化工原理(下)干燥.ppt

第 十 四 章 固 体 干 燥,干燥是生活中 最常见的单元操作如：洗衣服（脱水凉晒）工厂中颗粒物料的凉晒、木材干燥等,气流干燥输送机,微波干燥杀菌设备,物料的去湿方法分类：1、机械去湿：离心过滤（去除大量水）,2、吸附去湿：干燥器中硅胶(去少量水),3、热能去湿：对流（本章讲，常用）辐射（红外等）介电（微波炉）,第一次课作业1、2、3、思考题1、2、3,从对流干燥流程可见：湿空气既是热的载体又是湿的载体。所以湿空气的性质对干燥过程至关重要。首先讨论湿空气性质，它属于干燥静力学范畴，给出过程进行的方向和极限。,条件：（1）操作压力不太高，湿空气可以认为是理想气 体，计算方便（2）湿空气中干气量不变计算时以干空气量为基准,饱和湿度：绝对湿度H只表明含水量的多少,看不出空气的吸湿能力，而干燥关心的正是吸湿能力。,在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pw与同温度下水的饱和蒸汽压ps之比的百分数，称为相对湿度，用符号表示,原因：=1时，湿空气饱和，PW=P，即空气中全是水气，但此时温度高，PSP，如按=PW/PS计算,1不合理,tPS，但H不变(在没达到饱和之前无水凝出）所以空气预热可提高载湿能力.,计算：空气向纱布表面的传热速率为:湿纱布中水向空气的传质速率为：,因湿球温度处的热量达平衡状态：空气向湿纱布表面的传热速率等于水分汽化所需的热量，即：,例：测得t、tW，求：t时的 H解：由tW 查PS、rW 算 HW(S)=0.622PW(S)/(P-PW(S)H=HW-（1.09/rw)(t-tw）,例：夏天太热把身体淋湿，天越晴湿后感觉越凉爽，闷热时（）淋湿也不凉快,计算：因湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程，所以：CHCHas,整理得：,测td查PS即空气中PW，因为测量过程中PW不变总P、H或PW不变，t1，此时H=HS（td），t=tdH=0.622PW/（P-PW）,结论：越低，td越低例：一天中最低温度接近td，（早晨出去草上会有露水），所以一天中温差越大，说明天气越晴。一般南方温差小,为了更清楚的反映各参数间的关系绘制了湿度图，即：在P一定时，将湿空气的各个参数关联起来的图。两个独立的变量即可在图上确定一个状态点。根据目的和使用,可选择不同坐标，所以湿度图的形式不同。,如：H-T（湿度-温度）图 I-H（焓-湿度）图 I-H图用的多，也较方便,I-H图介绍此图在1atm的总压下绘制（P不同，图不同）纵轴为I，横轴为H，为避免线条太拥挤，采用了斜角坐标，即纵、横轴夹角为135图上共有5条线,1、等湿线：平行纵轴（H相同，状态点不同的湿空气有相同的td）2、等焓线：平行真正横轴（I相同，状态点不同的湿空气有相同的tas或tw）,3、等温线：I=(1.01+1.88H)t+2500H=1.01t+(1.88t+2500)H可见t一定I-H成直线关系，不同t有不同直线,(等t线)t斜率等t线不平行,4、等线：所有线都到t=100为止当P=101.33Kpa,t100时,=Pw/PsH=0.622Ps（P-Ps）与 H、t有关,而当 P=101.33 kPa t100时 PsP=Pw/P,Pw=P H=0.622 Pw/（P-Pw）=0.622/（1-）,此时只取决于 H，与温度无关，此时值均等于t=100时的值，所以t100后的线向上，与H线平行。,如：已知Pw或H及t确定状态点，沿等H线向下与t=100相交确定值。例：H=0.032，t=120求：解：按上面步骤得=5%,100%为不饱和区（对干燥有意义）100%为过饱和区（此时湿空气呈雾状，是 干燥应避免的）,5、水蒸气分压线：Pw随H变，读右端纵标。,湿空气性质课小结一、湿空气性质：9个H=0.622 Pw/（P-Pw）=0.622Ps（P-Ps）HS=0.622 Ps（P-Ps）,=Pw/PS（PSP）=Pw/P（PSP）CH=Cg+CvH=1.01+1.88HH=(0.773+1.244H)T/273I=(1.01+1.88H)t+2500Ht、tw、tas、td,二、四个温度的关系tWtas（等I冷却=1）（湿物料表面温度）td（等湿冷却=1）1，ttW（tas）td=1，t=tW（tas）=td,三、湿空气性质的求取 计算、查图1.总压一定,两个独立变量 确定一个状态点查图2.利用定义式计算,1、已知：P=101.33 kpa t=30，pw=2.33 kpa求：（1）H，HS，（2）将此湿空气加热到50，其湿度、相对湿度为多少？1kg干空气需加入热量多少？,解：（1）30时，H=0.622 pw/（P-pw）=0.6222.33/(101.33-2.33)=0.0146 kg/kg,30时，PS=4.25 kpa HS=0.622 pS/（P-pS）=0.6224.25/(101.33-4.25）=0.0272 kg/kg=pw/pS=2.33/4.25=0.548,（2）50时，PS=12.33 kpa H不变=pw/pS=2.33/12.33=0.189Q=IH50-IH30=(1.01+1.88H)t50+r0H-(1.01+1.88H)t30+r0H,=（1.01+1.88H）（50-30）=20.74 KJ,2、在101.33 kpa 压力下，测得 湿空气的露点为20，求此空气的湿度。解：20 下，PS=2.34 kpa HS=0.622 pS/（P-pS）=0.6222.34/(101.33-2.34）=0.0147 kg/kg 此时空气湿度 H=HS,3、湿空气在温度308K和总压1.52Mpa 下，已知其湿度为0.0023Kg水Kg绝干空气，则其比容H应为多少？解:H=(0.772+1.244H)(T/273)(1.013105/P）,=(0.772+1.2440.0023)(308/273)(1.013/15.2)=0.0583(3湿气K绝干空气）,确定状态点:1、已知：t=60,tw=45 求：H，I，td 解：tw=tas=45=100%相交，沿等焓线I与t=60相交的交点为状态点，由此点查所需值,2、已知：t=100，tas=35求：H，I，td 解：同1,3、已知:t=100,td=20 求：H，I，tw 解：td=20=100%相交,沿等湿线H与t=100相交的交点为状态点，由此点查所需值,4、已知：t=30，H=0.024求：I，tw，td，Pw解：t，H 的交点为状态点,5、已知：Pw=1kpa,t=50求：H，解：Pw H，沿等湿线向上交t=50 为状态点,6、已知：I，tw 能否确定状态点？7、已知：H，td 能否确定状态点？,t升高，P不变，pw不变，H不变，减小，表明湿空气接纳水汽的能力增强。,第三次课作业6、思考题：7、8,提问：1、空气预热时，其H和如何变化？2、=99.8%时，四个温度的关系？3、=100%呢？4、t=50，td=30能否确定状态点？5、t=50，tw=35能否确定状态点？6、H=0.02，pw=3 kPa 能否确定状态点？,干燥是湿空气和湿物料之间的传热传质过程，所以讨论完湿空气的性质，接下来要讨论湿物料的性质，即：湿物料中的水是以何种方式与物料结合的。根据物料与水分结合状况可将物料中所含水分为：结合水与非结合水,只要有非结合水存在，物料中水的平衡蒸汽压Pe不变，总等于纯水的饱和蒸汽压Ps，（因为此时物料中含的水相当于纯水），非结合水除完，平衡蒸汽压Pe下降。测此曲线可知非结合水含量,用代替Pe，平衡曲线随温度变化较小。用实验方法直接测定困难，可利用平衡关系外推得到。不同物料平衡曲线不同,在一定t下，由实验测定的某物料平衡曲线，将该平衡曲线延长，与=100%相交，交点以下为该物料的结合水，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。交点以上为非结合水,其蒸汽压等于纯水的饱和蒸汽压。,根据物料在一定的干燥条件下，其中所含水分能否用对流干燥方法除去来划分，可分为：平衡水分 自由水分平衡水是指定空气状态下的干燥极限，推动力：Pe-Pw,例：晒衣服，阴天晒不干（平衡水含量高）,1.已知在常压及25下水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为：=100%时,x*=0.02 Kg水Kg绝干料；,=50%时,x*=0.008Kg水Kg绝干料；现该物料含水量为0.25Kg水Kg绝干料,令其与25,=50%的空气接触,则该物料的：自由含水量为Kg水Kg绝干料,结合水含量为 Kg水Kg绝干料,非结合水的含量为 Kg水Kg绝干料。,2、木材与t=25，=0.6的湿空气接触，由平衡曲线查得X*=0.117kg水/kg干若：木材的含水量为X=0.3，是什么过程？推动力？,木材的含水量为X=0.1，是什么过程？推动力？,固体物料的干燥机理：水分自内向外扩散与表面汽化，二者同时进行。受物料结构、性质、湿度等条件和干燥介质的影响，一些物料中水分表面汽化速率小于内部扩散速率，称表面汽化控制；,另一些物料中水分表面汽化速率大于内部扩散速率，称内部扩散控制。而内部扩散控制与表面汽化控制两者速率相等的情况则很少。,一、表面汽化控制 如纸、皮革等，其内部水能迅速地达到物料表面，因此为表面汽化控制。只要物料表面潮湿，其温度为 空气的湿球温度。此类干燥操作，完全由周围干燥介质的情况而定。,二、内部扩散控制 如木材、陶土等，表面干燥后内部水不能及时扩散到表面，因此蒸发表面向内移动。这种情况，必须设法增加内部扩散速率，或降低表面的汽化速率。,例如，在木材干燥中，常采用湿空气为干燥介质，否则木材表面干燥而内部潮湿，将引起因表面干燥收缩而发生拗曲或开列的现象。,已知：湿空气的总压为101.3kPa，=50%，t=20。试用I-H图求解：（1）水气分压pw；（2）湿度H；（3）焓I；（4）露点td；,（5）湿球温度tW；（6）如将含500kg/h干空气的湿空气 预热至117，求所需热量Q解：见图,第三次课小结,第四次课作业：7、8、了解了干燥过程的方向及极限下面讨论过程的速率动力学,例：1、等速干燥阶段，在给定的空气条件下，对干燥速率正确的判断是：()()干燥速率随物料种类不同而有极大的差异；()干燥速率随物料种类不同而有较大的差异；,()各种不同物料的干燥速率实质上是相同的；()不一定。,P247 例14-4 注意含水量表示方法差别例、湿物料经过七小时的干燥，含水量由28.6降至7.4%。若在同样操作条件下，由28.6干燥至4.8需要多少时间？（以上均为湿基）。,已知：物料临界含水量XC0.15（干基）平衡含水量X*0.04（干基）设：降速阶段中的干燥速度 为 NAXX 该段干燥速率曲线为直线。,解:X1=W1/(1-W1)=0.286/(1-0.286)=0.4 X2=0.074/(1-0.074)=0.08 X2=0.048/(1-0.048)=0.05,X临=0.15 X2 XC干燥分恒速与降速两阶段恒速段所需时间1，二种情况降速阶段所需时间各为2，2（以上 X 都没去掉平衡水，代公式时要去掉）,1=(Gc/ANA恒)（X1-XC）2=(GcXC/ANA恒)ln（XC/X2）1+2=7=(Gc/ANA恒)（X1-XC）+(GcXC/ANA恒)ln（XC/X2)=(Gc/ANA恒)X1-XC+XCln(XC/X2),解得:(Gc/ANA恒)=19.371=4.84小时，2=2.16小时2=5.12小时，1+2=9.96小时,P246 例14-3,第四次课小结：1、临界水：恒速干燥、降速干燥分界点2、恒速干燥时间：1=（Gc/ANA恒)（X1-XC）,3、降速干燥时间：2=(Gc/ANA恒)XCln(XC/X2)K=NA恒/XC其他教材：2=(Gc/ANA)(XC-X*)ln(XC-X*)/(X2-X*)K=NA恒/（XC-X*）,第五次课作业：9、10,对干燥过程进行 热量衡算与物料衡算，可确定：空气用量V（选风机），计算除水量W，分析干燥过程热效率（设计干燥器）,3.5实际干燥过程:非等焓过程两种情况：1、出口气体的焓低于进口：（I2I1）若规定气体出口温度与等焓过程相同，则焓必小于等焓过程（干燥过程有热损失，或补充热量不足）,2、出口气体的焓高于进口：（I2I1）若规定气体出口温度与等焓过程相同，则焓必大于等焓过程（干燥过程补充较多热量）,P251，例14-5P252，例14-6,对干燥器做物料衡算:V（H2-H1）=GC（X1-X2）=W V：绝干空气流量，kg干气/hGC：绝干料量W：干燥过程中除掉的水量,GC=G1(1-w1)=G2(1-w2)W=G1-G2=G1-G1(1-w1)/(1-w2)=G1(w1-w2)/(1-w2)=G2(w1-w2)/(1-w1),例、在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理物料量为1000 kg，经干后燥物料的含水量由40%减至5%(均为湿基)以热空气为干燥介质,初始湿度H1为：0.009 kg水/kg绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039 kg水/kg绝干气,假定干燥过程中无物料损失,试求：1)水分蒸发量W（kg水/h）2)空气消耗量V(kg绝干气/h)原湿空气消耗量V(kg原空气/h）3）干燥产品量G2（kg/h）,解：（1）X1=w1/（1-w1）=0.667 kg水/kg绝干料X2=w2/（1-w2）=0.053 kg水/kg绝干料GC=G1(1-w1)=1000(1-0.4)=600kg干料/h,W=GC（X1-X2）=600（0.667-0.053）=368.4 kg水/h（2）V=W/（H2-H1）=368.4/（0.039-0.009）=12280 kg绝干气/h,V=V（1+H1）=12280（1+0.009）=12390.5 kg原空气/h（3）G2=G1-W=1000-368.4=631.6 kg/h,填空1、在1atm下，不饱和空气-水体系，若t，则：H-，-，tW-，td-，IH-.（不变,不变,）,2、物料的平衡水一定是-。（C）A：非结合水；B：自由水；C：结合水；D：临界水。,3、恒定干燥条件是指空气 的-、-、-、及-都不变。（t、或H、u及与物料的接触方式）,4、总压一定，t一定，td增加，则pw-，-，I-，tw-。（，）,5、湿度为0.002，温度为20的湿空气，经预热器预热至70，送入干燥器用于干燥湿物料，经等焓过程，干燥器出口废气温度为50。试在焓湿图中定性画出此过程。,双转筒干燥器,卧式多室沸腾床干燥器,带式干燥器,干燥总结一、湿空气性质：1、记住定义式；2、I-H图形状,每条线的意义3、利用已知的两个独立变量确定状态点找出相关的其他未知量，描述过程变化。,二、水的性质1、搞清几个水分含量的定义；2、记住临界水的定义，与结合水比较；,3、了解不同干燥阶段除去的是什么水。三、物料衡算 求蒸发的水和空气用量四、热量衡算 重点掌握等焓过程，求出口空气状态,五、干燥时间计算1=（Gc/ANA恒)（X1-XC）2=（Gc/ANA恒)XC ln（XC/X2）NA恒=K XC,