第十四章干燥1讲解

第14章 固体干燥
14.1 概述
§14.1.1、固体去湿方法和干燥过程
在化学工业、制药工业、轻工、食品等有关工业中, 常常需要从湿固体物料中除去湿分(水或其它液体),这 种操作称为“去湿”,或叫干燥。
例如:药物、食品中去湿,以防失效变质,中药冲剂、 片剂、糖、咖啡等去湿(干燥)。
塑料颗粒若含水超过规定,则在以后的注塑加工中会 产生气泡,影响产品的品质。
因此，为提高干燥过程的经济性，应采取适当 措施降低能耗，提高热的利用率。（如干燥器内 埋设加热管道，废气部分循环等）
14.2干燥静力学
§14.2.1、湿空气的性质 一、湿空气的性质
基准：1㎏绝干空气。 湿空气的若干参数均以单位质量的绝干空气为基准。
这是因为在干燥过程中水分量是不断变化的，而绝干空气 的质量是不变的，所以选取1㎏绝干气作基准对干燥计算而言 是很方便的。 1． 湿度（湿含量、绝对湿度）H 定义： H=湿空气中水汽的质量/湿空气中绝干空气的质量 H= Mvnv/Mgng
三、 对流干燥过程的特点——热、质同时传递
当温度较高的气流与湿物料直接接触时，气固两相间 发生的是热、质同时传递的过程。这是因为：
一方面：
由于物料表面温度θ i<t，则气体传热给固体，传热推 动力Δ t=t-θ i，传热量Q，方向如图示；
另一方面：
由于气流中水汽分压p低于固 体表面气膜中水汽压强pi，即 p<pi，水汽将通过气膜向气流主 体扩散，即发生质量传递过程， 传热推动力Δ p=pi-p，传递物质 量N，方向如图示。
18 nv 0.622 p
29 ng
P p
㎏水/㎏绝干空气
饱和湿度 Hs
若p=ps (空气温度下水的饱和蒸汽压)，则湿空 气呈饱和状态。
Hs

0.622
P
ps ps
其中ps=ps(t)
所以Hs=Hs(p,t)
2． 相对湿度φ
定义 φ =p/ps×100% 衡量湿空气的不饱和程度 若 φ=100﹪ 湿空气达饱和状态，即 p=ps，在此条件 下无干燥能力；
若 Δ p=pi-p=0，则N=0，干燥无法进行，传质达到动态平衡。
五． 对流干燥流程及经济性 1． 干燥流程：
典型的流程如图示
2． 经济性：
主要取决于能耗和热的利用率
在干燥操作中，加热空气所耗的热量只有一部 分用于汽化水分，相当可观的一部分热能随含水 分较高的废气流失。此外，设备的热损失，固体 物料的温度升高也造成了一定的能耗。
CH Cg HCv 1.01 1.88H kJ/㎏绝干气℃
5． 焓 IH
定义：
I H I g HIv
焓是一个相对值，计算焓值时必须规定基准状态 和基准温度。
其它如木材的干燥,纸的干燥。
一、物料的去湿(干燥)方法
1、机械去湿：压榨、过滤或离心分离的方法去除湿分。 能耗底，但湿分的除去不完全。
2、吸附去湿：用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如 C使a物Cl料2，中L水iC分l,经Li气Br相,硅转胶入，到沸干石燥吸剂附内剂。等）与湿物料并存，
如实验室中用干燥剂保有干物料（干燥器）；食品、衣 物中放有保干剂。能耗几乎为零，且能达到较为完全的 去湿程度，但干燥剂的成本高，干燥速率慢。
而湿料内部的水分以液态或水汽的形式扩散至表面， 水分气化所需热量取自于空气传递给湿料的热量。对流干 燥过程包含了热量传递和质量传递过程，两者传递方向相 反。
四． 干燥的必要条件：
p<pi，使物料表面的水分能够汽化
传质推动力 Δ p=pi-p，△p越大，干燥进行的越快， 所以，干燥介质应及时将汽化的水分带走，以便保持一定的 传质推动力。
3、按供热方式来分： 1）对流干燥：
使干燥介质直接与湿物料接触，介质在掠过物料表面时向物 料供热，传热方式属于对流，产生的蒸汽由干燥介质带走。如 气流干燥器、流化床、喷雾干燥器。
2）传导干燥：
热能通过传热壁面以传导方式加热物料，产生的蒸汽被干燥介质 带走，或是用真空泵排走（真空干燥），如烘房、滚筒干燥器。
3）辐射干燥：
辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到湿物料表面，湿物料吸收辐 射能转变为热能，从而使湿分汽化，如实验室中红外灯烘干物料（浴 霸）。
4）介电加热干燥：
将湿料置于高频电场内，依靠电能加热物料并使湿分汽化（微波炉）。
5）冷冻干燥：
在低温冷冻状态下加热使冰升华，并用抽真空的方法排出水汽。
化工中最常见的为对流干燥，本章主要讨论以空气为干燥介质， 湿分为水的对流干燥过程。
因此只有当φ <100﹪的不饱和空气才能作为干燥介质。φ 值越小，表示该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。 H和φ 的比较：
区别：H表示水汽在湿空气中的绝对含量
φ 反映出湿空气吸收水分的能力
联系：
H 0.622 p 0.622
P p
P ps
由P，t，H可求得φ
3． 比容（湿容积） υ H
定义：υ H=湿空气的总容积/湿空气中绝干空气的质量
H
1 29

H 22.4 18
t
273 1.0133 105
273
p
0.772 1.244 t 273 1.0133 105
273
p
4． 比热（湿比热）CH
常压下将1㎏绝干气和其中的H㎏水蒸气的温度升 高或降低1℃所吸附或放出的热量，叫比热。
3、供热干燥：向物料供热以汽化其中的水分，并将产生的 蒸汽排走。
干燥过程的实质是被除去的湿分从固相转移到气相中， 固相为被干燥的物料，气相为干燥介质。
工业干燥操作多半是用热空气或其他高温气体作干燥介质（如 过热蒸汽，烟道气）能量消耗大，所以工业生产中湿物料若含水 较多则可先采用机械去湿，然后在进行供热干燥来制得合格的干
二品、。 干燥操作的分类
1、按操作压力来分：
1）常压干燥：多数物料的干燥采用常压干燥 2）真空干燥：适用于处理热敏性，易氧化或要求产品含湿量很低的物料.
2、按操作方式来分：
1）连续式：湿物料从干燥设备中连续投入，干品连续排出。 特点：生产能力大，产品质量均匀，热效率高和劳动条件好。 2）间歇式：湿物料分批加入干燥设备中，干燥完毕后卸下干品再加料。 如烘房，适用于小批量，多品种或要求干燥时间较长的物料的干燥。