化化 学学 工工 程程 系系 第七章 干燥 化化 学学 工工 程程 系系 本章主要内容 7.1 概述 7.2 湿空气的性质 7.3 干燥过程的物料衡算和热量衡算 7.4 干燥速率与干燥时间 化化 学学 工工 程程 系系 去湿方法: 机械去湿法 热能去湿法 干燥分类: 操作压强：常压干燥, 真空干燥； 操作方式：连续操作，间歇操作； 传热方式：传导干燥，对流干燥， 辐射干燥,介电加热干燥 。 7.1 概述 化化 学学 工工 程程 系系 对流干燥传质传热过程 pi-p水气 传质推动力 pi i t p水气 化化 学学 工工 程程 系系 7.2 湿空气的性质 1. 湿度H和相对湿度 2. 湿空气的比热容 cH和焓I 3. 温度： 露点 td 干球温度 t 湿球温度 tw 绝热饱和温度 tas 4. 湿空气的比容 H 化化 学学 工工 程程 系系 1.湿度H (湿含量) 水气-空气体系： 饱和空气： 化化 学学 工工 程程 系系 相对湿度 绝干 空气 饱和 空气 相对湿度越小，空气的吸湿能力 越强，其反映了空气的干燥能力 对于一定湿物料，绝干空气的吸湿能力最强 ，而饱和空气则不能作为干燥介质。 化化 学学 工工 程程 系系 2. 湿空气的比热容cH cg=绝干气比热容，1.01kJ/(kg绝干空气 ) ； cv =水气比热容，1.88kJ/(kg绝干空气 ) 以1kg的绝干空气为基准（含Hkg水气）： 化化 学学 工工 程程 系系 湿空气（绝干空气和水汽）的焓I （干空气及液态水在0 时焓为零作基准 ） 温度为t及湿度为的湿空气 以1kg的绝干空气为基准： I=Ig+IvH I=(cg+Hcv)t+Hr0 =(1.01+1.88H)t+2490H r00 时水的汽化潜热（kJ/kg） 化化 学学 工工 程程 系系 湿球温度 3. 温度： 湿球温度由湿空气的温度、湿度所决定； 是大量空气和少量水接触后水的温度。 不饱和空气:湿球温度tW低于t 饱和湿空气: tW=t p pi 传热 传质 化化 学学 工工 程程 系系 n当空气温度不太高，相对湿度不太低时 ，空气水系统可认为:tw =tas 。 n不饱和湿空气: ttw(或tas) td n饱和的湿空气:ttw (或tas) td 绝热饱和温度tas: 绝热饱和过程为等焓过 程，是大量水和少量空 气接触后空气的温度。 露点温度td； 化化 学学 工工 程程 系系 4. 湿空气的比容vH 化化 学学 工工 程程 系系 （1）等湿线 （2）等焓线 （3）等温线 （4）等相对湿度线 （5 ）水气分压线 焓湿图 化化 学学 工工 程程 系系 为什么空气进干燥器前要预热？ 化化 学学 工工 程程 系系 H-I图的用法：1.已知状态点A，确定空气性质 对一定状态空 气，温度越高 ，相对湿度越 小，焓值越高 。 化化 学学 工工 程程 系系 2. H-I图中湿空气状态点的确定 已知湿空气的干球温度t 和湿球温度tW 化化 学学 工工 程程 系系 湿空气的干球温度t和露点td； 湿空气的干球温度t和相对湿度 ，见 化化 学学 工工 程程 系系 7.3 干燥过程的物料衡算和热量衡算 化化 学学 工工 程程 系系 7.3.1 湿物料中含水量的表示方法 湿基含水量w 干基含水量X X湿物料的干基含水量，kg水/kg绝干料 化化 学学 工工 程程 系系 7.3.2 物料衡算示意图 G湿物料质量流量，kg/s； Gc湿物料中绝对干料质量流量，kg/s; L湿空气中绝干空气的质量流量，kg/s。 G1,X1 L,H0 预热器 H1 干燥室 H2 G2,X2 化化 学学 工工 程程 系系 一、水分蒸发量W（kg/s ） 对干燥器中水分作物料衡算： 进入空气中的水分湿物料失去的水分 绝干物料Gc在干燥前后质量流量不变，即 GcG1（1w1）G2（1w2） G2G1（1w1）/（1w2） WL（H2H0）Gc（X1X2） 空气预热前后，湿度不变，因此H0=H1。 化化 学学 工工 程程 系系 二、干空气消耗量 单位空气消耗量:蒸发1kg水分 所消耗的干空气量，kg绝干空 气/kg水分 单位空气消耗量仅与空气初态和 终态湿度有关，与路径无关。 WL（H2H0） Gc（X1X2） 化化 学学 工工 程程 系系 对同一干燥过程，夏天的空气消耗量l 大还是冬天的消耗量l大？ 化化 学学 工工 程程 系系 7.3.3 干燥过程热量衡算 Qp=L（I1-I0）=L(1.01+1.88H0)(t1-t0) 1.预热器的热量衡算 L，t1，H1，I1 L，t0，H0，I0 QP 化化 学学 工工 程程 系系 2.干燥器的热量衡算 LI1+GcI1+ QD=LI2+ GcI2+ QL L（I1-I2）+ QD= Gc（I2-I1）+ QL I=cm cm=cs+Xcw 水的比热容，4.187kJ/(kg水) cm为湿物料的比热容 ， kJ/（kg干物 料) 化化 学学 工工 程程 系系 干燥系统消耗的总热量Q(kW) QQpQDL(I2I0)Gc(I2- I1)+QL 热量用途:加热空气;蒸发水分;加热物料;热损失 L（I1-I2）+ QD= Gc（I2-I1）+ QL 化化 学学 工工 程程 系系 7.3.4 干燥系统的热效率 QVW(2490+1.88t2) -4.1871W 化化 学学 工工 程程 系系 7.3.5 干燥器出口状态的确定 1.等焓干燥（I1=I2 ） AB:预热过预热过 程； BC:干燥过程 I1=I2 化化 学学 工工 程程 系系 2.实际干燥过程 AB：预热过 程 BC1： I1I， 补 充热量大于物料升温、 热损失等能量之和。 I1 I2 I 化化 学学 工工 程程 系系 7.4.1 物料中所含水分的性质 结合水分与非结合水分（根据水分与固体物 料的结合方式 ） 结合水分：以化学力或物理化学力与固体物料 相结合的水分；蒸气压低于同温度下纯水的饱 和蒸气压。 非结合水分：通过机械方式附着在固体物料上 的水分，蒸气压等于同温度下纯水的饱和蒸气 压。 7.4 干燥速率与干燥时间 化化 学学 工工 程程 系系 平衡水分与自由水分 （按水分能否用干燥 方法除去的原则 ） 平衡水分：干燥推动力 p=p-pi=0时时，物料中 存在的水分。在一定空气状态（t，）下，平 衡水分是湿物料干燥的极限。 自由水分：总水分平衡水分 化化 学学 工工 程程 系系 物料中所含水分的性质 X/kg水(kg绝干料)-1 对于同种物料，在一定温度下，空气的相 对湿度越大，平衡水分含量越高。 若要得到绝干产品，只能用绝干空气作为 干燥介质。 化化 学学 工工 程程 系系 7.4.2 恒定干燥条件下的干燥速率 湿空气的状态（温度、相对湿度）不变、 空气流速不变、与物料的接触方式不变 化化 学学 工工 程程 系系 干燥速率：单位时间内在单位干燥面积上气化 的水分量。 U 干燥速率（kg/（m2s）； W气化水分量（kg）； S 干燥面积（m2 ） ； 干燥时间（s）。 化化 学学 工工 程程 系系 降速第一阶段 降速第二阶段 X，kg水/kg绝干料 干燥时间 物料温度 化化 学学 工工 程程 系系 临界 含水量 表面汽化控 制；温度等 于空气的湿 球温度 X/kg水(kg绝干料)-1 U/kg水(m2h)-1 化化 学学 工工 程程 系系 干燥降速阶段 不饱和 表面干燥 水分气化平面 由物料表面移 向内部 化化 学学 工工 程程 系系 p=p-pi=0 水分为平衡水 化化 学学 工工 程程 系系 在降速阶段，干燥速率主要取决于水分 在物料内部的迁移速率，即取决于物料的 结构、形状和尺寸，与空气性质关系不大 。降速阶段为内部迁移控制阶段。 化化 学学 工工 程程 系系 7.4.3 恒定干燥条件下干燥时间的计算 恒速干燥阶段 降速干燥阶段