文档介绍：第五章固体物料干燥
一、概述
为满足贮存、运输、加工和使用等方面的不同需要,对化工生产中的固体产品(或半成品),必须除去其中的湿分(水或有机溶剂)。使其湿分含量(湿含量)符合指标的要求。例如一级尿素成品湿含量(含水量),。因为湿含量过高,若是药物或食品久藏必将变质;树脂颗粒若含水超过规定,则在以后的成型加工中产生气泡,影响了产品的品质。工业生产中,把降低固体湿物料中湿分的操作叫去湿。
1、物料的去湿方法
除去湿分的方法很多,化工生产中常用的方法有:
①、机械除湿如沉降、过滤、离心分离等利用重力或离心力除湿。这种方法除湿不完全,但能量消耗较少; ②、物理除湿用干燥剂(如无水氯化钙,硅胶等)吸附湿物料中的水分,该法只能用于除去少量湿分,因此只适用于实验室使用;
③、供热干燥即利用热能来除去湿物料中湿分的方法。该法除湿彻底,能除去湿物料中的大部分湿分,但能耗较多。为节省能源,工业中通常将两种方法联合操作, 即先用比较经济的机械方法尽可能除去湿物料中大部分湿分,然后再利用供热干燥(简称干燥)方法继续除湿,以获得湿分符合规定的产品。
2、干燥操作方法分类
(1)、按操作压力分为常压干燥和真空干燥。真空干燥适用于处理热敏性及易氧化的物料,或要求成品中含湿量极低的场合。
(2)、按操作方式分为连续干燥和间歇干燥。连续干燥具有生产能力大、产品质量均匀、热效率高以及劳动条件好等优点。间歇干燥适用于处理小批量、多品种或要求干燥时间较长的物料。
(3)、按传热方式分为传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥以及由上述两种或多种方式组合成的联合干燥。
化工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,需要除去的湿分为水或其他化学溶剂。本章主要讨论以不饱和热空气为干燥介质,湿分为水的干燥过程。称为空气-水系统,其他系统的干燥原理与空气-水系统完全相同。
3、对流干燥过程的特点
在对流干燥过程中,热空气将热量传给湿物料,使物料表面水分汽化,汽化的水分由空气带走,干燥介质既是载热体又是载湿体,它将热量传给物料的同时,又把由物料中汽化出来的水分带走。因此,干燥是传热和传质同时进行的过程,传热的方向是由气相到固相,热空气与湿物料的温差是传热的推动力;传质的方向是由固相到气相,传质的推动力是物料表面的水汽分压与热空气中水汽分压之差。如下图所示。显然传热传质的方向相反,但密切相关,干燥速率由传热速率和传质速率共同控制。
图中ti、pi分别为湿物料表面的温度和水汽分压;t、p分别是热空气主体的温度和水汽分压。
干燥操作的必要条件是物料表面的水汽分压必须大于干燥介质中的水汽分压,在其他条件相同的情况下,两者差别越大,干燥操作进行得越快。所以,干燥介质应及时将汽化的水汽带走,以维持一定的传质推动力。若干燥介质为水汽所饱和,或物料表面的水汽分压等于干燥介质中的水汽分压,则推动力为零,这时干燥操作即停止进行。
4、对流干燥流程及经济性
对流干燥可以是连续过程,也可以是间歇过程。下图是典型的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。在干燥器内,气流与湿物料直接接触。沿其行程,气体温度降低,湿含量增加,废气自干燥器另一端排出。若为间歇过程,湿物料成批放入干燥器内,待干燥至指定的含湿要求后一次取出。若为连续过程,物料被连续地加入与排出,物料与气流可是并流、逆流或其他形式接触。
干燥操作的经济性主要取决于能耗和热的利用率。为减轻汽化水分的热负荷,湿物料中的水分应当尽可能先用机械分离方法先予除去,因为机械分离方法比较经济。在干燥操作中,加热空气所消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、固体物料的温升也造成了不可避免的能耗。为提高干燥过程的经济性,应采取适当措施降低这些能耗,提高过程的热利用率。如采用真空干燥,减少废气和物料带走的热量。
干燥操作在化工、石油化工、医药、食品、原子能、纺织、建材、采矿、电工与机械制品以及农产品等行业中广泛应用,在国民经济中占有很重要的地位。
二、对流干燥的物料与干燥介质
干燥过程是传热和传质的过程,湿物料和干燥介质的一些性质对干燥过程影响很大,有必要对其进行讨论。
1、物料的湿分表示
因为湿分含量的多少直接对干燥过程有影响,如湿分含量高,干燥的时间就长。固体物料湿分表示方法是用相对湿含量和绝对湿含量表示。相对湿含量也叫干基湿含量,即每千克干物料所含水分量,用X′表示。绝对湿含量,也叫百分含量,即每千克湿物料所含水分量, 用ω表示。