化工原理课件-干燥.ppt
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化工原理A
(2)PrinciplesofChemicalEngineeringA
(2)A2-5干燥第1章蒸馏第2章吸收第3章蒸馏和吸收塔设备第4章液-液萃取第5章干燥化工原理A
(2)干燥本章内容提要5-1概述5-2湿空气的性质及湿度图*5-3干燥过程的物料衡算与热量衡算*5-4干燥过程物料的平衡关系与速率关系5-5干燥器干燥一、除湿及其方法1、何为除湿?
从湿物料中脱除湿分的过程称为除湿。
湿分不一定是水分!
(水分或其它液体)2、除湿方法机械法:
挤压(拧衣服、压榨、过滤、离心分离)吸附法:
固体吸附剂吸附(硅胶、无水CaCl2、分子筛等)干燥法:
加热(利用热能,使湿物料中的湿分汽化而除去)5-1概述干燥干燥方法二、干燥方法传导干燥对流干燥辐射干燥介电干燥5-1概述干燥三、对流干燥的传热传质过程1、传热过程干燥介质Q湿物料表面Q湿物料内部2、传质过程湿物料内部湿分湿物料表面湿分干燥介质5-1概述对流干燥是热量和质量同时、反向的传递过程。
干燥QNttwpwp干燥介质:
载热体、载湿体干燥过程:
物料的去湿过程介质的降温增湿过程传热传质湿物料推动力(ttw)推动力(pwp)传质、传热同时发生本章讨论以空气作干燥介质,以水为湿份的对流干燥过程。
方向相反干燥介质5-1概述干燥一、湿空气的性质*1湿度与相对湿度2比容vH3比热容cH4焓I5干球温度t与湿球温度tw6绝热饱和温度tas7露点td二、湿空气的H-I图*1H-I图中的线群2H-I图应用5-2湿空气的性质及湿焓图干燥一、湿空气的性质*
(1)湿度H湿空气的性质:
又称湿含量或绝对湿度,为湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比,H。
5-2湿空气的性质及湿焓图湿度、比容、比热容、焓、温度等。
1、湿度与相对湿度干燥
(2)相对湿度居室里比较舒适的气象条件是:
室温达25时,相对湿度控制在40%50为宜;室温达18时,相对湿度应控制在30%40。
湿空气中水汽分压pv与同温度水的饱和蒸汽压ps的百分比称为相对湿度,。
相对湿度代表湿空气的不饱和程度。
=0,绝对干燥空气,吸纳水汽能力最强。
=1,湿空气达到饱和,不能作为干燥介质。
05m/s时,/kH=1.09。
t越小,H越小,tw就越小干燥tas,Hast,Htas6绝热饱和温度tas绝热饱和温度tas:
在与外界绝热情况下,空气与大量水经过无限长时间接触后,达到与水温相等的空气温度。
设塔与外界绝热,初始湿空气(t,H)与大量水充分接触,水分汽化进入空气中,汽化所需热量由空气温度下降放出显热供给。
若空气与水分两相有足够长的接触时间,最终空气为水汽所饱和,而温度降到与循环水温相同。
空气在塔内的状态变化是在绝热条件下降温、增湿直至饱和的过程,达到稳定状态下的温度tas就是初始湿空气(t,H)的绝热饱和温度,与之相应的湿度称为绝热饱和湿度Has。
湿空气的性质*干燥空气传给水分的显热=水分汽化所需的潜热。
绝热塔内气液两相间的传热过程为:
tas是湿空气的性质,它是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。
在一定的总压下,只要测出湿空气的初始温度t和绝热饱和温度tas,就可用上式算出湿空气的湿度。
湿空气:
状态(t,H,tas(或tw)td饱和空气,t=tas(或tw)=td湿空气的性质*ttd等湿过程(H不变),ps,t=td时:
干燥湿空气的性质*湿度相对湿度比容m3湿空气kg干空气比热容焓湿球温度绝热饱和温度干球温度露点ttas(或tw)等焓过程ttd等湿过程-tastw自学教材P245【例5-1】,P249【例5-2】作业教材P293第1题干燥二、湿空气的H-I图*湿空气的有关性质可由前面所学的公式计算。
工程上为了方便计算,常将湿空气的各参数标绘成图,只要知道湿空气任意两个独立参数,即可从图上查出其它参数。
常用的有湿度-焓(H-I)图、温度湿度(t-H)图等。
我们仅讨论应用最广的H-I图。
教材中H-I图是根据常压数据绘制的,若系统总压偏离常压较远,则不能应用此图。
1H-I图中的线群5-2湿空气的性质及湿焓图干燥H-I图图等I线群(0680kJ/kg绝干空气)等H线群(00.2kg水/kg绝干空气)等线群(5%100%)等蒸汽分压pv线群(0250)等t线群水蒸气分压线水蒸气分压线干燥等湿降温:
等H线与=100%线交点2.H-I图应用已知状态点A等温线露点td等线湿空气的H-I图*1)根据H-I图上湿空气的状态点,可查出湿空气的其它性质参数。
等焓线等湿线绝热饱和温度tas(或湿球温度tw)等焓降温:
等I线与=100%线交点确定湿空气中水汽的分压pv等H线与蒸汽分压线的交点t(干球温度)I(焓)H(湿度)(相对湿度)干燥2)根据湿空气的任意两个独立的参数,可确定其状态点。
(注意:
tdH、pH、tdp、twI、tasI等各对都不是相互独立的)(a)由ttw定状态(b)由ttd定状态(c)由t定状态(等焓)(等湿)(交点)H-I图应用自学教材P253【例5-3】作业教材P293第2题干燥5-3干燥过程的物料衡算与热量衡算一、物料湿含量的表示方法1湿基含水量2干基含水量二、干燥系统的物料衡算*1水分蒸发量W2空气消耗量L3干燥产品流量2三、干燥系统的热量衡算*1热量衡算的基本方程2干燥系统的热效率四、空气通过干燥器时的状态变化1等焓干燥过程2非等焓干燥过程干燥干燥过程干燥室预热室5-3干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥已知:
v干燥介质(空气)的进口条件,如温度、湿度、压力等;v物料的进口条件,如温度,湿含量,质量或质量流率;v物料的干燥要求(湿含量)。
求解:
v干燥介质用量;v干燥条件(如进干燥室的空气温度,出干燥室的空气温度和湿度等);v整个设备的热能消耗;v干燥室尺寸等等。
5-3干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥一、物料湿含量的表示方法5-3干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥5-3干燥过程的物料衡算与热量衡算二、干燥系统的物料衡算*L绝干空气的消耗量,kg绝干气/sH1,H2湿空气进、出干燥器时的湿度,kg水/kg绝干气G绝干物料进、出干燥器时的流量,kg绝干料/sX1,X2湿物料进、出干燥器时的干基含水量,kg水/kg绝干料G1,G2湿物料进、出干燥器时的流量,kg湿物料/sw1,w2湿物料进、出干燥器时的湿基含水量,kg水/kg湿物料连续逆流干燥物料衡算示意图干燥2、空气消耗量L每蒸发1kg水分时,消耗的绝干空气量lkg水水/s对水分作物料衡算1、水分蒸发量W干燥系统的物料衡算*kg绝干气绝干气/kg水水kg绝干气绝干气/s(空气获得的水分)(物料失去的水分)干燥3、干燥产品流量G2对进出干燥器的绝干物料进行衡算:
干燥系统的物料衡算*注意:
干燥产品是指离开干燥器时的物料,并非是绝干物料,它仍是含少量水分的湿物料。
kg湿物料/s干燥整个系统QQpQD干燥器预热器(忽略其热损失)QpL(I1-I0)QDL(I2-I1)G(I2-I1)QL热量衡算:
其中物料的焓I包括绝干物料的焓和水分的焓,即1、热量衡算的基本方程连续逆流干燥热量衡算示意图三、干燥系统的热量衡算*5-3干燥过程的物料衡算与热量衡算H0,H1,H2湿空气进入预热器、离开预热器(进入干燥器)及离开干燥器时的湿度,kg/kg绝干气I0,I1,I2湿空气进入预热器、离开预热器(进入干燥器)及离开干燥器时的焓,kJ/kg绝干气t0,t1,t2湿空气进入预热器、离开预热器(进入干燥器)及离开干燥器时的温度,Qp单位时间内预热器消耗的热量,kW1,2湿物料进、出干燥器时的温度,I1,I2湿物料进、出干燥器时的焓,kJ/kg绝干料QD单位时间内向干燥器补充的热量,kWQL干燥器的热损失速率,kW干燥1、热量衡算的基本方程
(1)将湿度为H0的新鲜空气L由t0加热至t2,所需热量系统所需总热量
(2)湿物料进料G1=G2+W,其中干燥产品G2由1加热至2,所需热量为水分W由1被加热汽化并升温至t2,所需热量为(温度1的水先降至0,汽化,再加热至t2)包括:
(3)干燥系统损失的热量QL因此干燥系统的热量衡算*干燥空气升温所需热量蒸发水份所需热量物料升温所需热量干燥器热量损失和湿物料中水分带入系统的焓,则有:
若忽略空气中水汽进出系统的焓变干燥系统的热量衡算*1、热量衡算的基本方程干燥2、干燥系统的热效率干燥系统的热量衡算*即有:
热效率愈高表明干燥系统的热利用率愈好。
可通过提高t1、降低t2、提高H2及废热利用等措施来提高热效率。
自学教材P257【例5-5】但提高t1不适合热敏性物料;降低t2、提高H2会导致干燥过程热质传递推动力的降低,从而降低干燥速率。
干燥四、空气通过干燥器时的状态变化5-3干燥过程的物料衡算与热量衡算根据空气在干燥器内焓的变化,将干燥过程分为等焓过程与非等焓过程。
1、等焓干燥过程(绝热或理想干燥过程)不向干燥器补充热量,QD=0;忽略干燥器向周围散失的热量,QL=0;物料进出干燥器的焓相等,I2=I1代入干燥器热衡式QDL(I2-I1)G(I2-I1)QL得I2=I1(表明空气通过干燥器时焓恒定)H0t0AIHt1Bt2C等焓干燥过程空气的状态变化示于H-I图:
由0及0确定空气进入预热器前的状态点A空气在预热器内等湿加热至1,即至点B空气在干燥器内等焓吸湿降温至t2,即至点Ct过点的等焓线是理想干燥过程的操作线。
条件:
注意:
干燥温度t湿度H相对湿度空气通过干燥器时的状态变化1、等焓干燥过程(绝热或理想干燥过程)加热器H0012t0t1H1t2H2干燥室t0t1t2tt1HH1H0H1H20112思考:
I?
干燥2、非等焓干燥过程(实际干燥过程)不向干燥器补充热量,QD=0;不能忽略干燥器向周围散失的热量,QL0;物料进出干燥器时的焓不相等,I2-I10空气通过干燥器时的状态变化非等焓干燥过程空气焓的变化情况空气焓值降低空气焓值增大空气等温变化,焓值增大代入式QDL(I2-I1)G(I2-I1)QL得I2I1向干燥器补充的热量足够多,能使空气在干燥过程中维持恒定的温度1(3)空气等温变化It1Bt2CH条件:
(1)空气焓值降低干燥例:
某种湿物料在常压气流干燥器中进行干燥,湿物料的流量为1kg/s,初始湿基含水量为3.5%,干燥产品的湿基含水量为0.5%。
空气状况为:
初始温度为25,湿度为0.005kg/kg干空气,经预热后进干燥器的温度为140,若离开干燥器的温度选定为60和40,试分别计算需要的空气消耗量及预热器的传热速率。
又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了10,试分析以上两种情况下物料是否返潮?
假设干燥器为理想干燥器。
解:
理想干燥器,空气在干燥器内经历等焓过程,绝干物料量:
绝干空气量:
干燥预热器的传热速率分析物料的返潮情况当t2=60时,干燥器出口空气中水汽分压为t=60时,饱和蒸汽压ps=12.34kPa,即此时空气温度尚未达到气体的露点,不会返潮。
当t2=40时,干燥器出口空气中水汽分压为t=30时,饱和蒸汽压ps=4.25kPa,物料可能返潮。
自学教材P261、262【例5-6、例5-7】作业教材P294第3、4题干燥5-4干燥过程物料的平衡关系与速率关系一、物料中的水分*1平衡水分及自由水分2结合水分与非结合水分二、恒定干燥条件下的干燥速率曲线1、干燥实验和干燥曲线2、干燥速率曲线3、干燥机理三、恒定干燥条件下干燥时间的计算干燥5-4干燥过程物料的平衡关系与速率关系一、物料中的水分湿物料内部水分扩散湿物料表面干燥介质水分扩散干燥传质过程:
水分除去的难易程度取决于湿物料内部物料与水分的结合方式。
1、平衡水分与自由水分湿物料与某状态的空气接触足够长时间后,热质传递达于平衡,物料表面水汽的分压等于空气中的水汽分压,此时物料含水量恒定,此含水量称为该物料在该空气状态下的平衡水分
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- 化工 原理 课件 干燥
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