第十二章干燥 Chapter 12 Drying
第十二章 干 燥 Chapter 12 Drying
畅述( ntroduction) 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。 例如 制盐工业中,在过饱和的氯化钠溶液中生成的食盐晶粒; 囫塑料工业中,氯乙烯单体在水相中聚合制成的塑料颗粒。 国除湿方法:机械脱水(沉降或过滤);干燥(加热使湿份汽化) 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 然后再通过加热把杋械方法无法脱除的湿份干燥掉,以降低 除湿的成本。 干燥方法的分类:根据加热方法可分为传导干燥、对流千 燥和辐射干燥
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。 例如： 制盐工业中，在过饱和的氯化钠溶液中生成的食盐晶粒； 塑料工业中，氯乙烯单体在水相中聚合制成的塑料颗粒。 除湿方法：机械脱水 (沉降或过滤)；干燥 (加热使湿份汽化) 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。 干燥方法的分类：根据加热方法可分为传导干燥、对流干 燥和辐射干燥
对流干燥过程举例 化工生产中最常用的是对流干燥。 对流干燥器:空气通过送风机吹入 空气预热器,预热后的热空气送入 气流干燥管,湿料由螺旋加料器推 入干燥器并分散于热气流中,受 流的输送并进行干燥,干燥产品通 过旋风分离器从气流中分离出来 干品 国湿废气体由引风机抽出排空。 1-鼓风机;2-预热器; 3-气流千燥管;4-加料斗; 5-螺旋加料器;6-旋风分离器; 7-卸料阀;8-引风机
对流干燥过程举例 对流干燥器：空气通过送风机吹入 空气预热器，预热后的热空气送入 气流干燥管，湿料由螺旋加料器推 入干燥器并分散于热气流中，受气 流的输送并进行干燥，干燥产品通 过旋风分离器从气流中分离出来， 湿废气体由引风机抽出排空。 1-鼓风机；2-预热器； 3-气流干燥管；4-加料斗； 5-螺旋加料器；6-旋风分离器； 7-卸料阀；8-引风机。 1 7 6 5 4 3 2 8 干品 化工生产中最常用的是对流干燥
对流干燥过程原理 温度为(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1低于气体温度t 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。 y( W 干燥是热、质同肘传递的过程 千燥介质:用来传递热量(载热体) 和湿份(载湿体)的介质。 注意:只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压,千燥 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
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 pi M 干燥是热、质同时传递的过程
干燥过程的基本问题 (1)干燥介质用量的确定; (2)干燥条件的优化; (3)千燥速率的强化; (4)干燥方法的合理选择。 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千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
干燥过程的基本问题 (1) 干燥介质用量的确定； (2) 干燥条件的优化； (3) 干燥速率的强化； (4) 干燥方法的合理选择。 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
气体的性质 湿气体:绝干气体与湿份蒸汽的混合物,其性质与湿份蒸汽 的数量有关。 在千燥过程中,随着物料中湿份的汽化,气体中湿份蒸汽的 含量在不断增加,但绝千气体的量保持不变。 湿气体的干球温度和总压 国干球温度t:湿气体的真实温度,简称温度(℃或K)。将 温度计直接插在湿气体中即可测量。 事系统总压P:即湿气体的总压(KNm2)。干燥过程中系统 总压基本上恒定不变。 千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
湿气体的性质 湿气体：绝干气体与湿份蒸汽的混合物，其性质与湿份蒸汽 的数量有关。 在干燥过程中，随着物料中湿份的汽化，气体中湿份蒸汽的 含量在不断增加，但绝干气体的量保持不变。 干球温度 t ：湿气体的真实温度，简称温度（℃ 或 K）。将 温度计直接插在湿气体中即可测量。 系统总压 P ：即湿气体的总压（kN/m2）。干燥过程中系统 总压基本上恒定不变。 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。 湿气体的干球温度和总压
湿份的表示方法 份分压( Moisture partial pressure) 湿气体中湿份蒸汽的压力,用p表示(kN/m2) 当气体为湿份蒸汽所饱和时,湿份分压达到最大值,即系统 温度下湿份的饱和蒸汽压。 绝对度(遥度)H( Humidity) 囫湿气体中湿份蒸汽的质量与绝干气体的质量之比。若湿份蒸 属汽和绝干气体的摩尔数(nn3)和摩尔质量(Mn,M) MM M P kg湿份蒸汽/kg绝干气体 g 对于空气-水系统 H=0.622 M=18.02kg/kmol, M:=28.96 kg/kmol 总压一定时,气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关
湿份的表示方法 湿气体中湿份蒸汽的压力，用 p 表示（kN/m2 ）； 当气体为湿份蒸汽所饱和时，湿份分压达到最大值，即系统 温度下湿份的饱和蒸汽压。 对于空气-水系统： Mw =18.02kg/kmol，Mg =28.96 kg/kmol P p p M M n M n M H g w g g w w − = = P p p H − = 0.622 湿份分压（Moisture partial pressure） 湿气体中湿份蒸汽的质量与绝干气体的质量之比。若湿份蒸 汽和绝干气体的摩尔数 (nw , ng ) 和摩尔质量 (Mw , Mg ) 绝对湿度(湿度) H（Humidity） 总压一定时，气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。 kg湿份蒸汽/kg绝干气体
相递度( Relative humidity) 湿度只表示湿气体中所含湿份的绝对数,不能反映气体偏离 饱和状态的程度(气体的吸湿潜力)。 相对湿度:一定的系统总压和温度下,气体中湿份蒸汽的分 压P与系统温度下湿份的饱和蒸汽压P,之比。 ×100 国!φ值越低,气体偏离饱和的程度越远,吸湿潜力越大 φ=100%时,p=3,气体被湿份蒸汽所饱和,不能再吸湿 对于空气水系统:H=062 pp P-op
相对湿度（Relative humidity） 湿度只表示湿气体中所含湿份的绝对数，不能反映气体偏离 饱和状态的程度（气体的吸湿潜力）。 相对湿度：一定的系统总压和温度下，气体中湿份蒸汽的分 压 p 与系统温度下湿份的饱和蒸汽压 ps 之比。 值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大； =100% 时，p=ps，气体被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。 对于空气-水系统： = 100% ps p s s P p p H − = 0.622
相对说度( Relative humidity >若t若t>总压下湿份的沸点,湿份P>P,最大(气体全为湿 份蒸汽)湿份的临界温度,气体中的湿份已是真实气体,此 时φ≡0,理论上吸湿能力不受限制。 动湿份为水时,可按下式由系统温度计算饱和蒸汽压 3991.11 exp18.5916 15 t+233.84 =f(H,D)。p随温度的升高而增加,H不变提高t,l, 气体的吸湿能力增加,故气体用作干燥介质应预热。 H不变而降低t,Q个,气体趋近饱和状态。当气体达到饱和 状态(露点)而继续冷却时,气体中的湿份将呈液态析出
相对湿度（Relative humidity） ➢ 若 t 总压下湿份的沸点，湿份 ps > P，最大 (气体全为湿 份蒸汽) 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)。 ps随温度的升高而增加，H 不变提高 t， ， 气体的吸湿能力增加，故气体用作干燥介质应预热。 H 不变而降低 t，，气体趋近饱和状态。当气体达到饱和 状态(露点)而继续冷却时，气体中的湿份将呈液态析出。 + = − 233.84 3991.11 exp 18.5916 15 2 t ps 湿份为水时，可按下式由系统温度 t 计算饱和蒸汽压
湿地容( Humid volume)或干基递地容(m/kg绝干气体) lkg绝干气体及所含湿份蒸汽所具有的体积 H T+273101.325 ×22.4 2918 273 P=(0.287+0462H)+273 常压下(P=101325kN/m2):V=(0002835+00457)+273) 湿热/( Humid heat)或千基比热J(g绝干气体 国1kg绝干气体及所含湿份蒸汽温度升高℃所需要的热量 H C×1+C.×H 式中 绝干气体的比热,J(kg绝干气体℃) 湿份蒸汽的比热,J(kg湿份蒸汽·℃)。 对于空气水系统 g=1.005kJ/(kg℃),c=184kJ(kg℃)[n=1005+184
湿比容H (Humid volume) 或干基湿比容 (m3 /kg绝干气体) 1kg 绝干气体及所含湿份蒸汽所具有的体积 常压下(P=1013.25kN/m2 ) ： P t H P H T vH 273 (0.287 0.462 ) 101.325 273 273 22.4 29 18 1 + = + + = + v = (0.002835+0.004557H)(t + 273) H 湿比热cH (Humid heat)或干基湿比热J/(kg绝干气体· ℃) 1kg 绝干气体及所含湿份蒸汽温度升高1℃所需要的热量 cH = cg 1+ cv H cH =1.005+1.884H 式中：cg — 绝干气体的比热，J/(kg绝干气体·℃)； cv — 湿份蒸汽的比热，J/(kg湿份蒸汽·℃) 。 对于空气-水系统： cg =1.005 kJ/(kg·℃)，cv =1.884 kJ/(kg·℃)