固体物料的干燥1

化工原理——固体物料的干燥第十一章固体物料的干燥通过本章学习，应掌握干燥的基本概念和原理；湿空气的性质及湿焓图；干燥过程的物料衡算与热量衡算方法；干燥过程的平衡关系与速率关系。了解干燥时间的计算；干燥设备的类型及结构特点。学习目的与要求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）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-twWpWtptN推动力pw-p二、干燥过程的应用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%干燥应用示例三、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√√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一、湿度H(湿含量)干燥介质干燥湿分计算基准湿空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H湿质湿绝质空气中水汽的量空气中干气的量常压下湿空气可视为理想气体0622.pHpp总18062229.vgMYYYM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湿空气被水所饱和0622.ssspHpp总若spp饱和湿空气()spft一、湿度H(湿含量)空气温度下纯水的饱和蒸汽压二、相对湿度100%spp0622.sspHpp总湿空气中水汽分压与同温度水的饱和蒸汽压之比％定义符号单位～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分析三、比体积vH3mkgHv湿绝空气干气以1kg绝干气为基准的湿空气的体积m3湿空气/kg绝干气Hv33mmkg绝绝干气水汽干气定义符号单位设湿空气的温度为t湿空气的湿度为H湿空气的总压力为p总512731013102242918273..HHtvp总527310131007721244273.(..)tHp总三、比体积vH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HckJ/(kg绝干气·℃)定义符号单位设湿空气的湿度为H则HgvccHc绝干气比热容水汽的比热容在常用温度范围内cg=1.01kJ/(kg绝干气·℃)cv=1.88kJ/(kg水汽·℃)101188..HcH四、比热容cH故有五、焓IkJ/kg绝干气以1kg绝干气为基准的湿空气的焓值则定义符号单位绝干气的焓值为Ig水汽的焓值为Iv设gvIIHI湿空气的温度为t湿空气的湿度为H以0℃为基准设000()()gvIctHctHr0()gvcHctHr1011882490(..)IHtH五、焓I则六、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。湿球温度计示意图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(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Hs,tw传热速率为()wQSttJ/s传质速率为,()wHstNkSHHkg/s六、温度稳态下wtQNr联立得,()wwHtwstkrttHH测定t、tw湿度H未饱和湿空气ttw饱和湿空气t=tw()wtftH，六、温度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＝tasH＝Has＝100％2.绝热饱和冷却温度tas六、温度绝热饱和冷却塔示意图1－塔身2－填料3－循环泵绝热状态绝热饱和温度与干球温度及湿度的关系10()gvIcHctHr未饱和湿空气的焓饱和湿空气的焓20()gasvasasIcHctHr绝热过程12II六、温度gvgasvHcHccHcc因为H、Has值很小整理得asasasHrttHHc通常/HHkcwastrr比较得wastt六、温度不饱和湿空气饱和湿空气等湿下冷却达饱和状态t＝tdH＝Hs,td＝100％t～ps～示例：露珠的产生不饱和湿空气ttw（tas）td饱和湿空气t＝tw（tas）=td3.露点td六、温度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√湿空气的H－I图H－I图由以下线群组成等湿线（等H线）范围0～0.2kg/kg绝干气等焓线（等I线）范围0～680kJ/kg绝干气等温线（等t线）范围0～250℃等相对湿度线（等线）范围5～100％=100％饱和空气线水汽分压线（p线）范围0～26kPa一、H－I图的构造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图的应用已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW2.由两个独立参数确定其它参数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图的应用已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW1.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图的应用已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW2.由两个独立参数确定其它参数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图的应用已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW一、湿物料的含水量1.湿基含水量kg/kg湿物料w湿质湿总质物料中水分量物料的量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含量。注意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质量的比X湿质湿绝质物料中水分量物料中干物料量kg/kg绝干料两种含水量之间的关系1XwX1wXw一、湿物料的含水量二、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mckJ/(kg绝干料·℃)定义符号单位设湿物料的干基湿含量为X则mswccXc绝干料比热容水分的比热容在常用温度范围内cw=4.187kJ/(kg水·℃)4187.msccX故有二、湿物料的比热容cmkJ/kg绝干料以1kg绝干料为基准的湿物料的焓值则定义符号单位设swIIXI三、湿物料的焓II水的焓值为Iw绝干料的焓值为sI以0℃为基准00()()swIcXc()swcXc4187(.)smIcXc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I一、物料衡算干燥器物料衡算示意图干燥器新鲜空气L1H废气L2H湿物料G1X干燥产品G2X1G1w2G2wW绝干空气流量绝干物料流量干燥产品流量湿物料处理量1.水分蒸发量W2112()()WLHHGXXkg/s以1s为基准，设干燥器内无物料损失，对干燥器作物料衡算一、物料衡算1122LHGXLHGX则单位时间内水分蒸发量2.空气消耗量L122121()GXXWLHHHHkg绝干气/s得一、物料衡算由2112()()WLHHGXX单位时间内消耗的绝干空气量湿空气(新鲜空气)的消耗量为011()LLHkg新鲜气/s湿空气(新鲜空气)的体积消耗量为HVLvm3新鲜气/s一、物料衡算设绝干空气消耗量为L湿空气的湿度为H1则单位空气消耗量为211LlWHHkg绝干气/kg水一、物料衡算单位时间内消耗的绝干空气量3.湿物料处理量及干燥产品流量221111()()GGwGw112211()GwGwkg/s绝干料衡算湿物料处理量221111()GwGw干燥产品流量kg/s一、物料衡算二、热量衡算干燥器热量衡算示意图Qp—预热器消耗热量，kWQD—干燥器补充热量，kWQL—热损失速率，kW干燥器新鲜空气L废气湿物料G干燥产品PQ1预热器L0t0I0H1t1I1HL2t2I2H1IG22IDQLQ预热器热量衡算01pLIQLI10()PQLII干燥器热量衡算2121()()DLQLIIGIIQ2021()()PDLQQQLIIGIIQ整个系统热量衡算一、热量衡算基本方程由gvgvIIHIctHI0000gvIctHI2222gvIctHI设02vvII2020220()()gvIIcttIHH一、热量衡算基本方程绝干空气的焓水汽的焓则以0℃为基准202vvIrct20202201012490188.()(.)()IItttHH故一、热量衡算基本方程02490r188.vc101.gc11mIc22mIc2121()mIIc一、热量衡算基本方程物料的焓值4187.mswsccXccX湿物料的平均比热容绝干料的平均比热容水的比热容202121012490188.()()(.)mLQLttGcWtQ2021()()PDLQQQLIIGIIQ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练习题目思考题作业题:3、41.H－I图的构造如何，如何由湿空气的状态点确定其状态参数？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？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pA0H1t2tB1I21II0t2H1HC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21IIＱD=0ＱL=0一、绝热干燥过程2.绝热