化工原理 子教案 固体干燥.doc

长 春 工 业 大 学 课 程 教 案∕讲 稿 用 纸 讲 授 内 容 教学设计∕备注 14 固体干燥 14.1 固体去湿方法和干燥 1. 物料的去湿方法 化工生产中的固体原料、产品或半成品为便于进一步的加工、运输、贮存和使用，常常需要将其中所含的湿分（水或有机溶剂）去除至规定指标, 这种操作简称为去湿。去湿的方法可分为以下三类： （1）机械去湿 当物料带水较多时，可先用离心过滤等机械分离方法以除去大量的水； （2）吸附去湿 用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaCl2、硅胶等）与湿物料并存，使物料种的水分相继经气相而转入干燥剂内。 （3）供热干燥 向物料供热以汽化其中的水分。供热方式又有多种。工业干燥操作多是用热空气或其它高温气体为介质，使之掠过物料表面，介质向物料供热并带走汽化的湿分，此种干燥常称为对流干燥，是本章讨论的主要内容。 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。 2. 对流干燥的特点 （1）对流干燥流程： 如图14-2所示，湿空气经风机送入预热器，加热到一定温度后送入干燥器与湿物料直接接触，进行传质、传热，最后废气自干燥器另一端排出。 干燥若为连续过程，物料被连续的加入与排出，物料与气流接触可以是并流、逆流或其它方式。若为间歇过程，湿物料被成批放入干燥器内，达到一定的要求后再取出。 经预热的高温热空气与低温湿物料接触时，热空气传热给固体物料，若气流的水汽分压低于固体表面水的分压时，水分汽化并进入气相，湿物料内部的水分以液态或水汽的形式扩散至表面，再汽化进入气相，被空气带走。所以，干燥是传热、传质同时进行的过程，但传递方向不同。 长 春 工 业 大 学 课 程 教 案∕讲 稿 用 纸 讲 授 内 容 教学设计∕备注 传热 传质 方向 从气相到固体 从固体到气相 推动力 温度差 水汽分压差 （2）干燥过程进行的必要条件： ①湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压； ②干燥介质将汽化的水汽及时带走。 为确定干燥过程所需空气用量、热量消耗及干燥时间，而这些问题均与湿空气的性质有关。为此，以下介绍湿空气的性质。 长 春 工 业 大 学 课 程 教 案∕讲 稿 用 纸 讲 授 内 容 教学设计∕备注 14.2 干燥静力学 14.2.1 湿空气的状态参数 1．空气中水分含量的表示方法 湿空气的状态参数除总压、温度之外，与干燥过程有关的是水分在空气中的含量。根据不同的测量原理，同时考虑计算的方便，水蒸汽在空气中的含量有不同的定义或不同的表示方法。 （1）水汽分压与露点 空气中的水汽分压直接影响干燥过程的平衡与传质推动力。测定水汽分压的实验方法是测量露点，即在总压不变的条件下将空气与不断降温的冷壁相接触，直至空气在光滑的冷壁表面上析出水雾，此时的冷壁温度称为露点。壁面上析出水雾表明，水汽分压为的湿空气在露点温度下达到饱和状态。因此，测出露点温度便可从手册中查得此温度下的饱和水蒸气压，此即为空气中的水汽分压。显然，在总压一定时，露点与水汽分压之间有一单一函数关系。 （2）空气的湿度 为便于进行物料衡算，常将水汽分压换算成湿度。空气的湿度定义为每kg干空气所带有的水汽量，单位是kg/kg干气，即 式中为总压。 （3）相对湿度 空气中的水汽分压与一定总压及一定温度下空气中水汽分压可能达到的最大值之比定义为相对湿度，以表示。 当总压为101.3kPa时，空气温度低于100℃时，空气中水分分压的最大值应为同温度下的饱和蒸汽压，故有 （当） 当空气温度较高，该温度下的饱和蒸汽压，会大于总压。但因空气的总压也已指定，水汽分压的最大值最多等于总压，故取 （当） 从相对湿度的定义可知，相对湿度表示了空气中水分含量的相对大小。，表示空气已达饱和状态，不能再接纳任何水分；值愈小，表明空气尚可接纳的水分愈多。 （4）湿球温度 测量水汽含量的简易方法是测量空气的湿球温度，其原理可见第13章。简言之，湿球温度是大量空气与少量水长期接触后水面的温度，它是空气湿度和干球温度的函数。 长 春 工 业 大 学 课 程 教 案∕讲 稿 用 纸 讲 授 内 容 教学设计∕备注 式中 、——分别为气相的传质系数与给热系数； 、——分别为湿球温度下的湿度与汽化热。 对空气-水系统，当被测气流的温度不太高，流速5m/s时，为一常数，其值约为1.09kJ/（kg?℃），故 由湿球温度的原理可知，空气的湿球温度总低于干球温度。与差距愈小，表示空气中的水分含量愈接近饱和；对饱和湿空气。 2．与过程计算有关的参数 上述参数尚不足以满足干燥过程的计算的需要，为此补充定义如下两个参数。 （1）湿空气的焓 为便于进行过程的热量衡算，定义湿空气的焓为每kg干空气及其所带k