干燥过程及设备.docx
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干燥过程及设备
第四章干燥过程及设备
干燥：
用加热蒸发的方法除去物料中的部分物理水分的过程
第一节概述
湿物料置于空气中时，若其表面的水蒸气分压大于空气中水蒸气的分压，则物料表面的水蒸气就会向空气中扩散一一外扩散。
物料表面的水蒸气向空气中扩散后，物料内部与表面的水分浓度出现差别（内＞外），则内水分向
表面扩散——内扩散。
干燥方法
分类
特点
自然T燥
人工
外热源法
恃导加热、时粧对流肘加黑
表面内部iE度,揶St倍速方简与水井内护敞点向村反"
干燥
内
热源法
匸频干煤、交变
效应、高赖干烬
表面温度w内部綿度.热虽传递方向与水分内护散方向相同.
在硅酸盐工业中，常用对流加热，加热介质为热空气或热烟气。
第二节湿空气的性质
用热空气或热烟气干燥湿物料时，湿物料表面蒸发的水蒸气进入热空气或热烟气中；热空气中含有水蒸气而成为湿空气。
因而湿空气的性质对干燥有很大的影响，因此，研究干燥必须研究湿空气的性质。
一、干空气和水蒸气的分压
湿空气是干空气和水蒸气的混合物。
湿空气的总压力为p=干空气pa+水蒸气的分压为pw
而：
pa=paRaTpw=pwRwT
Ra=287.1kJ/kg.K,Rw=462kJ/kg.K。
二、空气的湿度一一湿空气中水蒸气的含量。
三种表示方法
1、绝对湿度（pah）:
定义：
单位体积的湿空气中所含有的水蒸气的质量。
单位：
kg/m3湿空气。
表达式：
空气中水蒸气的含量不可能无限多，当pah超过某一限度时，便有部分水蒸气凝结成水而析出。
含有最大水蒸气量的空气称为饱和空气，相应的水蒸气分压力称为饱和蒸气压，用psw表示，饱
和空气的绝对湿度用psw表示，则
M'
462T
psw值在书上p338表6-1
2、相对湿度（0）:
定义：
湿空气的绝对湿度与同温度同总压下饱和空气的
绝对湿度之比。
仏P.仏P—P*
0^22p..v
O622叫
P-甲Pg
三、湿空气的密度和比容：
单位质量湿空气的体积。
密度
=尸（】+对
4^2（0622+x）T
比容：
单位质量湿空气的体积。
14€2（0622+xyr
V"；~~|x）
四、湿空气的焓（热含量）（I）
定义：
湿空气中的干空气的热含量与水蒸气的热含量之和
基准：
1kg干空气，0C。
每千克干空气热含量：
la=cat（kJ/kg干空气）
每千克水蒸气热含量：
lw=cwt+2490（kJ/kg水蒸气）
湿空气的焓：
I=cat+（cwt+2490）x=（ca+cwx）t+2490x（kJ/kg干空气）其中：
200C以下：
Ca^1.01kJ/kgC,cw=1.88kJ/kgC
2490（kJ/kg水蒸气）为水在0C时的汽化潜热。
在干燥过程中，通常是利用湿空气的显热部分
五、湿空气的温度参数一一四个温度参数
1.干球温度（t）:
湿空气的实际温度
2.湿球温度（tw）:
在温度计的温包上裹以湿纱布，纱布的一端浸入水中，平衡状态下该温度计所指示温度。
干湿球温度计工作原理：
湿纱布表面处的空气湿度xw比空气主流中的湿度x大，则水汽由纱布向空气中扩散，导致湿纱布表面的水分不断汽化。
汽化水分所需要的汽化潜热，首先来自湿纱布，使其温度下降（即湿球温度计的读数下降），从而使气
流与纱布之间产生温差，纱布将从空气中获得热量供水份蒸发。
当空气向湿纱布的传热速率等于水分汽化耗热的速率时，湿球温度计的读数维持不变，此时的温度为湿球温度tw。
注：
相对湿度通常用干湿球温度计来衡量
3、露点（td）：
定义：
未饱和的湿空气在湿含量x不变的情况下，冷却达到饱和状态时的温度。
若露点时的饱和蒸汽压为pd,即此时湿空气中蒸汽压为pd则空气中的湿含量为:
x=0622Pd
即：
|3':
4、绝热饱和温度（tac）――理论湿球温度
=f（6x）
H6-2蹩鶴帼和过程
定义:
在绝热的条件下，空气达到饱和时所显示的温度。
不饱和空气进入到饱和绝热容器内，容器内的水分蒸发到不饱和气体中，不饱和气体的湿含量增
加（xac>x）
水分蒸发需要热量来源于不饱和气体，使其温度降低到饱和水的温度tac（tac水分蒸发需要热量又被以湿含量的形式带入饱和气体，所以该过程近似为等热焓过程（Iac=I）
表明绝热饱和温度是空气在焓不变的情况下增湿冷却而达到的饱和温度
实验证明，对于水一空气系统，在一定温度和湿度下，tas=tw
几点说明:
若空气为饱和湿空气（0=1）,则t=tw=td;
若空气为不饱和湿空气（0<1）,贝Ut>tw>td。
0越小，离饱和状态越远，空气流经湿布时的汽化水分越多，则空气与水之间温差越大，即tw越低。
0与空气的温度有关，即：
0=f（t,tw）
若已知t,tw，则可以查表求取0。
例题：
6-1
第二节湿空气的湿度图（l-x图）及应用
湿度图（l-x图）：
在坐标图上表征湿空气性质的各参数间的关系
常用的湿空气参数:
水蒸气的分压为pw,相对湿度0、干球温度t、湿球温度twb、热含量I、湿含量x一.l-x图组成：
以湿含量x为横坐标，
热含量I为纵坐标
1、等湿含量线（等x线）
平行于纵轴的直线。
2、等热含量线（等I线）
平行于斜横轴oH'（与ox轴成450角）的直线。
3、等干球温度线（等t线）
l=（ca+cwx）t+2490x==cat+（cwt+2490）x（kJ/kg干空气）
等t线为斜率（正）和截距均不同的一组直线，
4、等相对湿度线（等$线）
在总压p和相对湿度$—定时，
x仅与ps有关，即：
x=f（t）
任选一t值，可得到相应的一x值，
选不同t值，得到相应的不同x值。
连接这些点得到一簇向上凸的曲线。
在沸点处（对应的总压为99.3kPa，饱和温度为99.4C）,ps=p，此时，$=x/（0.622+x），贝Ux不变，$
也不变，曲线向上折变为直线。
5、水蒸气的分压线
fO622-4-
总压p一定时，pw随x而略向上微凸，pw的数值投影于右侧。
6、等湿球温度线（等twb线）
对于水一空气系统，twb=tac。
该线的特征：
过饱和点（tacxac）位于$=100%勺线上；
tw线的斜率略小于等I
斜率与等x线基本相同（温度较低时，二者斜率认为相同；温度较高时，等线斜率，在图中用虚线表示）。
在空气的温度较低或计算要求不高时，可用等热焓线近似代替等湿球温度线
:
■•湿度图的应用
（一）、湿空气状态参数求解
例题[6-2]
（二）、空气经预热器加热后状态参数求解
特点：
预热前后：
湿含量x不变。
例题6-3
（三）热烟气与冷空气混合后状态参数求解
1热烟气的状态参数求解
设热烟气的参数为：
xfl,Itl,ttl,$tl；
（1）燃烧固体或液体：
二1.2別口兮s十（9叭匚Mp%十
*"L293aVj十1二?
底十
Ma----蒸汽雾化液体燃料时，水蒸气的消耗量（kg水蒸气/kg燃料）
L29玄斫+1-（人+9兀+MQ%
⑵燃烧气体燃料：
P347公式（6-29）,（6-30）
2、热烟气与冷空气混合后状态参数求解
热烟气的参数为：
xf,Itl,ttl,$tl；冷空气的参数为：
x0,I0,t0,$0;
混合后的参数为：
xml,Im1，tm1，$ml。
设1kg干烟气与nkg干空气混合，
由水蒸气的质量平衡：
xfl+nx0=（1+n）xml
由热量平衡：
lfl+n10=（1+n）Im1
「一'（kg干空气/kg干烟气）
热烟气
石混合室
混合气
*
冷空气b环切
\ni*
—
—
*也1—兀
该式说明混和气体的状态参数位于热烟气与冷空气的直线上
挣空T
B点:
热烟气的参数
xfl,Ifl,tfl,$fl;
A点:
冷空气的参数
H0,I0,t0,$0;
P点:
混合后的参数为
xm1,Im1,tm1,$m1
P点可以由混合温度
tm1与AB交点求得，从而求出混合比
例题6-5
n。
第三节干燥过程的物料平衡和热量平衡
目的：
求解技术指标：
1.确定每小时蒸发水分量
2.干燥介质消耗量
3.热耗
「、物料平衡（确定每小时蒸发水分量与干燥介质消耗量）
（一）干燥流程及设备
、通风设备、辅助设备等组成。
干燥设备主要由干燥器、空气预热器（或燃烧室、混合室）
xaf
废傀一
£之・^2-t^2*-^a*2
干物料
混合駅体
燃烧产物g”护"J
hi*S
M£■剤fwl
竺工湿物料
IWI丄-M
術环废r
图6-7干燥流程示就圉
<«）空弋干燥断程图』"）烟吒于煤施程图
1一燃烧窒淳一混合皇*—干燥器皿一烟囱
湿物料1
「燥器
湿物料2
Gw5v2
M^x]QO%
湿物料1
%叫
0^=0,
耐=兰4100%=—xlOO%
d®-W,
干燥器
湿物料2
Gw2W2
xitxm
Gz=Gj+职」
w
=」xlOO%=
—、~b<¥W
二者天糸
GdGw-fF（G*—护“氐1-v
注意有时与为：
100v
tj—
100u
100-v
v*—
100+«
同样状态的物料，u>v。
每小时水分蒸发量:
^w=^i-^2=Gwl-Gw/kg/h）
以干基水分表示：
册”=年一叱1=一对山打=g—叫）①
以湿基水分表示:
傀二爲严GJ-単〉二G証字-1）°wl
v=^=Gc^
V2=^=t-気T乞=0-vJGw2
w2S收
两式相比得
所以:
1—叫
Gw2
欖了％Q-器）严2J（严）
氐41一地1一叫
弋山严-1）七诫（乎）
例题6-6（四）干燥介质的消耗量
假设干燥介质通过干燥器时无任何损失，则列质量平衡:
物料中水分的蒸发量=干燥介质中水分的增加量
1用空气作干燥介质时空气的消耗量
热空^^L+L1—
预热器
干燥器
挣空吒曲L+L
5叫'B
湿物和GWtWi
设每小时干空气的质量流量为L（kg/h）
傀=L（x2-xJ（kg^h）=陷一冷丿您水伺
.AL-mw（kg干空气/h）
工2-工I
则蒸发每千克水分需要的干空气量为
fL11
I===
所需的湿空气量为：
l+lx1=l（1+x1）=l（1+x0）
（kg干空T/kg水分）
（kg湿空气/kg水分）
2、用高温烟气与冷空气混合作干燥介质时的消耗量
热烟气
*混合室
得物料2Wj
p
—混合气
m2
物料中水分的蒸发量=干燥介质（混合气）中水分的增加量
叫hg%】-相畑他L詁111-（kg干混合气/h）
则蒸发每千克水分需要的干混合气体量为
臨二—=（聽干混合气/kg水）
设1kg干烟气与nkg干空气混合，生成（1+n）kg混合气.
那么生成Im1kg干混合气需要热烟气用量为：
h=厶-（畑干热烟气施水）
I+n
同时需要冷空气量为
ln=叫=怛（蚣T空气g水〉
1+N
二、热量平衡（基准：
0c,1kg蒸发水）
-AST帝建拚■幻■巧-牺料带走超■甲“
-匡愉齿各带走為■乩
扩敵梢■
（一）热平衡项目
输入热量：
1干燥介质带入热量：
q1=111
2、湿物料带入的热量qm1
①可以被蒸发的水分带入的热量：
cwB1
cm）
q2=lI2
w_100-vjv2
其中：
「：
I：
：
［:
:
:
畀
即表示湿基含水率为V2,温度为01时，绝干物料的比热（
与相应水分比热（cw）的加权值。
3、干燥器内补充加入的热量：
qad
输出热量：
1、废气带走的热量:
2、物料带走的热量
3、输送设备带入的热量：
3.6
4、热量损失:
（二）干燥过程及热耗计算列热平衡：
输入热量=输出热量
%+张+弧二鱼+g曲+匕+⑷或：
6一込=（脸—？
心）+4一务—可話
令.乞qE乞"：
则方程为：
比一込=/（厶_厶）二幺+生+%_益二人
干燥实际过程方程为：
心—®=A
根据△值的不同，干燥过程分为三种情况:
1）理论干燥过程：
△=0
即：
11=12，干燥过程中，干燥介质的热含量不变（等焓过程）。
水份又将这部份热量带
物理意义：
a）干燥器绝热，干空气消耗的热量全部用于蒸发水份，而物料中的
到空气中。
b）所有的热损失qm+qc+ql=qad
注：
一般用上标“0”表示理论干燥过程中干燥介质离开干燥器的状态参数
若用空气作干燥介质进行理论干燥过程，
则蒸发1kg水所需干燥介质的消耗量为
f=TT分〉
热耗：
用高温烟气与冷空气混合作干燥介质时完成理论干燥过程：
则混合气的消耗量
尸貞=2型=——（帰干混合气佻水）
用”.工翻一xn]
热烟气消耗量：
=丄匚（炀干热烟气恤水〉
;1+fl
冷空气消耗量：
C=皿;
蒸发1kg水的燃料消耗量
亠5
叫~1-（儿十见十M川$
热耗：
2）实际干燥过程：
分为两种情况
②厶<0,11<12，表明补充热量大于热损失量工程不常见。
①厶>0,11>12，表明热损失量大于补充热量工程常见。
若用空气作干燥介质蒸发1kg水的热耗为：
g=-厶）=心-厶）+△
用高温烟气与冷空气混合作干燥介质时
蒸发1kg水的热耗为：
o=maQ-“纟点苗
（三）干燥过程图解
已知：
干燥介质进入干燥器状态参数t1,x1,及离开干燥器温度t2
求：
废气状态参数
1）理论干燥过程（△=0）
干燥介质
k力I
干煥器
理论T燥过程
逛物料2W.
废气
求解步骤:
1、理论干燥过程的求解（△=0）:
1）由t1、x1确定状态点B,从而确定11
2）理论干燥过程为等I过程，所以120=11,由t2、120确定废气状态点C,即为所求状态点的其他
参数.
圈G-9理论干孙过握图解
2、△>0实际干燥过程：
干燥过程方程：
△=1（11-12）
因为△>0所以I212=11-△/l=I1-△（x2-x1）
若△已知，贝UI2仅与x2有关
设该直线方程为：
I=I1-△（x-x1）
（1）干燥过程方程线
则该直线与t2线交点即为所求废气状态点C1。
问题：
如何确定干燥过程方程的直线:
I=I1-△（x-x1）
（1）
干燥过程方程的直线确定方法：
[1=11-△（x-x1）
（1）]
找特殊点即可绘出该方程的直线
常将理论干燥点C（t2,I20=I1）的湿含量x20代入实际干燥过程方程
（1）中,
求得：
I2'=I1+△（x20-x1）
既确定了干燥线上的一点特殊点C1（I2',x20）。
连接BC1两点与t2的交点即为实际干燥终点D（I2,x2）。
0扯咼球
图餌汕宴际干懺过程的图解
例题6-7:
第六节干燥方法与干燥设备
一、干燥器的分类及对干燥器的要求
按作业循环分：
间歇式干燥器、连续式干燥器
按传热方式分：
对流传热式、传导传热式、辐射传热式、对流一辐射传热式和介电式；
按载热体的类型分：
热空气干燥、烟气干燥、水蒸气干燥和电流干燥等；
按工艺目的分：
颗粒状物料的干燥、块状物料的干燥、陶瓷与耐火材料及砖瓦等制品的干燥、浆体物料的干燥等
按结构和物料移动的特点分：
炕式、室式、回转筒式、传送带式、喷雾式和流态化式干燥器等
对干燥器的要求：
（1）在保证物料或制品干燥质量的前提下，具有较高的干燥速度和单位容积蒸发强度；
⑵具有较低的单位能耗，即蒸发1kg水所消耗的燃料和电能要低；
（3）易于调整介质参数，改变干燥作业制度；
（4）在干燥器的容积空间内物料或制品干燥的均匀性要好；
（5）干燥作业便于实现机械化和自动化；
（6）卫生状况符合环保要求。
2.回转烘干机（适用烘干小块状或颗粒状物料（沙子•矿渣.粘土）
（1）结构与形式
结构：
回转运动的金属圆筒，
筒体厚度：
10-20mm直径：
1-3m
转速：
2-7r/min,长径比：
5-8倾斜度：
3-6%
图6^19回转烘干机凉程示邀田
L一祥世皿一皮帯运输扭泊一堰烧室14一戡凤机*5—瑕干机再一雄风收尘器汀一护轨机注一拥谢
内部结构
图6-20回转拱于机内部装置形式
3）、〔酣抄板式*5）斛形式蜂窝式链条式讥Q双简式
（0
（a）（b）抄板式：
优点：
结构简单，维修方便。
缺点：
粉尘大，扬料板容易损坏。
（a）型适用于散粒状或较干的物料，如砂子、矿渣等。
（b）型适用于湿而粘的物料，如粘土等。
（c）扇形：
适用于烘干密度大的大块物料，如石灰石、页岩
（d）蜂窝式格板（适用于细粒物料的干燥）
优点：
物料在筒体截面上分布较均匀，填充率较高，干燥速度和热效率较高
缺点：
结构复杂，清理与维修较困难，
（c）悬链式：
适用于含水量高、粘性大的物料，如粘土、泥浆；可击碎料块，避免物料粘附于筒壁，效果较好，但容易引起粉尘。
（f）双筒式扬料板：
物料在双筒的间隙中运动而干燥介质则在内筒中流过，属于间接的对流一传导传热型干燥器，适用于对高温敏感或怕污染的物料。
（2）加热方式及流程
方式：
直接加热、间接加热、复式加热
硅酸盐行业一般为直接加热，直接加热有顺流与逆流形式
顺流：
物料】
废气
物料2
介质
温度低
温度低
出料段：
物料=水分低，温度高介嚴：
水分低，温度高
进料段：
物料：
水分高,介质：
水分鬲,
逆流式烘干设备特点：
干燥速率较均匀，物料终水分较低，热效率高适用：
终水分较低，而又不能强烈强烈脱水的物料。
如沙子、石灰石等。
回转烘干机的干燥介质类型：
由物料的性质与要求而决定。
在硅酸盐工业中常用高温烟气与冷空气的混合气体作干燥介质。
表6-3
（三）回转烘干机的生产能力及影响因素
生产能力：
以物料出料量Gw2表示
评价回转烘干机的生产效率：
以烘干机单位容积水分蒸发强度A及蒸发1kg水的热耗q为评价指标
表6-4
（四）回转烘干机的选型计算（P371）
三、隧道式干燥器（用于陶瓷、耐火材料、砖瓦等制品的连续式干燥设备）
（一）结构与工作原理：
由3-8条隧道并列组成，长度：
24-38m，内宽：
1m
隧道内有铁轨，轨距为600mm轨面至干燥器顶的净高约1.65m。
待干燥的制品或坯体按照一定的装码原则放在彼此相连的小车上，小车长1.2m-1.4m，宽度与隧
道配合。
小车自隧道的端由推车机构推入干燥器内，干燥后的制品由另一端
湿物料进废％排岀
图6-23逆流式隧道干燥器示意图
（二）隧道干燥器的生产流程及选择
流程：
逆流、顺流、错流
干燥介质选择：
1）热空气：
用热空气作干燥介质时，干燥器可在正压下工作。
2）热烟气：
用烟气作干燥介质时，须在微负压下工作，以防止烟气逸出而污染环境。
此时干燥器应密封，
防止冷空气漏入而破坏干燥器的热工制度。
干燥介质的流动方向：
使干燥介质从顶部倾斜向下喷入干燥器，而废气则从下方排出并适当增大气体流速,
以防止气体分层
特点：
产量大、干燥制度较稳定、干燥过程易控制，热效率高。
劳动条件好，使用于大规模生产品种单一
的产品。
（二）隧道干燥器的设计（P373自学）
.矿渣.粘土）
（四）流态干燥器（适用烘干小块状或颗粒状物料（沙子结构：
雾化方法:
1）机械雾化法：
泥浆由高压泥浆泵以1.2〜3MPa通过单个或多个孔径的喷嘴在干燥塔的下部高速运动向上喷射，使泥
浆从喷嘴射出后被雾化的方法。
2）离心雾化法
泥浆经泵送至干燥塔上部高速水平旋转的离心雾化盘内，在强大的离心力作用被甩向四周，分散成雾
滴的方法。
3）介质雾化法（气流雾化法）
表压为0.2-0.4MPa的压缩空气作为雾化介质，借文丘利管的作用实现泥浆的雾。
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