目錄

第十二章干燥第一節 概述第二節 濕空氣的性質及濕度圖一、濕空氣的性質二、濕度圖三、濕度圖的應用第三節

干燥過程的計算

一、濕物料中含水率的表示方法二、物料衡算三、熱量衡算1目錄習題課第四節

干燥速率和干燥時間

一、干燥速率二、物料中的幾種水分三、干燥過程及機理四、恒定干燥條件下干燥時間的計算第五節

干燥器

一、常用工業干燥器2第十三章干燥第一節概述（1）機械分離法-----即通過壓榨、過濾和離心分離等方法去濕。這種方法無法徹底去除濕分。（2）吸附脫水-----即用固體吸附劑，如CaCl2、硅膠等吸去物料中所

含的水分。這種方法只能除去少量濕分。（3）干燥法------指利用熱能，使濕物料中的濕分氣化而除去的方法。濕物料：

濕分----水分或其它液體除濕方法：本章將介紹濕分濕物料3第一節概述干燥法介電加熱干燥 傳導干燥對流干燥輻射干燥------熱能通過傳熱壁面以傳導方式傳給物料，產生的濕分蒸氣被氣相（又稱干燥介質）帶走，或用真空泵排走。例如紙制品可以鋪在熱滾筒上進行干燥。---熱能以對流方式加入物料，產生的蒸氣被干燥介質所帶走。----由輻射器產生的輻射能以電磁波形式達到物料表面，被物料所吸收而重新變為熱能，從而使濕分汽化。例如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。

本章介紹的內容，干燥介質以熱空氣、濕分以水為例。4第二節 濕空氣的性質及濕度圖一．濕空氣的性質

（1）水汽分壓pw干空氣水蒸汽本章用到的濕空氣性質包括：水的濃度、比熱容、比容（密度）、焓、溫度等。1．濕空氣中水蒸氣含量的表示方法濕空氣---氣體混合物（2）濕度pwpa---又稱濕含量，單位kg水/kg干空氣思考1：H屬于前面介紹的哪一類濃度？質量比總壓P思考2：取1kg干空氣作為濕度定義基準又何好處？干燥過程中干空氣的質量不變5第二節 濕空氣的性質及濕度圖一．濕空氣的性質

1．濕空氣中水蒸氣含量的表示方法（3）相對濕度值愈大，表示空氣的吸濕能力越小；＝1時，飽和。此式只能用于psP情形；當ps>P時，＝pw/P。因為pw最大只能達到總壓P。＝1----水汽分壓與其可能達到的最大值之比。6一．濕空氣的性質2．濕比容H-----1kg干空氣對應的濕空氣的體積，單位為m3濕空氣?kg干空氣1kg干空氣？kg水汽濕空氣H比容的一般定義：思考1：為什么取1kg干空氣作為定義基準？思考2：1kg干空氣對應的濕空氣的質量為多少kg？體積呢？7一．濕空氣的性質比熱容的一般定義：kJ/(kgK)3．濕比熱容cH----kJ/(kg干氣K)此時，濕空氣的質量＝（1+H）kgca干空氣的比熱，kJ/(kg·K)cw水氣的比熱，kJ/(kg·K)1.01kJ/(kg·K)1.88kJ/(kg·K)8一．濕空氣的性質焓的一般定義：kJ/kg通常規定，0℃時絕干空氣及液態水的焓為零。----kJ/kg干氣此時，濕空氣的質量＝（1+H）kg4．濕空氣的焓I0℃時水的汽化潛熱，r02492kJ/kg9一．濕空氣的性質5．干球溫度t----用普通溫度計測出的空氣溫度，簡稱溫度，是空氣的真實溫度10一．濕空氣的性質大量濕球溫度計6、濕球溫度tw

----用濕球溫度計測出的空氣溫度開始時，傳質速率最大，傳熱速率最小。當達到平衡時，傳質所需的熱量速率等于傳熱速率，濕紗布中的水溫達到穩定值（肯定比t低），這一溫度就是濕球溫度，用tw表示。大量、快速流動的空氣（空氣的流速應大于5m/s）與少量水接觸；傳質----因存在傳質推動力，濕紗布中的水汽化進入空氣，此過程需要吸熱（水提供），因此水溫下降；傳熱---產生傳熱溫差，熱量將從空

氣傳入濕紗布；傳質思考1：為什么酷暑的季節，在水里比在岸上涼快？t>tw11一．濕空氣的性質動態平衡思考2：上述傳熱、傳質平衡為動態平衡，為什么？思考3：若空氣（大量）靜止，濕球溫度計測出的溫度與tw相比高還是低？傳熱、傳質終了（即達到平衡）時，傳熱、傳質仍在進行。若空氣大量，則測出的溫度就是tw，只不過，達到tw所需時間要更長，因為傳熱方式此時以導熱、自然對流為主，比強制對流要小。大量濕球溫度計傳質為了快速、準確地測出tw。思考4：為什么空氣要大量、快速流動？12一．濕空氣的性質6、濕球溫度tw

---是水溫，但是卻由空氣決定，與水無關。空氣以對流方式傳給水的熱量速率＝水分汽化所需的潛熱速率大量濕球溫度計傳質思考5：濕球溫度是水溫，為什么要在

濕空氣性質里介紹？可見，tw＝f（t，H），而與水的初始狀態無關。13一．濕空氣的性質思考6：上述濕球溫度測定過程中，濕空氣是等焓的嗎？大量濕球溫度計傳質kH、主要與空氣流速有關，卻幾乎與流速無關；對空氣水系統，當被測氣體溫度不太高、流速>5m/s時，因空氣t、H不變，故濕空氣為等焓（稱為Lewis規則）

14一．濕空氣的性質空氣溫度與水溫相等7．絕熱飽和溫度tas少量塔無窮高設備在絕熱條件下干燥濕物料時思考1：絕熱飽和溫度在什么場合下能遇到？少量空氣與大量水；經過無限長時間接觸；飽和空氣---是水溫思考2：上述絕熱塔中，濕空氣等焓嗎？是的。因為空氣降溫放出的顯熱給了水，但水并沒有升溫，這部分能量又被水蒸汽以潛熱的形式帶回空氣中。思考3：上述傳熱、傳質平衡為靜態平衡，

為什么？塔頂沒有凈的質量、熱量傳遞進行。15一．濕空氣的性質7．絕熱飽和溫度tas濕空氣為等焓變化---是水溫塔無窮高飽和空氣假設但是卻由空氣決定，與水無關。思考4：絕熱溫度是水溫，為什么要在濕空

氣性質里介紹？原因如下：16一．濕空氣的性質濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的異同：相同之處：濕空氣均為等焓變化、均為空氣狀態（t、H）的函數空氣-水體系，有twtas

但對其它體系，例如空氣甲苯系統，/kH=1.8cH,這時tw

與tas就不等了。

17一．濕空氣的性質濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的異同：不同之處：tw----大量空氣與少量水接觸后的穩定的水溫；空氣的狀態（t，H）不變；屬動態平衡。tas----少量空氣與大量水經過接觸后達到的穩定溫度；空氣增濕、降溫；屬靜態平衡；18一．濕空氣的性質8．露點td在總壓不變的條件下，將不飽和濕空氣冷卻，直至冷凝出水珠為止（即達到飽和狀態），此時，濕空氣的溫度稱為露點，用td表示。特點：冷卻思考：若已知t、H，如何求td？思考：若已知t、td，如何求H？查飽和蒸汽壓表19一．濕空氣的性質匯總：不飽和濕空氣性質：P、H、pw、、cH、I、t、tw、tas、td，共10個只需已知3個變量，其他均可通過上述函數關系計算得到，但有時需試差。若用圖求解就不用試差了。20二．濕度圖常用的濕度圖：3個獨立變量取為P、t、H----溫濕圖（t-H圖）

P、I、H----焓濕圖（I-H圖）21濕比熱容線

（P=1atm時）

等線

飽和比容線

干空氣比容線

絕熱飽和線

等焓線

等濕球溫度線

濕度圖濕比熱容線cH,kJ/kgK

22濕比熱容線

（P=1atm時）

等線

飽和比容線

干空氣比容線

絕熱飽和線

等焓線

等濕球溫度線

三、濕度圖的應用1、查濕空氣性質例如：已知t、H濕比熱容線cH,kJ/kgK

值需用線性內插求

23三、濕度圖的應用2．表示濕空氣的狀態變化過程（1）加熱過程（2）冷卻過程（3）干燥過程增濕、降溫焓增大等焓焓減小24三、濕度圖的應用2．表示濕空氣的狀態變化過程（1）加熱過程（2）冷卻過程（3）干燥過程（4）兩股濕空氣混合----杠桿原則25杠桿原則證明：回憶：杠桿原則就是物料衡算由物料衡算可得：L---絕干空氣流量26杠桿原則證明：由熱量衡算可得：27返回目錄作業：28第三節

干燥過程的計算干燥過程干燥室預熱室29第三節

干燥過程的計算干燥室預熱室思考：1、試在濕度圖上畫出干燥全過程2、為什么空氣要預熱？空氣預熱有兩個好處：（1）相對濕度下降，吸水能力增強；（2）空氣溫度高，物料溫度就高，水汽化速率就快。30第三節

干燥過程的計算已知：干燥介質（空氣）的進口條件，如溫度、濕度、壓力等；物料的進口條件，如溫度，濕含量，質量或質量流率；物料的干燥要求（濕含量）。求解：干燥介質用量；干燥條件（如進干燥室的空氣溫度，出干燥室的空氣溫度和濕度等）；整個設備的熱能消耗；干燥室尺寸等等。31第三節

干燥過程的計算一、濕物料中含水率的表示方法干基含水率濕基含水率----質量分率----質量比思考：兩種含水率之間的換算關系？32第三節

干燥過程的計算-----可解出干燥介質用量，蒸發的水分量等二、物料衡算L蒸發的水分量絕干空氣用量33第三節

干燥過程的計算l與干燥過程所經歷的途徑無關。34第三節

干燥過程的計算----可求解整個設備的熱能消耗三、熱量衡算1、預熱器的熱量衡算35第三節

干燥過程的計算----可求解整個設備的熱能消耗三、熱量衡算2、干燥室的熱量衡算36教材更正P198~202所有c1改為clP199：例13-6第（4）問求解過程中L應為2870，W應為44.5，結果應為：Ql＝34939，第（5）問：結果應為6.637三、熱量衡算將以下兩個熱量衡算式相加或對整個干燥流程進行熱量衡算：38三、熱量衡算39三、熱量衡算加入干燥系統的全部能量有四個用途：加熱空氣、蒸發水分、加熱物料和熱損失物料升溫所耗能量熱損失物料中水分蒸發所耗的能量新鮮空氣被加熱所耗的能量

供能方

這是干燥的真正目的所在。40三、熱量衡算物料中水分蒸發所耗的能量3、干燥設備的熱效率熱效率一般，=30~60%，在應用部分廢氣循環時，=50~70%41三、熱量衡算物料升溫所耗能量熱損失物料中水分蒸發所耗的能量新鮮空氣被加熱所耗的能量

供能方

思考：

1、如何提高熱效率？2、為什么廢氣循環時熱效率較高？此外，盡量利用廢氣中的熱量，例如用廢氣預熱冷空氣或濕物料，或將廢氣循環使用，也將有助于熱效率的提高。設法減少加熱空氣、加熱物料和熱損失所耗熱量，如將H2，則L。如將t2。如將Ql，均可提高。42三、熱量衡算由于熱量的加入，實際干燥過程中，空氣的焓可能增大，也可能減小。

焓增大焓減小43三、熱量衡算4、理想干燥過程（又稱等焓或絕熱干燥過程）

Qd=0、Ql=0、物料帶進、帶出的熱量均可忽略不計，44三、熱量衡算空氣（t1、H1）降溫，但焓不變，這是因為空氣不斷增濕的緣故，即水汽（W）將蒸發水分所需的熱量以汽化潛熱的形式帶回空氣中。所以空氣降溫放出的顯熱＝蒸發水分所需的熱量返回目錄45習題課匯總：物料衡算熱量衡算理想干燥過程（等焓干燥過程）46實際干燥過程舉例【例1】常壓下擬用溫度為20℃、相對濕度為57.5％的空氣干燥某種濕物料。空氣在預熱器中被加熱到90℃后送入干燥室，離開時的溫度為45℃、濕度為0.022kg水/kg干氣。現要求每小時將1200kg的濕物料由含水率3%（濕基）干燥至0.2%（濕基），已知物料進、出口溫度分別為20℃和60℃，在此溫度范圍內，絕干物料的比熱為3.5kJ/(kg·℃)，水的平均比熱為4.19kJ/(kg℃)。干燥設備熱損失可按預熱器中加熱量的5%計算。試求：

(1)新鮮空氣用量，kg/h；

(2)預熱器的加熱量QP，kW；

(3)干燥室內補充的熱量Qd，kW；

(4)熱效率；

(5)畫出濕空氣狀態變化47（1）新鮮空氣用量，kg/h查圖或計算得H0＝0.008kg干/kg實際干燥過程舉例【解】48實際干燥過程舉例（2）預熱器的加熱量QP，kW

H0＝0.008kg干/kg49實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg（3）干燥室內補充的熱量Qd，kW其中：50實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg51實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg代入式中得：52實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg53實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg（4）熱效率54實際干燥過程舉例H0＝0.008kg干/kg（5）畫出濕空氣狀態變化55有廢氣循環的實際干燥過程舉例【例2】現將例1流程改為廢氣循環流程設計，如圖所示。將出口廢氣中的50%引到新鮮空氣處與新鮮空氣混合。混合氣經預熱器仍加熱至90℃后，再送入干燥室，出干燥室的廢氣溫度仍為45℃，干燥室加熱量Qd不變，仍為40.25kW，被干燥的物料及干燥要求不變，熱損失仍可取為Qp的5%。試計算：（1）畫出濕空氣狀態變化，并與例1對比。（2）新鮮空氣的用量，kg/h；（3）預熱器的加熱量Qp，kW；（4）熱效率L2L56有廢氣循環的實際干燥過程舉例【例2】現將例1流程改為廢氣循環流程設計，如圖所示。將出口廢氣中的50%引到新鮮空氣處與新鮮空氣混合。混合氣經預熱器仍加熱至90℃后，再送入干燥室，出干燥室的廢氣溫度仍為45℃，干燥室加熱量Qd不變，仍為40.25kW，被干燥的物料及干燥要求不變，熱損失仍可取為Qp的5%。試計算：（1）畫出濕空氣狀態變化，并與例1對比。（2）新鮮空氣的用量，kg/h；（3）預熱器的加熱量Qp，kW；（4）熱效率（1）畫出濕空氣狀態變化，并與例1對比。例2【解】例2中點57有廢氣循環的實際干燥過程舉例（2）新鮮空氣用量，kg/h--------(1)58有廢氣循環的實際干燥過程舉例（3）預熱器的加熱量Qp，kW

杠桿原理59有廢氣循環的實際干燥過程舉例60有廢氣循環的實際干燥過程舉例求解見例161有廢氣循環的實際干燥過程舉例聯立式（1）、（2）得：--------(2)62有廢氣循環的實際干燥過程舉例由例1可知（4）熱效率63有廢氣循環的實際干燥過程舉例結論：在完成同樣的生產任務條件下，若采用廢氣循環流程，新鮮干空氣用量減少，預熱器熱負荷減小，干燥效率提高，但出口廢氣濕度增大，故干燥過程速率下降，干燥設備將變大。64練習【練習】現將例1流程改為廢氣循環流程設計，如圖所示。將出口廢氣中的50%引到新鮮空氣處與新鮮空氣混合。混合氣經預熱器仍加熱至90℃后，再送入干燥室，出干燥室的廢氣溫度仍為45℃，濕度仍為0.022kg水/kg干氣，被干燥的物料及干燥要求不變，熱損失仍可取為Qp的5%。試計算：（1）畫出濕空氣狀態變化，并與例2對比（2）新鮮空氣的用量，kg/h；（3）QP、Qd，kW；（4）熱效率；。65練習（1）畫出濕空氣狀態變化，并與例1、例2對比練習中點66返回目錄作業：67第四節

干燥速率和干燥時間干燥動力學可以解決干燥室尺寸問題----干燥動力學求解：干燥介質用量；干燥條件（如進干燥室的空氣溫度，出干燥室的空氣溫度和濕度等）；整個設備的熱能消耗；干燥室尺寸68第四節

干燥速率和干燥時間單位時間、單位干燥表面所汽化的水分量，稱為~，單位kg/m2s。就是第八章提到的傳質速率。A、Gc、Xd、dX水分N一、干燥速率其中Gc絕干物料質量，kg；A干燥面積，m2；X物料中干基含水率，kg水/kg干料。69二、物料中的幾種水分水固相1、

結合水分與非結合水分非結合水-------機械地附著在物料表面的水分，或物料堆積層

中大空隙中的水分結合水-------結晶水、小毛細管內的水分、

細胞內的水分等。特點：與固體相互結合力較弱，較易去除；

性質與純水的相同；特點：結合水的蒸氣壓低于同

溫下水的飽和蒸氣壓;

借化學力或物理化學力

與固體相結合，較難去

除。----取決于物料本身的性質，與空氣狀況無關。

大孔道小孔道70二、物料中的幾種水分t，H，pw什么是平衡水分？-------在一定空氣狀態下的干燥極限物料總水分中，除了平衡水分以外的那部分水，稱為~。2、平衡水分與自由水分

---取決于物料本身的性質及空氣狀態。

什么是自由水分？水固相水固相ps水固相在一定空氣狀態下，濕物料中的恒定含水量稱為該物料的~。也就是在一定空氣狀態下物料中不能除去的水分。用X*表示，單位kg水/kg干料。ps>pw71二、物料中的幾種水分思考：“在一定空氣狀態下物料中不能除去的水分”這句話是否意味著這部分水再也無法除去了？例如：曬衣服，下雨天和晴天72二、物料中的幾種水分自由水分平衡水分總水分非結合水分結合水分Why？73三、干燥過程及機理恒定干燥條件------濕空氣的狀態（溫度、濕度）不變、

空氣流速不變、

與物料的接觸方式不變

前提：濕空氣tHu濕空氣tHu74三、干燥過程及機理t，H，pw水固相psX，kg水/kg絕干料干燥時間物料溫度所經歷的時間很短，通常可忽略不計。

非結合水預熱段恒速干燥階段t，H，pw思考：恒速段除去的是什么水？水固相pst0tw75三、干燥過程及機理t，H，pw水固相pst，H，pw水固相pst0tw空氣條件表面氣化控制思考：影響恒速階段干燥速率的因素？恒速段干燥機理：76三、干燥過程及機理干燥速率N,kg/（m2·s）X，kg水/kg絕干料干燥時間物料溫度所經歷的時間很短，通常可忽略不計。

恒速段干燥速率曲線：77三、干燥過程及機理降速干燥階段t，H，pX，kg水/kg絕干料干燥時間物料溫度降速第一階段tw水固相ps非結合水和部分結合水降速第二階段預熱段恒速干燥階段思考：降速階段除去的是什么水？整個干燥過程可分為三個階段：從物料表面剛出現干區，至全部表面為干區階段78三、干燥過程及機理t，H，ptw水固相ps物料內部水分遷移控制降速段干燥機理：79三、干燥過程及機理X，kg水/kg絕干料干燥時間

物料溫度降速第一階段降速第二階段干燥速率N,kg/（m2·s）降速第一階段降速第二階段X*降速段干燥速率曲線：80三、干燥過程及機理干燥速率N,kg/（m2·s）降速第一階段降速第二階段X*臨界含水率：t，H，ptw水固相psXC臨界含水率：物料表面一出現干區時的含水率思考：臨界含水量大好，還是小好？小好，因為一旦達到臨界含水量，就意味著干燥進入了降速階段，干燥時間將大大加長。81三、干燥過程及機理干燥速率N,kg/（m2·s）降速第一階段降速第二階段X*臨界含水率：t，H，ptw水固相psXC思考：影響臨界含水量大小的因素？物料本身的結構、性質、厚度等

物料層越薄，則XC越小

干燥介質狀況（流速、溫度、濕度等）流速越小、溫度越低、濕度越大，則恒速干燥速率越小，XC越小

82四、恒定干燥條件下干燥時間的計算N1、恒速段干燥時間1的計算水固相twt，H，p根據熱量衡算，知其中83四、恒定干燥條件下干燥時間的計算N2、降速段干燥時間2的計算

如圖，若降速段的干燥曲線可近似為直線，則作業：返回目錄84第五節

干燥器85一、常用工業干燥器廂式干燥器（DiscTypeDrier）小型的稱為烘箱，大型的稱為烘房，是典型的常壓、間歇式、對流干燥設備。任何形狀的物料

適用場合：優點：缺點：對物料的適應性強。物料得不到分散，干燥速率低，熱利用率較差、且產品質量不均勻。