化工原理-化工原理(已修改)
2025-01-07 01:25 本頁面
【正文】 《化工原理》 Principles of Chemical Engineering 第十二章 干 燥 Chapter 12 Drying 概述 （ Introduction） 在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中所得到的固態(tài)產(chǎn)品或半成品往往含有過多的水分或有機(jī)溶劑 (濕份 )， 要制得合格的產(chǎn)品需要除去固體物料中多余的濕份 。 除濕方法： 機(jī)械除濕 —— 如離心分離 、 沉降 、 過濾 。 干燥 —— 利用熱能使?jié)裎锪现械臐穹萜?。 除濕程度高 ， 但能耗大 。 慣用做法： 先采用機(jī)械方法把固體所含的絕大部分濕份除去 ， 然后再通過加熱把機(jī)械方法無法脫除的濕份干燥掉 ，以降低除濕的成本 。 干燥分類： 操作壓力 操作方式 傳熱方式 ( 或組合 )常壓 真空 連續(xù) 間歇 導(dǎo)熱 對(duì)流 輻射 介電加熱本章重點(diǎn)： 以不飽和熱空氣為干燥介質(zhì)，除去濕物料中水分的連續(xù)對(duì)流干燥過程。 干燥介質(zhì)： 用來傳遞熱量 （ 載熱體 ） 和濕份 （ 載濕體 ） 的介質(zhì) 。 由于溫差的存在 ， 氣體以對(duì)流方式向固體物料傳熱 ， 使?jié)穹萜? 在分壓差的作用下 ， 濕份由物料表面向氣流主體擴(kuò)散 ， 并被氣流帶走 。 對(duì)流干燥過程原理 溫度為 t、 濕份分壓為 p 的濕熱氣體流過濕物料的表面 ，物料表面溫度 ti 低于氣體溫度 t。 注意： 只要物料表面的濕份分壓高于氣體中濕份分壓 ，干燥即可進(jìn)行 ， 與氣體的溫度無關(guān) 。 氣體預(yù)熱并不是干燥的充要條件 ， 其目的在于加快濕份汽化和物料干燥的速度 ， 達(dá)到一定的生產(chǎn)能力 。 ?H t q W ti p pi ?M 干燥是熱 、 質(zhì)同時(shí)傳遞的過程 干燥過程 熱空氣流過濕物料表面 熱量傳遞到濕物料表面 濕物料表面水分汽化并被帶走 表面與內(nèi)部出現(xiàn)水分濃度差 內(nèi)部水分?jǐn)U散到表面 傳熱過程 傳質(zhì)過程 傳質(zhì)過程 干燥過程推動(dòng)力 傳質(zhì)推動(dòng)力：物料表面水分壓 P表水 熱空氣中的水分壓 P空水 傳熱推動(dòng)力：熱空氣的溫度 t空氣 物料表面的溫度 t物表 對(duì)流干燥過程實(shí)質(zhì) 除水分量 空氣消耗量 干燥產(chǎn)品量 熱量消耗 干燥時(shí)間 物料衡算 能量衡算 涉及干燥速率和水在氣固相的平衡關(guān)系 涉及濕空氣的性質(zhì) 干燥過程基本問題 解決這些問題需要掌握的基本知識(shí)有： (1) 濕分在氣固兩相間的傳遞規(guī)律； (2) 濕氣體的性質(zhì)及在干燥過程中的狀態(tài)變化； (3) 物料的含水類型及在干燥過程中的一般特征； (4)干燥過程中物料衡算關(guān)系 、 熱量衡算關(guān)系和速率關(guān)系 。 本章主要介紹運(yùn)用上述基本知識(shí)解決工程中物料干燥的基本問題 ， 介紹的范圍主要針對(duì)連續(xù)穩(wěn)態(tài)的干燥過程 。 第一節(jié) 濕氣體的熱力學(xué)性質(zhì) 濕空氣： 指絕干空氣與水蒸汽的混合物 。 在干燥過程中 ，隨著濕物料中水份的汽化 ， 濕空氣中水份含量不斷增加 ，但絕干空氣的質(zhì)量保持不變 。 因此 ， 濕空氣性質(zhì)一般都以1kg絕干空氣為基準(zhǔn) 。 操作壓強(qiáng)不太高時(shí) ， 空氣可視為理想氣體 。 系統(tǒng)總壓 P ： 濕空氣的總壓 （ kN/m2） ， 即 P干空氣 與 P水 之和 。 干燥過程中系統(tǒng)總壓基本上恒定不變 。 且 干燥操作通常在常壓下進(jìn)行 ， 常壓干燥的系統(tǒng)總壓接近大氣壓力 ， 熱敏性物料的干燥一般在減壓下操作 。 干空氣干空氣 nnpp OHOH22 ? 對(duì)于空氣 水蒸氣系統(tǒng)： Mw=， Mg= kg/kmol pPpMMMnMnHgvggvv???? pP pH ?? 。 若濕份蒸汽和絕干空氣的摩爾數(shù) (nw, ng) 和摩爾質(zhì)量 (Mw , Mg) 絕對(duì)濕度 (濕度 ) H（ Humidity） 總壓一定時(shí) ， 濕空氣的濕度只與水蒸汽的分壓有關(guān) 。 Kg水蒸汽 /kg絕干空氣 當(dāng) p=ps時(shí) ， 濕度稱為飽和濕度 ， 以 Hs表示 。 sss pPpH?? 相對(duì)濕度 （ Relative humidity） 濕度只表示濕空氣中所含水份的絕對(duì)數(shù) ， 不能反映空氣偏離飽和狀態(tài)的程度 （ 即氣體的吸濕能力 ） 。 ?值說明濕空氣偏離飽和空氣或絕干空氣的程度 ， ?值越小吸濕能力越大； ? = 0 ， p=0時(shí) ， 表示濕空氣中不含水分 ， 為絕干空氣 。 ? = 1 ， p=ps時(shí) ， 表示濕空氣被水汽所飽和 ， 不能再吸濕 。 對(duì)于空氣 水系統(tǒng)： %100??spp?sspPpH???? ： 在總壓和溫度一定時(shí) ， 濕空氣中水汽的分壓 p 與系統(tǒng)溫度下水的飽和蒸汽壓 ps 之比的百分?jǐn)?shù) 。 相對(duì)濕度 （ Relative humidity） ?若 t 總壓下濕空氣的沸點(diǎn) ， 0 ? ? ? 100%； ?若 t 總壓下濕空氣的沸點(diǎn) ， 濕份 ps P， 最大 ? (空氣全為水汽 ) 100%。 故工業(yè)上常用過熱蒸汽做干燥介質(zhì)； ?若 t 濕份的臨界溫度 ， 氣體中的濕份已是真實(shí)氣體 ，此時(shí) ? =0， 理論上吸濕能力不受限制 。 ?= f (H, t) ps 隨溫度的升高而增加 ， H 不變提高 t， ???， 氣體的吸濕能力增加 ， 故空氣用作干燥介質(zhì)應(yīng)先預(yù)熱 。 H 不變而降低 t， ??， 空氣趨近飽和狀態(tài) 。 當(dāng)空氣達(dá)到飽和狀態(tài)而繼續(xù)冷卻時(shí) ， 空氣中的水份將呈液態(tài)析出 。 sspPpH???? ?H (Humid volume) 或濕比容 (m3/kg絕干氣體 ) 比容： 1kg 絕干空氣和相應(yīng)水汽體積之和 。 PtHPtHv H55273273)(27327318291?????????????????? cH (Humid heat)或比熱容 KJ/(kg ℃ ) 比熱： 1kg 絕干空氣及相應(yīng)水汽溫度升高 1℃ 所需要的熱量 Hccc vgH ???? 1 HcH ??式中： cg — 絕干空氣的比熱 ， KJ/(kg℃ )； cv — 水汽的比熱 ， KJ/(kg℃ ) 。 對(duì)于空氣 水系統(tǒng)： cg= kJ/(kg℃ )， cv= kJ/(kg183
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