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化工原理,Principles of Chemical,Engineering,第十二章,干,燥,Chapter 12 Drying,概述,（,Introduction,）,在化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过,多的水分或有机溶剂,(,湿份,),，要制得合格的产品需要除去,固体物料中多余的湿份。,除湿方法：,机械除湿,如离心分离、沉降、过滤。,干燥,利用热能使湿物料中的湿份汽化。除,湿程度高，但能耗大。,惯用做法：,先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除,去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，,以降低除湿的成本。,干燥分类：,操作压力,操作方式,传热方式,(,或组合,),常压,真空,连续,间歇,导热,对流,辐射,介电加热,本章重点：,以不饱和热空气为干燥介质，除去湿物料中水,分的连续对流干燥过程。,干燥介质：,用来传递热量（载热,体）和湿份（载湿体）的介质。,由于温差的存在，气体以对流方,式向固体物料传热，使湿份汽化；,在分压差的作用下，湿份由物料,表面向气流主体扩散，并被气流,带走。,对流干燥过程原理,温度为,t,、湿份分压为,p,的湿热气体流过湿物料的表面，,物料表面温度,t,i,低于气体温度,t,。,注意：,只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，,干燥即可进行，与气体的温度无关。,气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快湿份,汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。,?,H,t,q,W,t,i,p,p,i,?,M,干燥是热、质同时传递的过程,干燥过程,热空,气流,过湿,物料,表面,热量,传递,到湿,物料,表面,湿物,料表,面水,分汽,化并,被带,走,表面,与内,部出,现水,分浓,度差,内部,水分,扩散,到表,面,传热过程,传质过程,传质过程,干燥过程推动力,传质推动力：物料表面水分压,P,表水,热空气中的水分压,P,空水,传热推动力：热空气的温度,t,空气,物料表面的温度,t,物表,对流干燥过程实质,除水分量,空气消耗量,干燥产品量,热量消耗,干燥时间,物料衡算,能量衡算,涉及干燥速率和水在,气固相的平衡关系,涉及湿空气的性质,干燥过程基本问题,解决这些问题需要掌握的基本知识有：,(1),湿分在气固两相间的传递规律；,(2),湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化；,(3),物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；,(4),干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。,本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基,本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。,第一节,湿气体的热力学性质,湿空气：,指绝干空气与水蒸汽的混合物。在干燥过程中，,随着湿物料中水份的汽化，湿空气中水份含量不断增加，,但绝干空气的质量保持不变。因此，湿空气性质一般都以,1kg,绝干空气为基准。,操作压强不太高时，空气可视为理想气体。,系统总压,P,：,湿空气的总压（,kN/m,2,），即,P,干空气,与,P,水,之,和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且,干燥操作通常在常压下进行，常压干燥的系统总压接近,大气压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。,干空气,干空气,n,n,p,p,O,H,O,H,2,2,?,1.,湿份的表示方法,对于空气,-,水蒸气系统：,M,w,=18.02kg/kmol,，,M,g,=28.96,kg/kmol,p,P,p,M,M,M,n,M,n,H,g,v,g,g,v,v,?,?,?,?,p,P,p,H,?,?,622,.,0,湿空气中水气的质量与绝干空气的质量之比。若湿份蒸,汽和绝干空气的摩尔数,(,n,w,n,g,),和摩尔质量,(,M,w,M,g,),绝对湿度,(,湿度,),H,（,Humidity,）,总压一定时，湿空气的湿度只与水蒸汽的分压有关。,Kg,水蒸汽,/kg,绝干空气,当,p=p,s,时，湿度称为饱和湿度，以,H,s,表示。,s,s,s,p,P,p,H,?,?,622,.,0,相对湿度,（,Relative humidity,）,湿度只表示湿空气中所含水份的绝对数，不能反映空气,偏离饱和状态的程度（即气体的吸湿能力）。,?,值说明湿空气偏离饱和空气或绝干空气的程度，,?,值越小,吸湿能力越大；,?,=,0,，,p=0,时，表示湿空气中不含水分，为绝干空气。,?,=,1,，,p=p,s,时，表示湿空气被水汽所饱和，不能再吸湿。,对于空气,-,水系统：,%,100,?,?,s,p,p,?,s,s,p,P,p,H,?,?,?,?,622,.,0,相对湿度：,在总压和温度一定时，湿空气中水汽的分压,p,与系统温度下水的饱和蒸汽压,p,s,之比的百分数。,相对湿度,（,Relative humidity,）,?,若,t,总压下湿空气的沸点，,0,?,?,?,100%,；,?,若,t,总压下湿空气的沸点，湿份,p,s,P,，最大,?,(,空气,全为水汽,),100%,。故工业上常用过热蒸汽做干燥介质；,?,若,t,湿份的临界温度，气体中的湿份已是真实气体，,此时,?,=0,，理论上吸湿能力不受限制。,?,=,f,(,H,t,),p,s,随温度的升高而增加，,H,不变提高,t,，,?,?,，气体的吸,湿能力增加，故空气用作干燥介质应先预热。,H,不变而降低,t,，,?,?,，空气趋近饱和状态。当空气达到,饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出。,s,s,p,P,p,H,?,?,?,?,622,.,0,2.,比容,?,H,(Humid volume),或湿比容,(m,3,/kg,绝干气体,),比容：,1kg,绝干空气和相应水汽体积之和。,P,t,H,P,t,H,v,H,5,5,10,0133,.,1,273,273,),244,.,1,772,.,0,(,10,0133,.,1,273,273,4,.,22,18,29,1,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,3.,比热,c,H,(Humid heat),或比热容,KJ/(kg,),比热：,1kg,绝干空气及相应水汽温度升高,1,所需要的热量,H,c,c,c,v,g,H,?,?,?,?,1,H,c,H,88,.,1,01,.,1,?,?,式中：,c,g,绝干空气的比热，,KJ/(kg,),；,c,v,水汽的比热，,KJ/(kg,),。,对于空气,-,水系统：,c,g,=,1.01,kJ/(kg,),，,c,v,=,1.88,kJ/(kg,),4.,焓,I,(Total enthalpy),焓：,1kg,绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。,由于焓是相对值，计算焓值时必须规定基准状态和基准,温度，一般以,0,为基准，且规定在,0,时绝干空气和水,汽的焓值均为零，则,对于空气,-,水系统：,v,g,HI,I,I,?,?,H,r,t,c,H,r,t,Hc,c,I,H,v,g,0,0,),(,?,?,?,?,?,H,t,H,I,2490,),88,.,1,01,.,1,(,?,?,?,显热项,汽化潜热项,当热、质传递达平衡时，气,体对液体的供热速率恰等于,液体汽化的需热速率时：,),(,w,t,t,S,Q,?,?,?,w,w,t,t,s,H,r,H,H,S,k,Q,),(,?,?,w,t,s,H,w,r,H,H,S,k,t,t,S,w,?,?,?,?,),(,),(,?,),(,H,H,r,k,t,t,w,w,t,s,t,H,w,?,?,?,?,5.,干燥过程中的物料温度,(1),干球温度,t,：,湿空气的真实温度，简称温度,(,或,K),。,将温度计直接插在湿空气中即可测量。,(2),空气的湿球温度（,Wet-bulb,temperature,）,a.,定义,q,N,对流传热,h,k,H,气体,t,H,气膜,对流传质,液滴,表面,t,w,H,w,液滴,湿球温度,t,w,定义式,(2),空气的湿球温度（,Wet-bulb temperature,）,因流速等影响气膜厚度的因素对,和,k,H,有相同的作用，可认为,k,H,/,与速度,等因素无关，而仅取决于系统的物性。,饱和气体,:,H,=,H,s,，,t,w,=,t,，即饱和空气的干、湿球温度相等。,不饱和气体,:,H,H,s,，,t,w,t,。,对于空气,-,水系统：,09,.,1,?,H,k,?,),(,09,.,1,H,H,r,t,t,w,t,s,w,w,?,?,?,结论：,t,w,=,f,(,t,H,),，气体的,t,和,H,一定，,t,w,为定值。,),(,H,H,r,k,t,t,w,w,t,s,t,H,w,?,?,?,?,湿球温度计测定湿球温度的条,件是保证纯对流传热，即气体,应有较大的流速和不太高的温,度，否则，热传导或热辐射的,影响不能忽略，测得的湿球温,度会有较大的误差。,通过测定气体的干球温度和,湿球温度，可以计算气体的,湿度：,w,w,H,t,s,r,t,t,c,H,H,w,),(,?,?,?,气体,t,t,w,b.,湿球温度的测定,物料充分湿润，湿分在物料表面的汽化和在液面上汽化,相同。,物料经过预热，很快达到稳定的温度，由于对流传热强,烈，物料温度接近气体的湿球温度,t,w,。,对于,空气,-,水系统,，,t,w,100,。当气体的湿度一定时，气,体的温度越高，干、湿球温度的差值越大。,结论：,当物料充分湿润时，可以使用高温气体做干燥介,质而不至于烧毁物料。例如，可以使用,500,的气体烘干,淀粉。,t,20,60,100,200,500,t,w,17.62,28.36,35.76,47.63,64.43,对初始温度为,20,、相对湿度为,80%,的常压空气,b.,湿球温度的测定,(3),绝热饱和冷却温度,t,as,绝热饱和冷却温度：,不饱和的湿空气,等焓降温到饱和状态时的温度。,高温不饱和空气与水在绝热条件下进行传热、传质并达到,平衡状态的过程。达到平衡时，空气与水温度相等，空气,被水的蒸汽所饱和。,as,as,as,H,r,H,H,L,t,t,Lc,),(,),(,?,?,?,),(,H,H,c,r,t,t,as,H,as,as,?,?,?,由于,r,as,和,H,as,是,t,as,的函数，故绝热饱和温度,t,as,是气体温,度,t,和湿度,H,的函数。已知,t,和,H,，可以试差求解,t,as,。,),(,H,H,k,r,t,t,w,w,t,s,H,t,w,?,?,?,?,H,H,k,c,?,?,对于空气,-,水系统：,w,as,t,t,?,绝热饱和过程,(Adiabatic,saturation,process),：,(4),露点,t,d,温度为,t,的不饱和空气在等湿下冷却至温度等于,t,d,的饱和状,态，此时,H,=,H,s,td,。,露点,：,不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度，以,t,d,表,示；相应的湿度为饱和湿度，以,H,s,td,表示。,处于露点温度的湿空气的相对湿度,?,=,1,，空气湿度达到,饱和湿度，,湿空气中水汽分压等于露点温度下水的饱和,蒸气压，则,水蒸气,-,空气系统：,不饱和空气,t,t,as,（或,t,w,）,t,d,；饱和空气,t=t,as,=t,d,d,d,d,t,s,t,s,t,s,p,P,p,H,622,.,0,?,?,气体湿度图,（,Humidity chart,）,湿空气参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便,和直观，通常使用湿度图。,等湿线,等焓线,等温线,饱和空,气线,p-H,线,空气湿度图的绘制,（,Humidity chart,）,对于空气,-,水系统，,t,as,?,t,w,，等,t,as,线可近似作为等,t,w,线。,每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的,t,as,。,物理意义：,以绝热冷却线上所有各点为始点，经过绝热,饱和过程到达终点时，所有各状态的气体的温度都变为,同一温度。,横坐标：,空气的湿度，所有的横线为等湿度线。,右侧纵坐标：,空气的干球温度，所有纵线为等温线。,(1),等湿度线,(,等,H,线,),),(,H,H,c,r,t,t,as,H,as,as,?,?,?,(2),等焓线（等,I,线）,对给定的,t,as,：,t,=,f,(,H,),在同一条等湿线上不同点所代表的湿空气状态不同，但,H,相同，露点是将湿空气等,H,冷却至,?,=,1,时的温度。,(3),等干球温度线,(,等,t,线,),I,与,H,呈直线关系，,t,越高，等,t,线的斜率越大，读数,0-250o,C,。,(4),等相对湿度线,(,等,?,线,),总压,P,一定，对给定的,?,：,因,p,s,=,f,(,t,),，,故,H,=,f,(,t,),。,s,s,p,P,p,H,?,?,?,?,622,.,0,(5),蒸气分压线,t,H,t,I,01,.,1,),2490,88,.,1,(,?,?,?,p,P,p,H,?,?,622,.,0,总压,P,一定，,p,s,=,f,(,H,),，,p-H,近似为直线关系。,空气湿焓图的用法,（,Use of humidity chart,）,两个参数在曲线上能相交于一点，即这两个参数是独立参,数，这些参数才能确定空气的状态点。,?,=,100%,，空气达到饱和，无吸湿能力。,?,100%,，属于未饱和空气，可作为干燥介质。,?,越小，,干燥条件越好。,1.,确定空气的干燥条件,2.,确定空气的状态点，查找其它参数,3.,确定绝热饱和冷却温度,1,）等,I,干燥过程,等焓干燥过程又称绝热干燥过程。,a.,不向干燥器重补充热量，即,Q,D,=0.,b.,忽略干燥器向周围散失的热量，即,Q,L,=0.,c.,物料进出干燥器的焓相等，即,G(I,2,_,I,1,)=0,沿等,I,线,，空气,t,1,、,t,2,意志，即可确定,H,1,、,H,2,。,2,）等,H,干燥过程,恒压下，加热或冷却过程。,第二节,干燥相平衡关系及干燥速率,湿物料水分含量的表示方法,湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。,湿基含水量,w,：,水分在湿物料中的质量百分数。,%,100,?,?,物料总质量,水分质量,w,干基含水量,X,：,湿物料中的水分与绝干物料的质量比。,纯干物料总质量,水分质量,?,X,换算关系：,w,w,X,?,?,1,X,X,w,?,?,1,工业生产中，物料湿含量通常以湿基含水量表示，但由,于物料的总质量在干燥过程中不断减少，而绝干物料的,质量不变，故在干燥计算中以干基含水量表示较为方便。,湿份在气体和固体间的平衡关系,湿份的传递方向,(,干燥或吸湿,),和限度,(,干燥程度,),由湿份,在气体和固体两相间的平衡关系决定。,p,X,p,s,X,h,平衡状态：,当湿含量为,X,的湿物料与湿份分压为,p,的不,饱和湿气体接触时，物料将失去自身的湿份或吸收气体,中的湿份，直到湿份在物料表面的蒸汽压等于气体中的,湿份分压。,平衡含水量：,平衡状态下物料的含水量。不仅取决于气,体的状态，还与物料的种类有很大的关系。,X,*,p,具有和独立存在的水相同的蒸,汽压和汽化能力。,结合水分：,与物料存在某种形,式的结合，其汽化能力比独立,存在的水要低，蒸汽压或汽化,能力与水分和物料结合力的强,弱有关。,物料中的水分,湿含量,X,X,h,相,对,湿,度,?,非结合,水分,结合水分,0,1.0,0.5,结合水分按结合方式可分为：吸附水分、毛细管水分、溶,涨水分,(,物料细胞壁内的水分,),和化学结合水分,(,结晶水,),。,化学结合水分与物料细胞壁水分以化学键形式与物料分子,结合，结合力较强，难汽化；吸附水分和毛细管水分以物,理吸附方式与物料结合，结合力相对较弱，易于汽化。,1.,结合水分与非结合水分,一定干燥条件下，水分除去的难易，分为结合水与非结合水。,非结合水分：,与物料机械形式的结合，附着在物料表面的水，,2.,平衡水分和自由水分,一定干燥条件下，按能否除去，分为平衡水分与自由水分。,平衡水分：,低于平衡含水量,X*,的水分，是不可除水分。,自由水分：,高于平衡含水量,X*,的水分，是可除水分。,吸湿过程：,若,X,X,h,，则物料将吸收饱和气体中的水分使,湿含量增加至湿含量,X,h,，即,最大吸湿湿含量,，物料不可,能通过吸收饱和气体中的湿份使湿含量超过,X,h,。欲使物,料增湿超过,X,h,，必须使物料与液态水直接接触。,干燥过程：,当湿物料与不饱,和空气接触时，,X,向,X*,接近，,干燥过程的极限为,X*,。物料,的,X*,与湿空气的状态有关，,空气的温度和湿度不同，物,料的,X*,不同。欲使物料减湿,至绝干，必须与绝干气体接,触。,湿含量,X,X,h,相,对,湿,度,?,非结合,水分,结合水分,自由水分,平衡水分,X,*,0,1.0,0.5,物料的吸湿性,物料湿含量的平衡曲线有两种极端情况。,强吸湿性物料：,与水分的结合力很强，平衡线只是渐近,地与,?,=,100%,接近，平衡湿含量很大。如某些生物材料。,非吸湿性物料：,与水结合力很弱，平衡线与纵坐标基本,重合，,X*,=,X,h,?,0,，如某些不溶于水的无机盐,(,碳酸盐、硅,酸盐,),等。,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0.1,0.2,0.3,烟叶,木材,氯化锌,优质纸,湿含量,X,相,对,湿,度,?,一般物料的吸湿性,都介于二者之间。,对流干燥的基本规律,?,对一定干燥任务，干燥器尺寸取决于干燥时间和干燥速,率。,?,由于干燥过程的复杂性，通常干燥速率不是根据理论进,行计算，而是通过实验测定的。,?,为了简化影响因素，干燥实验都是在恒定干燥条件下进,行的，即在一定的气固接触方式下，固定空气的温度、,湿度和流过物料表面的速度进行实验。,?,为保证恒定干燥条件，采用大量空气干燥少量物料，以,使空气的温度、湿度和流速在干燥器中恒定不变。实验,为间歇操作，物料的温度和含水量随时间连续变化。,干燥曲线和干燥速率曲线,Drying curve and drying-rate curve,恒速干燥段,(Constant-rate,period),：,物料温度恒定在,t,w,，,X,?,变化呈直线关系，气体传,给物料的热量全部用于湿,份汽化。,预热段,(Pre-heat,period),：,初始含水量,X,1,和温度,?,1,变,为,X,和,t,w,。物料吸热升温,以提高汽化速率，但湿含,量变化不大。,干燥曲线：,物料含水量,X,与干燥时间,?,的关系曲线。,干燥曲线和干燥速率曲线,A,湿,含,量,X,X,c,t,w,D,C,B,A,D,C,B,t,X,*,物,料,表,面,温,度,?,干燥时间,?,预热段,恒速段,降速段,降速干燥段,(Falling-rate,period),：,物料开始升温，,X,变化减慢，气体传给物料的热量仅部分,用于湿份汽化，其余用于物料升温，当,X,=,X,*,，,?,=,t,。,物料的结构和吸湿性,降速段干燥速率曲线的形状因物料的结构和吸湿性而异。,多孔性物料,(Porous,media),：,湿份主要是藉毛细管作用由,内部向表面迁移。,非多孔性物料,(Nonporous,media),：,借助扩散作用向物料,表面输送湿份，或将湿份先在内部汽化后以汽态形式向,表面扩散迁移。如肥皂、木材、皮革等。,吸湿性物料,(Hygroscopic,media),：与水份的亲合能力大。,非吸湿性物料,(Nonhygroscopic,media),：,不同物料的干燥机理不同，湿份内扩散机理不同，干燥,速率曲线的形状不同，情况非常复杂，故干燥曲线应由,实验的方法测定。,干燥速率的定义,干燥速率,U,：,干燥器单位时间内汽化的湿分量,(kg,湿分,/s),。,微分形式为，,式中：,U,干燥器的干燥速率，,kg/s,；,W,汽化水份量，,kg,；,G,c,绝干物料的质量，,kg,；,?,?,d,d,d,d,X,G,W,U,c,?,?,?,?,如果物料形状是不规则的，干燥面积不,易求出，则可使用干燥速率进行计算。,设物料的初始湿含量为,X,1,，产,品湿含量为,X,2,：,当,X,1,X,c,和,X,2,X,c,时，干燥有,两个阶段；,当,X,1,X,c,或,X,2,X,c,时，干燥都,只有一个阶段，即恒速干燥段。,?,由于物料预热段很短，通常将其,并入恒速干燥段；,?,以临界湿含量,X,c,为界，可将干,燥过程只分为恒速干燥和降速干,燥两个阶段。,干燥速率曲线：,干燥速率,U,或干燥速度,N,与湿含量,X,的,关系曲线。干燥过程的特征在干燥速率曲线上更为直观。,干燥曲线和干燥速率曲线,A,B,C,D,干,燥,速,率,U,或,N,A,B,C,D,物,料,温,度,?,t,w,X,c,X,*,湿含量,X,I,II,C,理论解释,恒速干燥段：,物料表面湿润，,X,X,c,，汽化的是非结合水。,降速干燥段：,X,X,c,?,物料实际汽化表面变小,(,出现干区,),，第一降速段；,?,汽化表面内移，第二降速段；,?,平衡蒸汽压下降,(,各种形式的结合水,),；,?,固体内部水分扩散速度极慢,(,非多孔介质,),。,降速段干燥速率取决于湿份与物料的结合方式，以及物,料的结构，物料外部的干燥条件对其影响不大。,恒定干燥条件下,=,t,w,，,p,=,p,s,和,k,p,不变,由物料内部向表面输送的水份足以保持物料表面的充分,湿润，干燥速率由水份汽化速率控制,(,取决于物料外部的,干燥条件,),，故恒速干燥段又称为,表面汽化控制阶段,。,湿物料与空气间,的,q,和,N,恒定,临界湿含量,（,Critical moisture content,）,X,c,决定两干燥段的相对长短，是确定干燥时间和干燥器尺寸的基础数,据，对制定干燥方案和优化干燥过程十分重要。,物,料,空气条件,临界湿含量,品种,厚度,mm,速度,m/s,温度,相对湿度,%,kg,水,/kg,干料,粘土,6.4,1.0,37,0.10,0.11,粘土,15.9,1.0,32,0.15,0.13,粘土,25.4,10.6,25,0.40,0.17,高岭土,30,2.1,40,0.40,0.181,铬革,10,1.5,49,-,1.25,砂,0.044mm,25,2.0,54,0.17,0.21,0.0440.074mm,25,3.4,53,0.14,0.10,0.0740.177mm,25,3.5,53,0.15,0.053,0.2080.295mm,25,3.5,55,0.17,0.053,新闻纸,-,0,19,0.35,1.00,铁杉木,25,4.0,22,0.34,1.28,羊毛织物,-,-,25,-,0.31,白岭粉,31.8,1.0,39,0.20,0.084,白岭粉,6.4,1.0,37,-,0.04,白岭粉,16,911,26,0.40,0.13,注意：,X,c,与物料的厚度、大小以及干燥速率有关，所以,不是物料本身的性质。一般需由实验测定。,第三节,干燥过程的计算,物料的停留时间应大等于给定条件下将物料干燥至指定,的含水量所需的干燥时间，并由此确定干燥器尺寸。,若已知物料的初始湿含量,X,1,和临界湿含量,X,c,，则恒速段,的干燥时间为,恒速干燥段的干燥时间,若传热干燥面积,S,为已知，则由上式求干燥时间,?,的问,题归结为气固,对流给热系数,的求取。,S,U,X,X,G,X,S,U,G,c,c,c,X,X,c,c,c,),(,d,d,1,0,1,1,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,w,w,t,w,t,c,r,t,t,r,Q,U,),(,?,?,?,?,),(,),(,1,1,w,t,c,c,t,t,S,r,X,X,G,w,?,?,?,?,?,1.,恒定干燥条件下干燥时间的计算,恒速干燥段的干燥时间,(1),空气平行流过静止物料层的表面,L,湿气体质量流速，,kg/(m,2,h),；,8,.,0,),(,0204,.,0,L,?,?,?,(2),空气垂直流过静止物料层的表面,适,用,条,件,：,L,=,2,4,5,0,2,9,3,0,0,k,g,/,(,m,2,h,),，,气,体温,度,45150,。,037,),(,17,.,1,L,?,?,?,适用条件：,L,=,39001950,kg/(m,2,h),(3),气体与运动着的颗粒间的传热,54,.,0,2,2,1,0,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,v,u,d,d,p,p,g,?,?,注意：,利用上述方程计算给热系数来确定干燥速率和干燥,时间，其误差较大，仅能作为粗略估计。,降速干燥段的干燥时间,(1),图解积分法,降速段的干燥时间可以从物料干燥曲线上直接读取。计,算上通常是采用图解法或解析法。,当降速段的,U,X,呈非线性变,化时，应采用图解积分法。,在,X,2,X,c,之间取一定数量的,X,值，从干燥速率曲线上查,得对应的,U,，计算,G,c,/U,；,作图,G,c,/U,X,，计算曲线下,面阴影部分的面积。,?,?,?,?,?,?,?,c,c,X,X,c,X,X,c,U,X,G,U,X,G,2,2,2,d,d,d,0,2,?,?,?,X,o,X,c,X,2,G,c,/,U,?,?,c,X,X,c,U,X,G,2,d,2,?,降速干燥段的干燥时间,(2),解析法,当降速段的,U,X,呈线性变化,时，可采用解析法。,降速段干燥速率曲线可表示为,?,?,?,?,?,X,X,X,X,U,U,c,c,?,?,?,?,?,X,X,X,X,U,U,c,c,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,X,X,X,X,S,U,X,X,G,X,X,dX,S,U,X,X,G,U,X,S,G,c,c,c,c,X,X,c,c,c,X,X,c,c,c,2,2,ln,),(,),(,d,2,2,?,2,2,ln,),(,X,X,S,U,X,X,G,c,c,c,c,?,?,?,?,A,B,C,D,干,燥,速,率,U,X,U,X,c,X,*,湿含量,X,U,c,当缺乏平衡水分的实验数据时，,可以假设,X,*,=,0,，则有,干燥时间为：,=,1,+,2,2.,干燥过程的物料衡算和热量衡算,物料衡算（,Mass,balance,）,G,1,湿物料进口的质量流率，,kg/s,；,G,2,产品出口的质量流率，,kg/s,；,G,c,绝干物料的质量流率，,kg/s,；,w,1,物料的初始湿含量；,w,2,产品湿含量；,L,绝干气体的质量流率，,kg/s,；,H,1,气体进干燥器时的湿度；,H,2,气体离开干燥器时的湿度；,W,单位时间内汽化的水分量，,kg/s,。,湿物料,G,1,w,1,干燥产品,G,2,w,2,热空气,L,H,1,湿废气体,L,H,2,),(,),(,1,2,2,1,2,1,H,H,L,X,X,G,G,G,W,c,?,?,?,?,?,?,1,2,H,H,W,L,?,?,1,2,1,H,H,W,L,l,?,?,?,绝干空气消耗量,绝干空气比消耗,水分蒸发量：,热量衡算（,Heat balance,）,Q,p,预热器向气体提供的热量，,kW,；,Q,D,向干燥器补充的热量，,kW,；,Q,L,干燥器的散热损失，,kW,。,湿物料,G,1,w,1,?,1,c,m1,干燥产品,G,2,w,2,?,2,c,m2,热气体,L,H,1,t,1,i,1,湿废气体,L,H,2,t,2,i,2,湿气体,L,H,0,t,0,i,0,Q,p,Q,d,Q,l,预热器,干,燥,器,整个干燥系统的热量衡算,在连续稳定操作条件下，系统无热量,积累，单位时间内,(,以,1,秒钟为基准,),：,湿物料,G,1,w,1,?,1,c,m1,干燥产品,G,2,w,2,?,2,c,m2,热气体,L,H,1,t,1,i,1,湿废气体,L,H,2,t,2,i,2,湿气体,L,H,0,t,0,i,0,Q,p,Q,d,Q,l,L,c,D,p,c,Q,I,G,LI,Q,Q,I,G,LI,?,?,?,?,?,?,2,2,1,1,L,c,D,p,Q,I,I,G,I,I,L,Q,Q,Q,?,?,?,?,?,?,?,),(,),(,1,2,0,2,?,?,m,w,s,m,c,Xc,c,I,?,?,?,),(,2,0,2,2,0,2,0,0,0,0,(,),(,),(,),H,H,g,v,g,v,L,I,I,L,c,H,c,t,r,H,c,H,c,t,r,H,?,?,?,?,?,?,?,),(,),(,),(,0,2,0,0,0,2,2,0,2,H,H,r,t,H,t,H,c,t,t,c,L,v,g,?,?,?,?,?,?,L,W,H,H,?,?,0,2,2,0,2,0,0,2,0,0,0,(,),(,),H,H,g,v,W,W,L,I,I,L,c,t,t,c,H,t,H,t,r,L,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),(,),)(,(,2,0,0,2,0,t,c,r,W,t,t,c,H,c,L,v,v,g,?,?,?,?,?,2,0,2,0,),(,v,H,Wi,t,t,Lc,?,?,?,气体焓变,物料焓变,物料焓：,气体焓：,整个干燥系统的热量衡算,汽化湿分所需要的热量：,),(,),(,),(,1,1,2,2,1,2,?,?,w,s,w,s,c,c,c,X,c,c,X,c,G,I,I,G,?,?,?,?,?,),(,),(,1,1,2,2,1,2,?,?,?,?,X,X,c,c,G,w,s,c,?,?,?,?,c,G,W,X,X,?,?,2,1,2,1,2,1,2,2,2,1,(,),(,),c,m,m,c,s,w,c,W,G,I,I,G,c,c,X,X,G,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,1,1,2,2,),)(,(,?,?,?,w,w,s,c,Wc,c,X,c,G,?,?,?,?,1,1,2,2,),(,?,?,?,w,m,c,Wc,c,G,?,?,?,2,2,2,1,2,0,(2490,1.88,),(,),1.01,(,),p,D,c,m,L,Q,Q,Q,W,t,G,c,L,t,t,Q,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),(,1,2,0,?,w,v,w,c,t,c,r,W,Q,?,?,?,),(,1,2,2,?,?,?,?,m,c,m,c,G,Q,0,2,0,(,),L,H,Q,Lc,t,t,?,?,l,L,m,w,D,p,Q,Q,Q,Q,Q,Q,Q,?,?,?,?,?,?,?,物料焓变：,加热固体产品所需要的热量,：,放空热损失,：,总热量衡算,：,预热器的热量衡算,预热器的作用在于加热空气。根据加热方式可分为两类：,直接加热式：,如热风炉。将燃烧液体或固体燃料后产生,的高温烟气直接用作干燥介质；,间接换热式：,如间壁换热器。,空气预热器传给气体的热量为,1,0,(,),p,H,H,Q,L,I,I,?,?,),(,0,1,0,t,t,Lc,Q,H,p,?,?,如果空气在间壁换热器中进行加,热，则其湿度不变，,H,0,=H,1,，即,通过预热器的热量衡算，结合传热,基本方程式，可以求得间壁换热空,气预热器的传热面积。,立筒式金属体燃煤,间接加热热风炉,干燥器的热量衡算,热气体在干燥器中冷却而放出的热量,：,物理意义：,气体在干燥器中放出的热量和补充加热的热,量用于汽化湿分、加热产品和补偿设备的散热损失。,0,1,2,0,2,1,2,2,1,(,),(,),(,),H,D,v,w,c,m,L,Lc,t,t,Q,W,r,c,t,c,G,c,Q,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),(,2,1,0,t,t,Lc,Q,H,g,?,?,0,2,1,2,2,1,(,),(,),g,D,v,w,c,m,L,Q,Q,W,r,c,t,c,G,c,Q,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,干燥器的热量衡算,理想干燥过程：,气体放出的显热全部用于湿分汽化。,多数工业干燥器无补充加热，如果散热损失可视为零且,物料的初始温度与产品温度相同，则加热物料所消耗的,热量为零；或当干燥器的补充加热量恰等于加热物料和,散热损失的热量，则干燥过程可视为理想干燥过程。,理想干燥过程的热量衡算式为,),(,),(,1,2,0,2,1,0,?,w,v,H,c,t,c,r,W,t,t,Lc,?,?,?,?,1,1,1,2,2,2,(1.01,1.88,),2490,(1.01,1.88,),2490,H,t,H,H,t,H,?,?,?,?,?,理想干燥过程可近似为等焓过程，,对空气,-,水系统,：,干燥系统的热效率和干燥效率,热效率的定义：,用于汽化湿分和加热物料的热量与外界,向干燥系统提供的总热量之比，即,Q,l,Q,l,?,，,?,h,?,。气体用量,?,，,Q,L,?,，干燥任务一定，,?,气,体用量，,?,Q,D,，可以提高干燥系统的热效率。,w,m,h,p,D,Q,Q,Q,Q,?,?,?,?,1,L,L,h,p,D,Q,Q,Q,Q,?,?,?,?,?,1,2,0,1,2,1,1,0,1,0,(,),1,1,(,),H,L,h,p,H,Q,Lc,t,t,t,t,Q,Lc,t,t,t,t,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,干燥系统热量衡算式,若,Q,L,=,Q,D,=0,