第七章固体干燥.ppt

《第七章固体干燥.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第七章固体干燥.ppt（58页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、2019/4/7,1,第七章 固体干燥,第一节 概述,第二节 湿空气的性质与湿度图,第五节 干燥设备,第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算,第四节 物料的平衡含水量与干燥速率,2019/4/7,2,第一节 概述,一、 固体物料去湿方法,二、 湿物料的干燥方法,三、 对流干燥过程的传热与传质,2019/4/7,3,去湿: 湿分从物料中去除的过程。,去湿的方法:,机械去湿,去湿目的: 1）工艺要求；2）贮存；3）运输。,物理去湿,加热去湿（干燥）,一、 固体物料去湿方法,二、 湿物料的干燥方法,（1）热传导干燥法,2019/4/7,4,（2）对流传热干燥法,（3）红外线辐射干燥法,（4）微波加热干

2、燥法,（5）冷冻干燥法,干燥过程的分类：,常压干燥 真空干燥,2019/4/7,5,连续式 间歇式,传导干燥（间接加热干燥） 对流干燥（直接加热干燥） 辐射干燥 介电加热干燥,2019/4/7,6,1.传热、传质同时，但方向相反； 2.介质是热载体，有是湿载体。,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。,三、对流干燥过程 的传热与传质,H,t,Q,W,ti,p,pi,M,干燥过程进行必要条件： 1.物料表面水汽压力大于干燥介质 中水汽分压； 2.干燥介质要将汽化的水分及时带走。,2019/4/7,7,第二节 湿空气的性质

3、与湿度图,一、 湿空气的性质,二、湿空气的湿度图及其应用,2019/4/7,8,一、 湿空气的性质,（一）湿空气中湿含量的表示方法,1. 湿空气中水汽分压pV,2. 相对湿度 定义：一定T、P，pV与同温度下pS之比的百分数。,2019/4/7,9,3. 湿度（湿含量）H 定义：1kg干空气所携带的水汽质量。,饱和空气， pV = ps， =1，不可作为干燥介质； 不饱和空气， pV ps ， 1，可作为干燥介质。,2019/4/7,10,当P为一定值时，,pV =ps时，H=Hs,即：,H与的关系： H 表示空气中水汽含量的绝对值，而反映湿空气水气含量的相对大小，不饱和程度，吸收水汽的能力，

4、 能力。,2019/4/7,11,（二）湿空气的比体积、比热容和焓,1. 湿空气的比体积H m3湿空气/kg干气 定义：1kg绝干空气为基准，湿空气的总体积。,2019/4/7,12,P一定，,2. 湿空气的比热容cH,定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水 汽升高温度1K所需的热量。 kJ/kg干气K,3. 湿空气的焓I kJ/kg干气,2019/4/7,13,定义：湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。,（三）湿空气的温度,t：是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。,1. 干球温度 t,2019/4/7,14,定义：一定压力，不饱和空气等湿降温至饱和的温度。,pS：td下的饱和

5、蒸汽压。,2. 露点 td,tw: 湿球温度计在空气中所达 到的平衡或稳定的温度。,3. 湿球温度 tw,气流,t,tw,2019/4/7,15,湿球温度计工作原理,物系一定，,空气水系统，u 5m/s ：,Q,N,对流传热,kH,气体 t, H,气膜,对流传质,液滴表面 tw , Hw,2019/4/7,16,2）饱和空气： tw= t；,3）不饱和空气： tw t 。,测定tw的意义：1）测定H ； 2）确定物料表面的温度。,4. 绝热饱和温度tas 定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。,2019/4/7,17,空气变化过程：1）t；2)H；3）I不变。,2019/4/7,18,tw 与ta

6、s 的关系：,tw ：大量空气与少量水接触，空气t、H的不变； tas ：大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。,tw 与 tas 数值上的差异取决于/kH 与cH两者之间的差别。,tw ：传热与传质速率均衡结果，属动平衡； tas ：热量衡算与物料衡算导出，属静平衡。,，,空气水体系：,2019/4/7,19,当空气为不饱和状态：t tw (tas) td； 当空气为饱和状态：t = tw (tas) = td。,P一定，F=2，两个独立参数确定空气状态、性质。,二、湿空气的焓湿图及其应用,2019/4/7,20,（一）I-H图的构造,坐标；5根线。,等湿线,等焓线,等温线,p-H线,20

7、19/4/7,21,（二）焓湿图的应用,1.已知两个独立参数，定空气状态点，求其它性能参数,例1 已知t=30 ，=60% 求：H、td、 tas,A,H=0.016kg/kg干气,D,C,2019/4/7,22,例2 已知t、 tW ，定状态。,A,2019/4/7,23,例3 已知t、 td ，定状态。,A,2019/4/7,24,第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算,一、干燥过程的物料衡算,二、干燥过程的热量衡算,2019/4/7,25,（一）物料中含水量表示方法,（1）湿基含水量 w kg水/kg湿物料,一、干燥过程的物料衡算,（2）干基含水量 X kg水/kg干物料,2019/4/7

8、,26,（3）两者关系,（二） 物料衡算,湿物料 L1 , w1,干燥产品 L2 , w2,热空气 G , H1,湿废气体 G , H2,（1）干燥产品流量L2,（2）水分蒸发量 W,2019/4/7,27,（3）空气消耗量,2019/4/7,28,二、干燥过程的热量衡算,湿物料 L1 , X1 , 1, I1,干燥产品 L2 , X2 , 2, I2,热气体 G, H1, t1, I1,湿废气体 G, H2, t2, I2,湿气体 G, H0, t0, I0,Qp,QD,QL,预热器,干 燥 器,2019/4/7,29,（1）预热器的加热量,（2）干燥器的热量衡算,2019/4/7,30,第

9、四节 物料的平衡含水量,一、物料的干燥实验曲线,二、物料的平衡含水量曲线,三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间,2019/4/7,31,一、物料的干燥实验曲线,（一）干燥实验曲线,A,湿含量X,Xc,tw,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,干燥曲线： X 、与 的关系曲线。,空气温度 湿度 流速 与物料接触状况,恒定干燥条件：,2019/4/7,32,2.恒速干燥段：物料温度恒定在 tw，X 呈直线，气体传给物料热量全部用于湿份汽化。,1.预热段：物料升温，X变化不大。,3.降速干燥段：物料开始升温，X 变化减慢，气体传给物料的热量仅部分

10、用于湿份汽化，其余用于物料升温，当 X = X* ， = t。,（二）干燥过程的三阶段,2019/4/7,33,二、物料的平衡含水量曲线,（一）物料的平衡含水量曲线,平衡水分（X*）：,不能用干燥方法除去的水分。,X* = f（物料种类、空气性质）,吸水性弱的,小,2019/4/7,34,（二）自由水分与平衡水分,自由水分（XX*）:可用干燥方法除去的水分。,(三) 结合水分与非结合水分,结合水分 水与物料有结合力，pw ps。,非结合水分 水与物料无结合力， pw ps。,2019/4/7,35,1）结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，而与空气的状态无关，这是与平衡水分的主要区别。,2）

11、平衡水分是指定空气，干燥的极限， 与空气和物料有关，且一定是结合水分。,注意：,3）X低， 高，可能吸湿。,2019/4/7,36,三、恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间,干燥速率: 单位时间、单位干燥面积汽化水分量。,kg水/m2s,（一）间歇干燥过程和干燥速率曲线,2019/4/7,37,ABC段：恒速干燥阶段 AB段：预热段 BC段：恒速段 CDE段：降速干燥阶段,C点：临界点 XC：临界含水量 E点：平衡点 X*：平衡水分,2019/4/7,38,（二）恒速干燥阶段,kg水/m2s,恒速干燥速率,物料表面湿润，X Xc，汽化的是非结合水分。,2019/4/7,39,恒速干燥特点：,1.

12、 影响 u的主要因素：t、H、u、空气与物料接触方式,1. uuCconst.,2. 物料表面温度为tw；,3. 去除的水分为非结合水分；,4. uC干燥条件决定，表面汽化控制；,uC的来源：,（1） 由干燥速率曲线查得,2. 恒速阶段干燥时间计算,2019/4/7,40,（三）降速阶段,1. 影响 u的因素：,2. 降速阶段干燥时间计算,实际汽化表面减小（CD，除非结合、结合水分） 汽化面向内部移动（DE，除结合水分）,u因素：与物料性质、结构、尺寸、形状、堆积厚度有关，与空气状态关系不大。,2019/4/7,41,方法： （1）图解积分法,（2）解析计算法,X2,2019/4/7,42,总

13、干燥时间：,当X*=0时，,2019/4/7,43,（四）临界含水量 XC,1. 吸水性强的物料 XC吸水性弱的物料 XC 2. 物料层越薄、分散越细， XC 越低 3. 干燥条件：t,H,u。 uC 越大， XC 越高。,X,2019/4/7,44,二、 干燥的选用,第五节 干燥设备,一、 常用对流干燥器简介,2019/4/7,45,一、常用对流干燥器简介,（一）厢式干燥器(盘架式干燥器),小型的称为烘箱，大型的称为烘房，可同时处理多种物料。通常在常压或真空下间歇操作。厢内设有支架，湿物料放在矩形浅盘内，或悬挂在支架上(板状物料)，空气经加热器预热并均匀分配后，平行掠过物料表面，离开物料表面

14、的湿废气体，部分排空，部分循环，与新鲜空气混合后用作干燥介质。,2019/4/7,46,优点：结构简单，装卸灵活、方便，适应性强，适用于小批量、多品种物料的干燥； 缺点：分散差，劳动强度大，干燥时间长，设备体积大。,2019/4/7,47,（二）转筒式干燥器,主体:沿轴向装抄板圆筒,略倾斜，齿轮机构驱动作旋转运动；物料由转筒较高一端送，由较低端出，热风由转筒低端入，由高端出，气固两相呈逆流接触；随着圆筒旋转，物料被炒板抄起然后洒下，改善传热传质，提高干燥速率；物料湿含量较低，产品能承受高温，宜采用逆流干燥。物料湿含量较高、产品湿含量不是很低的场合宜采用并流干燥。,2019/4/7,48,特点:

15、,国内现有转筒干燥器的直径一般为0.5-3m，长度为2-27 m，长径比为4-10，物料在转筒内的装填量约为筒体容积的8-13%，物料沿转筒轴向前进的速度为0.01-0.08m/s，其停留时间一般为1h左右。,(1) 机械化程度较高，生产能力较大； (2) 干燥介质通过转筒的阻力较小； (3) 对物料的适应性较强，操作稳定方便，运行费用较低； (4) 装置比较笨重，金属耗材多，传动机构复杂，维修量较大； (5) 设备投资高，占地面积大。,2019/4/7,49,（三）流化床干燥器,加料口加入，热气体穿过流化床底部多孔分布板，形成许多小气流射入物料层。气速控制，形成沸腾状流化床。产品经床侧出料管

16、卸出，湿废气体由引风机从床层顶部抽出排空，旋风分离器分离所夹带少量细微粉。,单层流化床干燥器,2019/4/7,50,固体在每一层完全混合，但层与层之间不相混。改善了物料停留时间的分布，层数越多，产品湿含量愈均匀。国内使用五层流化床干燥涤纶切片，效果很好。 气固两相逆流流动，有利于降低产品的湿含量，且可使热量的利用更加充分。 多层流化床特别适合于产品湿含量较低、冷物料不能承受强烈干燥而干物料可以耐高温的场合。 多层床其结构复杂，气体的流动阻力也较大，因而限制了多层流化床的应用。,多层流化床干燥器,主要问题：控制物料顺利流至下一层的量，且不使气体沿溢流管短路跑掉。在应用中常因操作不当而不能正常生

17、产。,2019/4/7,51,卧式多室流化床干燥器,床为矩形截面，用挡板将床分为多个室，挡板与气体分布板间有间隙使物料逐室通过。最后一室通入冷空气。,特点：产品含水量均匀；各室气温和流量可调节，热量利用充分；物料和气体错流，流动阻力小，动力消耗少；最后一室冷却便于包装。,2019/4/7,52,（四）气流干燥器,特点： (1) 干燥速度快，两传热传质面积。热气体速度高, 相对速度很大，体积小。 (2) 并流，使用高温气体作为干燥介质不会烧坏物料。 (3) 时间短，气流干燥又称为快速干燥或闪蒸干燥，特别适合于热敏性物料干燥。 (4) 物料呈活塞流流动，干燥产品湿含量均匀。 (5) 结构简单，投资

18、少，占地面积小，操作方便，性能稳定，维修量小。,2019/4/7,53,问题： (1) 物料停留时间短，只适合于干燥非结合水分的干燥，故常被用作物料的预干燥； (2) 颗粒破碎现象比较严重，颗粒之间以及颗粒与器壁之间的碰撞与摩擦。故不适合于干燥晶形不允许破坏的物料； (3) 气固两相分离任务很重，固体产品的放空损失较大，粉料排空对环境造成一定污染； (4) 气固两相接触时间短，传热不充分，气体放空损失大，热效率较低； (5) 气体通过干燥系统的流动阻力较大，因而风机的动力消耗较高，故总能耗较高。,2019/4/7,54,（五）喷雾干燥器,用于干燥溶液、浆液或悬浮液。液状物料由雾化器喷成雾状细滴

19、并分散于热气流中，使水分迅速汽化而获得微粒状干燥产品。,雾滴直径为 3060m，每升料液 100600m2 的蒸发面积，需干燥时间很短（约为530s）。 特别适合于干燥热敏性物料，如牛奶、蛋制品、血浆、洗衣粉、抗菌素、酵母和染料等。,2019/4/7,55,雾化器,气流式雾化器：压缩空气在喷嘴处达到音速并形成很低的压力，抽送料液由喷嘴成雾状喷出。可制备粒径小于 5m 的微细颗粒，能处理粘度较大的料液，但动力消耗较大，装置的生产能力较小。,离心式雾化器：料液送入一高速旋转的装有放射形叶片的圆盘中央，在离心力作用下加速从周边呈雾状洒出。,操作简单，适应能力强，弹性大，粒径均匀。特别适合于固相含量较

20、高液体。干燥器直径较大，雾化器加工难度大，制造价格高。,2019/4/7,56,压力式雾化器：用泵将料液加压至 30-200atm 并通入喷嘴，喷嘴内有螺旋室，液体在其中高速旋转并从出口小孔处呈雾状喷出。,结构简单，造价低，动力消耗低。操作弹性小，产品粒径不均匀，喷嘴容易因腐蚀或磨损而影响喷雾质量。,2019/4/7,57,二、干燥器的选用,被干燥物料的特点：,形状： 有板状、块状、片状、针状、纤维状、粒 状、粉状，膏糊状甚至液状等； 结构： 多孔疏松型，紧密型； 耐热性：热敏性； 结块： 易粘结成块的湿物料在干燥过程中能逐步 分散，散粒性很好的湿物料在干燥过程中 可能会严重结块。,2019/4/7,58,对产品的要求：,干燥程度：脱除表面水分，结合水分甚至结晶水分。 要求的平均湿含量和干燥均匀性。 外观： 一定的晶型和光泽，不开裂变形等。,干燥器的基本要求：,保证干燥质量，干燥均匀，不发生变质，晶形完 整，不发生龟裂变形； (2) 速率快，时间短，小设备大生产； (3) 能耗低，热效率高，动力消耗低； (4) 工艺简单，设备投资小，操作稳定，控制灵活， 劳动条件好，污染环境小。,