化工原理干燥器32页PPT

新型的干燥技术如微波干燥、真空冷冻干燥等正在逐步推广应用，这些技术具有节能、高效、环保等优点，为未来的干燥技 术发展提供了新的方向。
03 干燥过程分析
干燥过程的物理变化
01
02
03
去除水分
通过蒸发或升华的方式， 将固体物料中的水分去除， 使其达到所需的干燥程度。
形态变化
随着水分的去除，固体物 料的形态会发生变化，如 从湿润状态变为干燥状态。
在真空环境中，利用低温或高温使物 料中的水分蒸发，适用于易氧化、易 分解或热敏性物料的干燥。
06
其他干燥方法
如微波干燥、冷冻干燥等。
干燥的物理化学基础
湿分的概念
湿分是指物料中所含的水分或其他溶剂，是影响干燥过程的重要因素。湿分的性质、含量和状态对干燥速率、产品质 量和能耗等都有重要影响。
湿分蒸发的原理
通过干燥可以去除物料 中的水分或其他溶剂， 获得一定组成的干制品 。
干燥后的物料体积缩小 ，重量减轻，便于运输 和贮存。
干燥可以改善物料的外 形、色泽和口感，提高 产品质量。
在许多加工过程中，如 造纸、纺织、陶瓷等， 干燥是必不可少的工艺 环节。
干燥的原理和分类
干燥原理
干燥是利用热能将物料中水分或其他溶剂蒸发 掉的过程。根据传热方式和传质推动力的不同，
其他领域的干燥应用
污泥的干燥
污泥在处理过程中需要经过干燥 处理，以降低水分含量，便于后 续的处理和利用。
废水的蒸发
废水在处理过程中需要通过蒸发 工艺，将水分从废水中分离出来 ，实现废水的净化。
05 干燥的优缺点分析
干燥的优点
高效节能
通过去除物料中的水分，提高 其含水率，使其达到所需的干 燥程度，从而减少能源消耗。

式中：
k H rt w

( H s ,t w H )

：空气向湿棉布的对流传热系数，W/(m2 •℃)；
k H ：以湿度差为推动力的传质系数，kg/(m2 •s•H)；
rtw
H
：湿球温度下水的汽化潜热，kJ/kg水；
H s ,tw：湿球温度tw下空气的饱和湿度，kg水/kg绝干气；
：空气的湿度， kg水/kg绝干气。
30
（2）湿空气状态点的确定
31
（3）简单分析：
a.当H、p一定时， 。 t
因此，提高湿空气温度 t，不仅提高了湿 空气的焓值，使其作为载热体外，也降低了相
对湿度使其作为载湿体。
pv b.因pv py、ps f t 及 100% pS 故t一定时，p ，故加压对干燥不利。
H f ( p，pV )
当p为一定值时，
H f ( pV )
当空气达到饱和时，相应的湿度称为饱和湿度 Hs，此时湿空气中的水汽分压等于该空气温度下纯 水的饱和蒸气压 ps。
0.622pS HS p-pS
即：
H S f (t，p)
10
2.相对湿度百分数（简称相对湿度） 定义：在一定总压下，湿空气中水汽分压pV与同
20
影响湿球温度tw的三方面因素： ①物系性质：与α 、 kH有关的物性； ②空气状态：t、H； ③流动条件： α/kH 。 实验表明，α与 kH都与空气速度的 0.8次幂成正比，故α与kH之比值与流速 无关，只与物性有关。当物系已确定， 则物系性质就不再改变，此时，湿球温 度只与气相状态有关，即：
tas ：是由热量衡算与物料衡算导出的，属于静平衡。
• tw与tas 数值上的差异取决于α/kH与cH两者之间的差别。 （1）空气—水蒸气体系， c H ，r0 rt 得 t w t as w kH （2）空气—甲苯体系， k 1.8c H ，tw tas

（2）湿度 ---又称湿含量，单位kg水/kg干空气
水汽的质量 H 绝干空气的质量
水汽的摩尔数 绝干空气的摩尔数
Mv Ma
pw P pw
18 29
思考1：H属于前面介绍的哪一类浓度？
质量比
思考2：取1kg干空气作为湿度定义基准又何好处？
干燥过程中干空气的质量不变
《化工原理》电子教案/第十三章
5/101
t
空气
t, H
t, H
《化工原理》电子教案/第十三章
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一．湿空气的性质
6、湿球温度 tw
----用湿球温度计测出的空气温度
❖大量、快速流动的空气（空气的 流速应大于5m/s）与少量水接触；
湿球温度计
❖传质----因存在传质推动力，湿纱布
中的水汽化进入空气，此过程需要吸 热（水提供），因此水温下降；
V T P0 V0标态 T0 P
V T 1.013105
n 22.4 273
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《化工原理》电子教案/第十三章
一．湿空气的性质
3．湿比热容cH ----kJ/(kg干气K) 此时，湿空气的质量＝（1+H）kg
比热容的一般定义： kJ/(kgK)
cH ca cw H 1.01 1.88H

ca干空气的比热，kJ/(kg·K) 1.01kJ/(kg·K) cw水气的比热，kJ/(kg·K) 1.88kJ/(kg·K)
《化工原理》电子教案/第十三章
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一．湿空气的性质
4．湿空气的焓I ----kJ/ kg干气
此时，湿空气的质量＝（1+H）kg
I Ia IwH
ca cw H t r0 H

《化工原理》 Principles of Chemical Engineering
第十二章 干 燥
Chapter 12 Drying
概述（Introduction）
在化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过 多的水分或有机溶剂 (湿份)，要制得合格的产品需要除去 固体物料中多余的湿份。
除湿方法：机械除湿——如离心分离、沉降、过滤。 干燥 ——利用热能使湿物料中的湿份汽化。除 湿程度高，但能耗大。 惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除 去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉， 以降低除湿的成本。
3.比热cH (Humid heat)或比热容KJ/(kg· ℃) 比热：1kg 绝干空气及相应水汽温度升高1℃所需要的热量
c c 1 c H H g v
式中：cg — 绝干空气的比热，KJ/(kg· ℃)； cv — 水汽的比热，KJ/(kg· ℃) 。
对于空气-水系统： cg=1.01 kJ/(kg· ℃)，cv=1.88 kJ/(kg· ℃)
干燥过程基本问题
除水分量 空气消耗量 干燥产品量 热量消耗 干燥时间 能量衡算 涉及干燥速率和水在 气固相的平衡关系 物料衡算 涉及湿空气的性质
解决这些问题需要掌握的基本知识有： (1) 湿分在气固两相间的传递规律； (2) 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化； (3) 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征； (4) 干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。 本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基 本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。
由于温差的存在，气体以对流方 式向固体物料传热，使湿份汽化； 在分压差的作用下，湿份由物料 表面向气流主体扩散，并被气流 带走。 干燥是热、质同时传递的过程 干燥介质：用来传递热量（载热 体）和湿份（载湿体）的介质。

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第七章 干燥
(Drying)
第七章 干 燥
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第一节 概述 第二节 湿空气的性质与湿度图 第三节 干燥过程的物料衡算与热量衡算 第四节 干燥速率与干燥时间 第五节 干燥器
第七章 干 燥
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第一节 概述
去湿——在化学工业中，有些固体原料、半成 品和成品中含有水分和或其它溶剂（统称为湿 分）需要除去。
第七章 干 燥
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四、对流干燥过程

本章主要讨论对流干燥，干燥介质是热空气，
除去的湿分是水分。
1、对流干燥的流程
预热器 空气 干燥产品 湿物料 干燥器 废气
第七章 干 燥
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2、对流干燥的特点
对流干燥是传热、传质同时进行的过程，但传递方向 不同，是热、质反向传递过程： 方向 推动力 传热 气 温度差
pw
第七章 干 燥
华东交大化工原理电子课件 经过以上分析可知，在空气绝热增湿过程中，空气失去 的显热与汽化水分带来的潜热相等，空气的温度和湿度虽随 过程的进行而变化，但其焓值不变。 进入饱和器的湿空气(t，H)焓＝离开饱和器的湿空气焓(tas，Has) cHa s (t tas ) Hras cHa s (tas tas ) Has ras
第七章 干 燥
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4、湿空气的温度
（1）、露点 td
定义：一定压力下，将不饱和空气等湿降温至 饱和，出现第一滴露珠时的温度。 湿度H与露点 td 的关系：
H 0.622
pd P pd
Pd—td下的饱和蒸汽压。
第七章 干 燥

平衡时，湿物料表面的温度。
空气达到饱和时的温度。
实验证明，对于湍流状态下的水蒸 汽～空 气系统 ，常用 温度范 围内α/kH与湿 空气比 热容ｃ H值很 接近， 同时ras≈rtw, 即在一定温度ｔ与湿度Ｈ下：
水汽-空气系统 kH 1.09 cH tw tas ） （路易斯规则
但对其它体系，例如空气-甲苯系统， kH =1.8cH，这时 tw 与 tas 就不等了。
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§5-2 湿空气的性质及湿焓图
一、湿空气的性质*
湿空气的性质：
湿度、比容、比热容、焓、温度等。
1、湿度与相对湿度
（1）湿度H
又称湿含量或绝对湿度 , 为湿空气中水汽的质量与绝干空气的质 量之比 ，H。
水汽的质量 H 绝干空气的质量
[kg 水/kg 干空气]
水汽的摩尔数 绝干空气的摩尔数
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干球温度 t 和湿球温度 tw
空气以对流方式传给水的热量速率 = 水分气化所需的潜热速率
S t tw N rtw t w kH S Hs, tw H rtw
实验证明，传质系数kH和对流传热系 数均 与空气 流速的0.8次方 成正比 ，故可 认为其 比值/ kH与气流速度无关，对于空气～水 蒸汽系 统，当 被测气 体温度 不太高 、流速 >5m/s 时， / kH =1.09。
1.011.88H
[kJ/(kg干气℃)]
cH f H
cg干空气的比热，kJ/(kg·℃) 1.01kJ/(kg·℃) cv水汽的比热，kJ/(kg·℃) 1.88kJ/(kg·℃)
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湿空气的性质*
4．焓I 含1kg绝干气的湿空气的焓，I。
若 Ig—绝干空气的焓，kJ/kg绝干气 Iv—水汽的焓，kJ/kg 水汽

② 干燥推动力比较均匀；
③ 增加气流速度使得传热（传质）系数增大；
④ 减少热损失，但干燥速率常有所减小。
8/17/2019
◆ 厢式干燥器的优点： 构造简单，设备投资少； 适应性强，物料损失小，盘易清洗。 尤其适用于需要经常更换产品、小批量物料的干燥。
◆ 厢式干燥器的主要缺点： 物料得不到分散，干燥时间长； 若物料量大，所需的设备容积也大； 人工劳动强度大； 热利用率低； 产品质量不均匀。
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应用： 气流干燥器适宜于处理含非结合水及结块不严重又不怕磨 损的粒状物料，尤其适宜于干燥热敏性物料或临界含水量 低的细粒或粉末物料。对粘性和膏状物料，采用干料返混 方法和适宜的加料装置，如螺旋加料器等，也可正常操作。
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（3）流化床干燥器（沸腾床干燥器） ● 原理：流化床干燥器是
第十三章 干燥 D燥器的基本要求 二、工业上常用的干燥器 三、干燥器的选择
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一、干燥器的基本要求
▲ 适应被干燥物料的多样性和不同产品规格要求； ▲ 设备的生产能力要高； ▲ 能耗低； ▲ 还应便于操作、控制等。
二、工业上常用干燥器
（1）厢式（盘架式）干燥器 原理：主要是以热风通过湿物料 的表面，达到干燥的目的。
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（2）气流式干燥器 结构：
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优点： ① 气、固间传递表面积很大，体积传质系数很高，干燥速率 大； ② 接触时间短，热效率高，气、固并流操作，可以采用高温 介质，对热敏性物料的干燥尤为适宜； ③ 由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置； ④ 气流干燥器的结构相对简单，占地面积小，运动部件少， 易于维修，成本费用低。
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w w w w 1 2 1 2 W G G 1 2 1 w 1 w 2 1
物料衡算（Mass balance）
2、水分蒸发量
湿废气体 L , H2 湿物料 G1 , w1 干 燥 产 品 G2 , w2 热空气 L , H1
c c 1 c H H g v
，
cv=1.88
c 1 . 01 1 . 88 H H
4.焓I (Total enthalpy)
焓：1kg 绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。
I Ig HI v
一般以0℃为基准，且规定在0℃时绝干空气和水汽的 焓值均为零，则
I ( c Hc ) t r H c t r H g v 0 H 0
2、确定空气的状态点，查找其它参数 两个参数在曲线上能相交于一点，即这两 个参数是独立参数，这些参数才能确定空气的 状态点。
湿度图的使用 ① 空气状态的确定：已知空气的任何两个参数即可 确定其状态。
② 空气的加热与冷却过程
加热：空气的φ减小，表明空气接收水汽的能力加强
② 空气的加热与冷却过程 冷却：t＜td时，空气的H不变；t=td时，有水冷凝
q
液滴 表面 tw , Hw源自b、计算Q S ( t t ) w
气体 t, H
液滴 kH 对流传质 N
S ( t t) k S ( H H ) r
w H s , t
w
Q k S ( H H ) r H s , t t w w
k H t t r ( H H ) w t s , t w w
5 t 273 1 . 0133 10 1 H v 22 . 4 H 273 P 29 18 5 t 273 1 . 0133 10 ( 0 . 772 1 . 244 H ) 273 P

冷冻干燥器
1.干燥室；2.加热系统；3，8.制冷机组；4.加热器； 5.冷凝器；6.罗茨泵；7.旋片式真空泵
（四）冷冻干燥器
1. 冷冻干燥系统的组成 如图7-21所示， 主要由冷冻干燥箱、制冷系统、加热系 统、真空系统和控制及辅助系统等组成。 冷冻干燥设备的主要配置是冷阱与干燥 室配置，分为整体式和分体式两种形式： 小型设备一般采用整体式，冷阱直接焊 接在干燥室的下部；大中型干燥设备采 取分体式，分体式的干燥室和冷阱分开 配置，中间用真空管道连接。
热风循环风箱
2. 穿流式厢式干燥器
（1）结构：如图7-15所示，主要由干 燥机主体、循环风机、蒸气加热系统、 料盘、排湿系统、电器控制箱等组成。
（2）工作原理：与平流式厢式干燥器 基本相同，区别仅在于料盘有孔，形 成穿流，中药材的干燥效率高于粉料。
（3）应用：用于中药材干燥。
穿流式箱式干燥器
（二）沸腾干燥器：
2. 流化干燥特点 在流化床中，气−
固体间的高度混合，使整个床内温度均 匀，无局部过热现象；良好的传热传质 ，加上气−固接触面积大，传热系数可达 2000~7000W/(m²·℃) ；由 于物 料颗 粒的 剧烈跳动，表面的气膜阻力大大减少， 热效率可高达60%~80%；又由于干燥室 密封性好，物料不能与其他机件接触， 不会有杂质混入，因而特别适合于制药 生产的干燥。
二、干燥设备：
1. 热风循环烘箱 （1）结构：由厢体、物料盘、加热器、电器控制箱、鼓 风机等组成。 （2）工作原理：热源多为蒸气加热管道，干燥介质为自 然空气及部分循环热风，烘盘装载被干燥的物料，干燥过 程中物料保持静止状态，料层厚度一般为10mm。热风沿着 物料表面和烘盘底面水平流过，同时与湿物料进行热交换 并带走被加热物料中气化的湿气，热风在循环风机作用下， 部分从排风口放出，同时由进风口补充部分湿度较低的新 鲜空气，与部分循环的热风一起加热进行干燥循环。当物 料湿含量达到工艺要求时停机出料。 （3）特点与应用：结构简单，设备投资少，操作方便， 适用性强，可适用于干燥多种物料，适用于药材提取物及

化学工程系
➢平衡水分与自由水分 （按水分能否用干燥 方法除去的原则 ）
平衡水分：干燥推动力 ∆p=p-pi=0时，物料中 存在的水分。在一定空气状态（t，φ）下， 平衡水分是湿物料干燥的极限。 自由水分：总水分－平衡水分
化学工程系
物料中所含水分的性质
对于同种物料，在一定温度下，空气的相 对湿度越大，平衡水分含量越高。
U ——干燥速率（kg/（m2·s））； W′——气化水分量（kg）； S ——干燥面积（m2 ） ； τ——干燥时间（s）。
物料温度 X，kg水/kg绝干料
预 热 段
恒 速 干 燥 阶
段
tw
降速干燥阶段
降
降
速
速
第
第
一
二
阶
阶
段
段
化学工程系
U dW GcdX
Sd Sd
干燥时间
干燥曲线
化学工程系
• 对同一干燥过程，夏天的空气消耗量l 大还是冬天的消耗量l大？
化学工程系
7.3.3 干燥过程热量衡算 1.预热器的热量衡算 Qp=L（I1-I0）=L(1.01+1.88H0)(t1-t0)
L，t0，H0，I0
L，t1，H1，I1
QP
2.干燥器的热量衡算
化学工程系
LI1+GcI1′+ QD=LI2+ GcI2′+ QL L（I1-I2）+ QD= Gc（I2′-I1′）+ QL
若要得到绝干产品，只能用绝干空气作为 干燥介质。 X/kg水·(kg绝干料)-1
化学工程系
7.4.2 恒定干燥条件下的干燥速率
湿空气的状态（温度、相对湿度）不变、 空气流速不变、与物料的接触方式不变

5%10% 0
25
《化工原理》课件
第十一章 干燥 dry
第二节 湿空气的性质及湿度图
二、湿空气的湿度图及其应用
说明：
‫ ٭‬当 t一,即 定 ps一,若 定 H ,则 ；
‫٭‬当H一定 ,若t,则； ‫ ٭‬当 100%时的等线称为饱和空气线。
26
《化工原理》课件
第十一章 干燥 dry
第二节 湿空气的性质及湿度图
I1
20%
10%
100%
I
p
t1 tw , tas
td
H, p及t d
I ,t 及t
Hw
as
H1 H
注意：并非已知任意两个参数就可确定状态点 31
《化工原理》课件
第十一章 干燥 dry
第二节 湿空气的性质及湿度图
二、湿空气的湿度图及其应用
空气状态变化过程的图示
‫٭‬加热和冷却(等湿过程) t d
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二、分类
传热方式
操作压强
—
连续干燥
间歇干燥
质量均匀 适应性强
传导干燥
—
对流干燥 热效率较低
辐射干燥 红外线 0.72 ~ 1000m
介电干燥 高频电场 300MHz
—
常压干燥
真空干燥
温度低和速度快
3
《化工原理》课件
第十一章 干燥 dry
《化工原理》课件
第十一章 干燥 dry
v
液态水
的水气
t℃时Hkg的水气
I H I g H v C I g t H (C v t r 0 。 )(CgHvC )tH0。 r
绝干空气和液态水在0oC时的焓为零。
10
《化工原理》课件

概述（Introduction）
第七章 干 燥
Chapter 7 Drying
在化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多 的水分或有机溶剂 (湿份)，要制得合格的产品需要除去固体 物料中多余的湿份。 例如： 制盐工业中，在过饱和的氯化钠溶液中生成的食盐晶粒； 塑料工业中，氯乙烯单体在水相中聚合制成的塑料颗粒。 除湿方法：机械脱水 (沉降或过滤)；干燥 (加热使湿份汽化) 惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除 去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以 降低除湿的成本。 干燥方法的分类：根据加热方法可分为传导干燥、对流干 燥和辐射干燥。
干燥曲线和干燥速率曲线 干燥曲线：物料湿含量 X 与干燥时间 的关系曲线。 预热段(Pre-heat period)： 初始湿含量 X1 和温度 1 变为 X 和 tw。物料吸热升温以提高 汽化速率，但湿含量变化不大。 恒速干燥段 (Constant-rate period)： 物料温度恒定在 tw，X~ 变化 呈直线关系，气体传给物料 的热量全部用于湿份汽化。
p ps p
结合水分与非结合水分 非结合水分：与物料没有任何形式的结合，具有和独立存在 的水相同的蒸汽压和汽化能力。 结合水分：与物料存在某种形 式的结合，其汽化能力比独立 存在的水要低，蒸汽压或汽化 能力与水分和物料结合力的强 弱有关。
1.0 相对湿度
0.5 结合水分 0 Xh
非结合 水分
X*
X
显热项
汽化潜热项 换算关系：
对于空气-水系统： I H (1.005 1.884 H )t 2491.27 H
工业生产中，物料湿含量通常以湿基湿含量表示，但由于物 料的总质量在干燥过程中不断减少，而绝干物料的质量不 变，故在干燥计算中以干基湿含量表示较为方便。