当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

干燥


物料的干燥 化工生产中的固体原料、产品或半成品为便于进一步的加 工、运输、贮存和使用,常常需要将其中所含的湿分(水或 有机 溶剂)去除至规定指标, 这种操作简称为“去湿”。 “去湿”方法中较为常用的方法是干燥。
①干燥过程:利用热能使固体湿物料中的湿分汽化而除去 的 单元操作。 ②干燥过程的本质:被除去的湿分从固相转移到气相中( 固 相为被干燥的物料,气相为干燥介质)

。在去湿过程中, 湿 分发生相变,耗能大、费用高,但湿分去除较为彻底。

③干燥过程分类:按照热能供给湿物料的方式,干燥可分 为 以下四种: 传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥。 其中,对流干燥在工业上应用最为广泛,使用的干燥介质多 为空气。

对流干燥
①对流干燥 干燥介质直接与湿物料接触,热能以 对流方式传递给物料,产生蒸汽被干燥介质带走。 其干燥过程如图所示,是一种传热和传质同时进 行的过程。

②典型的对流干燥流程: 如图所示,湿空气经加热后进入干燥器,气流与湿物 料直接接触,沿空气行程其温度降低,湿含量增加,废 气自干燥器另一端排出。

③为确定流程中各设备,需计算空气用量、热量 消耗及干燥 时间等,而这些问题均涉及湿空气的 性质。为此,以下介绍湿空气的性质。

湿空气的状态参数
●湿空气:含有湿分的空气,是常用的干燥介质。 通常干燥是在 常压或减压下进行的,因此,可把这 种状态下的湿空气作为理想气 体来处理。 ●基准:干燥过程中,干空气的质量不变,故干燥 计算以单位质 量干空气为基准。 (1)湿度H(湿含量或绝对湿度):湿空气中所含 水蒸汽的质量 与干空气质量之比。

相对湿度、湿比容、湿比热、焓 相对湿度φ:当总压一定时,湿空气中水蒸汽分压P 与 一定总压下空气中水汽分压可能达到的最大值之 比的百分数,称为相对湿度。
v

可见,对水蒸汽分压相同, 而温度不同的湿空气,若 温度愈高,则Ps值愈大, φ值愈小,干燥能力愈大。

湿比容v :
H

单位质量干空气和其所带的H kg水蒸汽的体积之和。在压力为 101.3kN/m2时

湿比容随其温度和湿度的增加而增大。

湿比热c :
H

将1kg干空气和其所带的Hkg水蒸气的温度升高1℃所需的热量。 在常压下,

式中,Ca-干空气比热,其值约为1.01 kJ/kg干空 气· ℃ Cv-水蒸汽比热, 其值约为1.88 kJ/kg干空气· ℃

焓:
单位质量干空气的焓和其所带Hkg水蒸汽的焓 之和。故,计算基准:0℃时干空气与液态水的 焓等于零

式中,r0-0℃时的水蒸汽汽化潜热,其值为2490kJ/kg。

绝热饱和温度tas:
绝热饱和过程中,气、液两相最终达到的平衡温度称为绝热饱和温 度。 ① 绝热饱和过程:不饱和气体在与外界绝热的条件下和大量的液 体接触,若时间足够长,使传热、传质趋于平衡,则最终气体被液 体蒸汽所饱和,气体与液体温度相等,此过程称为绝热饱和过程。 ② 计算式: 以单位质量的干空气为基准, 在稳态下对全塔作热量衡算,气体放出 的显热=液体汽化的潜热, 即

③ 说明: 上式表明, 空气的绝热饱和温度tas是空气湿度H和温度t的函数,是 湿空气的状态参数,也是湿空气的性质。当 t 、tas已知时, 可用上式 来确定空气的湿度H。

④特别指出:绝热饱和 过程又可近似当作等焓 过程处理。

干、湿球温度
▲ 干球温度:在空气流中放置一支普通温度计,所测得空 气的温度为t ,相对于湿球温度而言,此温度称为空气的干 球温度。 ▲ 湿球温度:用水润湿纱布包裹温度计的感湿球,即成为 一湿球温度计。将它置于一定温度和湿度的流动的空气中, 达到稳态时所测得的温度称为空气的湿球温度,以 表示。 ① 过程:当不饱和空气流过湿球表面时,由于湿纱布表面 的饱和蒸汽压大于空气中的水蒸汽分压,在湿纱布表面和气 体之间存在着湿度差,这一湿度差使湿纱布表面的水分汽化 被气流带走,水分汽化所需潜热,首先取自湿纱布的显热, 使其表面降温,于是在湿纱布表面与气流之间又形成了温度 差,这一温度差将引起空气向湿纱布传递热量。 ② 计算式:当单位时间由空气向湿纱布传递的热量恰好等于 单位时间自湿纱布表面汽化水分所需的热量时,湿纱布表面 就达到一稳态温度,即湿球温度。

③ 实验表明:当流速足够大时, 热、质传递均以对流为主,且 kH及α都与空气速度的0.8次幂 成正比,一般在气速为3.8~ 10.2m/s的范围内, 比值α/kH近 似为一常数(对水蒸汽与空气的 系统, α/kH=0.96~1.005)。此 时,湿球温度为湿空气温度t和 湿度H的函数。
注意:◆ 湿球温度不是状态函数。 ◆ 在测量湿球温度时,空气速度一般需 大于5m/s,使对流传热起主要作用,相应减少热辐射和传导的影响,使测 量较为精确。

露点td :
空气在湿度H不变、亦即蒸汽压 不变的情况下,冷却达 到饱和状态时的温度称为露点。

① 根据定义:

式中, pd 为露点td 时饱和蒸汽压, 也就是该空气 在初始状态下的水蒸汽分压Pv 。
② 计算td

计算得到 pd ,查其相对应的饱和温度,即为该湿 含量H和总压P时的露点 td

③ 同样地,由露点td 和总压P可确定湿含量H

湿空气的温湿图 (t-H图)
为了便于计算,将空气各种性质标绘在湿度图中。 湿度图 的形式:常用的有

一般常用的湿度图都是针对一定的总压而绘制的。如图 9.2.3所示为在总压P=101.3kPa 下绘制的温度-湿度图(低 温部分)。 (1)等温度线(等t线):为一系列平行于纵轴的直线; (2)等湿度线(等H线):为一系列平行于横轴的直线; (3)等相对湿度线(等φ线):根据式

当总压一定时,如果φ为某一固定值,因PS 仅与温度有关, 故任取一温度t值,即可求得相应的H值,将若干个(t,H) 点联接起来,即为一条等Ф 线。对不同的值,可以得出一系 列 Ф曲线。
(4)绝热饱和(冷却)线:根据式

对于一确定的 tas值, Has ras也为一已知数而 CH =1.01+1.88H,于是,任取一H值,可求得相应 的t值,将若干个(t,H)点联接起来,可得到等 tas线,即为绝热饱和线(或称绝热冷却线)。

湿空气的性质及湿度图
湿比热线 c H ? 1.01 ? 1.88H
? H ? ?0.772 ? 1.244 H S ??
S

?p s 等?线 H ? 0.622 P ? ?p s 饱和比容线
273 ? t 273

?=1

H
绝热饱和(冷却)线 等焓线

干空气比容线 273 ? t ? g ? 0.772 ? 273

I ? ?1.01? 1.88H ?t ? 2490H

等湿球温度线

tas(tw) 温湿图 P=1atm

t

? H ?? g H ? ? H ?? g H s
s

(5)湿比热线:按定义cH=1.01+1.88H,湿比热cH为湿度 H的直线函数,在图的左侧绘制出了cH-H线。
(6)比容线:干空气比容

在图中以va为纵坐标绘出了 va -t线。 饱和比容

饱和蒸汽压 ps为温度t的函数,故在图中绘出vHs-t线。对 不同湿度H下的比容,又可绘出在干比容与饱和比容线 之间的一系列直线。

湿度图的应用
(1)湿空气的性质参数的确定 (2) 湿空气状态变化过程的图示

水分在气、固之间的平衡及干燥平衡曲线
● 湿物料含水量的表示方法 湿基含水量w:

干基含水量X

● 平衡含水量:若气、固间有足够长时间的接触, 使水分的传递达到平衡,则固体物料的含水量最 终将保持某一定值。这个含水量称为该物料在这 一空气状态下的平衡含水量。此时,湿物料表面 的蒸汽压称为该含水量下的平衡蒸汽压。

干燥平衡曲线
不同的物料有不同的平衡含水量。因此,湿物料 的平衡含水量通常都针对某种湿物料,通过实验 来测定的。其表达形式有两种: ①p- x* (或p* -X)线:图示的曲线,表示一定 温度下水分在气、固间达到平衡时,湿空气中的 水汽分压p与湿物料的平衡含水量 x* 之间的关系, 亦即湿物料的含水量X与平衡蒸汽压 p* 之间的关 系,常称为平衡曲线。

②φ-X线 同一种类物料的 p* -X平衡曲线和温度有关,然而,如果 用相对湿度φ=p/ps 对X作图,则同种物料在不同温度下的 平衡曲线变化较小。 某些物料在室温下的φ-X平衡曲线如图所示。注意:在同样的 气体条件下,物料由脱湿达到平衡或由增湿达到平衡时,由 于过程方向不同,有可能得到不同的平衡含水量。因此,有 吸湿平衡线和脱湿平衡线。

① 自由水分与平衡水分
◆自由水分:湿物料中大于平衡含水量,有可能被该湿空 气干燥除去的那部分水分; ◆平衡水分:等于或小于平衡含水量,无法用相应空气所 干燥的那部分水分。 ② 结合水分与非结合水分 ◆结合水分:凡湿物料的含水量小于Xs的那部分水分称为 结合水分。此时, 其蒸汽压都小于同温度下纯水的饱和蒸汽 压。结合水分包括湿物料中存在于细胞壁内的和毛细管内的 水分,固、液间结合力较强。 ◆非结合水分:含水量超过Xs的那部分水分称为非结合水 分。此时,湿物料中的水分的蒸汽压等于同温度下纯水的饱 和蒸汽压。非结合水分包括湿物料表面上附着水分和大孔隙 中的水分,结合力较弱。

③两种分类方法的不同: 平衡水分与自由水分,结合水分与非结合水分是两种概念 不同的区分方法。 ●自由水分是在干燥中可以除去的水分,而平衡水分是不 能除去的,自由水分和平衡水分的划分除与物料有关外, 还决定于空气的状态。 ●非结合水分是在干燥中容易除去的水分,而结合水分较 难除去。是结合水还是非结合水仅决定于固体物料本身的 性质,与空气状态无关。

平衡曲线的应用

① 确定过程进行的方向 含水量为X的湿物料与一定温度下水汽分压为p的湿空气相 接触时,可在干燥平衡曲线上找到与该湿空气相对应的平衡 含水量X* ,比较湿物料的含水量X与平衡含水量X* 的大小. ◆ 若物料含水量X高于平衡含水量X* ,则物料脱水而被干燥; ◆ 若物料的含水量X低于平衡含水量X* ,物料将吸水而增湿。 ② 确定过程的推动力 ◆ 干燥推动力: A、B点 ◆ 吸湿推动力: C点 干燥推动力更为常用的是湿度差。 ③ 确定在给定干燥介质的条件下,干燥后物料的最低含水量 ◆ 干燥平衡曲线可确定给定干燥介质条件下的平衡含水量 , 则 为在该干燥条件下,物料含水量的最低极限; ◆ 干燥平衡曲线也可确定达到一定干燥要求,干燥介质的最 高湿含量,从而,确定该干燥过程所需的干燥介质。

④ 确定湿物料的结合水量和非结合含水量,从而判断过程 中多少水分易于除去,多少水分难以除去。 如图所示,曲线在Pv=Ps(Ps为该温度下的饱和蒸汽压)时 的平衡含水量为Xs, 对于含水量为X>Xs的样品来说, 除含 有Xs的结合水以外,还含有非结合水X-Xs。

恒定干燥
恒定干燥条件:指干燥过程中空气的湿度、温度、速度以 及与湿物料的接触状况都不变。 干燥操作过程的设计,通常需计算所需干燥器的尺寸及完 成一定的干燥任务所需的干燥时间,这都决定于干燥速率。 而干燥速率,不仅决定于湿物料的性质,而且还决定于干 燥介质的条件:包括温度、湿度、速度及流动的状态。

稳态与非稳态干燥 干燥操作可以是连续操作,也可以是间歇操作。 ① 稳态干燥过程:连续操作为稳态干燥过程,湿物料的 加入和干产品的排出是连续进行的,设备中各点的操作参 数不随时间改变。

② 非稳态干燥过程:间歇操作是非稳态的,湿物料一次 成批加入,干燥完后一次排出,即使在恒定干燥条件下, 干燥介质的性质参数维持不变,但湿物料的温度、湿含量、 质量等参数是随时间改变的。 在干燥速率的计算中,常采用绝干物料的质量Gc 为计算 基准,对稳态过程,其单位为kg/s, 对非稳态过程,其单 位为质量kg。

干燥曲线与干燥速率曲线 ①干燥曲线:由间歇操作实验所 得数据,以时间τ对干基含水量X 作图, 得到如图所示的物料湿含量 X随时间的变化曲线,称为干燥 曲线。

②干燥速率曲线: 将干燥速率 对物料湿含量作图得到的曲线, 称为干燥速率曲线, 如图所示。 图中横座标为干基含水量X, 纵 座标为干燥速率R,即单位时间 内在单位表面积上汽化的水分质 量, 其表达式为: 不稳定的加热过程
恒速干燥阶段

临界含水量Xc
降速干燥阶段

平衡含水量X*

湿分在湿物料中的传递机理
液体扩散理论主要论点: ▲在降速干燥阶段中,湿物料内部的水分不均匀,形成了 浓度梯度,使水分由含水量较高的物料内部向含水量较低 的表面扩散,然后水分在表面蒸发,进入干燥介质。 ▲干燥速率完全决定于物料内部的扩散速率。此时,除了 空气的湿度影响表面上的平衡值外,干燥介质的条件对干 燥速率已无影响。 毛细管理论主要论点: ▲多孔性物料具有复杂的网状结构的孔道,水分在多孔性 物料中的移动主要依靠毛细管力。

基本干燥过程计算
干燥过程的物料衡算

▲目的:确定出湿物料干燥到指定的含水量所需 除去的水分量及所需的空气量。

干燥过程的热量衡算及干燥器的热效率
▲目的:确定干燥过程的各项热量分配情况和热量消耗。

全系统的热量衡算

预热器的热量衡算 忽略预热器的热损失,可以得到预热器的耗热量Qp

干燥器的热量衡算
▲目的:确定干燥器的出口空气状态参数或所需的加热量。

基本关系

干燥器的热效率 热效率定义为:干燥过程中,蒸发水分所消耗的 热量与从外热源所获得的热量之比。即:

恒定干燥条件下的干燥时间计算

传质系数kH 和传热系数α可由实验求得,由于传质系 数的测量技术不及传热膜系数α的测量成熟与准确,故 在干燥计算中常用经验的传热膜系数。


相关文章:
干燥方法
干燥方法_化学_自然科学_专业资料。各种干燥方法干燥干燥剂的使用 除去固体、液体或气体内少量水分的方法称干燥。有机实验中几乎所做的每一步反 应都会遇到试剂、...
干燥
干燥习题库一.填空题 1.干燥进行的必要条件是物料表面所产生的水汽(或其它蒸汽)压力_大于干燥 介质中水汽(或其它蒸汽)的分压__。 2.干燥这一单元操作,既属于...
干燥
中南大学 化工原理 实验报告院系姓名 实验日期 年学号月日 干燥实验 一、 实验目的 1、掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。 2、学习物料含水量的测定方法。 ...
干燥实验
干燥实验_化学_自然科学_专业资料。干燥实验一、实验目的 1、掌握干燥曲线和干燥速率曲线的实验测定方法,加深对干燥操作过程及 其机理的理解; 2、了解干、湿球温度...
固体干燥
固体干燥_化学_自然科学_专业资料。第八章 固体干燥第一节 概述§8.1.1、固体去湿方法和干燥过程 在化学工业,制药工业,轻工,食品工业等有关工业中,常常需要从...
干燥特性曲线测定实验
了解洞道式干燥装置的基本结构、工艺流程和操作方法。 2. 学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法。 3. 掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速...
何为冷冻干燥?何为升华干燥和解析干燥?
何为升华干燥和解析干燥?来源:网络综合 1、冷冻干燥(升华干燥):将待干燥物快速冻结后,再在高真空条件下将其中的冰升华为 水蒸气而去除的干燥方法。 由于冰的...
空气干燥对身体的危害
如今室内保温大多是依靠暖气、地热、空调,虽然为我们营造了温暖的气候,但是随之而来 的问题是:干燥。 室内空气干燥对身体的危害 单位体积的空气中水分的含量就是...
更多相关标签:
干燥综合症 | 皮肤干燥 | 干燥剂 | 干燥机干燥设备 | 干燥室 | 干燥厂 | 干燥设备 | 干燥机 |