干燥過程及設(shè)備.doc

第四章 干燥過程及設(shè)備干燥: 用加熱蒸發(fā)的方法除去物料中的部分物理水分的過程第一節(jié) 概 述n 濕物料置于空氣中時(shí)，若其表面的水蒸氣分壓大于空氣中水蒸氣的分壓，則物料表面的水蒸氣就會(huì)向空氣中擴(kuò)散外擴(kuò)散。n 物料表面的水蒸氣向空氣中擴(kuò)散后，物料內(nèi)部與表面的水分濃度出現(xiàn)差別（內(nèi)外），則內(nèi)水分向表面擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散。干燥方法n 在硅酸鹽工業(yè)中，常用對(duì)流加熱，加熱介質(zhì)為熱空氣或熱煙氣。第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)n 用熱空氣或熱煙氣干燥濕物料時(shí)，濕物料表面蒸發(fā)的水蒸氣進(jìn)入熱空氣或熱煙氣中；熱空氣中含有水蒸氣而成為濕空氣。因而濕空氣的性質(zhì)對(duì)干燥有很大的影響，因此，研究干燥必須研究濕空氣的性質(zhì)。一、干空氣和水蒸氣的分壓n 濕空氣是干空氣和水蒸氣的混合物。濕空氣的總壓力為p =干空氣pa+水蒸氣的分壓為pw 而： pa=aRaT pw=wRwTn Ra=287.1kJ/kg.K，Rw=462kJ/kg.K。二、空氣的濕度濕空氣中水蒸氣的含量。 三種表示方法1、絕對(duì)濕度（ah） ： 定義：?jiǎn)挝惑w積的濕空氣中所含有的水蒸氣的質(zhì)量。單位：kg/m3濕空氣。表達(dá)式：n 空氣中水蒸氣的含量不可能無限多，當(dāng)ah超過某一限度時(shí)，便有部分水蒸氣凝結(jié)成水而析出。n 含有最大水蒸氣量的空氣稱為飽和空氣，相應(yīng)的水蒸氣分壓力稱為飽和蒸氣壓，用psw表示，飽和空氣的絕對(duì)濕度用sw表示，則 psw值在書上p338表6-12、相對(duì)濕度（） ：定義：濕空氣的絕對(duì)濕度與同溫度同總壓下飽和空氣的 絕對(duì)濕度之比。表達(dá)式：相對(duì)濕度表示濕空氣的飽和程度，它反映空氣作為干燥介質(zhì)時(shí)所具有的干燥能力 =0，為干空氣； =100%，為飽和濕空氣。 越大，表示濕空氣的吸濕能力越小。3、濕含量(x或H） 定義： 1kg干空氣中所含的水蒸氣質(zhì)量稱為濕空氣的濕含量。單位：kg水蒸氣/kg干空氣n 物料在空氣中干燥時(shí)，空氣的濕度逐漸增大，水分逐漸增多，但干空氣的質(zhì)量卻保持不變，因此，在干燥過程中，常用1kg干空氣作為計(jì)算基準(zhǔn)。三、濕空氣的密度和比容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量濕空氣的體積。密度比容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量濕空氣的體積。四、濕空氣的焓（熱含量）（I）定義：濕空氣中的干空氣的熱含量與水蒸氣的熱含 量之和n 基準(zhǔn)：1kg 干空氣，0。n 每千克干空氣熱含量： Ia=cat（kJ/kg干空氣）n 每千克水蒸氣熱含量： Iw=cwt+2490 （kJ/kg水蒸氣）n 濕空氣的焓:I=cat+（cwt+2490）x=（ca+cwx）t+2490x（kJ/kg干空氣）其中: 200以下：Ca1.01kJ/kg , cw=1.88 kJ/kg 2490（kJ/kg水蒸氣）為水在0時(shí)的汽化潛熱。n 在干燥過程中，通常是利用濕空氣的顯熱部分五、濕空氣的溫度參數(shù)四個(gè)溫度參數(shù)1.干球溫度(t ):濕空氣的實(shí)際溫度2.濕球溫度(tw):在溫度計(jì)的溫包上裹以濕紗布，紗布的一端浸入水中，平衡狀態(tài)下該溫度計(jì)所指示溫度。干濕球溫度計(jì)工作原理： n 濕紗布表面處的空氣濕度xw比空氣主流中的濕度x大，則水汽由紗布向空氣中擴(kuò)散，導(dǎo)致濕紗布表面的水分不斷汽化。n 汽化水分所需要的汽化潛熱，首先來自濕紗布，使其溫度下降（即濕球溫度計(jì)的讀數(shù)下降），從而使氣流與紗布之間產(chǎn)生溫差，紗布將從空氣中獲得熱量供水份蒸發(fā)。n 當(dāng)空氣向濕紗布的傳熱速率等于水分汽化耗熱的速率時(shí)，濕球溫度計(jì)的讀數(shù)維持不變，此時(shí)的溫度為濕球溫度tw。n注：相對(duì)濕度通常用干濕球溫度計(jì)來衡量3、露點(diǎn)（td ）：定義： 未飽和的濕空氣在濕含量x不變的情況下，冷卻達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度。若露點(diǎn)時(shí)的飽和蒸汽壓為pd，即此時(shí)濕空氣中蒸汽壓為pd則空氣中的濕含量為：即：4、絕熱飽和溫度（tac）理論濕球溫度定義：在絕熱的條件下，空氣達(dá)到飽和時(shí)所顯示的溫度。p 不飽和空氣進(jìn)入到飽和絕熱容器內(nèi)，容器內(nèi)的水分蒸發(fā)到不飽和氣體中，不飽和氣體的濕含量增加（xacx)p 水分蒸發(fā)需要熱量來源于不飽和氣體，使其溫度降低到飽和水的溫度tac（tact)p 水分蒸發(fā)需要熱量又被以濕含量的形式帶入飽和氣體，所以該過程近似為等熱焓過程(Iac=I）表明絕熱飽和溫度是空氣在焓不變的情況下增濕冷卻而達(dá)到的飽和溫度實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于水空氣系統(tǒng)，在一定溫度和濕度下，tas=tw幾點(diǎn)說明：n 若空氣為飽和濕空氣（=1），則t=tw=td；n 若空氣為不飽和濕空氣（twtd。n 越小，離飽和狀態(tài)越遠(yuǎn)，空氣流經(jīng)濕布時(shí)的汽化水分越多，則空氣與水之間溫差越大，即tw越低。n 與空氣的溫度有關(guān)，即：=f（t，tw）n 若已知t，tw，則可以查表求取。 例題：6-1第二節(jié)濕空氣的濕度圖（I-x圖）及應(yīng)用濕度圖（I-x圖）:在坐標(biāo)圖上表征濕空氣性質(zhì)的各參數(shù)間的關(guān)系常用的濕空氣參數(shù): 水蒸氣的分壓為pw, 相對(duì)濕度、干球溫度t、濕球溫度twb、熱含量I、濕含量x一I-x圖組成：以濕含量x為橫坐標(biāo)， 熱含量I為縱坐標(biāo)1、等濕含量線（等x線）平行于縱軸的直線。2、等熱含量線（等I線） 平行于斜橫軸oH(與ox軸成45角)的直線。3、等干球溫度線（等t線）I=(ca+cwx)t+2490x = =cat+(cwt+2490)x （kJ/kg干空氣） 等t線為斜率（正）和截距均不同的一組直線， 4、等相對(duì)濕度線（等線）u 在總壓p和相對(duì)濕度一定時(shí)， x 僅與ps有關(guān)，即：x =f(t)u 任選一t值，可得到相應(yīng)的一x值，u 選不同t值，得到相應(yīng)的不同x值。u 連接這些點(diǎn)得到一簇向上凸的曲線。在沸點(diǎn)處（對(duì)應(yīng)的總壓為99.3kPa，飽和溫度為99.4），ps=p，此時(shí)，=x/(0.622+x)，則x不變，也不變，曲線向上折變?yōu)橹本€。5、水蒸氣的分壓線n 總壓p一定時(shí)，pw隨x而略向上微凸，pw的數(shù)值投影于右側(cè)。6、等濕球溫度線（等twb線）n 對(duì)于水空氣系統(tǒng)，twb = tac。n 該線的特征：過飽和點(diǎn)（tacxac）位于=100%的線上； 斜率與等x線基本相同（溫度較低時(shí)，二者斜率認(rèn)為相同；溫度較高時(shí)，等tw線的斜率略小于等I線斜率，在圖中用虛線表示）。 在空氣的溫度較低或計(jì)算要求不高時(shí)，可用等熱焓線近似代替等濕球溫度線二濕度圖的應(yīng)用（一）、濕空氣狀態(tài)參數(shù)求解 例題6-2（二）、空氣經(jīng)預(yù)熱器加熱后狀態(tài)參數(shù)求解特點(diǎn)：預(yù)熱前后：濕含量x不變。例題6-3（三）熱煙氣與冷空氣混合后狀態(tài)參數(shù)求解 1、熱煙氣的狀態(tài)參數(shù)求解 設(shè)熱煙氣的參數(shù)為: xfl，Itl，ttl，tl；(1)燃燒固體或液體：Ma-蒸汽霧化液體燃料時(shí)，水蒸氣的消耗量（kg水蒸氣/kg燃料）(2)燃燒氣體燃料：P347公式（6-29），（6-30）2、熱煙氣與冷空氣混合后狀態(tài)參數(shù)求解 n 熱煙氣的參數(shù)為: xfl，Itl，ttl，tl；n 冷空氣的參數(shù)為：x0，I0，t0，0；n 混合后的參數(shù)為：xm1，Im1，tm1，m1。 設(shè)1kg干煙氣與nkg干空氣混合，n 由水蒸氣的質(zhì)量平衡：xfl+nx0=（1+n）xm1由熱量平衡：Ifl+nI0=（1+n）Im1 (kg干空氣/kg干煙氣）該式說明混和氣體的狀態(tài)參數(shù)位于熱煙氣與冷空氣的直線上B點(diǎn)：熱煙氣的參數(shù) xfl，Ifl，tfl，fl；A點(diǎn)：冷空氣的參數(shù)H0，I0，t0，0；P點(diǎn)：混合后的參數(shù)為：xm1，Im1，tm1，m1P點(diǎn)可以由混合溫度tm1與AB交點(diǎn)求得，從而求出混合比n。例題6-5第三節(jié) 干燥過程的物料平衡和熱量平衡目的：求解技術(shù)指標(biāo)：1.確定每小時(shí)蒸發(fā)水分量2.干燥介質(zhì)消耗量3.熱耗一、物料平衡（確定每小時(shí)蒸發(fā)水分量與干燥介質(zhì)消耗量）（一）干燥流程及設(shè)備n 干燥設(shè)備主要由干燥器、空氣預(yù)熱器（或燃燒室、混合室）、通風(fēng)設(shè)備、輔助設(shè)備等組成。（二）物料中水分表示方法 要確定物料在干燥過程中所除去的水分量，必須知道物料總量及物料在干燥前后的含水率。兩種表示方法：1、濕基水分(v)：（以濕物料為基準(zhǔn)）定義：濕物料中水分質(zhì)量（W）與濕物料質(zhì)量（GW）之比2、干基水分(u)： （以絕對(duì)干燥物料為基準(zhǔn)）定義：物料中水分質(zhì)量（W）與絕對(duì)干燥物料質(zhì)量(Gd)之比。二者關(guān)系n 注意有時(shí)寫為:同樣狀態(tài)的物料，uv。（三）干燥過程中的物料的水分蒸發(fā)量mw的計(jì)算原則：干燥前后的干物料與水分總和恒定；干燥前后的干物料質(zhì)量不變（u可以直接相減)，濕物料質(zhì)量在減少（v不能直接相減） 每小時(shí)水分蒸發(fā)量：以干基水分表示：以濕基水分表示：兩式相比得所以：例題6-6（四）干燥介質(zhì)的消耗量 假設(shè)干燥介質(zhì)通過干燥器時(shí)無任何損失，則列質(zhì)量平衡：物料中水分的蒸發(fā)量 = 干燥介質(zhì)中水分的增加量1、用空氣作干燥介質(zhì)時(shí)空氣的消耗量n 設(shè)每小時(shí)干空氣的質(zhì)量流量為L(zhǎng)(kg/h)u 則蒸發(fā)每千克水分需要的干空氣量為uu 所需的濕空氣量為： l+lx1=l(1+x1)= l(1+x0)（kg濕空氣/kg水分） 2、用高溫?zé)煔馀c冷空氣混合作干燥介質(zhì)時(shí)的消耗量物料中水分的蒸發(fā)量 = 干燥介質(zhì)（混合氣）中水分的增加量則蒸發(fā)每千克水分需要的干混合氣體量為設(shè)1kg干煙氣與nkg干空氣混合，生成（1+n）kg混合氣.那么生成lm1kg干混合氣需要熱煙氣用量為：同時(shí)需要冷空氣量為二、熱量平衡（基準(zhǔn)：0，1kg蒸發(fā)水 ）（一）熱平衡項(xiàng)目n 輸入熱量：1、干燥介質(zhì)帶入熱量：q1 =lI12、濕物料帶入的熱量qm1可以被蒸發(fā)的水分帶入的熱量：cw1脫水物料帶入的熱量： 其中：即表示濕基含水率為v2，溫度為1時(shí)，絕干物料的比熱（cm）與相應(yīng)水分比熱（cw）的加權(quán)值。3、干燥器內(nèi)補(bǔ)充加入的熱量：qadn 輸出熱量： 1、廢氣帶走的熱量：q2=lI2 2、物料帶走的熱量3、輸送設(shè)備帶入的熱量：4、熱量損失：（二）干燥過程及熱耗計(jì)算列熱平衡：輸入熱量=輸出熱量令：則方程為：干燥實(shí)際過程方程為：根據(jù)值的不同，干燥過程分為三種情況：1) 理論干燥過程：=0即：I1=I2，干燥過程中，干燥介質(zhì)的熱含量不變（等焓過程）。物理意義：a）干燥器絕熱，干空氣消耗的熱量全部用于蒸發(fā)水份 ，而物料中的 水份又將這部份熱量帶到空氣中。 b）所有的熱損失qm+qc+ql=qad注：一般用上標(biāo)“0”表示理論 干燥過程中干燥介質(zhì)離開干燥器的狀態(tài)參數(shù)n 若用空氣作干燥介質(zhì)進(jìn)行理論干燥過程，則蒸發(fā)1kg水所需干燥介質(zhì)的消耗量為熱耗：n 用高溫?zé)煔馀c冷空氣混合作干燥介質(zhì)時(shí)完成理論干燥過程：則混合氣的消耗量熱煙氣消耗量：冷空氣消耗量：蒸發(fā)1kg水的燃料消耗量熱耗：2)實(shí)際干燥過程：分為兩種情況0，I10，I1I2，表明熱損失量大于補(bǔ)充熱量工程常見。n 若用空氣作干燥介質(zhì)蒸發(fā)1kg水的熱耗為：n 用高溫?zé)煔馀c冷空氣混合作干燥介質(zhì)時(shí)蒸發(fā)1kg水的熱耗為：（三）干燥過程圖解已知：干燥介質(zhì)進(jìn)入干燥器狀態(tài)參數(shù)t1， x1 , 及離開干燥器溫度t2 求：廢氣狀態(tài)參數(shù)1）理論干燥過程(=0)求解步驟：1、理論干燥過程的求解(=0)：1) 由t1、 x1確定狀態(tài)點(diǎn) B,從而確定I1 2) 理論干燥過程 為等I過程，所以I20=I1 ,由t2、I20確定廢氣狀態(tài)點(diǎn) C, 即為所求狀態(tài)點(diǎn)的其他參數(shù).2、 0 實(shí)際干燥過程：干燥過程方程： =l(I1-I2)因?yàn)? 所以I2I1 即:I2=I1-/l=I1-(x2-x1)若已知，則I2僅與x2有關(guān)設(shè)該直線方程為： I=I1-(x-x1)（1）干燥過程方程線則該直線與t2線交點(diǎn)即為所求廢氣狀態(tài)點(diǎn)C1。問題：如何確定干燥過程方程的直線:I=I1-(x-x1)（1）干燥過程方程的直線確定方法： I=I1-(x-x1)（1）找特殊點(diǎn)即可繪出該方程的直線常將理論干燥點(diǎn)C(t2，I20=I1)的濕含量x20代入實(shí)際干燥過程方程（1)中，求得：I2=I1+(x20-x1) 既確定了干燥線上的一點(diǎn)特殊點(diǎn)C1(I2，x20)。連接BC1兩點(diǎn)與t2的交點(diǎn)即為實(shí)際干燥終點(diǎn)D(I2，x2)。 例題6-7：第六節(jié) 干燥方法與干燥設(shè)備一、干燥器的分類及對(duì)干燥器的要求按作業(yè)循環(huán)分：間歇式干燥器、連續(xù)式干燥器按傳熱方式分：對(duì)流傳熱式、傳導(dǎo)傳熱式、輻射傳熱式、對(duì)流輻射傳熱式和介電式；按載熱體的類型分：熱空氣干燥、煙氣干燥、水蒸氣干燥和電流干燥等；按工藝目的分：顆粒狀物料的干燥、塊狀物料的干燥、陶瓷與耐火材料及磚瓦等制品的干燥、漿體物料的干燥等按結(jié)構(gòu)和物料移動(dòng)的特點(diǎn)分： 炕式、室式、回轉(zhuǎn)筒式、傳送帶式、噴霧式和流態(tài)化式干燥器等n 對(duì)干燥器的要求： (1)在保證物料或制品干燥質(zhì)量的前提下，具有較高的干燥速度和單位容積蒸發(fā)強(qiáng)度； (2)具有較低的單位能耗，即蒸發(fā)1kg水所消耗的燃料和電能要低； (3)易于調(diào)整介質(zhì)參數(shù)，改變干燥作業(yè)制度；(4)在干燥器的容積空間內(nèi)物料或制品干燥的均勻性要好；(5)干燥作業(yè)便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化； (6)衛(wèi)生狀況符合環(huán)保要求。二.回轉(zhuǎn)烘干機(jī)（適用烘干小塊狀或顆粒狀物料（沙子.礦渣.粘土）（一）結(jié)構(gòu)與形式結(jié)構(gòu)：回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的金屬圓筒，筒體厚度：10-20mm 直徑：1-3m轉(zhuǎn)速：2-7r/min, 長(zhǎng)徑比：5-8 傾斜度：3-6%內(nèi)部結(jié)構(gòu)(a)(b)抄板式: 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。 缺點(diǎn):粉塵大，揚(yáng)料板容易損壞。 (a)型適用于散粒狀或較干的物料，如砂子、礦渣等。 (b)型適用于濕而粘的物料，如粘土等。 (c)扇形：適用于烘干密度大的大塊物料，如石灰石、頁(yè)巖(d)蜂窩式格板（適用于細(xì)粒物料的干燥） 優(yōu)點(diǎn)：物料在筒體截面上分布較均勻， 填充率較高， 干 燥速度和熱效率較高 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清理與維修較困難，(c)懸鏈?zhǔn)剑哼m用于含水量高、粘性大的物料，如粘土、泥漿；可擊碎料塊，避免物料粘附于筒壁，效果較好，但容易引起粉塵。(f)雙筒式揚(yáng)料板：物料在雙筒的間隙中運(yùn)動(dòng)而干燥介質(zhì)則在內(nèi)筒中流過，屬于間接的對(duì)流傳導(dǎo)傳熱型干燥器，適用于對(duì)高溫敏感或怕污染的物料。（二）加熱方式及流程方式：直接加熱、間接加熱、復(fù)式加熱 硅酸鹽行業(yè)一般為直接加熱，直接加熱有順流與逆流形式順流：逆流式烘干設(shè)備特點(diǎn)：干燥速率較均勻，物料終水分較低，熱效率高適用：終水分較低，而又不能強(qiáng)烈強(qiáng)烈脫水的物料。如沙子、石灰石等。回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的干燥介質(zhì)類型：由物料的性質(zhì)與要求而決定。在硅酸鹽工業(yè)中常用高溫?zé)煔馀c冷空氣的混合氣體作干燥介質(zhì)。 表6-3（三）回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的生產(chǎn)能力及影響因素生產(chǎn)能力：以物料出料量Gw2表示評(píng)價(jià)回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的生產(chǎn)效率：以烘干機(jī)單位容積水分蒸發(fā)強(qiáng)度A及蒸發(fā)1kg水的熱耗q為評(píng)價(jià)指標(biāo) 表6-4（四）回轉(zhuǎn)烘干機(jī)的選型計(jì)算（P371)三、隧道式干燥器（用于陶瓷、耐火材料、磚瓦等制品的連續(xù)式干燥設(shè)備）（一）結(jié)構(gòu)與工作原理：n 由3-8條隧道并列組成，長(zhǎng)度：24-38m，內(nèi)寬：1mn 隧道內(nèi)有鐵