化工原理下 第十二章 干燥.ppt

例12-4 常压下用温度20℃、湿度0.008kg水/kg干空气的空气干燥某湿物料。t1＝90℃，t2＝45℃，H2＝0.022kg水/kg干空气。湿物料G1＝1200kg/h，ω1＝3％，ω2＝0.2％，湿物料tM1＝20℃，tM2＝60℃，湿物料出口的比热cM2＝3.50kJ/(kg℃)，干燥设备热损失按预热器加热量的5％计算。求： (1)新鲜空气的用量，kg/h?? (2)预热器加热量QP ，kW?? (3)干燥室补充的热量Qd ，kW??? 12.3.3 热量衡算 解： (1) 新鲜空气的用量 ， (2) 预热器加热量QP (3) 干燥室内补充的热量Qd ??? cM2＝3.50kJ/(kg℃)， tM1＝20℃，tM2＝60℃ 12.4 干燥速率和干燥时间 通过物料衡算和热量衡算，可以确定从湿物料中除去的水分量、空气量和热量。为选择风机和加热器提供依据。干燥室的尺寸，需要通过计算干燥速率和干燥时间来计算。 12.4.1 物料中的水分 干燥过程中，水分由湿物料表面向空气主流中扩散的同时，物料内部的水分也源源不断的向表面扩散，水分在物料内部的扩散速率与物料结构、物料中水分的性质有关。 一、平衡水分与自由水分 平衡水分：在一定的干燥条件下，物料中不能被除去的那部分水分，用X*表示，单位 kg水/kg干料。 空气相对湿度和温度不同，湿物料不同，平衡水分也不同。 自由水分：在干燥过程中所能除去的水分，即超出平衡水分的那一部分。 物料中所含的总水分=平衡水分+自由水分 下图表示某些物料在25℃下的平衡水分与空气相对湿度的关系。　 1、对于非吸水性物料，如玻璃丝11、瓷土6等的平衡水分几乎等于0。 2、对于吸水性物料，如烟草、皮革和木材等的平衡水分较高，且随空气状况不同而变化较大。 3、当空气的相对湿度为0时，任何物料的平衡水分均为0。 4、若物料与一定湿度的空气接触，物料中总有一部分水分不能被除去，这部分水分为平衡水分，它表示在该空气状态下物料能被干燥的限度。 12.4.1 物料中的水分 二、结合水分与非结合水分 水分在固体物料中以不同形态、不同方式与固体相结合。 结晶水、小毛细管内的水分、细胞内水分，均借助化学力或物理化学力与固体相结合，这部分水称为结合水分。? 那些机械的附着在物料表面的水分，或在物料大空隙中的水分，与固体结合力较弱，称为非结合水分。 12.4.1 物料中的水分 结合水分和非结合水分的基本区别是平衡蒸汽压不同。非结合水分的蒸汽压等于同温度下纯水的饱和蒸汽压。结合水分与物料的结合力较强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。 ? 右图中，B点以上的水分是非结合水分，B点以下的水分是结合水分。 右图显示平衡水分、自由水分、结合水分与非结合水分的关系。 12.4.1 物料中的水分 12.4.2 干燥速率和干燥时间的计算 按干燥过程中空气状态参数是否变化，将干燥过程分为恒定干燥条件和非恒定干燥条件两大类。 若用大量空气干燥少量物料，则认为湿空气在干燥过程中温度、湿度均不变，这称为恒定干燥条件下的干燥操作。 一、恒定干燥条件下干燥时间的计算 ? 干燥时间的计算涉及干燥机理，一般依靠实验研究首先获得干燥曲线与干燥速率曲线。 12.4.2 干燥速率和干燥时间的计算 1、干燥曲线与干燥速率曲线 干燥实验装置如图 将湿物料试样置于恒定空气流中进行干燥实验。随着干燥时间的延长，水分不断汽化，湿物料的质量减少，记取物料的瞬间含水率X与干燥时间τ的关系——干燥曲线(X-τ) 由上述干燥曲线还可以变换得到干燥速率曲线。 干燥速率是指单位时间内，单位干燥面积上汽化的水分质量 12.4.2 干燥速率和干燥时间的计算 将NA对X作图，如下： 12.4.2 干燥速率和干燥时间的计算 2、干燥过程分析 考察干燥曲线和干燥速率曲线，整个干燥过程可分为三个阶段： 预热段? AB段或A′B段。物料在预热段中，含水率略有下降，干燥速率可能上升，也可能下降。预热段经历时间很短，在干燥计算中忽略不计。 12.4.2 干燥速率和干燥时间的计算 恒速干燥阶段?? BC段。该段物料水分不断汽化，含水率不断下降。这一阶段除去的是物料表面附着的的非结合水分，水分去除的机理与纯水相同。此时，物料表面始终保持湿球温度tw，传质推动力(Hw-H)保持不变，于是，BC段为水平线。 ? 干燥速率： 12.4.2 干燥速率和干燥时间的计算 降速干燥阶段? 第一降速阶段—CD段? 物料内部水分转移到表面的速率低于表面水分的汽化速率，物料表面不能再维持全部润湿，此时已有部分结合水分被汽化。干燥速率NA由恒速阶段开始不断降低。干燥速率开始降低时对应的物料含水率称为临界含水率，用XC由表示，对应图中的C点