第七章-干燥

第七章 干 燥 第一节 概 述 干燥是利用热能除去固体物料中湿分（水分或其它液体）的单元操作。在化工、食品、 制药、纺织、采矿、农产品加工等行业，常常需要将湿固体物料中的湿分除去，以便于运输、

贮藏或达到生产规定的含湿率要求。例如，聚氯乙烯的含水量须低于 0.2%，否则在以后的成 形加工中会产生气泡，影响塑料制品的品质；药品的含水量太高会影响保质期等。因为干燥 是利用热能去湿的操作，能量消耗较多，所以工业生产中湿物料一般都采用先沉降、过滤或 离心分离等机械方法去湿，然后再用干燥法去湿而制得合格的产品。

、固体物料的去湿方法 除湿的方法很多，化工生产中常用的方法有： 即通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿。耗能较少、较为经济，但除

湿不完全。 即用干燥剂（如无水氯化钙、硅胶）等吸去湿物料中所含的水分，该方

3.干燥法 。即利用热能使湿物料中的湿分气化而去湿的方法。 该方法能除去湿物料中的大 部分湿分，

除湿彻底。

干燥法耗能较大，工业上往往将机械分离法与干燥法联合起来除湿，即先用机械方法尽 可能除去湿物料中的大部分湿分， 然后再利用干燥方法继续除湿而制得湿分符合规定的产品。

干燥法在工业生产中应用最为广泛，如原料的干燥、中间产品的去湿及产品的去湿等。 、干燥操作方法的分类 1．按操作压强分为 ：

1）常压干燥

2）真空干燥 。真空干燥主要用于处理热敏性、易氧化或要求产品中湿分含量很低的场合。

2．按操作方式分为 ：

1）连续干燥 ：优点：生产能力大、热效率高、劳动条件好、产品均匀。

2）间歇干燥 ：适用于小批量、多品种或要求干燥时间很长的特殊场合。

3．按传热方式可分为 ：

1）传导干燥 ：

热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿分蒸汽被气相 （又称干燥介质 ）带走， 或用真空泵排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。

1.机械分离法 。

2.吸附脱水法 。

法只能除去少量水分 ，适用于实验室使用。 特点：热能利用率高，但与传热面接触的物料易过热变质，物料温度不易控制。 (2) 对流干燥:

使干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式传给物料，产生的蒸汽被干燥介质带走。 干燥介质在这里是载热体又是载湿体。 特点：温度易调节，湿物料不易被过热。但是干燥介质离开干燥器时要带出大量的热量，因 此对流干燥热损失大，能量消耗高。

(3) 辐射干燥:

由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到固体物料的表面，为物料吸收而转变为热能, 从而使湿分气化。例如用红外线干燥法将自行车表面油漆烘干。

特点：该法生产强度大，干燥均匀且产品洁净，但能量消耗大。 (4) 介电加热干燥：

将需要干燥电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电介质中变为热能，可以使液体 很快升温气化。 频率V300MHZ的称为高频加热。 频率=300MHz〜300 GHz的超高频加热，称为微波加热。 通常所用的微波频率是915和2450MHz 特点：这种加热过程发生在物料内部，干燥速率较快，干燥均匀。例如微波干燥食品。

(5) 冷冻干燥:

物料冷冻后，把干燥器抽成真空，使载热体循环，对物料提供必要的升华热，使冰升华 为水汽，水汽用真空泵排出。 常用于医药品、生物制品及食品的干燥。 三、对流干燥方法 (1) 对流干燥原理

在对流干燥过程中，干燥介质(如热空气)将热量以对流方 式从气相主体传递到固体表面，物料表面上的湿分即行气化，水

气由固体表面向气相扩散；与此同时，由于物料表面上湿分气化, 使得物料内部和表面间产生湿分差，因此物料内部的湿分以气态 或液态的形式向表面扩散。可见对流干燥过程是传质和传热同时 进行的过程。干燥介质既是载热体又是载湿体。

(2) 对流干燥的条件干燥进行的必要条件是物料表面的水气的压强必须大于干燥介质中水气的分压，在其 它条件相同的情况下，两者差别越大，干燥操作进行得越快。所以干燥介质应及时地将产生 的水气带走，以维持一定的传质推动力。若压差为零，则无水分传递，干燥操作即停止进行。

由此可见，干燥速率由传热速率和传质速率所支配。 (3) 对流干燥流程

下图为对流干燥流程示意图。空气经预热器加热到适当温度后，进入干燥器，与进入干 燥器的湿物料相接触，干燥介质 将热量以对流方式传递给湿物 料，湿物料中湿分被加热汽化为 蒸气进入干燥介质中，使得干燥

介质中湿分含量增加，最后以废 气的形式排出。湿物料与干燥介 质的接触可以是逆流、并流或其 它方式。

化工生产中以连续操作的对流干燥应用最为普遍，干燥介质可以是不饱和热空气、惰性

气体及烟道气，要除的湿分为水或其它化学溶剂。 本章重点介绍以不饱和热空气为干燥介质, 湿分为水分的对流干燥过程。

、湿空气的性质 湿空气是绝干空气和水气的混合物。对流干燥操作中，常采用一定温度的不饱和空气作 为介质。因此首先讨论湿空气的性质。由于在干燥过程中，湿空气中水气的含量不断增加， 而绝干空气质量不变，因此湿空气的许多相关性质常以单位质量的绝干空气为基准。 1湿度(湿含量)H 湿空气中所含的水蒸气的质量与绝干空气的质量之比，称为空气的湿度，又称湿含量或 绝对湿度，简称湿度，以符号 H表示它可表示为：

H 湿空气中水蒸气的质量 Mvnv 18nv 湿空气中绝干空气的质 量 Mgng 两

式中 H ------- 湿空气的湿度，kg水气/kg绝干空气; M V -- 水汽的摩尔质量，kg/ kmol;

Mg --- 绝干空气的摩尔质量，kg/ kmol;

图11 2时流十煤逬稈示怠图 第二节 湿空气的性质及湿度图

(7-1) 度下水的饱和蒸气压，湿空气的水蒸气已达到饱和，不能再吸收水分; 作为干燥介质。 值愈小，表明湿空气偏离饱和程度越远，吸收水气的能力越强。由此可见空气的湿度H 仅表示空气中水气含量，而相对湿度 值能反应出湿空气吸收水气的能力。 若将式7-4代入式7-2，可得: H 0622佥

ng 绝干空气的千摩尔，kmol;

nv 水气的摩尔数，

常压下湿空气可视为理想气体混合物，根据道尔顿分压定律，理想气体混合物中各组分 kmol

。

的摩尔比等于分压比，则式（7-1）可表示为: H ——— 0.622 Pv 29( P Pv) P Pv

18pv (7-2)

式中 pv 水蒸气的分压，Pa； P――湿空气的总压，Pa。

由式（7-2）可知湿度是总压和水气分压的函数。当总压一定时，则湿度仅由水蒸气分压 所决定，湿度随水气分压的增加而增大。 当湿空气的水蒸气分压等于同温度下水的饱和蒸气压时，表明湿空气呈饱和状态，此时 空气的湿度称为饱和湿度Hs，即：

Hs 0.62^ ^Ps- P P (7-3)

式中 Hs――湿空气的饱和湿度，kg水气/ （kg绝干空气）; 2、相对湿度百分数

在一定总压下，湿空气中的水气分压与同温度下水的饱和蒸汽压 ps之比的百分数，称为 相对湿度百分数，简称相对湿度，符号为 ，即:

Pv

—100%

P

(7-4)

相对湿度可以用来衡量湿空气的不饱和程度。 =100%时，湿空气中水气分压等于同温

100%的湿空气能

(7-5) f H, Ps，而Ps ft，因此 f H,t，只要知道湿

空气的温度和湿度，就可以计算出相对湿度。 3•湿空气的比体积VH

单位质量绝干空气中所具有的空气及水蒸气的总体积称为湿空气的比体积，即: 1kg干空气的体积 Hkg水气体积

1kg干空气

式中 VH —湿空气的比体积，m3/kg绝干气; H ——湿空气的湿度，kg水/kg绝干气; t ――温度，C。

P――湿空气的压强，Pa 由式（7-6）可知,在常压下，湿空气的比体积随湿度H和温度t的增大而增大。 4•湿空气的比热容

常压下将绝干空气和其中的水蒸气的温度提高所需要的热量， 称为湿空气的比热容，简称 湿热，即:

CH —湿空气的比热，kJ/（kg绝干空气-C ）；

cg —绝干空气的比热,1.01kJ/（kg绝干空气「C ）；

cv —水蒸气的比热,1.88kJ/ （kg水汽-C ）。

5.湿空气的焓

I

HO

湿空气的焓为其中单位质量绝干空气的焓及所含水蒸气的焓之和。即:

IH Ig HI

V

式中IH—湿空气的焓,kJ/（kg绝干空气）; Ig—绝干空气的焓 ,kJ/（kg绝干空气）；

Iv—水蒸气的焓,kJ/（kg水汽）。 上述焓值是以干空气和液态水在 0C下的焓为零作为基准。绝干空气的焓就是其显热，而

由上式可知，在一定的总压下 1 29 H 18 22.4

0.773 1.244H

273 t

273 273 t 273

1.013 105 P 1.013 105 P

(7-6)

CH C

g

CH C

g

cVH 1.01 1.88H (7-7)

式中

(7-8)