x6干燥

2020年8月31日第六章固体物料的干燥1/138第六章固体物料的干燥DryingofSolids6.0概述6.1湿空气的性质和湿度图6.2干燥过程的物料衡算与热量衡算6.3固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系6.4干燥器本章总结－联系图工程案例2020年8月31日第六章固体物料的干燥2/1386.0概述为了满足贮存、运输、加工和使用等方面的不同需要，对化工生产中涉及的固体物料，一般对其湿分(水分或化学溶剂)含量都有一定的要求。例如一级尿素成品含水量不能超过0.005，聚氯乙烯含水量不能超过0.003。所以，湿含量是固体产品的一项重要指标。将湿分从物料中去除的过程，称为除湿。2020年8月31日第六章固体物料的干燥3/1386.0.1固体除湿方法机械除湿。物料湿分较多时，可先用离心过滤等机械分离方法以除去大量的湿分；吸附除湿。用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaCl2、硅胶等）与湿物料并存，使物料中的湿分相继经气相而转入干燥剂内；供热除湿(干燥)。用热空气或其它高温气体为介质，使之流过物料表面，介质向物料供热并带走汽化的湿分，此种干燥常称为对流干燥，是本章讨论的主要内容；2020年8月31日第六章固体物料的干燥4/1386.0.2干燥的分类按操作压力分常压干燥真空干燥。适于处理热敏性及易氧化的物料，或要求成品中含湿量低的场合。按操作方式分连续式。生产能力大、产品质量均匀、热效率高、劳动条件好。间歇式。适于处理小批量、多品种、干燥时间长的物料。2020年8月31日第六章固体物料的干燥5/138根据供热方式不同，干燥分传导干燥（间接加热干燥）。热能通过壁面以传导方式加热物料。对流干燥（直接加热干燥）。干燥介质与湿物料直接接触，并以对流方式加热湿物料。辐射干燥。热能以电磁波的形式辐射到湿物料表面。介电加热干燥。将湿物料置于高频电场内，使其被加热。本章主要讨论对流干燥，干燥介质是热空气，除去的湿分是水分。2020年8月31日第六章固体物料的干燥6/1386.0.3对流干燥流程及特点流程：2020年8月31日第六章固体物料的干燥7/1381.传热、传质同时进行，传递方向相反。传热传质方向从气相到固体从固体到气相推动力温度差水汽分压差2.干燥过程进行的必要条件①湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压；②干燥介质将汽化的水汽及时带走。特点：2020年8月31日第六章固体物料的干燥8/1386.1.1湿空气的性质干燥操作中，不饱和湿空气即是载热体，又是载湿体，因此，可通过空气的状态变化来了解干燥过程的传热、传质，为此，应先了解湿空气的性质。干燥过程中湿空气中的水分含量是不断变化的，但绝干空气量没有变化，故湿空气各种有关性质均以1kg绝干空气为基准。6.1湿空气的性质及湿度图2020年8月31日第六章固体物料的干燥9/138一、湿度Definitionofhumidity（湿含量）H定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比，kg(水汽)/kg(绝干气)。H=Kg水汽Kg绝干空气=nVMVngMg=18nV29ng常压下，湿空气可视为理想气体，则有：VVgVgVpPpppnnVVgVpPp.nnH622029182020年8月31日第六章固体物料的干燥10/138当湿空气中水蒸汽分压pV恰好等于同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压ps时，则表明湿空气达到饱和，此时的湿度H为饱和湿度Hs。)Pt(fHS，SSSP-pp.H6220可见：)pP(fHV，当P为一定值时，)p(fHV2020年8月31日第六章固体物料的干燥11/138二、相对湿度Percentagerelativehumidity定义：在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pV与同温度下水的饱和蒸汽压ps之比的百分数。%ppSV100可见：)tp(fV，2020年8月31日第六章固体物料的干燥12/138〖说明〗φ=1：pV=ps，湿空气达饱和，不能再吸收水分，不可作为干燥介质；φ1：pVps，湿空气未达饱和，能再吸收水分，可作为干燥介质。%ppSV1002020年8月31日第六章固体物料的干燥13/138φ越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。对干燥介质：0φ1T↑，ps↑，φ↓，干燥能力↑湿度H只能表示出水汽含量的绝对值，而相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。相对湿度φ与湿度H的关系：sspPp.H6220)t(fH，2020年8月31日第六章固体物料的干燥14/138三、比体积Humidvolumeofanair-watervapormixture（湿容积）υH定义：每单位质量绝干空气中所具有的湿空气（绝干空气和水蒸汽）的总体积，m3(湿空气)/kg(绝干气)。VgH333HHkgkgkgmkgmkgmkgmkgmm水汽水汽绝干气水汽绝干气绝干气绝干气水汽绝干气绝干气绝干气水汽绝干气＋3332020年8月31日第六章固体物料的干燥15/138P.t.P.t.g55100131273273772010013127327329422P.t.P.t.V551001312732732441100131273273184122P.t)H..(HVgH510013127327324417720所以：2020年8月31日第六章固体物料的干燥16/138当总压力P为一定值时，湿空气密度ρH，kg(湿空气)/m3(湿空气))(HtfH，HHtHHHkgkgmkgmkgmkgkgmkg13333绝干气绝干气湿空气水汽湿空气绝干气湿空气水汽绝干气＋湿空气湿空气〖说明〗2020年8月31日第六章固体物料的干燥17/138HHcccvgH88.101.1四、比热容Humidheat（湿热）cH定义：在常压下，将1kg绝干空气及相应Hkg水汽升高(或降低)1℃所需吸收(或放出)的热量，kJ/(kg绝干气•℃)。〖说明〗cH=f(H)2020年8月31日第六章固体物料的干燥18/138五、焓Ienthalpy定义：1kg绝干空气的焓与Hkg水汽的焓之和，kJ/kg绝干气。计算基准：0℃绝干空气及0℃液态水的焓值为0。故，温度t、湿度H的湿空气，其焓值包括由0℃的水变为0℃水汽所需的潜热、由0℃的水汽变为t℃水汽所需的显热及湿空气由0℃升温至t℃所需的显热之和。即：〖说明〗I=f(t,H)t)H..(Ht)Hcc(HrH)tcr(tcHIIIvgvgvg881011249000IHt2020年8月31日第六章固体物料的干燥19/138六、干球温度Drybulbtemperature（温度）t定义：用普通温度计测得的湿空气的真实温度，℃。七、湿球温度twWetBulbTemperature定义：湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定时的温度，℃。湿球温度计：温度计的感温球用纱布包裹，纱布用水保持湿润，这支温度计为湿球温度计。2020年8月31日第六章固体物料的干燥20/138湿球温度计测量原理将湿球温度计置于温度为t、湿度为H的不饱和湿空气中，假设开始时湿纱布中水分的温度与空气的温度相同，但因空气是不饱和的，湿纱布中水分必然汽化，汽化所需热量只能由水分本身温度下降放出显热而供给。水温下降后，水与空气间出现温度差，此温差又引起空气向水传热。水分温度会继续下降放出潜热，以弥补汽化水分不足的热量。当空气传给水分的潜热恰好等于水分汽化所需潜热时，湿球温度计上的温度维持恒定，此时温度即为tW。2020年8月31日第六章固体物料的干燥21/138)HH('rktt'SHw湿球温度tw计算公式（推导过程见P362）式中：α－空气与湿纱布的对流传热系数，W/(m2•℃)；kH－以湿度差为推动力的传质系数，kg/(m2•s)；r’－水在湿球温度tw时的汽化潜热，kJ/kg水；HS’－湿空气在温度为tw下的饱和湿度，kg水/kg干气；2020年8月31日第六章固体物料的干燥22/138影响湿球温度tw的三方面因素：物系性质：与α、kH有关的物性；空气状态：t、H；流动条件：α/kH。实验表明，α与kH都与空气速度的0.8次幂成正比，故α与kH之比值与流速无关，只与物性有关。当物系已确定，则物系性质就不再改变，此时，湿球温度只与气相状态有关，即：)Ht(ftw，〖说明〗2020年8月31日第六章固体物料的干燥23/138对于空气—水系统：当空气流速u5m/s时，传热以对流方式为主，有：在实际生产中，常常利用干、湿球温度计来测量空气的湿度。).1.09kJ/(kgkH℃2020年8月31日第六章固体物料的干燥24/138八、绝热饱和温度tasAdiabaticSaturationTemperatures定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。绝热饱和塔工作原理分析：如图所示为一绝热饱和器，设有温度为t，湿度为Ｈ的不饱和空气在绝热饱和器内与大量水接触，水用泵循环，若设备保温良好，则热量只在汽液两相之间传递，而对周围环境是绝热的。tas补充水饱和空气tas,Has绝热湿空气t,Htas绝热饱和塔示意图astt2020年8月31日第六章固体物料的干燥25/138水向空气中汽化时所需的潜热，只能取自空气中的显热，这样，空气的温度下降，而湿度增加，即空气失去显热，而水汽将此部分热量以潜热的形式带回空气中，故空气的焓值可视为不变。绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和，则空气的温度不再下降，而等于循环水的温度，称此温度为该空气的绝热饱和温度，用tas表示，其对应的饱和湿度为Has，此刻水的温度亦为tas。tas补充水饱和空气tas,Has绝热湿空气t,Htas绝热饱和塔示意图传热传质Htastt2020年8月31日第六章固体物料的干燥26/138)HH(crttasHasas)(Htftas，绝热饱和温度tas的计算公式（推导过程见P364）ras－tas温度下水的汽化潜热，kJ/kg水；Has－空气的绝热饱和湿度，kg水/kg干气；cH－湿空气的比热，kJ/kg干气•℃2020年8月31日第六章固体物料的干燥27/138湿球温度tw与绝热饱和温度tas的关系：tw：大量空气与少量水接触，空气的t、H不变；tas：大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。tw：是传热与传质速率均衡的结果，属于动平衡；tas：是由热量衡算与物料衡算导出的，属于静平衡。•tw与tas数值上的差异取决于α/kH与cH两者之间的差别。••空气—水体系，，HHckaswtt空气—甲苯体系，，twtasHkHc2020年8月31日第六章固体物料的干燥28/138定义：一定压力下，将不饱和空气等湿降温至饱和状态，出现第一滴露珠时的温度。。压，－露点下水的饱和蒸气；绝干气水汽湿度，－露点下湿空气的饱和Pap))/kg(kg(HpPp.H''S''S''S''S''S6220九、露点tdDewpoint湿度与露点的关系：2020年8月31日第六章固体物料的干燥29/138〖说明〗已知总压和露点，可利用上式算出空气的湿度；已知总压和湿度，可利用上式算出空气在露点的饱和蒸气压，查水蒸气压表，可得露点。对空气－水系统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。2020年8月31日第六章固体物料的干燥30/138例6-1已知湿空气的总压为101.3kPa，相对湿度为50%，干球温度为20oC。试求：(1)湿度Ｈ(2)水蒸汽分压p(3)露点td(4)焓Ｉ(5)如将500kg/h干空气预热至117oC，求所需热量Ｑ；(6)每小时送入预热器的湿空气体积L’。解：P=101.3kPa，φ＝50%，t=20oC，由饱和水蒸汽表查得，水在20oC时之饱和蒸汽压为ps=2.34kPa(1