【正文】 濕潤(rùn) ， X Xc， 汽化的是非結(jié)合水分 。?ps)； Q — 傳熱量 ， J； W — 物料中所含的濕份總量 ， kg； h — 對(duì)流傳熱系數(shù)或給熱系數(shù) ， W/(m2 干燥過(guò)程的特征在干燥速率曲線上更為直觀 。 ?由于物料預(yù)熱段很短 ， 通常將其并入恒速干燥段； ?以臨界濕含量 Xc 為界 ， 可將干燥過(guò)程只分為恒速干燥和降速干燥兩個(gè)階段 。 如果物料形狀是不規(guī)則的 ， 干燥面積不易求出 ， 則可使用干燥速率進(jìn)行計(jì)算 。s)； A —— 物料表面積 ， 即干燥面積 ， m2。s)） 。 干燥速度和干燥速率的定義 干燥速率 U： 干燥器單位時(shí)間內(nèi)汽化的濕分量 (kg濕分 /s)。 吸濕性物料 (Hygroscopic media)：與水份的親合能力大 。 非多孔性物料 (Nonporous media)： 借助擴(kuò)散作用向物料表面輸送濕份 ， 或?qū)穹菹仍趦?nèi)部汽化后以汽態(tài)形式向表面擴(kuò)散遷移 。 物料的結(jié)構(gòu)和吸濕性 降速段干燥速率曲線的形狀因物料的結(jié)構(gòu)和吸濕性而異 。 干燥曲線： 物料濕含量 X 與干燥時(shí)間 ? 的關(guān)系曲線 。 預(yù)熱段 (Preheat period)： 初始濕含量 X1 和溫度 ?1 變?yōu)? X 和 tw。 實(shí)驗(yàn)為間歇操作 ， 物料的溫度和濕含量隨時(shí)間連續(xù)變化 。 ?為了簡(jiǎn)化影響因素 ， 干燥實(shí)驗(yàn)都是在恒定干燥條件下進(jìn)行的 ， 即在一定的氣－固接觸方式下 ， 固定氣體的溫度 、 濕度和流過(guò)物料表面的速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 。 對(duì)流干燥的基本規(guī)律 ?對(duì)一定干燥任務(wù) ， 干燥器尺寸取決于干燥時(shí)間和干燥速率 。 非吸濕性物料： 與水結(jié)合力很弱 ， 平衡線與縱坐標(biāo)基本重合 ，X*=Xh?0， 如某些不溶于水的無(wú)機(jī)鹽 (碳酸鹽 、 硅酸鹽 )等 。 強(qiáng)吸濕性物料： 與水分的結(jié)合力很強(qiáng) ， 平衡線只是漸近地與? = 100% 接近 ， 平衡濕含量很大 。 欲使物料減濕至絕干 ， 必須與絕干氣體接觸 。 干燥過(guò)程： 當(dāng)濕物料與不飽和氣體接觸時(shí) ， X 向 X* 接近 ，干燥過(guò)程的極限為 X*。 吸濕過(guò)程： 若 XXh ， 則物料將吸收飽和氣體中的水分使?jié)窈吭黾又翝窈? Xh， 即 最大吸濕濕含量 ， 物料不可能通過(guò)吸收飽和氣體中的濕份使?jié)窈砍^(guò) Xh。 自由水分： 高于平衡濕含量 X* 的水分 。 平衡水分和自由水分 平衡水分： 低于平衡濕含量 X* 的水分 。 濕含量 X Xh 相對(duì)濕度?? 非結(jié)合水分 結(jié)合水分 0 結(jié)合水分按結(jié)合方式可分為：吸附水分 、 毛細(xì)管水分 、 溶漲水分 (物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分 )和化學(xué)結(jié)合水分 (結(jié)晶水 )。 X* p 結(jié)合水分： 與物料存在某種形式的結(jié)合 ， 其汽化能力比獨(dú)立存在的水要低 ， 蒸汽壓或汽化能力與水分和物料結(jié)合力的強(qiáng)弱有關(guān) 。 平衡濕含量： 平衡狀態(tài)下物料的濕含量 。 濕份在氣體和固體間的平衡關(guān)系 濕份的傳遞方向 (干燥或吸濕 ) 和限度 (干燥程度 ) 由濕份在氣體和固體兩相間的平衡關(guān)系決定 。 干基濕含量 X： 單位質(zhì)量的絕干物料中所含液態(tài)濕分的質(zhì)量 。℃ ) 濕焓 iH (Total enthalpy) 或干基濕焓 (kJ/kg絕干氣體 ) 1kg 絕干氣體及所含濕份蒸汽所具有焓的總和 由于焓是相對(duì)值 ， 計(jì)算焓值時(shí)必須規(guī)定基準(zhǔn)狀態(tài)和基準(zhǔn)溫度 ，若取 0℃ 下的絕干氣體和液態(tài)濕份的焓為零 ， 則 對(duì)于空氣 水系統(tǒng)： vgH Hiii ?? HrtcHrtHcci HvgH 00)( ?????HtHi H )( ???顯熱項(xiàng) 汽化潛熱項(xiàng) 干燥過(guò)程的基本規(guī)律 濕物料是絕干固體與液態(tài)濕分的混合物 。 對(duì)于空氣 水系統(tǒng)： cg= kJ/(kg℃ )； cv — 濕份蒸汽的比熱 ， J/(kg濕份蒸汽 ?????? ??? tp s濕份為水時(shí) ， 可按下式由系統(tǒng)溫度 t 計(jì)算飽和蒸汽壓 濕比容 ?H (Humid volume) 或干基濕比容 (m3/kg絕干氣體 ) 1kg 絕干氣體及所含濕份蒸汽所具有的體積 常壓下 (P=) ： PtHPTHvH273)(27318291 ????????????? ??)273)(( ??? tHv H濕比熱 cH (Humid heat)或干基濕比熱 J/(kg絕干氣體 H 不變而降低 t， ??， 氣體趨近飽和狀態(tài) 。 ? = f (H, t)。 對(duì)于空氣 水系統(tǒng)： %100??spp?sspPpH???? 相對(duì)濕度 （ Relative humidity） ?若 t 總壓下濕份的沸點(diǎn) ， 0 ? ? ? 100%； ?若 t 總壓下濕份的沸點(diǎn) ， 濕份 ps P， 最大 ? (氣體全為濕份蒸汽 ) 100%。 相對(duì)濕度： 一定的系統(tǒng)總壓和溫度下 ， 氣體中濕份蒸汽的分壓 p 與系統(tǒng)溫度下濕份的飽和蒸汽壓 ps 之比 。 若濕份蒸汽和絕干氣體的摩爾數(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) ， 氣體的濕度只與濕份蒸汽的分壓有關(guān) 。 濕氣體的干球溫度和總壓 濕份的表示方法 濕氣體中濕份蒸汽的壓力 ， 用 p 表示 （ kN/m2 ） ； 當(dāng)氣體為濕份蒸汽所飽和時(shí) ， 濕份分壓達(dá)到最大值 ， 即系統(tǒng)溫度下濕份的飽和蒸汽壓 。 干燥過(guò)程中系統(tǒng)總壓基本上恒定不變 。 將溫度計(jì)直接插在濕氣體中即可測(cè)量 。 在干燥過(guò)程中 ， 隨著物料中濕份的汽化 ， 氣體中濕份蒸汽的含量在不斷增加 ， 但絕干氣體的量保持不變 。 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(wèn)題，介紹的范圍主要針對(duì)連續(xù)穩(wěn)態(tài)的干燥過(guò)程。 ?H t q W ti p pi ?M 干燥是熱 、 質(zhì)同時(shí)傳遞的過(guò)程 干燥過(guò)程的基本問(wèn)題 (1) 干燥介質(zhì)用量的確定； (2) 干燥條件的優(yōu)化； (3) 干燥速率的強(qiáng)化； (4) 干燥方法的合理選擇 。 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(wú)關(guān) 。 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 。 17654328干品化工生產(chǎn)中最常用的是對(duì)流干燥 。 對(duì)流干燥過(guò)程舉例 對(duì)流干燥器： 空氣通過(guò)送風(fēng)機(jī)吹入空氣預(yù)熱器 ， 預(yù)熱后的熱空氣送入氣流干燥管 ， 濕料由螺旋加料器推入干燥器并分散于熱氣流中 ， 受氣流的輸送并進(jìn)行干燥 ， 干燥產(chǎn)品通過(guò)旋風(fēng)分離器從氣流中分離出來(lái) ，濕廢氣體由引風(fēng)機(jī)抽出排空 。 除濕方法： 機(jī)械脫水 (沉降或過(guò)濾 )；干燥 (加熱使?jié)穹萜?) 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(guò)加熱把機(jī)械方法無(wú)法脫除的濕份干燥掉 ， 以降低除濕的成本 ?！痘ぴ怼? 任課教師：楊雪峰 Prof. Dr. Yang Xuefeng 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(guò)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 。 例如： 制鹽工業(yè)中 ， 在過(guò)飽和的氯化鈉溶液中生成的食鹽晶粒； 塑料工業(yè)中 ， 氯乙烯單體在水相中聚合制成的塑料顆粒 。 干燥方法的分類(lèi)： 根據(jù)加熱方法可分為傳導(dǎo)干燥 、 對(duì)流干燥和輻射干燥 。 1鼓風(fēng)機(jī)； 2預(yù)熱器； 3氣流干燥管； 4加料斗； 5螺旋加料器； 6旋風(fēng)分離器； 7卸料閥； 8引風(fēng)機(jī)。 干燥介質(zhì)： 用來(lái)傳遞熱量 （ 載熱體 ）和濕份 （ 載濕體 ） 的介質(zhì) 。 對(duì)流干燥過(guò)程原理 溫度為 t、 濕份分壓為 p 的濕熱氣體流過(guò)濕物料的表面 ， 物料表面溫度 ti 低于氣體溫度 t。 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 。 解決這些問(wèn)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(guò)程中的狀態(tài)變化； (3) 物料的含水類(lèi)型及在干燥過(guò)程中的一般特征； (4) 干燥過(guò)程中物料衡算關(guān)系 、 熱量衡算關(guān)系和速率關(guān)系 。 濕氣體的性質(zhì) 濕氣體： 絕干氣體與濕份蒸汽的混合物 ， 其性質(zhì)與濕份蒸汽的數(shù)量有關(guān) 。 干球溫度 t ： 濕氣體的真實(shí)溫度 ， 簡(jiǎn)稱(chēng)溫度 （ ℃ 或 K） 。 系統(tǒng)總壓 P ： 即濕氣體的總壓 （ kN/m2） 。 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 。 對(duì)于空氣 水系統(tǒng)： Mw=， Mg= kg/kmol pPpMMMnMnHgwggww???? pP pH ?? （ Moisture partial pressure） 濕氣體中濕份蒸汽的質(zhì)量與絕干氣體的質(zhì)量之比 。 kg濕份蒸汽 /kg絕干氣體 相對(duì)濕度 （ Relative humidity） 濕度只表示濕氣體中所含濕份的絕對(duì)數(shù) ， 不能反映氣體偏離飽和狀態(tài)的程度 （ 氣體的吸濕潛力 ） 。 ? 值越低 ， 氣體偏離飽和的程度越遠(yuǎn) ， 吸濕潛力越大； ? =100% 時(shí) ， p=ps， 氣體被濕份蒸汽所飽和 ， 不能再吸濕 。 故工業(yè)上常用過(guò)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 。 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 ， 故氣體用作干燥介質(zhì)應(yīng)預(yù)熱 。 當(dāng)氣體達(dá)到飽和狀態(tài) (露點(diǎn) )而繼續(xù)冷卻時(shí) ， 氣體中的濕份將呈液態(tài)析出 。 ℃ ) 1kg 絕干氣體及所含濕份蒸汽溫度升高 1℃ 所需要的熱量 Hccc vgH ???? 1 HcH ??式中： cg — 絕干氣體的比熱 ， J/(kg絕干氣體 ℃ ) 。℃ )， cv= kJ/(kg 濕基濕含量 w： 單位質(zhì)量的濕物料中所含液態(tài)濕分的質(zhì)量 。 換算關(guān)系： 物料濕分的表示方法 TcTWGWw??? 濕物料的質(zhì)量量物料所含液態(tài)濕份的質(zhì)cTGWX ??絕干物料的質(zhì)量量物料所含液態(tài)濕份的質(zhì)XXw?? 1 wwX?? 1工業(yè)生產(chǎn)中 ， 物料濕含量通常以濕基濕含量表示 ， 但由于物料的總質(zhì)量在干燥過(guò)程中不斷減少 ， 而絕干物料的質(zhì)量不變 ，故在干燥計(jì)算中以干基濕含量表示較為方便 。 p X ps Xh 平衡狀態(tài)： 當(dāng)濕含量為 X 的濕物料與濕份分壓為 p 的不飽和濕氣體接觸時(shí) ， 物料將失去自身的濕份或吸收氣體中的濕份 ， 直到濕份在物料表面的蒸汽壓等于氣體中的濕份分壓 。 不僅取決于氣體的狀態(tài) ， 還與物料的種類(lèi)有很大的關(guān)系 。 結(jié)合水分與非結(jié)合水分 非結(jié)合水分： 與物料沒(méi)有任何形式的結(jié)合 ， 具有和獨(dú)立存在的水相同的蒸汽壓和汽化能力 。 化學(xué)結(jié)合水分與物料細(xì)胞壁水分以化學(xué)鍵形式與物料分子結(jié)合 ， 結(jié)合力較強(qiáng) ， 難汽化；吸附水分和毛細(xì)管水分以物理吸附方式與物料結(jié)合 ， 結(jié)合力相對(duì)較弱 ， 易于汽化 。 是不可除水分 。 是可除水分 。 欲使物料增濕超過(guò) Xh， 必須使物料與液態(tài)水直接接觸 。 物料的 X* 與濕氣體的狀態(tài)有關(guān) ，氣體的溫度和濕度不同 ， 物料的 X* 不同 。 濕含量 X Xh 相對(duì)濕度?? 非結(jié)合 水分 結(jié)合水分 自由水分 平衡水分 X* 0 物料的吸濕性 物料濕含量的平衡曲線有兩種極端情況 。 如某些生物材料 。 0 煙葉 木材 氯化鋅 優(yōu)質(zhì)紙 濕含量 X 相對(duì)濕度?? 一般物料的吸濕性都介于二者之間 。 ?由于干燥過(guò)程的復(fù)雜性 ， 通常干燥速率不是根據(jù)理論進(jìn)行計(jì)算 ， 而是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的 。 ?為保證恒定干燥條件 ， 采用大量空氣干燥少量物料 ， 以使氣體的溫度 、 濕度和流速在干燥器中恒定不變 。 干燥曲線和干燥速率曲線 Drying curve and dryingrate curve 恒速干燥段 (Constantrate period)： 物料溫度恒定在 tw， X~? 變化呈直線關(guān)系 ， 氣體傳給物料的熱量全部用于濕份汽化 。 物料吸熱升溫以提高汽化速率 ， 但濕含量變化