《固體干燥參考》PPT課件.ppt

,固體干燥 Drying of Solids,重點(diǎn)：空氣的焓濕圖、干燥機(jī)理、干燥 曲線、干燥時(shí)間的計(jì)算； 難點(diǎn)：空氣的焓濕圖、干燥機(jī)理。,In general, drying a solid means the removal of relatively small amounts of water or other liquid from the solid material to reduce the content of residual liquid to an acceptably low value. Drying is usually the final step in a series of operations, and the product from a dryer is often ready for final packaging.,去濕的方法： 機(jī)械去濕法 物理化學(xué)去濕法 熱能去濕法 干燥 用加熱的方法使水分或其它溶劑汽化，并將產(chǎn)生的蒸氣排除，藉此來(lái)除去固體物料中濕分的操作。,干燥過(guò)程的分類 按操作壓力：常壓干燥、真空干燥 按操作方式：連續(xù)式、間歇式 按傳熱方式：傳導(dǎo)干燥、對(duì)流干燥、輻射干燥和介電加熱干燥，以及由其中兩種或三種方式組成的聯(lián)合干燥。 干燥過(guò)程進(jìn)行的條件：被干燥物料表面所產(chǎn)生水汽（或其它蒸汽）的壓力大于干燥介質(zhì)中水汽（或其它蒸汽）的分壓，壓差越大，干燥過(guò)程進(jìn)行越快。所以干燥介質(zhì)須及時(shí)將汽化的水汽帶走，以保持一定的汽化水的推動(dòng)力。,濕空氣的性質(zhì) 水蒸氣分壓pv 濕度(humidity),相對(duì)濕度,當(dāng)pv=0時(shí)，=0，表示濕空氣不含水分，即為絕干空氣。 當(dāng)pv=ps時(shí)，=1，表示濕空氣為飽和空氣。,濕空氣的比熱,在常用的溫度范圍內(nèi),濕空氣的焓,濕空氣的比容,絕熱飽和溫度,在空氣絕熱增濕過(guò)程中，空氣失去的是顯熱，而得到的是汽化水帶來(lái)的潛熱，空氣的溫度和濕度雖隨過(guò)程的進(jìn)行而變化，但其焓值不變。,對(duì)空氣水蒸氣系統(tǒng) ： 不飽和濕空氣： ttas（或tw）td 飽和的濕空氣： t tas（或tw） td,濕空氣的濕度圖 -焓濕圖 等濕度線(等H線) 等焓線(等I線) 等溫線(等t線) 等相對(duì)溫度線（等線） 水蒸汽分壓線,濕焓圖的說(shuō)明與應(yīng)用,A,E,D,F,B,C,tw,td,=1,H,p,I,干球溫度t、露點(diǎn)td、濕球溫度tw（或絕熱飽和溫度tas）都是由等t線確定的。,通常根據(jù)下述已知條件之一來(lái)確定濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)，已知條件是： （）濕空氣的干球溫度t和濕球溫度tw； （）濕空氣的干球溫度t和露點(diǎn)td ； （）濕空氣的干球溫度t和相對(duì)濕度。,0,H,A,=1,t,tw,I,1,2,3,0,H,A,=1,t,td,I,1,2,0,H,A,=1,t,I,3,1,2,干燥過(guò)程的計(jì)算內(nèi)容 水分蒸發(fā) 空氣用量 熱量 選擇適宜型號(hào)的鼓風(fēng)機(jī) 設(shè)計(jì)或選擇換熱器,注：工業(yè)上常采用濕基含水量。,物料含水量的表示方法,干基含水量,濕基含水量,水分蒸發(fā)量w 對(duì)連續(xù)干燥器作水分的物料衡算，以1s為基準(zhǔn)。,干空氣消耗量,比空氣用量 從濕物料中氣化1kg水分所需的干空氣量。,比空氣用量只與空氣的最初和最終濕度有關(guān)，而與干燥過(guò)程所經(jīng)歷的途徑無(wú)關(guān)。,濕空氣的消耗量,例：在一連續(xù)干燥器中，每小時(shí)處理濕物料1000kg，經(jīng)干燥后物料的含水量有10%降至2%（wb）。以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始濕度H1=0.008kg水/kg絕干氣，離開干燥器時(shí)濕度為H2=0.05 kg水/kg絕干氣，假設(shè)干燥過(guò)程中無(wú)物料損失，試求：水分蒸發(fā)量、空氣消耗量以及干燥產(chǎn)品量。 解：（1）水分蒸發(fā)量：將物料的濕基含水量換算為干基含水量，即,進(jìn)入干燥器的絕干物料為 G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg絕干料/h 水分蒸發(fā)量為 W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水/h,（2）空氣消耗量,原濕空氣的消耗量為： L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg濕空氣/h 單位空氣消耗量（比空氣用量）為：,（3）干燥產(chǎn)品量,預(yù)熱器的熱量衡算 若忽略預(yù)熱器的熱損失，以1s為基準(zhǔn)，則有,干燥器的熱量衡算,干燥系統(tǒng)消耗的總熱量,干燥系統(tǒng)的熱效率 定義：,蒸發(fā)水分所需的熱量為：Qv=w(2490+1.88t2)-4.1871w 若忽略濕物料中水分代入系統(tǒng)中的焓，則有,提高熱效率的措施： 使離開干燥器的空氣溫度降低，濕度增加（注意吸濕性物料）； 提高熱空氣進(jìn)口溫度（注意熱敏性物料）； 廢氣回收，利用其預(yù)熱冷空氣或冷物料； 注意干燥設(shè)備和管路的保溫隔熱，減少干燥系統(tǒng)的熱損失。,例：某糖廠的回轉(zhuǎn)干燥器的生產(chǎn)能力為4030kg/h（產(chǎn)品），濕糖含水量為1.27%，于310C進(jìn)入干燥器，離開干燥器時(shí)的溫度為360C ，含水量為0.18%，此時(shí)糖的比熱為1.26kJ/kg絕干料0C 。干燥用空氣的初始狀況為：干球溫度200C ，濕球溫度170C ，預(yù)熱至970C后進(jìn)入干燥室。空氣自干燥室排出時(shí)，干球溫度為400C ，濕球溫度為320C ，試求： （1）蒸發(fā)的水分量；（2）新鮮空氣用量；（3）預(yù)熱器蒸氣用量，加熱蒸氣壓為200kPa（絕壓）；（4）干燥器的熱損失，QD=0；（5）熱效率。,t0=200C tw0=170C,t1=970C,Qp,QD=0,G2=4030kg/h w2=0.18% 2=360C,t2=400C tw2=320C,1=310C w1=1.27%,QL,預(yù)熱器,干燥器,解：（1）水分蒸發(fā)量：將物料的濕基含水量換算為干基含水量，即,進(jìn)入干燥器的絕干物料為 G=G2（1-w2）=4030（1-0.18%）=4022.7kg絕干料/h 水分蒸發(fā)量為 W=G（X1-X2）=4022.7（0.0129-0.0018）=44.6kg水/h （2）新鮮空氣用量 首先計(jì)算絕干空氣消耗量。 由圖查得：當(dāng)t0=200C，tw0=170C時(shí)，H0=0.011kg水/kg絕干料； 當(dāng)t2=400C，tw2=320C時(shí)，H2=0.0265kg水/kg絕干料。,絕干空氣消耗量為：,新鮮空氣消耗量為： L=L（1+H0）=2877.4（1+0.011）=2909kg新鮮空氣/h,（3）預(yù)熱器中的蒸氣用量 查H-I圖，得I0=48kJ/kg干空氣；I1= 127kJ/kg干空氣； I2= 110kJ/kg干空氣 Qp=L(I1-I0)=2877.4（127-48）=2.27 105kJ /h 查飽和蒸氣壓表得：200kPa（絕壓）的飽和水蒸氣的潛熱為2204.6 kJ /kg， 故蒸氣消耗量為： 2.27 105/2204.6=103kg/h,（4）干燥器的熱損失,（5）熱效率 若忽略濕物料中水分帶入系統(tǒng)中的焓，則有,濕物料的性質(zhì) 濕物料的水分活度,水分活度不僅與物料的貯藏性有關(guān)，而且決定了干燥進(jìn)行的方向。 aw時(shí)，解吸水分（干燥）；,平衡水分和自由水分 平衡水分隨物料的種類及空氣的狀態(tài)（t， ）不同而異。 平衡水分代表物料在一定空氣狀況下可以干燥的限度。,結(jié)合水分與非結(jié)合水分 根據(jù)物料與水分結(jié)合力的狀況，可將物料中所含水分分為結(jié)合水分與非結(jié)合水分。 結(jié)合水分 (bound water) 籍化學(xué)力或物理化學(xué)力與物料相結(jié)合的，由于結(jié)合力強(qiáng)，其蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，致使干燥過(guò)程的傳質(zhì)推動(dòng)力降低，故除去結(jié)合水分較困難。 非結(jié)合水分 (unbound water) 物料中非結(jié)合水分與物料的結(jié)合力弱，其蒸汽壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓相同，干燥過(guò)程中除去非結(jié)合水分較容易。,注：物料的結(jié)合水分和非結(jié)合水分的劃分只取決于物料本身的性質(zhì)，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)無(wú)關(guān)；而平衡水分與自由水分則還取決于干燥介質(zhì)的狀態(tài)。干燥介質(zhì)狀態(tài)改變時(shí)，平衡水分和自由水分的數(shù)值將隨之改變。 物料的總水分、平衡水分、自由水分、結(jié)合水分、非結(jié)合水分之間的關(guān)系見圖示。,干燥機(jī)理 濕度梯度： 溫度梯度：熱導(dǎo)濕方向是從高溫到低溫。 以上兩種梯度導(dǎo)致的水分傳遞稱為內(nèi)部擴(kuò)散。 外部的傳質(zhì)推動(dòng)力：氣膜內(nèi)水蒸氣分壓與氣相主體中水蒸氣分壓之差。 造成該分壓的原因是： 對(duì)對(duì)流干燥，由于介質(zhì)的不斷流動(dòng)，帶走氣化的水分； 對(duì)真空干燥而言，則是氣化的水分被真空泵抽走。,表面汽化控制 要強(qiáng)化該階段的干燥速率，對(duì)對(duì)流干燥而言，提高空氣的溫度，降低相對(duì)濕度，改善空氣與物料的接觸和流動(dòng)情況，均有助于提高干燥速率。 內(nèi)部擴(kuò)散控制 要強(qiáng)化該階段的干燥速率，必須從改善內(nèi)部擴(kuò)散著手，如：減少物料厚度、使物料堆積疏松、攪拌或翻動(dòng)物料、采用微波干燥等。,干燥曲線與干燥速率曲線 干燥曲線：干燥過(guò)程中物料含水量X與干燥時(shí)間t、物料表面溫度的關(guān)系曲線。 干燥速率曲線：物料干燥速率u與物料含水量X的關(guān)系曲線。,A,B,C,D,E,X,表面溫度,干燥時(shí)間,A,B,C,D,E,A,B,C,D,E,X,U,干燥過(guò)程分為恒速干燥和降速干燥兩個(gè)階段。 恒速干燥階段： 除去的水分是非結(jié)合水； 屬于表面汽化控制階段； 物料表面的溫度始終保持為空氣的濕球溫度； 干燥速率的大小，主要取決于空氣的性質(zhì)，而與濕 物料的性質(zhì)關(guān)系很小。,恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算 恒速干燥階段,降速干燥階段,圖解積分法 近似計(jì)算法,干燥設(shè)備 干燥器的分類 按操作壓強(qiáng)分：常壓干燥器、真空干燥器； 按操作方式分：連續(xù)式、間歇式； 按供熱方式分：對(duì)流干燥器、傳導(dǎo)干燥器、輻射干燥器、 介電加熱干燥器； 按介質(zhì)和物料的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向分：并流、逆流、錯(cuò)流干燥器；,濕物料,氣流式干燥系統(tǒng),干燥管,流化床式干燥器,多室式流化床干燥器,噴動(dòng)床干燥器,干物料,噴動(dòng)床干燥器,濕物料,噴霧干燥器（spray dryer） 原理：用噴霧器將稀料液噴成細(xì)霧滴分散于熱氣流中，使水分迅速蒸發(fā)而達(dá)到干燥的目的。通常霧滴直徑為1060um，每升溶液具有100600m2的蒸發(fā)面積。 噴霧器的類型：離心噴霧器、壓力噴霧器、氣流噴霧器。 優(yōu)點(diǎn)：干燥時(shí)間短，適于熱敏性物料；所得產(chǎn)品為空心顆粒，溶解性好，質(zhì)量高；操作穩(wěn)定；能連續(xù)、自動(dòng)化生產(chǎn)；由料液直接獲得粉末產(chǎn)品，省去了蒸發(fā)、結(jié)晶、分離和粉碎操作。 缺點(diǎn)：體積傳熱系數(shù)低；設(shè)備體積龐大；操作彈性較小，熱利用律低、能耗大。,轉(zhuǎn)筒干燥器（回轉(zhuǎn)式干燥器） 主要部件： 轉(zhuǎn)筒：呈傾斜狀，在旋轉(zhuǎn)時(shí)，借助重力的作用使物料向低端輸送。 抄板：將物料抄起后再灑下，增大干燥面積，提高干燥速率；同時(shí)促進(jìn)物料向前運(yùn)動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn)：處理量大，適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)能力大，操作控制方便，干燥時(shí)間可藉調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速來(lái)控制，產(chǎn)品質(zhì)量均勻。 缺點(diǎn)：設(shè)備笨重，熱利用率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大。,滾筒式干燥器 間接加熱的連續(xù)干燥器，適用于溶液、懸浮液、膠體溶液等流動(dòng)性物料的干燥。,滾筒式干燥器,優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)力消耗少，干燥時(shí)間和干燥強(qiáng)度易調(diào)節(jié)。,Humidity,H is the mass of vapor carried by a unit mass of vapor-free gas. So defined, humidity depends only on the partial pressure of the vapor in the mixture when the total pressure is fixed. If the partial pressure of the vapor is PA atm, the molal ratio of vapor to gas at 1 atm is PA /(P - PA ). The humidity is therefore,where MA and