化工原理化工原理 第九章 干 燥湿空气的性质及湿度图概述干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥设备 知识目标掌握湿空气各性质参数的定义及其计算，HI图的结构及应用；干燥系统水分蒸发量、空气消耗量、蒸气消耗量、干燥产量以及干燥时间等的计算。理解湿物料中水分的性质；干燥过程的机理及速率特征。了解各种干燥器的结构特点及应用场合及干燥器的选型。第九章 干 燥 能力目标通过本章的学习，能熟练应用湿焓图来确定湿空气的状态及性质参数，会利用干燥过程的物料衡算和热量衡算、平衡关系和速率关系进行干燥器最基本的计算，确定干燥过程物流间的关系、干燥时间的计算及干燥设备的选型。第九章 干 燥 第一节第一节 概概 述述 去湿方法的分类一、（1）机械去湿法。（2）吸附去湿法。除去湿物料中湿分（大多为水分）的操作，工业上称为去湿。常用的去湿方法有：（3）加热去湿法。 第一节第一节 概概 述述 干燥方法的分类二、干燥操作按照不同的方式可划分为不同的种类。（1）按操作压力不同，干燥可分为常压干燥和真空干燥。真空干燥的温度较低，适用于热敏性、易氧化或要求含水量很低物料的干燥。（2）按操作方式划分，干燥又可分为连续干燥和间歇干燥。连续干燥具有生产能力大、产品质量均匀、自动化程度高、劳动强度小等优点。（3）按照传热的方式分类，干燥可分为传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥以及上述两种或两种以上方式组合而成的联合干燥。 第一节第一节 概概 述述工业上应用最多的是连续操作的对流干燥过程，即加热后的干燥介质在流动的情况下以对流传热的方式将热量传给湿物料，湿物料中的湿分汽化被干燥介质带走。干燥介质可以是不饱和的热空气、惰性气体及烟道气，其除去的湿分大都是水分。所以本章主要讨论以不饱和热空气为干燥介质，湿分为水的干燥过程。 第一节第一节 概概 述述在对流干燥过程中，热的空气与物料直接接触，两者产生相对运动，热空气将热量传给物料，物料表面的水分受热汽化并被空气带走，物料内部的水分向表面扩散。干燥介质既是载热体又是载湿体，物料在获得热量的同时，水分汽化由液相进入气相，所以干燥过程是传热、传质同时进行的过程。传热的方向是由气相到液相，传热的推动力为热空气与湿物料之间的温度差，传质的方向是由液相到气相，传质的推动力是物料表面水蒸气的分压与热空气中的水蒸气分压的差值，干燥速率由传热速率和传质速率共同控制。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图在对流干燥过程中，不饱和湿空气既是载热体又是载湿体，因而可通过空气的状态变化来理解干燥过程的传热、传质特性，为此，应先了解湿空气的性质。湿空气是由绝干空气和水蒸气组成的，干燥过程中湿空气中的水分含量是不断变化的，但绝干空气的量不变，故以1kg绝干空气作为基准来研究湿空气的性质。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图 湿空气的性质一、（一）湿度H湿度又称湿含量，是湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量比。即 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图湿度也可以理解成1kg的绝干空气对应的湿空气中水蒸气的质量。常压下湿空气可视为理想气体，由道尔顿分压定律可知，混合气体中各组分的摩尔比等于分压比，则式（91）可变为式中pw水汽的分压，Pa或kPa；p总压，Pa或kPa。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图由此看出，当总压一定时，湿空气的湿度是水汽分压的函数，当湿空气中的水汽分压等于该空气温度下纯水的饱和蒸气压时，空气达到饱和，相应的湿度称为饱和湿度，以Hs表示，即式中Hs空气的饱和湿度，kg水汽/kg绝干空气；ps空气温度下纯水的饱和蒸气压，Pa或kPa。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（二）相对湿度在一定总压下，湿空气中水汽分压pw与同温度水的饱和蒸气压ps的百分比称为相对湿度百分数，简称为相对湿度，以表示，即 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图湿度是湿空气含水量的绝对值，由湿度不能判别湿空气能否作为干燥介质。相对湿度反映空气的不饱和程度，由其可判断湿空气能否作为干燥介质。当pw=ps时，=1，表示湿空气被水汽所饱和，称为饱和空气，饱和空气不能再吸收水分，因此不能作为干燥介质；当pw=0时，=0，表示湿空气中不含水分，为绝干空气，这时的空气具有最大的吸湿能力。所以相对湿度值越小，表明该湿空气的不饱和程度越大，其干燥能力越强。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图将式（94）代入式（92）可得H与的关系式为由式（95）知，当压力一定时，湿空气的湿度是温度和相对湿度的函数。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图若已知空气的湿度H值，怎样计算1kg湿空气中绝干空气的质量？思考题思考题9-19-1 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（三）湿空气的比容湿空气中，1kg绝干空气与其所带的Hkg水汽的总体积称为湿空气的比容，又称为湿容积，以vH表示，若湿空气视为理想气体，则vH=1kg绝干空气的体积+Hkg水汽的体积其中，1kg绝干空气的体积为 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图Hkg水汽的体积为 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（四）湿空气的比热容常压下，含1kg绝干空气和含有Hkg水汽的湿空气温度升高（或降低）1所吸收（或放出）的热量称为比热容，又称湿热。表达式为cH=cg+cwH（97）式中cH湿空气的比热容，kJ/（kg绝干空气）；cg绝干空气的比热容，kJ/（kg绝干空气）；cw水汽的比热容，kJ/（kg水汽）。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图在常用的温度范围内，cg、cw可按常数处理，cg=1.01kJ/（kg绝干空气），cw=1.88kJ/（kg水汽）。将其代入式（97），得cH=1.01+1.88H(97a)显然，比热容仅是湿度的函数。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（五）离心泵的工作原理当湿空气的温度为t，湿度为H时，1kg绝干空气和Hkg水汽的焓之和为湿空气的焓值，以IH表示，即IH=Ig+HIw（98）式中IH湿空气的焓，kJ/kg绝干空气；Ig绝干空气的焓，kJ/kg绝干空气；Iw水汽的焓，kJ/kg水汽。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图焓是相对值，计算时必须规定基准温度和基准状态，一般规定0的绝干空气及0的液态水的焓值均为零，对于温度为t，湿度为H的湿空气，其焓值包括由0的水变为0的水蒸气所需的热及湿空气由升0温至t所需热量之和，即IH=cHt+Hr0=(1.01+1.88H)t+2490H（98a）可以看出，湿空气的焓是温度和湿度的函数。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图【例例 9-19-1】 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图解得=94.3%水汽分压:pw=ps=0.9434.2464=4.004kPa比容:HJ2.1mm由式（9-6）求比容，即 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图比热容:由式（9-7a）求比热容，即cH=1.01+1.88H=1.01+1.880.0256=1.058kJ/(kg绝干气)焓:用式（9-8a）求湿空气的焓，即I=(1.01+1.88H)t+2490H=(1.01+1.880.0256)30+24900.0256=95.49kJ/kg绝干气 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（2）根据密度的定义得相对湿度：查出50时水蒸气的饱和蒸气压为12.340kPa。当空气被加热时，湿度并没有变化，若总压恒定，则水汽的分压也将不变，故 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图水汽分压：因空气湿度没变，故水汽分压仍为4.004kPa。比容：50时的比容为 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图比热容：由式（9-7）知湿空气的比热容只是湿度的函数，因此，湿空气被加热后，其比热容不变，为1.058kJ(kg绝干空气)。焓：I=(1.01+1.880.0256)50+24900.0256=116.7kJ/kg绝干空气HJ由上计算可看出，湿空气被加热后虽然湿度没有变化，但相对湿度降低了，所以在干燥操作中，总是先将空气加热后再送入干燥器内，目的是降低相对湿度以提高吸湿能力。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（六）湿空气的温度干球温度干球温度1.用普通温度计直接测得的湿空气的温度称为湿空气的干球温度，简称温度，以t表示。它是湿空气的真实温度。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图湿球温度湿球温度2.用湿纱布包裹温度计的感温部分，纱布下端浸在水中，以保证纱布一直处于充分润湿状态，这种温度计称为湿球温度计，如图91所示。图91 湿球温度的测量 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图将湿球温度计置于温度为t、湿度为H的流动着的不饱和空气中，湿纱布中的水分必然要汽化，并向空气主流中扩散，湿纱布中水分汽化所需要吸收的热量主要是空气与水分之间存在着温度差，空气以对流传热的方式向湿纱布传递热量，当空气传递的热量不能满足湿纱布中水分汽化需要的热量时，湿纱布自身温度降低放出显热，为其水分汽化提供热量，随着水分蒸发时间的延长，空气与湿纱布间的温度差增加，空气对湿纱布的对流传热速率提高，当空气传给水分的显热恰好等于水分汽化所需的潜热时，空气与湿纱布间的热质传递达到平衡，湿球温度计上的温度维持恒定。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图根据传热和传质的基本理论，热质传递达到平衡时，理论上可推导湿球温度tw的计算公式为 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图式中tw空气的湿球温度，即湿纱布表面的温度，；t空气的温度，；kH以湿度差为推动力的传质系数，kg/m2s；空气与湿纱布间的对流传热系数，W/m2；rtw湿球温度tw下水的汽化潜热，kJ/kg；Hs,tw湿球温度tw下空气的饱和湿度，kg/kg绝干气；H是空气的湿度，kg/kg绝干气。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图实验表明，一般情况下上式中的kH和都与空气速度的0.8次方成正比，故可认为其比值与气流速度无关，对于空气水蒸气系统，/kH=1.。湿球温度tw不是湿空气的真实温度，它是湿空气温度t和湿度H的函数。当湿空气的温度一定时，不饱和湿空气的湿球温度总低于干球温度，空气的湿度越高，湿球温度越接近于干球温度，当空气为水汽所饱和时，湿球温度就等于干球温度。在一定总压下，只要测出湿空气的干、湿球温度，就可用式（99）算出空气的湿度。应指出，在测湿球温度时，空气的流速应大于5m/s,以减少辐射与导热的影响。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图绝热饱和冷却温度绝热饱和冷却温度3.图92所示为一绝热饱和冷却塔，塔与外界绝热，一定量不饱和空气与大量水在绝压饱和冷却塔中充分接触，水分会不断汽化进入空气中，绝热情况下的热量只能在气液两相间传递，可以认为大量的循环水水温不变，汽化所需的热量只能由空气自身温度下降放出显热供给，空气失去显热，被水吸收后，产生的水蒸气又将这部分热量以汽化潜热的形式带回至空气中，故空气的焓值可视为不变。若两相有足够长的接触时间，最终空气为水汽所饱和，空气在塔内的状态变化是等焓、降温、增湿直到饱和的过程，达到稳定状态下的温度就是湿空气的绝热饱和冷却温度，与之相应的湿度称为绝热饱和湿度，以tas表示。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图图92 绝热饱和冷却塔示意图1.塔身 2.填料 3.循环泵 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图对图92所示的塔作热量衡算，即可求出绝热饱和温度与湿空气其他性质间的关系，即式中Has绝热饱和湿度，kg/kg绝干空气；tas绝热饱和冷却温度，；ras绝热饱和冷却温度下水的汽化热，kJ/kg。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图上式中的ras、Has是tas的函数，cH是H的函数。由此，绝热饱和温度tas是湿空气初始温度t和湿度H的函数，它是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。在一定的总压下，只要测出湿空气的初始温度和绝热饱和温度tas，就可用式（910）算出湿空气的湿度H。实验证明，对于湍流状态下的水蒸气空气系统，常用温度范围内/kH与湿空气比热容cH值很接近，同时rasrw，故在一定温度t与湿度H下，比较式（99）和式（910）可以看出，湿球温度近似等于绝热饱和冷却温度，即tastw（911） 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图对于水蒸气空气系统，绝热饱和冷却温度tas与湿球温度tw在数值上近似相等，且两者均为初始湿空气温度和湿度的函数，但两者是两个完全不同的概念。对于水蒸气空气以外的系统，式（911）就不一定成立了，如甲苯蒸气空气系统，/kH=18，此时，tas与tw就不相等。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图露点露点4. 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图式(912)也可改写为在一定的总压下，若已知空气的露点，可用式（912）算出空气的湿度；反之，若已知空气的湿度，可用式（912a）算出露点下的饱和蒸气压，再从水蒸气表中查得相应的温度，即得露点。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图根据以上分析，对水蒸气空气系统，干球温度t、绝热饱和温度tas（即湿球温度tw）及露点td三者之间的关系为对不饱和空气：ttw(或tas)td对饱和空气：ttas(或tw)td 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图通常露点温度、湿球温度、干球温度的大小关系如何？何时三种相等？为什么已知空气的干球温度和湿球温度，就可以确定空气的湿度？思考题思考题9-29-2 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图【例例9-29-2】 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（2）预热器中加入的热量Q=LcH(t1-t2)=100(1.01+1.880.0160)(100-30)=7280kJ/h(3)进入预热器的湿空气体积流量 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图 湿空气的HI图二、利用上述公式计算湿空气的性质比较麻烦。工程上为了计算方便，常将湿空气的各参数标绘成图，常用的有湿度焓（HI）图和温度湿度（tH）图等，在此仅介绍应用最广的HI图。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（一）HI图的构造湿空气的HI图如图93所示，它是根据常压数据绘制的，以I为纵坐标，以H为横坐标，为了使图中各曲线分散开，提高读数的准确性，两坐标轴的夹角135，为了便于读数H数值，将斜轴上湿度H的数值投影在辅助水平轴上，图中有五条线。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图图 93 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（1）等湿度（等H线）群。等湿度线是一系列平行于纵轴的直线。图93中H的读数范围为00.2kg/kg绝干气。（2）等焓线（等I线）。等焓线是一系列平行于斜轴的直线，图93中I的读数范围为0680kJ/kg绝干气。（3）等干球湿度线（等t线）。由式(98a)可得I=(1.88t+2490)H+1.01t（913）由式（913）知，当温度t一定时，H与I呈线性关系。规定不同的t值，按此式可在HI图中，绘出一系列的等温线。由于等温线斜率（1.88t+2490）是温度的函数，因此等温线是不平行的，温度越高，等温线斜率越大。图93中t的读数范围为0250。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（4）等相对湿度线（等线）群。等线是用前面介绍的式（95），即当总压一定时，任意规定相对湿度值，上式变为H与ps（或t）的关系式。依此算出若干组H与t的对应关系，并标绘于HI坐标图中，即为一条等线，取一系列的值，可得一系列等线。图93中共有11条等线，由=5%到=100%。=100%等线称为饱和空气线，此时空气被水汽所饱和。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（5）蒸气分压线。将式(92)改为总压p一定时，上式表示水汽分压pw与湿度H间的关系。给出一系列的湿度H值，按式（914）算出若干组相应的pw值，并标绘于HI图上，得到蒸气分压线。为了使读数方便，蒸气分压线标绘在=100%曲线的下方，分压坐标轴在图的右边。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图当空气的温度大于100 时，相对湿度线在HI图上如何变化？思考题思考题9-39-3 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图（二）HI图的应用如图94所示，已知空气的任一状态点A，可由HI图查出湿空气的其他性质参数，即由通过A点的等t、等H、等I线可确定A点的温度、湿度和焓。因为露点是在空气等湿冷却至饱和时的温度，所以等H线=100%的饱和空气线的交点所对应的等t线所示的温度即为露点td。绝热饱和温度是空气等焓增湿降温至饱和时的温度，因此，由等I线与=100%的饱和空气线交点处对应的等t线所示的温度即为绝热饱和温度tas，对于水蒸气空气系统，它也是湿球温度tw。水汽的分压值由等H线与蒸气分压线的交点读出。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图图94 HI图的应用 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图已知湿空气任意两个独立的参数，可在HI图上确定其状态点，如（t,H）、(t,)、(H,I)等。若已知湿空气的两个独立参数分别为（t，tw）、（t，td）、（t，），湿空气的状态点A的确定方法分别示于图95（a）、（b）及（c）中。在确定湿空气的状态点时，若给出td，则相当于已给出了湿空气的等H线；若给出tw（或tas），则相当于已给出了湿空气的等I线。所以（td，H）、（p，H）、(td，p)、（tw，I）、（tas，I）等都不是相互独立的，它们不是在同一条等H线上就是在同一条等I线上，因此不能通过它们在HI图上确定空气的状态点。 第二节第二节 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图图95 在HI图中确定湿空气的状态 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算对流干燥的操作中，常常会根据工艺条件（如已知被干燥物料的流量、干燥前后物料中的含水量和湿空气进入干燥器的状态）要求设计者在确定了湿空气离开干燥器的状态后，计算水分的蒸发量、空气的消耗量，并据此确定干燥设备的工艺尺寸，选择适宜型号的鼓风机、换热器等，这些均需通过干燥过程中的物料衡算和热量衡算解决。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算 干燥系统的物料衡算一、（一）物料湿含量的表示方法物料中的含水量通常有湿基含水量和干基含水量两种表示方法。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算湿基含水量湿基含水量1. 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算干基含水量干基含水量2.由于在干燥过程中，湿物料的质量因水分失去而不断减少，而绝干物料的质量却是不变的，因此，在干燥过程中，以干基含水量表示较为方便。干基含水量是指湿物料中的水分质量与绝干物料质量的比，以X表示，单位为kg水分/kg绝干料，即 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算（二）物料衡算通过对干燥器的物料衡算，可以获得水分的蒸发量、空气的消耗量及干燥产品的流量。图97为连续逆流干燥器的示意图。设干燥器内无物料损失，可对其进行物料衡算。图97 连续逆流干燥器的示意图 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算水分蒸发量水分蒸发量q qmwmw1.根据质量守恒定理，对湿物料进行水分衡算，即qmw=qm1-qm2=qmc(X1-X2)(918）对干燥介质进行水分衡算，即qmw=L(H1-H2)（918a） 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算式中qmw水分的蒸发量，kg水分/s；qmc绝干物料的质量流量，kg绝干料/s；L绝干空气的消耗量，kg绝干气/s；H1，H2分别为空气进出干燥器时的湿度，kg/kg绝干气；X1，X2分别为湿物料进出干燥器的干基含水量，kg水分/kg绝干料；qm1，qm2分别为湿物料进出干燥器的流量，kg物料/s。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算空气消耗量空气消耗量L L2.对干燥器进行水分衡算：LH1+qmcX1=LH2+qmcX2整理得式中L绝干空气的流量，kg绝干料/s。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算因进入干燥器的是湿空气，故计算出L后还应换算为湿空气的消耗量，湿空气的质量流量为qm=L（1+H1），体积流量为qv=LvH。将式（919）的等号两边同除以qmw，得式中l单位空气消耗量，kg绝干气/kg水分，即每蒸发1kg水分所消耗的绝干空气量。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥产品流量干燥产品流量qqm2m23.对干燥器进行绝干物料衡算得qm2(1-W2)=qm1(1-W1)（921）解得式中，W1、W2分别为物料进出干燥器时的湿基含水量。应注意，干燥产品是指离开干燥器时的物料，并非是绝干物料，它仍是含少量水分的物料。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算 干燥系统的热量衡算二、通过热量衡算，可求得预热器的热负荷、向干燥器补充的热量及干燥过程消耗的总热量，它是预热器传热面积、加热介质用量、干燥器尺寸以及干燥系统热效率等计算的基础。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算（一）热量衡算的基本方程如图98所示，常压下原始湿空气（t0，H0，I0）经预热器加热温度升至t1后进入干燥器与湿物料逆流接触，其温度降低，湿度增加，然后作为废气（t2，H2，I2）由干燥器排出，湿物料（质量流量为qm1,温度为1，湿基含水量为W1，焓为I1）与热空气接触后使水分汽化得干燥产品（qm2，2，W2，I2）。分别对预热器和干燥系统进行热量衡算。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算图98 各流股进出逆流干燥器的示意图 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算（1）对预热器进行热量衡算以质量流量为基准进行热量衡算，得LI0+Qp=LI1（923）在预热器中，空气的状态变化是等湿升温过程，即H1=H0，故预热器的热负荷为Qp=L(I1-I0)=L(1.01+1088H0)(t1-t0)（924）（2）对干燥器进行热量衡算QD=L(I2-I1)+qmc(I2-I1)+QL（925）（3）对整个干燥系统进行热量衡算Q=Qp+QD=L(I2-I0)+qmc(I2-I1)+QL(926) 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算式中H0，H1，H2湿空气进入预热器、离开预热器（即进入干燥器）及离开干燥器时的湿度，kg/kg绝干气；I0，I1，I2分别为湿空气进入预热器、离开预热器（即进入干燥器）及离开干燥器时的焓，kg/kg绝干料；t1，t2，t3分别为湿空气进入预热器、离开预热器（即进入干燥器）及离开干燥器时的温度，；L绝干空气的流量，kg绝干气/s； 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算Qp单位时间内预热器消耗的热量，kW；qm1，qm2分别为湿物料进出干燥器的流量，kg物料/s；1，2分别为湿物料进出干燥器的温度，；X1，X2分别为湿物料进出干燥器的干基含水量，kg水分/kg绝干料；I1，I2分别为湿物料进出干燥器的焓，kg/kg绝干料；QD单位时间内向干燥器补充的热量，kW；QL单位时间内干燥器向周围损失的热量，kW。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算其中物料的焓I包括绝干物料的焓和水分的焓，即以1kg绝干物料为基准对应的湿物料的焓值，其计算式为I=cs+Xcw=(cs+4.187X)=cM(927)cM=(cs+4.187X)（928）式中cs绝干物料的比热容，kg/(kg绝干料)；cw水的比热容，取为4.187kJ/(kg水)；cM湿物料的比热容，kJ/(kg绝干料)。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算对干燥过程进行分析可知，干燥系统的总热负荷Q主要用于：（1）将新鲜空气L（湿度为H0）由t0加热至t2所需热量为L(1.01+1.88H0)(t2-t0)。（2）湿物料进料qm1=qm2+qmw，其中干燥产品qm2由1加热至2，所需热量为qm2cM(2-1)。（3）水分qmw由1被加热汽化并升温至t2，所需热量为qmw(1.88t2+2490-4.1871)。（4）补偿干燥系统损失的热量QL。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算一般干燥过程，湿空气中水汽的量（H0）相对于绝干空气来说，数值较小，同时湿物料进入干燥器的温度偏低。若忽略空气中水汽进出干燥系统的焓变188H(t2-t0)和湿物料中水分带入干燥系统的焓4.18W1，则Q=Qp+QD=1.01L(t2-t0)+qmcM(2-1)+qmw(2490+1.88t2)+QL（929）由上式可看出，干燥系统消耗的热量主要用于加热空气、加热物料、蒸发水分和热损失四个方面。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算（二）干燥系统的热效率干燥系统的热效率定义为湿物料中水分蒸发所需要的热量与加入干燥系统的总热量之比，用表示，即若忽略湿物料中水分带入干燥系统的焓，蒸发水分所需的热量为Qvqmw(2490+1.88t2)将上式代入式(930)得 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算热效率愈高表明干燥系统的热利用率愈好，提高热效率的措施主要有：（1）适当提高空气的出口湿度H2，降低出口温度t2，可提高干燥器的热效率。但会导致干燥过程热质传递推动力减小，干燥速率降低。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算（2）提高进入干燥器的空气温度，可降低空气的用量，减少总加热量，可提高干燥器的热效率，但对热敏性物料和易产生局部过热的干燥器，空气入口温度不能过高。（3）回收出口废气中的热量用来预热冷空气或湿物料等。（4）采用二级干燥。如奶粉的干燥，第一级为喷雾干燥，获得湿含量为0.060.07的粉状产品；第二级为体积较小的流化床干燥器，获得湿含量为0.03的产品，这样可节省总能量的80%。此外，还应注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的损失。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算 空气进出干燥系统状态的确定三、空气在预热器的状态变化是一个等湿升温的过程，已知空气的湿度（01）和进口温度t0，若测出空气离开预热器的温度t1，则空气进出预热器的状态点就可确定。热空气通过干燥器时，与湿物料间进行热质传递的过程中，空气的温度降低而湿度增加，有时需要在干燥器中补充热量，且干燥器均有一定程度的热损失。因此空气离开干燥器的状态确定比较复杂。一般根据空气在干燥器内焓的变化，将干燥过程分为等焓过程和非等焓过程。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算（一）等焓干燥过程等焓干燥过程又称绝热干燥过程或理想干燥过程。等焓干燥过程应满足以下条件：（1）不向干燥器补充热量，即QD=0；（2）干燥器的热损失可忽略，即QL=0；（3）物料进出干燥器的焓相等，即I1=I2。将以上三项假设代入式(925)，得I1=I2上式说明空气通过干燥器时焓恒定。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算如图99所示，若已知新鲜空气的两个独立状态参数，如0及0，可在HI图上确定空气进入预热器前的状态点A。空气在预热器内被等湿加热至1，故点的等线与1所对应的等线的交点即为离开预热器的状态点。在干燥器中，空气将沿过B点的等线变化，故只要知道空气离开干燥器时的另一独立参数，比如温度2，则过点的等焓线与温度为2的等温线的交点即为空气离开干燥器时的状态点。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算图99 等焓干燥过程中湿空气的状态变化 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算（二）非等焓干燥过程实际干燥过程均为非等焓干燥过程。根据空气焓的变化可能有以下几种情况：(1)空气焓值降低。若干燥过程中不向干燥器补充热量，即QD=0；干燥器的热损失不能忽略，即QL0；且物料进出干燥器时的焓不相等，即I2I1。由式（925）可得I1I2，说明空气离开干燥器的焓小于进干燥器时的焓，这种过程的操作线C1在等焓线BC的下方，如图910所示。1线上任意点所对应的空气的焓值小于同温度下BC线上相应的焓值。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算图910 非等焓干燥过程中湿空气的状态变化 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算(2)空气焓值增大。若向干燥器补充的热量大于损失的热量与加热物料消耗的热量之和，则I1I2。这时操作线在等线BC的上方，如图910中BC2线所示。(3)空气经历等温过程，若向干燥器补充的热量足够多，能使空气在干燥过程中维持恒定的温度1，这种过程的操作线为过点的等温线，如图910中BC3线所示。根据上述不同的过程，非等焓干燥过程中空气离开干燥器时的状态点可用计算法或图解法确定。 第三节第三节 干燥过程中的物料衡算和热量衡算干燥过程中的物料衡算和热量衡算试分析空气在干燥过程中的状态变化。对等焓干燥过程，在HI图上如何确定空气出干燥器的状态？思考题思考题9-49-4 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系平衡关系和速率关系主要解决干燥过程进行的快慢，进而确定设备的尺寸。物料干燥的快慢不仅与干燥介质有关，而且还与物料本身的特性有关。在干燥过程中，物料内部的水分首先应扩散到物料表面，然后再在湿物料表面汽化后向干燥介质主流中扩散。干燥速率主要受物料内部水分的扩散和表面水分的汽化影响。表面汽化速率主要受干燥介质的影响，水分在物料内部的扩散速率与物料结构以及物料中水分的性质有关。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系 物料中的含水量一、（一）平衡水分及自由水分湿物料与一定状态的空气接触后，物料将释放或吸入水分，直到物料表面的水汽分压等于空气中的水汽分压，此时物料与空气之间的热质传递将达到平衡，过程将不再进行。只要空气的状态恒定，物料含水量将不会因接触时间的延长而改变，这种恒定的含水量称为该物料在固定空气状态下的平衡水分，又称平衡含水量，以X*表示，单位为kg水分/kg绝干料。所以平衡水分是一定干燥条件下不能被干燥除去的那部分水分。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系图911为某些固体物料在25时的平衡含水量X*与空气相对湿度的关系，称为平衡曲线。从图中可看出，平衡水分受物料性质和空气状态的影响。在相同的空气状态下，不同物料的平衡含水量有较大的差别，如空气=60%时，陶土的X*约为1kg水分/100kg绝干料（6号线上A点），而烟叶的X*约为23kg水分/100kg绝干料（7号线上B点）。而对于同一种物料，空气的相对湿度越小，平衡含水量越低。当=0时，各种物料的平衡含水量均为零，即只有绝干空气才有可能将湿物料干燥成绝干物料。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系图911 25 时某些物料的平衡含水量X*与空气相对湿度的关系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 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系物料的平衡水分随空气温度的升高略有减少，一般在缺乏各种温度下平衡含水量实验数据时，只要温度变化范围不大，可忽略物料对平衡水分的影响。湿物料中超过平衡水分的那部分水分称为自由水分，自由水分可通过干燥除去。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系（二）结合水分与非结合水分根据物料与水分的结合方式，又将物料中的水分分为结合水分和非结合水分。水分与物料之间以化学力或物理化学力相结合的水分称为结合水分，如物料内部毛细管内的水分、生物细胞壁内的水分、胶体结构物料中的水分等。这种水分与物料间的结合力较强，不容易挥发，其饱和蒸气压小于同温度下纯水的饱和蒸气压，在干燥过程中，不容易被除去。非结合水分是指水分以游离态的形式机械地附着在物料的表面或存在于物料内部的大空隙内。这部分水分与纯水的性质完全一样，其饱和蒸气压等于同温度下纯水的饱和蒸气压，容易在干燥过程中被除去。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系图912所示为恒温下测得的某种湿物料（如丝）的平衡曲线，若将曲线延长并与=100%线交于点B,对应的含水量为XB*。在点B处，湿物料与饱和空气达到平衡，即物料表面水汽的分压等于饱和空气中水汽分压，且等于同温度下纯水的饱和蒸气压ps。对湿物料中大于X*的水分，产生的水蒸气分压均为ps，因此，高出XB*的那部分水分均为非结合水分，物料中小于XB*的水分产生的水蒸气分压小于ps，因此为结合水分。应注意在恒定的温度下，物料的结合水与非结合水只是物料性质的函数，而与空气状态无关。物料的总水分，平衡水分与自由水分，非结合水分与结合水分之间的关系示于图912中。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系图912 固体物料（丝）中所含水分的性质 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系试分析物性和相对湿度对平衡水分和结合水分的影响。怎样理解结合水分与相对湿度的大小无关？思考题思考题9-59-5 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系 恒定干燥条件下的干燥过程二、通常按空气状态的变化情况，将干燥过程分为恒定干燥操作和非恒定（或变动）干燥操作两大类。恒定干燥是指干燥过程中空气的温度、湿度、流速及与物料的接触方式等不发生变化的干燥，如用大量空气干燥少量的物料。非恒定干燥是指在干燥过程中空气的状态不断变化的干燥，如连续操作的干燥过程。本节仅讨论恒定条件下的干燥操作。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系（一）干燥实验和干燥曲线在干燥器设计中，需要知道物料达到一定的干燥要求时所需的干燥时间，而干燥时间的确定取决于干燥速率。由于干燥过程既涉及传热过程又涉及传质过程，机理比较复杂，目前只能通过干燥实验来测定干燥曲线，进而获得干燥速率曲线。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥实验干燥实验1.用大量的热空气干燥少量的湿物料，实验过程中空气的温度、湿度、气速及流动方式恒定不变。每隔一段时间测定物料的质量变化，并记录每一时间间隔内物料的质量变化量W，直到物料的质量不再随时间变化，物料中所含水分即为该干燥条件下物料的平衡水分。然后再将物料放到电烘箱内烘干到恒重为止（控制烘箱内的温度低于物料的分解温度），称量即得绝干物料的质量。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥曲线干燥曲线2.干燥曲线是指干基含水量与干燥时间之间的关系曲线。上述实验数据经整理后可得如图913所示的物料含水量X与干燥时间关系曲线，称为干燥曲线。图913 恒定干燥条件下的干燥曲线 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥速率曲线干燥速率曲线3.干燥速率是指单位时间、单位干燥面积上汽化的水分质量，即式中U干燥速率，又称干燥通量，kg/m2s；S干燥面积，m2；W一批操作中汽化的水分量，kg；干燥时间，s。dW=-GdX（933）式中G一批操作中绝干物料的质量，kg。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系式（933)中的负号表示X随干燥时间的增加而减小。将式（933）代入式（932）中，得 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥速率曲线是指干燥速率U与干基含水X之间的关系曲线，如图914所示。 图914 恒定干燥条件下干燥速率曲线 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程分析干燥过程分析4.从图913和图914可看出，干燥过程可大致分为三个阶段：（1）AB段为预热段，此段内随干燥的进行，物料表面温度略有升高，对流传热速率下降。而干燥速率（传质速率）升高，物料的含水量有所下降，预热段一般很短，通常并入BC段内一起考虑。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系（2）在BC段内，传热速率和传质速率达到了动态平衡，空气传给物料的显热恰好等于水分汽化所需的潜热，物料的含水量随干燥时间直线下降，而干燥速率保持恒定，故称为恒速干燥阶段。在整个恒速干燥阶段中，物料表面充满着非结合水分，湿物料内部的水分向其表面传递的能力能完全满足水分自物料表面汽化的要求，从而使物料表面始终维持被非结合水分充分的润湿状态，物料表面的温度等于热空气的湿球温度。恒速干燥阶段的干燥速率的大小取决于物料表面水分的汽化速率，亦即决定于物料外部的干燥条件，与物料内部水分的状态无关，所以恒速干燥阶段又称为表面汽化控制阶段。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系（3）CDE表示干燥的第三阶段，称为降速干燥阶段。在降速干燥阶段，水分自物料内部向表面迁移的速率小于物料表面水分汽化速率，物料表面不能维持充分润湿，部分表面变干，使得空气传给物料的热量中有一部分用于加热物料，且在部分表面上汽化出的是结合水分，因此干燥速率逐渐减小，物料温度升高。当干燥过程进行到图914中的D点时，全部物料表面都不含非结合水，从点开始，汽化面逐渐向物料内部移动，传热传质过程的进行需经过被干燥的固体层，从而增加了传热传质阻力，干燥速率比CD段下降得更快。对某些多孔性物料，降速阶段曲线只有CD段；对某些无孔吸水性物料，干燥曲线没有等速段，而降速段只有类似DE段的曲线；也有些物料DE段的弯曲情况与图914中相反。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系（4）两个干燥阶段之间的交点称为临界点，与点C对应的物料含水量称为临界含水量，以Xc表示。点C为恒速段的终点，降速段的起点，其干燥速率仍等于恒速干燥阶段的速率，以Uc表示。临界含水量随物料的性质、厚度及干燥速率而变，如无孔吸水性物料的临界含水量比多孔物料的大。在一定的干燥条件下，物料层越厚，Xc值越大；干燥介质温度高、湿度低，则恒速干燥段干燥速率大，这可能使物料表面板结，较早地进入降速干燥段，Xc值较大。临界含水量c值越大，转入降速干燥段越早，对于相同的干燥任务所需的干燥时间越长，对干燥过程来说是很不利的。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程有哪几个阶段？它们各有什么特点？影响临界含水量的因素有哪些？临界含水量对干燥速率和干燥时间有何影响？思考题思考题9-69-6 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系（二）干燥时间的计算(1)恒速阶段干燥时间可直接从图914查得，或可采用如下方法计算。因恒速干燥段的干燥速率等于临界干燥速率，故式（934）可以改写为 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系式中1恒速阶段的干燥时间，s；Uc临界干燥速率，kg/(m2s)；X1物料的初始含水量，kg/kg绝干料；Xc物料的临界含水量，kg/kg绝干料；G/S单位干燥面积上的绝干物料量，kg绝干料/m2。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系临界干燥速率Uc可由干燥速率曲线查得，若无干燥速率曲线，可用下式计算出Uc，即式中对流传热系数，w/(m2)；rtwtw下水的汽化热，kJ/kg；t恒定干燥条件下空气的平均温度，；tw初始状态空气的湿球温度，。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系对流传热系数同物料与干燥介质的接触方式有关，可用下面几种经验公式估算。空气平行流过静止物料层的表面=0.0204(L)0.8（937）式中L湿空气的质量速度，kg/(m2h)。上式应用于L=245029300kg/(m2h)、空气的平均温度为45150时的情况。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系空气垂直流过静止的物料层表面时，有=1.17(L)0.37（938）上式应用于L=390019500kg/(m2h)时的情况。气体与运动着的颗粒间的传热：式中dp颗粒的平均直径，m；ut颗粒的沉降速度，m/s；g空气的导热系数，W/(mK)；vg空气的运动黏度，m2/s。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系(2)降速干燥段的干燥时间仍可采用式(934a)计算，从=0，X=Xc到=2，X=X2,积分式(934a)得式中2降速阶段的干燥时间，s；U降速阶段的瞬时干燥速率，kg/(m2s)；X2降速阶段终了时物料的含水量，kg/kg绝干料。式(940)中的积分项需要U与X的关系，若U与X呈非线性关系，则应采用图解积分或数值积分法计算。 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系若U随X呈线性变化，如图915所示，则可根据降速阶段干燥速率曲线过(Xc,Uc)、(X*,0)两点，确定其方程为图915 干燥速率曲线示意图 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系 第四节第四节 干燥过程中的平衡关系与速率关系干燥过程中的平衡关系与速率关系当平衡含水量X*非常低，或缺乏X*的数据时，可忽略X*，假设降速阶段的干燥速率曲线为通过原点的直线，如图915中的虚线所示。X*=0时，式（941）及式（942）变为U=KXX（943） 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备 干燥器的主要型式一、在工业生产中，由于被干燥物料的形状、性质、生产规模或生产能力相差较大，对干燥产品的要求也不尽相同，因此，所采用干燥器的型式也是多种多样的。下面介绍工业生产过程中常用的干燥设备的结构和特点。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备厢式干燥器厢式干燥器1.厢式干燥器又称盘式干燥器，一般为间歇式操作。小型的称为烘箱，大型的称为烘房。其基本结构如图916所示，在外壁保温的干燥室内，放有多层支架，每层支架上安放着多个物料盘，被干燥物料放在盘架7上的浅盘内，物料的堆积厚度约为10100。新鲜空气由风机吸入，经加热器5预热后沿挡板水平掠过各浅盘内物料的表面，对物料进行干燥。废气经排出管排出，为了提高热效率，可采用部分废气循环使用，废气循环量由吸入口或排出口的挡板进行调节。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备图916 厢式干燥器1.空气入口 2.空气出口 3.风机 4.电动机5.加热器 6.挡板 7.盘架 8.移动轮 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备厢式干燥器的优点是结构简单，设备投资少，适应性强。缺点是劳动强度大，装卸物料热损失大，产品质量不易均匀。一般应用于粒状、片状、膏状、批量小、多品种物料的干燥，尤其适合于实验室应用。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备洞道式干燥器洞道式干燥器2.如图917所示，洞道式干燥器的器身为狭长的洞道，内敷设轨道，一系列的小车载着盛于浅盘中或悬挂在架上的湿物料通过洞道，在洞道中与热空气接触而被干燥。小车可以连续地或间歇地进出洞道。图917 洞道式干燥器1.加热器 2.风扇 3.装料车 4.排气口 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备由于洞道干燥器的容积大，小车在器内停留时间长，因此适用于处理量大，干燥时间长的物料，如木材、陶瓷等。干燥介质为热空气或烟道气，气速一般应大于23m/s。洞道中也可采用中间加热或废气循环操作。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备转筒干燥器转筒干燥器3.图918所示的为用热空气直接加热的逆流操作转筒干燥器，其主体为一端略高的旋转圆筒。图918 热空气直接加热的逆流操作转筒干燥器1.圆筒 2.驱动齿轮 3.风机 4.蒸气加热器 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备湿物料从转筒较高的一端送入，热空气由另一端进入，气固两相在转筒内逆流接触。随着转筒的旋转，物料在重力作用下流向较低的一端。通常转筒内壁上装有若干块抄板，其作用是将物料抄起后再洒下，当转筒旋转一周时，物料被抄起和洒下一次，以增大干燥表面积，提高干燥速率。抄板的型式多种多样，如图919所示。图919 常用抄板的形式 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备为了减少粉尘的飞扬，气体在干燥器内的速度不宜过高，对粒径为1mm左右的物料，气体速度为0.31.0m/s；对粒径为5mm左右的物料，气速在3m/s以下。转筒干燥器的优点是机械化程度高，生产能力大，流体阻力小，容易控制，产品质量均匀，对物料的适应性较强，不仅适用于处理散粒状物料，也可处理黏性膏状物料或含水量较高的物料。转筒干燥器的缺点是设备笨重，金属材料耗量多，热效率低（约为30%50%），结构复杂，占地面积大，传动部件需经常维修等。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备气流干燥器气流干燥器4.气流干燥器是一种连续操作的干燥器。高速流动的热空气与湿物料接触，湿物料首先被热气流分散成粉粒状，悬浮于气流中，在随热气流并流运动的过程中被干燥。如图920所示，其主体为直径约为0.20.85m的直立干燥管，管长约1020m，操作时，新鲜空气由风机吸入，经加热器加热后从干燥管底部进入，湿物料经料斗由加料器连续送入干燥管下部。在干燥管中与高速上升的热气流接触，热气流与物料并流流过干燥管的过程中进行传热和传质，使物料得以干燥，干燥产品随气流进入旋风分离器与废气分离后被收集。气流干燥器有直管型、脉冲管型、倒锥型、套管型、环型和旋风型等。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备图920 气流干燥器1.料斗 2.螺旋加料器 3.空气过滤器4.风机 5.预热器 6.干燥管 7.旋风分离器 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备气流干燥器具有以下特点：（1）处理量大，干燥强度大。由于气流的速度可高达2040m/s，物料又悬浮于气流中，因此气固间的接触面积大，热质传递速率快。对粒径在50m以下的颗粒，可得到干燥均匀且含水量很低的产品。（2）干燥时间短。物料在干燥器内一般只停留0.52s，故即使干燥介质温度较高，物料温度也不会升的太高。因此，适用于热敏性、易氧化物料的干燥。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备（3）设备结构简单，占地面积小。固体物料在气流作用下形成稀相输送床，所以输送方便，操作稳定，成品质量均匀，但对所处理物料的粒度有一定的限制。（4）产品磨损较大。由于干燥管内气速较高，物料颗粒之间、物料颗粒与器壁之间将发生相互摩擦及碰撞，对物料有破碎作用，因此气流干燥器不适于易粉碎的物料。（5）对除尘设备要求严，系统的流体阻力较大。（6）适应于处理晶体或小颗粒物料，如硼酸、无水硫酸钠、氯化钾等。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备流化床干燥器流化床干燥器5.流化床干燥器又称沸腾床干燥器，是流态化技术在干燥操作中的应用。流化床干燥器种类很多，大致可分为：单层流化床干燥器、多层流化床干燥器、卧式多室流化床干燥器、喷动床干燥器、旋转快速干燥器、振动流化床干燥器、离心流化床干燥器和内热式流化床干燥器等。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备图921为单层圆筒流化床干燥器。颗粒物料放置在分布板上，热空气由多孔板的底部送入，使其均匀地分布并与物料接触。当热气流速度较低时，颗粒层静止堆积于分布板上，气流在颗粒间的空隙通过，这样的颗粒层称为固定床。当气速增高超过一定值时，颗粒开始在床层中悬浮，此时形成的气固两相混合床层称为流化床，由固定床转化为流化床时的空截面气速称为临界流化速度。若气速再增加大于颗粒的自由沉降速度时，颗粒即由同气流一起向上运动而转变为相当于气流干燥的状态，此时的空截面气速称为带出气速。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备图921 单层圆筒流化床干燥器1.流化床 2.进料器 3.分布板 4.加热器 5.风机 6.旋风分离器 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备流化床干燥器有如下特点：（1）流化干燥与气流干燥一样，颗粒充分分散并作不规则运动，气、固接触良好，热质传递速率很高，体积传热系数可高达23007000W/(m3)。（2）物料在干燥器中停留时间可自由调节，由出料口控制，因此可以得到含水量很低的产品。当物料干燥过程存在降速阶段时，采用流化床干燥较为有利。另外，当干燥大颗粒物料，不适于采用气流干燥器时，若采用流化床干燥器，则可通过调节风速来完成干燥操作。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备（3）流化床干燥器结构简单，造价低，活动部件少，操作维修方便。流体阻力较小，对物料的摩损较轻，气固分离较易，床层温度均匀，能避免局部过热，热效率较高。（4）流化床干燥器适用于处理粒径为0.036mm的粉粒状物料，粒径过小使气体通过分布板后易产生局部沟流，且颗粒易被夹带；粒径过大则流化需要较高的气速，从而使流体阻力加大、磨损严重。流化床干燥器处理粉粒状物料时，要求物料中含水量为2%5%，颗粒状物料则可低于15%，否则物料的流动性较差。但若在湿物料中加人部分干料或在器内设置搅拌器，则有利于物料的流化并防止结块。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备单层沸腾床干燥器仅适用于易干燥、处理量较大而对干燥产品的要求又不太高的场合。对于干燥要求较高或所需干燥时间较长的物料，一般可采用多层（或多室）流化床干燥器。工业上应用较多的是图922所示的卧式多室流化床干燥器，其主体为长方体，一般在器内用垂直挡板分隔成48个室。挡板下端与多孔板之间留有几十毫米的间隙（一般取为床层中静止物料层高度的1/41/2），使物料能逐室通过，最后越过堰板而卸出。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备图922 卧式多室沸腾床干燥器 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备喷雾干燥器喷雾干燥器6.喷雾干燥器是利用特制的喷雾器将溶液、浆液或悬浮液等喷成雾状细滴并分散于热气流中，使水分迅速汽化而得到颗粒为3050m的粉状干燥产品。热气流与物料可采用并流、逆流或混合流等接触方式。常用的喷雾干燥流程如图923所示。料浆用送料泵压至喷雾器（喷嘴），经喷嘴喷成雾滴而分散在热气流中，雾滴中的水分受热迅速汽化，干燥后的固体微粒或细粉落到器底，由风机吸至旋风分离器中而被回收，废气经风机排出。喷雾干燥的干燥介质多为热空气，也可用烟道气，对含有机溶剂的物料，可使用氮气等惰性气体。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备图923 喷雾干燥设备流程1.燃烧炉 2.空气分布器 3.压力式喷嘴4.干燥塔 5.旋风分离器 6.风机 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备喷雾器是喷雾干燥的关键部分。液体通过喷雾器分散成1060m的雾滴，提供了很大的蒸发面积（每3溶液具有的表面积为1006002），从而达到快速干燥的目的。对喷雾器的一般要求形成的雾粒均匀、结构简单、生产能力大、能量消耗低及操作容易等。喷雾干燥器也可逆流操作，即热空气从干燥器下部沿圆周分布进入，与经喷雾器喷下来的雾滴逆流接触。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备喷雾干燥的干燥速率快，干燥过程中无粉尘飞扬，劳动条件好，这种干燥方法不需要将原料预先进行机械分离，可处理含水量在40%60%甚至高达90%的物料，且省去如蒸发、结晶、粉碎等中间过程，干燥时间很短（一般为530s），干燥过程中溶液的温度不高，产品质量好，操作过程便于控制，自动化程度高，生产规模大。因此适宜于热敏性物料的干燥，如食品、药品、生物制品、染料、塑料及化肥等的干燥。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备除了上述介绍的几种常用的干燥设备之外，还有其他一些干燥设备，在工业上也有较广泛的应用，如滚筒干燥器、带式干燥、真空冷冻干燥器、红外线干燥器、微波加热干燥器等。另外，随着生产技术的不断发展，开发出了许多高科技的干燥方法，如对撞干燥、声波干燥、热源干燥、超临界流体干燥等新的干燥技术。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备厢式干燥器、气流干燥器、喷雾干燥器和流化床干燥器各有什么特点？思考题思考题9-79-7 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备 干燥器的选型二、干燥操作是一种比较复杂的过程，很多问题还不能从理论上解决，干燥器的类型和种类也很多，主要由物料的性质决定其所使用的干燥设备。在选择干燥器时，首先应根据湿物料的形状、特性、处理量、处理方式及可选用的热源等选择出适宜的干燥器类型。通常，干燥器选型应考虑以下各项因素： 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备（1）被干燥物料的性质，如热敏性、黏附性、颗粒的大小及形状、磨损性及腐蚀性、毒性、可燃性等。例如，对液态物料的干燥，可采用喷雾干燥器、转鼓干燥器或搅拌间歇真空干燥器；对粉粒状物料的干燥，可考虑采用气流干燥器、流化床干燥器；厢式和洞道式干燥器的适应范围较宽，从粉粒、块、片、短纤维到膏糊状物料都适应。（2）对干燥产品的要求，如干燥产品的含水量、形状、粒度分布、粉碎程度等。如干燥食品时，产品的几何形状、粉碎程度均对成品的质量及价格有直接的影响。干燥脆性物料时应特别注意成品的粉碎与粉化。 第五节第五节 干干 燥燥 设设 备备（3）物料的干燥速率曲线与临界含水量确定干燥时间时，应先由实验测出干燥速率曲线，确定临界含水量Xc。物料与介质接触状态、物料尺寸与几何形状对干燥速率曲线的影响很大。如物料粉碎后再进行干燥时，除了干燥面积增大外，一般临界含水量值也降低，有利于干燥。（4）固体粉粒的回收及溶剂的回收。（5）可利用的热源选择及能量的综合利用。（6）干燥器的占地面积、排放物及噪声是否满足环保要求。谢谢观看！