文档介绍：《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。
干燥分类:
本章重点: 以不饱和热空气为干燥介质,除去湿物料中水分的连续对流干燥过程。
干燥介质:用来传递热量(载热体)和湿份(载湿体)的介质。
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。
对流干燥过程原理
温度为 t、湿份分压为 p 的湿热气体流过湿物料的表面,物料表面温度 ti 低于气体温度 t。
注意:只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压,干燥即可进行,与气体的温度无关。
气体预热并不是干燥的充要条件,其目的在于加快湿份汽化和物料干燥的速度,达到一定的生产能力。
H
t
q
W
ti
p
pi
M
干燥是热、质同时传递的过程
干燥过程
热空气流过湿物料表面
热量传递到湿物料表面
湿物料表面水分汽化并被带走
表面与内部出现水分浓度差
内部水分扩散到表面
传热过程
传质过程
传质过程
干燥过程推动力
传质推动力:物料表面水分压P表水> 热空气中的水分压P空水
传热推动力:热空气的温度t空气>物料表面的温度t物表
对流干燥过程实质
除水分量
空气消耗量
干燥产品量
热量消耗
干燥时间
物料衡算
能量衡算
涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系
涉及湿空气的性质
干燥过程基本问题
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。
第一节湿气体的热力学性质
湿空气:指绝干空气与水蒸汽的混合物。在干燥过程中,随着湿物料中水份的汽化,湿空气中水份含量不断增加,但绝干空气的质量保持不变。因此,湿空气性质一般都以1kg绝干空气为基准。
操作压强不太高时,空气可视为理想气体。
系统总压 P :湿空气的总压(kN/m2),即P干空气与P水之和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且
干燥操作通常在常压下进行,常压干燥的系统总压接近大气压力,热敏性物料的干燥一般在减压下操作。
对于空气-水蒸气系统:
Mw=,Mg= kg/kmol
湿空气中水气的质量与绝干空气的质量之比。若湿份蒸汽和绝干空气的摩尔数(nw, ng) 和摩尔质量(Mw , Mg)
绝对湿度(湿度) H(Humidity)
总压一定时,湿空气的湿度只与水蒸汽的分压有关。
Kg水蒸汽/kg绝干空气
当p=ps时,湿度称为饱和湿度,以Hs表示。
相对湿度(Relative humidity)
湿度只表示湿空气中所含水份的绝对数,不能反映空气偏离饱和状态的程度(即气体的吸湿能力)。
值说明湿空气偏离饱和空气或绝干空气的程度, 值越小吸湿能力越大;
= 0 ,p=0时,表示湿空气中不含水分,为绝干空气。
= 1 ,p=ps时,表示湿空气被水汽所饱和,不能再吸湿。
对于空气-水系统:
相对湿度:在总压和温度一定时,湿空气中水汽的分压 p 与系统温度下水的饱和蒸汽压 ps 之比的百分数。