2015 化工單元操作 模塊六干燥 任務一干燥概述及設備 干燥應用 一 干燥在化工中的應用 尿素的干燥 防止其吸濕而結塊 便于貯藏和運輸 提高產品質量和有效成分 木材 陶瓷坯料 原料礦的干燥 奶粉 餅干 藥劑 滿足后序工藝要求 干燥定義 向物料供熱以汽化其中的濕分的單元操作 機械去濕 過濾 沉降 吸附去濕 干燥劑硅膠等 干燥分類 1 2 3 常壓干燥 真空干燥 熱敏性物料如維生素 抗菌素等 操作壓力分 間歇干燥 連續干燥 操作方式分 傳導干燥 對流干燥 輻射干燥 傳熱方式分 二 干燥過程的分類 介電加熱干燥 熱能以對流方式加入物料 產生的蒸氣被干燥介質所帶走 干燥介質 熱空氣濕分 水 輻射能以電磁波形式達到物料表面 從而使濕分汽化 例用紅外線干燥法將自行車表面油漆干燥 將需要干燥的電解質物料置于高頻電場中 電能在潮濕的電介質中轉變為熱能 例如微波干燥食品 熱能通過傳熱壁面以傳導方式傳給物料 例 紙制品可以鋪在熱滾筒上進行干燥 對流干燥 三 對流干燥過程分析 圖1對流干燥流程示意圖1 鼓風機 2 預熱器 3 干燥器 1 傳熱過程 干燥介質 濕物料表面 濕物料內部 2 傳質過程 濕物料內部 濕物料表面 干燥介質 干燥設備 四 常用工業干燥器 優點結構簡單適用性強 缺點干燥不均勻干燥時間長勞動強度大 四 常用工業干燥器 優點 干燥速率大干燥時間短可連續操作價格便宜 缺點 不適用粘著力強的物料操作要求高 氣流速率的控制 干燥設備 四 常用工業干燥器 優點 顆粒在干燥器內停留時間比氣流干燥器時要長 可得到較低的最終含水量 結構簡單 缺點 干燥不均勻 系統的流動阻力大 要求的廠房高 對除塵設備要求嚴 干燥設備 四 常用工業干燥器 優點 干燥過程進行很快 操作穩定 連續和自動化控制 缺點 傳熱系數小 能量消耗大 投資大 操作彈性小 干燥設備 四 常用工業干燥器 優點 生產能力大 氣體流動阻力小 操作彈性大 方便 缺點 結構復雜 投資費用大 干燥設備 四 常用工業干燥器 干燥設備 五 干燥器選擇考慮因素 干燥設備 2015 化工單元操作 模塊六干燥 任務二濕空氣的性質與濕度圖 一 濕空氣的性質 濃度 比熱 比容 密度 焓 溫度等 濕空氣是由水蒸汽和絕干空氣構成 通常用兩個參數來表征空氣中所含水分的大小 濕度H及相對濕度 濕度 濕含量 H 濕空氣中所含水蒸汽的質量與絕干空氣質量之比 Hs 飽和濕度 kg水汽 kg干氣Ps 純水的飽和蒸汽壓 Pa P 濕空氣的總壓 Pa Pv 水蒸氣的分壓 Pa 濕空氣性質 相對濕度 在一定T及總壓下 pw與同T下水的ps之比的百分數 即 結論 濕度H只能表示出水汽含量的絕對值 而相對濕度卻能反映出濕空氣吸收水汽的能力 當 1時 pw ps 濕空氣達飽和 不可作為干燥介質 當 1時 pw ps 濕空氣未達飽和 可作為干燥介質 越小 濕空氣偏離飽和程度越遠 干燥能力越大 居室里比較舒適的氣象條件是 室溫達25 時 相對濕度控制在40 50 為宜 室溫達18 時 相對濕度應控制在30 40 濕空氣性質 相對濕度 與濕度H的關系 濕空氣的濕比熱 濕熱 cH kJ kg干氣 常壓下 將1kg干空氣和其所帶有的Hkg水汽升高溫度1 所需的熱量 濕空氣性質 濕空氣的焓 熱含量 I kJ kg干氣 濕空氣的焓為干空氣的焓與水汽的焓之和 計算基準 以0 干空氣及0 液態水的焓值為0作基準 式中 I 溫度為t 濕度為H的濕空氣的焓值 kJ kg干氣 Ig 干空氣的焓值 kJ kg干氣 Iv 水汽的焓值 kJ kg水汽 r0 0 時水的汽化潛熱 r0 2492kJ kg水汽 濕空氣性質 濕空氣的比容 濕容積 H m3濕空氣 kg干氣 每單位質量絕干空氣中所具有的濕空氣 絕干空氣和水蒸汽 的總體積 濕空氣性質 濕度H與露點td的關系 露點td 一定壓力下 將不飽和空氣等濕降溫至飽和 出現第一滴露珠時的溫度 干球溫度t 干球溫度t是用普通溫度計測得的濕空氣的真實溫度 濕球溫度tw 濕球溫度計在空氣中所達到的平衡或穩定的溫度 濕球溫度計 溫度計的感溫球用紗布包裹 紗布用水保持濕潤 這支溫度計為濕球溫度計 不飽和空氣的濕球溫度tw低于干球溫度t 當空氣為不飽和狀態 t tw tas td 當空氣為飽和狀態 t tw tas td 濕空氣性質 例6 1 已知濕空氣的總壓為101 325kPa 相對濕度為50 干球溫度為20 試求 濕度 水蒸氣分壓pw 露點td 焓IH 如將500kg h干空氣預熱至117 求所需熱量Q 每小時送入預熱器的濕空氣體積V 解 101 325kPa t 20 由飽和水蒸氣表查得 水在20 時的飽和蒸汽壓為ps 2 34kPa 濕度H 水蒸氣分壓 w w ps 0 50 2 34 1 17kPa 濕空氣性質 露點 露點是空氣在濕度H或水蒸氣分壓 w不變的情況下 冷卻達到飽和時的溫度 所以可由 w 1 17kPa查飽和水蒸氣表 得到對應的飽和溫度td 9 td 焓IHIH 1 01 1 88H t 2492H 1 01 1 88 0 00727 20 2492 0 00727 38 6 J g干空氣 熱量QQ 500 1 01 1 88 0 00727 117 20 49647 J h 13 8kW 濕空氣體積V 濕空氣性質 二 空氣的濕度圖及其應用 1 濕度圖 五條線 1 等H線 2 等I線 3 等t線 4 等 線 5 水蒸氣分壓線 濕度圖應用 H I圖 等I線群 0 680 等H線群 0 0 2 等t線群 0 250 等 線群 5 100 蒸汽分壓線群 濕度圖應用 2 H I圖的應用 濕空氣狀態點的確定 濕度圖應用 結論 因此 提高濕空氣溫度t 不僅提高了濕空氣的焓值 使其作為載熱體外 也降低了相對濕度使其作為載濕體 濕度圖應用 例6 2 已知濕空氣總壓為101 3kPa 溫度為40 濕度為0 02kg 水氣 kg 干空氣 試用濕度圖求取相對濕度 焓IH 濕球溫度tw和露點td 解 溫度為40 的等 線與濕度為0 02kg 水氣 kg 干空氣 的等H線 在I H圖中的交點A 即為空氣的狀態點 由A點可讀得 43 IH 92kJ kg 干空氣 由A點沿等焓線與飽和空氣線交于B點 B點所對應的溫度即為濕球溫度 tw 28 由A點引垂直線與飽和空氣線交于C點 C點所對應的溫度為露點 td 25 濕度圖應用 舊知回顧 二 濕空氣性質 一 干燥過程的定義及常見干燥器 三 濕度圖的應用 供熱方式除去物料濕份 對流干燥 箱式 氣流 流化床 噴霧 轉筒 滾筒干燥器等 濕度 相對濕度 焓 比容 比熱 干球溫度 濕球溫度 露點 H I圖 等I線群 0 680 等H線群 0 0 2 等t線群 0 250 等 線群 5 100 蒸汽分壓線群 2013 化工單元操作 主講人佘媛媛 模塊六干燥 任務三干燥的工藝計算 任務三干燥的工藝計算 干燥過程的熱量衡算 干燥過程的物料衡算 濕物料中含水量的表示方法 目錄 1 物料與水分結合方式 吸附水分 濕物料的粗糙外表面附著的水分 毛細管水分 多孔性物料的孔隙中所含的水分 溶脹水分 物料組成一部分 可透入物料細胞壁內 使物料體積增大 2 平衡水分與自由水分 平衡水分 X 不能用干燥方法除去的水分 自由水分 X X 可用干燥方法除去的水分 X f 物料種類 空氣性質 物料水分性質 3 結合水分與非結合水分 結合水分 水與物料結合力強 pw ps 非結合水分 水與物料結合力弱 pw ps 結合水分與非結合水分只與物料的性質有關 而與空氣的狀態無關 這是與平衡水分的主要區別 平衡水分一定是結合水分 物料水分性質 物料水分性質 1 濕基含水量 濕物料中所含水分的質量分率 物料水分表示 2 干基含水量X 濕物料中的水分的質量與絕對干料質量之比 不含水分的物料通常稱為絕對干料 兩者的關系 工業中常用濕基含水量 但由于干燥過程中濕物料的總質量因干燥失出水分而不斷減少 而絕干物料的質量不變 因此 干燥計算中 以干基含水量表示較為方便 物料水分表示 1 水分蒸發量 以s為基準 對水分作物料衡算 物料衡算 2 空氣消耗量 L 單位時間內消耗的絕干空氣量 kg絕干氣 s l 每蒸發1kg水分時消耗的絕干空氣量 稱為單位空氣消耗量 kg絕干空氣 kg水分 選擇通風機時 應以全年中最大空氣消耗量為依據 夏季濕度大 消耗的空氣量最多 因此風量V計算如下 物料衡算 3 干燥產品量 例6 3 用空氣干燥某含水量為40 濕基 的物料 每小時處理濕物料量為1000 干燥后產品含水量為5 濕基 空氣的初溫為20 相對濕度為60 經加熱至120 后進入干燥器 離開干燥器時的溫度為40 相對濕度為80 試計算 水分蒸發量 絕干空氣消耗量和單位空氣消耗量 如鼓風機安裝在進口處 風機的風量是多少 干燥產品的產量 物料衡算 解 水分蒸發量 查飽和水蒸所表得 20時 S0 3 334kPa 40 時 S2 7 375kPa 則 物料衡算 鼓風機的風量 干燥產品的量 物料衡算 1 熱量衡算的基本方程 干燥器 預熱器 QD L I2 I1 G I2 I1 QL T 單位為 如用K 計算時以 t 273 代入 總能耗 Q Qp QD 熱量衡算 整理后 空氣升溫所需熱量 蒸發水份所需熱量 物料升溫所需熱量 干燥器熱量損失 熱量衡算 2 干燥系統的熱效率 熱效率越高表示熱利用率愈好 若空氣離開干燥器的溫度較低 而濕度較高 則水分氣化量大 可提高干燥操作的熱效率 熱量衡算 1 空氣H 帶出水分增多 所需L 但 X 出口空氣H不能太高 2 吸水性物料 空氣出口t2應高些 H應低些 即 要低些 3 空氣離開干燥器溫度t2需比進入時溫度高20 50 否則產品返潮 易造成管路的堵塞和設備材料的腐蝕 4 廢氣中熱量的回收對提高干燥熱效率有實際意義 此外還應注意干燥設備和管道的保溫隔熱 減少熱損失 提高熱效率 提高干燥效率措施 1 干燥速率單位時間 單位干燥面積汽化的水分量 2 干燥曲線與干燥速率曲線 干燥曲線 恒定干燥條件下 物料的含水率X與時間 的關系 干燥速率 AB段 預熱階段BC段 恒速 濕物料表面溫度為空氣的濕球溫度CDE段 降速干燥階段C點 臨界含水量E點 E點的干燥速率為零 即為操作條件下的平衡含水量 干燥速率 空氣狀態 物料種類 結構 形狀及尺寸 1 保證產品質量2 干燥速率大 干燥時間短3 熱效率高4 干燥介質流動阻力小5 勞動強度低 濕物料性質 物料的性質與結構 物料的形狀與大小 物料的厚薄 物料本身的溫度 物料的含水量 提高干燥介質的出口