《化工原理》 Principles of chemical Engineering
《化工原理》 Principles of Chemical Engineering
第十二章干燥 Chapter 12 Drying
第十二章 干 燥 Chapter 12 Drying
概( 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 千燥—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,然后再通过加热把杋械方法无法脱除的湿份干燥掉, 以降低除湿的成本。 千燥分类 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 分的连续对流千燥过程
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
对流干燥过程原理 温度为1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 y( 带走。 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, 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
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
对流干燥过程实质 干燥过程 热空 热量 湿物 表面 内部 气流 传递 料表 与内 水分 过湿 到湿 面水 部出 扩散 物料 物料 分 现水 到表 表面 表面 化并 分浓 面 传热过程 被带 度差传质过程 走 传质过程 千燥过程推动力 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
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
干燥过程基本问题 除水分量 空气消耗量物料衡算 干燥产品量 涉及湿空气的性质 热量消耗 能量衡算 干燥时间一—涉及干燥速率和水在 气固相的平衡关系 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)湿气体的性质及在千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)千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千燥过程
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
第一节温气体的热力学性质 湿空气:指绝干空气与水蒸汽的混合物。在干燥过程中 随看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 lkg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(kNm2),即P空气与P水之 和。千燥过程中系统总压基本上恒定不变。且 H,O H. P干空气千空气 千燥操作通常在常压下进行,常压千燥的系统总压接近 大气压力,热敏性物料的千燥一般在减压下操作
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/m2），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 n 干空气 n p pH2 O H2 O =
1.湿份的表示方法 绝对度(度)H( Hunidity 湿空气中水气的质量与绝干空气的质量之比。若湿份蒸 和绝干空气的摩尔数(nng)和摩尔质量(M,M) nM M H n M gg MP-pKg水蒸汽/kg绝干空气 对于空气-水蒸气系统 M=18.02kg/kmol, M92896 kg/kmol H=0.622P P-p 总压一定时,湿空气的湿度只与水蒸汽的分压有关。 当p=p时,湿度称为饱和湿度,以H表示。 H.=062、p P-p
1.湿份的表示方法 对于空气-水蒸气系统： Mw =18.02kg/kmol，Mg =28.96 kg/kmol P p p M M n M n M H g v g g v v − = = P p p H − = 0.622 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 (nw , ng ) 和摩尔质量 (Mw , Mg ) 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=ps时，湿度称为饱和湿度，以Hs表示。 s s s P p p H − = 0.622
相对强度( 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)。 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之比的百分数。 Q=×100 φn值说明湿空气偏离饱和空气或绝干空气的程度,q值越小 吸湿能力越大; q=0,p=0时,表示湿空气中不含水分,为绝干空气。 q=1,P→p,时,表示湿空气被水汽所饱和,不能再吸湿。 对于空气-水系统 H=0.6229p
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=ps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% ps p s s P p p H − = 0.622 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 ps 之比的百分数
相对度( Relative humidity) >若t若t>总压下湿空气的沸点,湿份p、>P,最大(空气 全为水汽)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。 H=0.622p op=f(H, t) P-op P随温度的升高而增加,H不变提高t,g,气体的吸 湿能力增加,故空气用作千燥介质应先预热。 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
相对湿度（Relative humidity） ➢ 若 t 总压下湿空气的沸点，湿份 ps > P，最大 (空气 全为水汽) 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 − = 0.622