湿物料的干燥方法,（1）热传导干燥法,2023/5/19,4,（2）对流传热干燥法,（3）红外线辐射干燥法,（4）微波加热干燥法,
2、（5）冷冻干燥法,干燥过程的分类：,常压干燥真空干燥,2023/5/19,5,连续式间歇式,传导干燥（间接加热干燥）对流干燥（直接加热干燥）辐射干燥介电加热干燥,2023/5/19,6,1.传热、传质同时，但方向相反；2.介质是热载体，有是湿载体。,1-鼓风机；2-预热器；3-气流干燥管；4-加料斗；5-螺旋加料器；6-旋风分离器；7-卸料阀；8-引风机。,三、对流干燥过程 的传热与传质,H,t,Q,W,ti,p,pi,M,干燥过程进行必要条件：1.物料表面水汽压力大于干燥介质 中水汽分压；2.干燥介质要将汽化的水分及时带走。,2023/5/19,7,第二节 湿空气的性质与湿度图,一、湿空气的
3、性质,二、湿空气的湿度图及其应用,2023/5/19,8,一、湿空气的性质,（一）湿空气中湿含量的表示方法,1.湿空气中水汽分压pV,2.相对湿度 定义：一定T、P，pV与同温度下pS之比的百分数。,2023/5/19,9,3.湿度（湿含量）H定义：1kg干空气所携带的水汽质量。,饱和空气，pV=ps，=1，不可作为干燥介质；不饱和空气，pV ps，1，可作为干燥介质。,2023/5/19,10,当P为一定值时，,pV=ps时，H=Hs,即：,H与的关系：H 表示空气中水汽含量的绝对值，而反映湿空气水气含量的相对大小，不饱和程度，吸收水汽的能力，能力。,2023/5/19,11,（二）湿空气的
4、比体积、比热容和焓,1.湿空气的比体积Hm3湿空气/kg干气定义：1kg绝干空气为基准，湿空气的总体积。,2023/5/19,12,P一定，,2.湿空气的比热容cH,定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水 汽升高温度1K所需的热量。kJ/kg干气K,3.湿空气的焓I kJ/kg干气,2023/5/19,13,定义：湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。,（三）湿空气的温度,t：是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。,1.干球温度 t,2023/5/19,14,定义：一定压力，不饱和空气等湿降温至饱和的温度。,pS：td下的饱和蒸汽压。,2.露点 td,tw:湿球温度计在空气中所达
5、到的平衡或稳定的温度。,3.湿球温度 tw,气流,t,tw,2023/5/19,15,湿球温度计工作原理,物系一定，,空气水系统，u 5m/s：,Q,N,对流传热,kH,气体t,H,气膜,对流传质,液滴表面tw,Hw,2023/5/19,16,2）饱和空气：tw=t；,3）不饱和空气：tw t。,测定tw的意义：1）测定H；2）确定物料表面的温度。,4.绝热饱和温度tas 定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。,2023/5/19,17,空气变化过程：1）t；2)H；3）I不变。,2023/5/19,18,tw 与tas 的关系：,tw：大量空气与少量水接触，空气t、H的不变；tas：大量水与一定
6、量空气接触，空气降温、增湿。,tw 与 tas 数值上的差异取决于/kH 与cH两者之间的差别。,tw：传热与传质速率均衡结果，属动平衡；tas：热量衡算与物料衡算导出，属静平衡。,，,空气水体系：,2023/5/19,19,当空气为不饱和状态：t tw(tas)td；当空气为饱和状态：t=tw(tas)=td。,P一定，F=2，两个独立参数确定空气状态、性质。,二、湿空气的焓湿图及其应用,2023/5/19,20,（一）I-H图的构造,坐标；5根线。,等湿线,等焓线,等温线,p-H线,2023/5/19,21,（二）焓湿图的应用,1.已知两个独立参数，定空气状态点，求其它性能参数,例1 已知
7、t=30，=60%求：H、td、tas,A,H=0.016kg/kg干气,D,C,2023/5/19,22,例2 已知t、tW，定状态。,A,2023/5/19,23,例3 已知t、td，定状态。,A,2023/5/19,24,第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算,一、干燥过程的物料衡算,二、干燥过程的热量衡算,2023/5/19,25,（一）物料中含水量表示方法,（1）湿基含水量 w kg水/kg湿物料,一、干燥过程的物料衡算,（2）干基含水量 X kg水/kg干物料,2023/5/19,26,（3）两者关系,（二）物料衡算,湿物料L1,w1,干燥产品L2,w2,热空气G,H1,湿废气体G,
8、H2,（1）干燥产品流量L2,（2）水分蒸发量 W,2023/5/19,27,（3）空气消耗量,2023/5/19,28,二、干燥过程的热量衡算,湿物料L1,X1,1,I1,干燥产品L2,X2,2,I2,热气体G,H1,t1,I1,湿废气体G,H2,t2,I2,湿气体G,H0,t0,I0,Qp,QD,QL,预热器,干燥器,2023/5/19,29,（1）预热器的加热量,（2）干燥器的热量衡算,2023/5/19,30,第四节 物料的平衡含水量,一、物料的干燥实验曲线,二、物料的平衡含水量曲线,三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间,2023/5/19,31,一、物料的干燥实验曲线,（一）干燥实
9、验曲线,A,湿含量X,Xc,tw,D,C,B,A,D,C,B,t,X*,物料表面温度,干燥时间,预热段,恒速段,降速段,干燥曲线：X、与 的关系曲线。,空气温度湿度流速与物料接触状况,恒定干燥条件：,2023/5/19,32,2.恒速干燥段：物料温度恒定在 tw，X 呈直线，气体传给物料热量全部用于湿份汽化。,1.预热段：物料升温，X变化不大。,3.降速干燥段：物料开始升温，X 变化减慢，气体传给物料的热量仅部分用于湿份汽化，其余用于物料升温，当 X=X*，=t。,（二）干燥过程的三阶段,2023/5/19,33,二、物料的平衡含水量曲线,（一）物料的平衡含水量曲线,平衡水分（X*）：,不能用
10、干燥方法除去的水分。,X*=f（物料种类、空气性质）,吸水性弱的,小,2023/5/19,34,（二）自由水分与平衡水分,自由水分（XX*）:可用干燥方法除去的水分。,(三)结合水分与非结合水分,结合水分 水与物料有结合力，pw ps。,非结合水分 水与物料无结合力，pw ps。,2023/5/19,35,1）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。,2）平衡水分是指定空气，干燥的极限，与空气和物料有关，且一定是结合水分。,注意：,3）X低，高，可能吸湿。,2023/5/19,36,三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间,干燥速率:单位时间、单位干
11、燥面积汽化水分量。,kg水/m2s,（一）间歇干燥过程和干燥速率曲线,2023/5/19,37,ABC段：恒速干燥阶段 AB段：预热段 BC段：恒速段CDE段：降速干燥阶段,C点：临界点 XC：临界含水量E点：平衡点 X*：平衡水分,2023/5/19,38,（二）恒速干燥阶段,kg水/m2s,恒速干燥速率,物料表面湿润，X Xc，汽化的是非结合水分。,2023/5/19,39,恒速干燥特点：,1.影响 u的主要因素：t、H、u、空气与物料接触方式,1.uuCconst.,2.物料表面温度为tw；,3.去除的水分为非结合水分；,4.uC干燥条件决定，表面汽化控制；,uC的来源：,（1）由干燥速
12、率曲线查得,2.恒速阶段干燥时间计算,2023/5/19,40,（三）降速阶段,1.影响 u的因素：,2.降速阶段干燥时间计算,实际汽化表面减小（CD，除非结合、结合水分）汽化面向内部移动（DE，除结合水分）,u因素：与物料性质、结构、尺寸、形状、堆积厚度有关，与空气状态关系不大。,2023/5/19,41,方法：（1）图解积分法,（2）解析计算法,X2,2023/5/19,42,总干燥时间：,当X*=0时，,2023/5/19,43,（四）临界含水量 XC,1.吸水性强的物料 XC吸水性弱的物料 XC2.物料层越薄、分散越细，XC 越低3.干燥条件：t,H,u。uC 越大，XC 越高。,X,
13、2023/5/19,44,二、干燥的选用,第五节 干燥设备,一、常用对流干燥器简介,2023/5/19,45,一、常用对流干燥器简介,（一）厢式干燥器(盘架式干燥器),小型的称为烘箱，大型的称为烘房，可同时处理多种物料。通常在常压或真空下间歇操作。厢内设有支架，湿物料放在矩形浅盘内，或悬挂在支架上(板状物料)，空气经加热器预热并均匀分配后，平行掠过物料表面，离开物料表面的湿废气体，部分排空，部分循环，与新鲜空气混合后用作干燥介质。,2023/5/19,46,优点：结构简单，装卸灵活、方便，适应性强，适用于小批量、多品种物料的干燥；缺点：分散差，劳动强度大，干燥时间长，设备体积大。,2023/5
14、/19,47,（二）转筒式干燥器,主体:沿轴向装抄板圆筒,略倾斜，齿轮机构驱动作旋转运动；物料由转筒较高一端送，由较低端出，热风由转筒低端入，由高端出，气固两相呈逆流接触；随着圆筒旋转，物料被炒板抄起然后洒下，改善传热传质，提高干燥速率；物料湿含量较低，产品能承受高温，宜采用逆流干燥。物料湿含量较高、产品湿含量不是很低的场合宜采用并流干燥。,2023/5/19,48,特点:,国内现有转筒干燥器的直径一般为0.5-3m，长度为2-27 m，长径比为4-10，物料在转筒内的装填量约为筒体容积的8-13%，物料沿转筒轴向前进的速度为0.01-0.08m/s，其停留时间一般为1h左右。,(1)机械化程
15、度较高，生产能力较大；(2)干燥介质通过转筒的阻力较小；(3)对物料的适应性较强，操作稳定方便，运行费用较低；(4)装置比较笨重，金属耗材多，传动机构复杂，维修量较大；(5)设备投资高，占地面积大。,2023/5/19,49,（三）流化床干燥器,加料口加入，热气体穿过流化床底部多孔分布板，形成许多小气流射入物料层。气速控制，形成沸腾状流化床。产品经床侧出料管卸出，湿废气体由引风机从床层顶部抽出排空，旋风分离器分离所夹带少量细微粉。,单层流化床干燥器,2023/5/19,50,固体在每一层完全混合，但层与层之间不相混。改善了物料停留时间的分布，层数越多，产品湿含量愈均匀。国内使用五层流化床干燥涤
16、纶切片，效果很好。气固两相逆流流动，有利于降低产品的湿含量，且可使热量的利用更加充分。多层流化床特别适合于产品湿含量较低、冷物料不能承受强烈干燥而干物料可以耐高温的场合。多层床其结构复杂，气体的流动阻力也较大，因而限制了多层流化床的应用。,多层流化床干燥器,主要问题：控制物料顺利流至下一层的量，且不使气体沿溢流管短路跑掉。在应用中常因操作不当而不能正常生产。,2023/5/19,51,卧式多室流化床干燥器,床为矩形截面，用挡板将床分为多个室，挡板与气体分布板间有间隙使物料逐室通过。最后一室通入冷空气。,特点：产品含水量均匀；各室气温和流量可调节，热量利用充分；物料和气体错流，流动阻力小，动力消
17、耗少；最后一室冷却便于包装。,2023/5/19,52,（四）气流干燥器,特点：(1)干燥速度快，两传热传质面积。热气体速度高,相对速度很大，体积小。(2)并流，使用高温气体作为干燥介质不会烧坏物料。(3)时间短，气流干燥又称为快速干燥或闪蒸干燥，特别适合于热敏性物料干燥。(4)物料呈活塞流流动，干燥产品湿含量均匀。(5)结构简单，投资少，占地面积小，操作方便，性能稳定，维修量小。,2023/5/19,53,问题：(1)物料停留时间短，只适合于干燥非结合水分的干燥，故常被用作物料的预干燥；(2)颗粒破碎现象比较严重，颗粒之间以及颗粒与器壁之间的碰撞与摩擦。故不适合于干燥晶形不允许破坏的物料；(
18、3)气固两相分离任务很重，固体产品的放空损失较大，粉料排空对环境造成一定污染；(4)气固两相接触时间短，传热不充分，气体放空损失大，热效率较低；(5)气体通过干燥系统的流动阻力较大，因而风机的动力消耗较高，故总能耗较高。,2023/5/19,54,（五）喷雾干燥器,用于干燥溶液、浆液或悬浮液。液状物料由雾化器喷成雾状细滴并分散于热气流中，使水分迅速汽化而获得微粒状干燥产品。,雾滴直径为 3060m，每升料液 100600m2 的蒸发面积，需干燥时间很短（约为530s）。特别适合于干燥热敏性物料，如牛奶、蛋制品、血浆、洗衣粉、抗菌素、酵母和染料等。,2023/5/19,55,雾化器,气流式雾化器
19、：压缩空气在喷嘴处达到音速并形成很低的压力，抽送料液由喷嘴成雾状喷出。可制备粒径小于 5m 的微细颗粒，能处理粘度较大的料液，但动力消耗较大，装置的生产能力较小。,离心式雾化器：料液送入一高速旋转的装有放射形叶片的圆盘中央，在离心力作用下加速从周边呈雾状洒出。,操作简单，适应能力强，弹性大，粒径均匀。特别适合于固相含量较高液体。干燥器直径较大，雾化器加工难度大，制造价格高。,2023/5/19,56,压力式雾化器：用泵将料液加压至 30-200atm 并通入喷嘴，喷嘴内有螺旋室，液体在其中高速旋转并从出口小孔处呈雾状喷出。,结构简单，造价低，动力消耗低。操作弹性小，产品粒径不均匀，喷嘴容易因腐
20、蚀或磨损而影响喷雾质量。,2023/5/19,57,二、干燥器的选用,被干燥物料的特点：,形状：有板状、块状、片状、针状、纤维状、粒 状、粉状，膏糊状甚至液状等；结构：多孔疏松型，紧密型；耐热性：热敏性；结块：易粘结成块的湿物料在干燥过程中能逐步 分散，散粒性很好的湿物料在干燥过程中 可能会严重结块。,2023/5/19,58,对产品的要求：,干燥程度：脱除表面水分，结合水分甚至结晶水分。要求的平均湿含量和干燥均匀性。外观：一定的晶型和光泽，不开裂变形等。,干燥器的基本要求：,保证干燥质量，干燥均匀，不发生变质，晶形完 整，不发生龟裂变形；(2)速率快，时间短，小设备大生产；(3)能耗低，热效率高，动力消耗低；(4)工艺简单，设备投资小，操作稳定，控制灵活，劳动条件好，污染环境小。,
