第七章 干燥.ppt

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1、干干 燥燥 第七章第七章干干 燥燥 7.1 7.1 干燥基本原理干燥基本原理7.2 7.2 干燥过程的计算干燥过程的计算7.3 7.3 干燥设备干燥设备 干干 燥燥 7.1 7.1 干燥基本原理干燥基本原理 干燥是利用热能使湿物料中水分等湿分被汽化去除，从而获得固体产品的操作。7.1.1 干燥的目的和方法干燥的目的和方法 1干燥的目的干燥的目的 从物料中除去湿分的操作（湿分：水分或其他溶剂），延长货架期，便于储运及工艺需要。干干 燥燥 2干燥方法干燥方法 （1）按照热能供给湿物料的方式，干燥法可分为：传传导导干干燥燥。热能通过传热壁面以传导方式传给物料，物料中的湿分被汽化带走，或用真空泵排走。

2、例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。对对流流干干燥燥。使干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式加入物料，产生的蒸汽被干燥介质带走。干干 燥燥 辐辐射射干干燥燥。由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物体的表面，被物料吸收而重新变为热能，从而使湿分气化。例如用红外线干燥法将自行车表面油漆烘干。介介电电加加热热干干燥燥。将需要干燥电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电介质中变为热能，可以使液体很快升温气化。这种加热过程发生在物料内部，故干燥速率较快，例如微波干燥食品。干干 燥燥 （2）按操作压强分为常压干燥和真空干燥。真空干燥适于处理热敏性及易氧化的物料，或要求成品中含湿量低的场合。（3）按操作

3、方式分为连续操作和间歇操作。连续操作具有生产能力大、产品质量均匀、热效率高以及劳动条件好等优点；间歇操作适用于处理小批量、多品种要求干燥时间较长的物料。干干 燥燥7.1.2 7.1.2 湿空气及湿物料的状态分析湿空气及湿物料的状态分析 湿空气是绝干空气和水汽的混合物。对流干燥操作中，常采用一定温度的不饱和空气作为介质，因此首先讨论湿空气的性质。由于在干燥过程中，湿空气中水汽的含量不断增加，而绝干空气质量不变，因此湿空气的许多相关性质常以1kg绝干空气为基准。干干 燥燥 1湿空气的性质湿空气的性质 （1）水汽分压 干燥操作压力一定时，湿空气的总压pt与水汽分压p和绝干空气分压pg关系如下 ptp

4、pg （7-1）当操作压力较低的时候，可将湿空气视为理想气体，根据道尔顿分压定律 （7-2）式中v湿空气中水汽的摩尔数,kmol；ng湿空气中绝干空气的摩尔数,kmol。干干 燥燥 （2）湿度 H 又称湿含量，其定义为单位质量绝干空气所带有的水汽质量，即 （7-3）式中H湿空气的湿度,kg水汽/kg绝干空气；Mv水汽的摩尔质量,kg/kmol；Mg绝干空气的摩尔质量,kg/mol。干干 燥燥 常压下湿空气可视为理想气体，根据道尔顿分压定律 （7-4）可见湿度是总压t和水汽分压的函数。当空气中的水汽分压等于同温度下水的饱和蒸汽压ps时，表明湿空气呈饱和状态，此时,空气的湿度称为饱和湿度Hs，即

5、（7-5）式中Hs湿空气的饱和湿度，kg水汽/kg绝干空气。干干 燥燥 （3）相对湿度 在一定总压 pt下，相对湿度 的定义为：（7-6）代入（7-5）得 （7-7）干干 燥燥 相对湿度代表空气的饱和程度，由其可判断湿空气能否作为干燥介质；而湿度是湿空气含水量的绝对值，由湿度不能判别湿空气能否作为干燥介质。当p=ps时，=1，表示湿空气被水汽所饱和，称为饱和空气，饱和空气不能再吸收水分，因此不能作为干燥介质。当p=0时，=0，表示湿空气中不含水分，为绝干空气，这时的空气具有最大的吸湿能力。干干 燥燥 例7-1 已知湿空气中水汽分压为10kPa,总压为100 kPa。试求该空气成为饱和湿空气时的

6、温度和湿度。解 当1时，P=Pw10 kPa，其相应的饱和温度可查附录-饱和水蒸汽表，得到该饱和湿空气的温度t=45.3 该饱和湿空气的湿度（饱和湿度）为干干 燥燥 例7-2 若将例7-1的湿空气分别加热到60和90时，其相对湿度各为多少？解 当加热到60时，查附录-饱和水蒸汽表，得60下水的饱和蒸汽压ps1=19.92 kPa，则 当加热到90时，查附录-饱和水蒸汽表，得90下水的饱和蒸汽压ps270.14kPa,则干干 燥燥 （4）湿空气的焓 I以1kg干空气为基准的干空气的焓与所含水汽的焓之和，即 （7-8）式中 Ig干空气的焓，kJ/kg 干空气；Iv水汽的焓，kJ/kg水汽。由于焓为

7、相对值，在计算时通常取0液态水和0空气为基准态,所以 （7-9）可以看出，湿空气的焓是温度和湿度的函数。干干 燥燥 （5）湿球温度 湿球温度tw和绝热饱和温度as都是湿空气的与H的函数，并且对空气水物系，二者数值近似相等，但他们是两个完全不同的概念。湿球温度tw是大量空气与少量水接触后水的稳定温度；而绝热饱和温度as是大量水与少量空气接触，空气达到饱和状态时的稳定温度，与大量水的温度as相同。少量水达到湿球温度tw时，空气与水之间处于热量传递和水汽传递的动态平衡状态,是质热联合传递的平衡；而少量空气达到绝热饱和温度as时，空气与水的温度相同。干干 燥燥 （6）湿空气的露点温度 将不饱和的湿空气

8、等湿冷却至饱和状态时的温度，称为湿空气的露点，用d表示。从以上讨论可知，表示湿空气性质的特征的温度，有干球温度、露点d、湿球温度tw及绝热饱和温度as。对于空气水物系有下列关系:不饱和空气as(或tw)d 饱和空气as(或tw)d 干干 燥燥 2湿空气的湿空气的I-H图图 当 总 压 一 定 时，表 明 湿 空 气 性 质 的 各 项 参 数(t,p,H,I,tw等)，只要规定其中任意两个相互独立的参数，湿空气的状态就被确定。工程上为方便起见，将各参数之间的关系制成图线湿度图。常用的湿度图有湿度-温度图(H-t)和焓湿度图(I-H)，本章介绍焓湿度图的构成和应用。干干 燥燥 (1)焓湿图的构成

9、 如图7-1所示，在压力为常压下(pt=101.3kPa)的湿空气的I-H图中,为了使各种关系曲线分散开，采用两坐标轴交角为135的斜角坐标系。为了便于读取湿度数据，将横轴上湿度H的数值投影到与纵轴正交的辅助水平轴上。图中共有5种关系曲线，图上任何一点都代表一定温度t和湿度H的湿空气状态。干干 燥燥 现将图中各种曲线分述如下:等等湿湿线线(即即等等H线线)。等湿线是一组与纵轴平行的直线，在同一根等H线上不同的点都具有相同的温度值，其值在辅助水平轴上读出。图7-1中的读数范围为00.2kg/kg绝干气。等等焓焓线线(即即等等I线线)。等焓线是一组与斜轴平行的直线。在同一条等I线上不同的点所代表的

10、湿空气的状态不同，但都具有相同的焓值，其值可以在纵轴上读出。图7-1中的读数范围为0680kJ/kg绝干气。干干 燥燥 等温线等温线(即等即等t线线)由式由式I=1.01t+(1.88t+2490)H 当空气的干球温度t不变时，I与H成直线关系，因此在I-H图中对应不同的t，可作出许多条等t线。上式为线性方程，等温线的斜率为(1.88t+2490),是温度的函数，故等温线相互之间不平行。温度越高，等温线斜率越大。图7-1中的读数范围为0250。干干 燥燥 等相对湿度线(即等线)。等相对湿度线是一组从原点出发的曲线。根据 ,可知当总压pt一定时，对于任意规定的值，上式可简化为H和Ps的关系式，而

11、Ps又是温度的函数，因此对应一个温度t，就可根据饱和水蒸汽表查到相应的Ps值。计算出相应的湿度H，将上述各点(H,t)连接起来，就构成等相对湿度线。根据上述方法，可绘出一系列的等线群。=100%的等线为饱和空气线，此时空气完全被水汽所饱和。饱和空气以上(100%)为不饱和空气区域。当空气的湿度H为一定值时，其温度t越高，则相对湿度值就越低，其吸收水汽能力就越强。故湿空气进入干燥器之前，必须先经预热以提高其温度t。目的是除了为提高湿空气的焓值，使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而提高吸湿力。0时的等线为纵坐标轴。水汽分压线。该线表示空气的湿度H与空气中水汽分压p之间关系曲线，为了保持图面清

12、晰，蒸汽分压线标绘在=100%曲线的下方，分压坐标轴在图的右边。干干 燥燥 图7-1 湿空气的I-H图 干干 燥燥 (2)I-H图的用法 利用I-H图查取湿空气的各项参数非常方便。它们是相互独立的参数t、H及I。进而可由H值读出与其相关但互不独立的参数p，d的数值；由读出与其相关但互不独立的参数astw的数值。干干 燥燥 例7-3 已知图7-2中A代表一定状态的湿空气，试查取湿度H、焓值I、水汽分压p、露点d、湿球温度tw值。解 湿度H，由A点沿等湿线向下与水平辅助轴的交点H，即可读出点的湿度值。焓值I，通过A点作等焓线的平行线，与纵轴交于点，即可读得A点的焓值。水汽分压p，由点沿等湿度线向下

13、交水蒸汽分压线于，在图右端纵轴上读出水汽分压值。露点d,由A点沿等湿度线向下与=100%饱和线相交于B点，再由过B点的等温线读出露点d值。湿球温度tw(绝热饱和温度as),由A点沿着等焓线与=100%饱和线相交于D点，再由过D点的等温线读出湿球温度tw(即绝热饱和温度as值)。干干 燥燥图7-2 H-I图的应用 干干 燥燥 通过上述查图可知，首先必须确定代表湿空气状态的点，然后才能查得各项参数。通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点：湿空气的干球温度t和湿球温度tw，见图7-3(a)；湿空气的干球温度t和露点d，见图7-3(b)；湿空气的干球温度t和相对湿度，见图7-3(c)。干干 燥燥

14、图7-3 在H-I图中确定湿空气的状态点干干 燥燥 3.湿空气的增湿和减湿湿空气的增湿和减湿 在工业上常需将空气调节到一定的湿含量和一定的湿度，供生产过程通风使用，即湿空气的增湿和减湿。它包含以下几种方式：（1）等焓减湿过程 湿空气在焓不变时，减少湿含量的变化过程。例如用固体吸湿剂处理湿空气时，空气中的水蒸汽被吸附，湿含量降低，而水汽放出的吸附热又传给空气，所以 认为湿空气的焓近似不变。干干 燥燥图7-4 等焓减湿过程 干干 燥燥 （2）等焓增湿过程 湿空气在焓不变时，增加湿含量的变化过程。用喷水的方法加热空气时，水吸收空气的热量蒸发变为水蒸汽，空气的温度降低，水蒸汽进入空气中使其湿含量增加。

15、干干 燥燥图7-5 等焓增湿过程 干干 燥燥 （3）等温增湿过程 湿空气在温度不变的条件下，增加湿含量的过程。可向空气中喷入与湿空气温度相同的水蒸汽来实现。空气中增加水蒸汽后，湿空气的焓和湿度都增加。干干 燥燥图7-6 等温增湿过程干干 燥燥 （4）减湿冷却过程 湿空气在降温的条件下，减少湿含量的过程。如果用表面冷却器处理空气，且冷却器表面湿度低于空气的露点Td，则空气中的部分水蒸汽将凝结为水，从而使湿空气减湿。干干 燥燥 例7-4 某常压空气的温度为30、湿度为0.0256kg/kg绝干气，试求：（1）相对湿度、水汽分压及焓；（2）若将上述空气在常压下加热到50，再求上述各性质参数。解 (1

16、)相对湿度由附录查得30时水的饱和蒸汽压ps4.2474kPa。用式7-5求相对湿度，即 将数据带入 解得=94.30%干干 燥燥水汽分压 湿空气的焓 干干 燥燥 （2）相对湿度 查出50时水蒸汽的饱和蒸汽压为12.340kPa。当空气被加热时，湿度并没有变化，若总压恒定，则水汽的分压也将不变，故水汽分压 因空气湿度没变，故水汽分压仍为4.004kPa。焓 由以上计算可看出，湿空气被加热后虽然湿度没有变化，但相对湿度降低了，所以在干燥操作中，总是先将空气加热后再送入干燥器内，目的是降低相对湿度以提高吸湿能力。干干 燥燥 例7-5 试应用H-I图确定（1）例7-4中30及50时湿空气的相对湿度及

17、焓；（2）常压下湿空气的温度为30、湿度为0.0256kgkg绝干气，试求该湿空气的露点td、绝热饱和温度as和湿球温度tw。解（1）如本例附图（a）所示，t30的等t线和=0.0256kg/kg绝干气的等线的交点A即为30湿空气的状态点。由过点A的等线可确定30湿空气的相对湿度为 =94%；由过点的等线可确定30湿空气的焓为=95 kJkg 绝干气。干干 燥燥 将30的湿空气加热到50，空气的湿度并没有变化，故t50的等t线和=0.0256kg/kg绝干气的等线的交点B即为50时湿空气的状态点。由过点的等线及等I线可确定50时湿空气的相对湿度为32%、焓为117 kJkg绝干气。（2）如本例

18、附图（b）所示，首先根据t30、=0.0256 kg/kg绝干气确定湿空气状态点A。干干 燥燥图7-7 例7-5附图 干干 燥燥 由A点的等线与p=f(H)线的交点B所在的蒸汽分压线，可确定水汽分压为p=3800Pa。露点是等湿冷却至饱和时的温度，故由A点的等H线与=100%线的交点C所在的等t线，可确定湿空气的露点td为28.5。绝热饱和温度是等焓冷却至饱和时的温度，故由过点A的等I线与=100%线的交点D所在的等t线，可确定绝热饱和温度tas为29。查图结果与计算结果比较可知，读图时有一定的误差，但避免了计算时试差的麻烦。干干 燥燥 4湿物料的吸湿和解湿湿物料的吸湿和解湿 （1）物料中含水

19、量的表示方法 湿湿基基含含水水量量。湿物料中所含水分的质量分数称为湿物料的湿基含水量。W湿物料中水分的质量/湿物料总质量 干干基基含含水水量量。不含水分的物料通常称为绝对干料，湿物料中的水分的质量与绝对干料质量之比,称为湿物料的干基含水量。X湿物料中的水分的质量/湿物料中绝对干料质量 两者的关系为 （7-10）干干 燥燥 (2)物料中水分的分类 按物料与水分的结合方式分：化学结合水、物理化学结合水、机械结合水。按水分去除的难易程度分：结合水和非结合水。按水分能否用干燥方法除去分类：a自由水分。物料与一定温度和湿度的湿空气流充分接触，物料中的水分能被干燥除去的部分，称为自由水。b平衡水分。在一定

20、的条件下，物料表面水蒸汽的分压与干燥介质的水蒸汽分压达到相等的状态，此时两者水分交换达到动态平衡，此时物料所含的水分即为平衡水分，平衡水分表示物料在一定空气状态下干燥的极限。影响平衡水分的因素较多，其中温度、空气的相对湿度和物料的种类是主要因素。干干 燥燥 （3）湿物料的吸湿和解湿 当物料表面水蒸汽的分压小于干燥介质的水蒸汽分压时，为湿物料的吸湿；当物料表面水蒸汽的分压大于干燥介质的水蒸汽分压时，为湿物料的解湿。例如干空气通过湿物料，湿物料中的水蒸汽将进入干空气，则达到湿物料减湿效果。干干 燥燥7.1.3 7.1.3 干燥动力学干燥动力学 1干燥机理干燥机理 由于物料的干燥过程较为复杂，为简化

21、其影响因素测定物料干燥速率都是在恒定干燥条件下进行的。所谓恒定干燥条件就是指干燥介质（空气）的温度、相对湿度、流过物料表面的速度、与物料的接触方式以及物料的尺寸或料层的厚度恒定。在此条件下考察湿物料在干燥过程中有关参数的变化。干干 燥燥 （1）湿度梯度的形成 湿物料表面水分的汽化，形成物料内部与表面的湿度差，促使物料内部的水分向表面移动。（2）温度梯度的形成 在干燥过程中物料内外的温度不一致，温度梯度促使水分传递（称为热导湿），方向是从高温到低温。以上两种梯度导致的水分传递称为内部扩散。干干 燥燥 （3）外部的传质推动力：水分由物料内部扩散到表面后，便在表面气化，可认为在表面附近存在一层气膜，

22、在气膜内水蒸汽分压等于物料中水分的蒸汽压，水分在气相中的传质推动力为此蒸汽压与气相主体中水蒸汽分压之差。水分的内部扩散和表面汽化是同时进行的，但在干燥过程的不同阶段其速率不同，从而控制干燥速率的机理也不相同。原因在于受到物料的结构、性质、湿度等条件和干燥介质的影响。干干 燥燥 在干燥过程中，当物料中水分表面汽化的速率远小于内部扩散的速率时，称为表面汽化控制；强化措施（对对流干燥而言）：提高空气的温度，降低相对湿度，改善空气与物料的接触和流动情况，均有助于提高干燥速率。当物料中水分表面汽化的速率远大于内部扩散的速率，称为内部扩散控制。强化措施：从改善内部扩散着手，如：减少物料厚度、使物料堆积疏松

23、、搅拌或翻动物料、采用微波干燥等。干干 燥燥 2 2干燥速率干燥速率 （1）干燥曲线与干燥速率曲线 （7-11）式中 G某一时刻湿物料的质量，kg；Gc绝对干物料质量，kg。将湿物料每一时刻的干基含水量X与干燥时间标绘在坐标纸上，即得到干燥曲线，如图7-8a所示。由图7-8a可以直接读出，在一定干燥条件下，将某物料干燥至某一干基含水量所需的时间。干干 燥燥图7-8 恒定空气条件下的干燥试验干干 燥燥 干燥速率为单位时间内在单位干燥面积上汽化的水分量W，如用微分式表示，（7-12）式中 负号表示物料含水量随着干燥时间的增加而减少。据此，以干燥速率为纵坐标，以干基含水量为横坐标标绘成曲线，即为干燥

24、速率曲线，如图7-8b所示。干干 燥燥 （2）恒速干燥阶段 在此阶段，整个物料表面都有充分的非结合水分，物料表面的蒸汽压与同温度下水的蒸汽压相同。所以在恒定干燥条件下，物料表面与空气间的传热和传质过程与测定湿球温度的情况类似。此时物料内部水分扩散速率大于表面水分汽化速率，故属于表面汽化控制阶段。空气传给物料的热量等于水分汽化所需的热量，物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度。该阶段干燥速率的大小，主要取决于空气的性质，而与湿物料性质关系很小。干干 燥燥 图图7-87-8中中ABAB（或或ABAB）段段。属于物料的预热阶段。A点代表时间为零时的情况，AB为湿物料不稳定的加热过程，在该过程中，物料

25、的含水量及其表面温度均随时间而变化。物料含水量由初始含水量降至与B点相应的含水量，而温度则由初始温度升高(或降低)至与空气的湿球温度相等的温度。一般该过程的时间很短，在分析干燥过程中常可忽略，将其作为恒速干燥的一部分。干干 燥燥 图图7-87-8中中BCBC段段。在BC段内干燥速率保持恒定，称为恒速干燥阶段。在该阶段，湿物料表面温度为空气的湿球温度。C点为恒速阶段转为降速阶段的点，称为临界点，所对应湿物料的含水量称为临界含水量，用Xc表示。临界含水量与湿物料的性质及干燥条件有关。表7-1、7-2给出了不同物料临界含水量的范围。干干 燥燥表7-1不同物料含水量的范围 干干 燥燥表7-某些物料的临

26、界含水量（大约值）干干 燥燥 （3）降速干燥阶段 当物料含水量降至临界含水量Xc以后，由图7-8b可知，干燥速率随含水量减少而降低。这是由于水分由物料内部向物料表面迁移的速率低于湿物料表面水分气化的速率，在物料表面出现干燥区域，表温逐渐升高，随着干燥的进行，干燥区域逐渐增大，而干燥速率的计算是以总表面积为基准的，所以干燥速率下降。此为速降干燥阶段的第一部分，称为不饱和表面干燥，如图7-8b中CD所示。最后物料表面的水分完全气化，水分的汽化面由物料表面移向内部。随着干燥的进行，水分的气化面继续内移，直至物料的含水量降至平衡含水量X*时，干燥即行停止。如图7-8b中的E点所示。干干 燥燥 在降速阶

27、段，干燥速率主要取决于水分在物料内部的迁移速率，这时外界空气条件不是影响干燥速率的主要因素，主要因素是物料的结构、形状和大小等。某些湿物料干燥时，干燥曲线的降速段中有一转折点D，把降速段分为第一降速阶段和第二降速阶段。D点称为第二临界点，如图7-9所示。但也有一些湿物料在干燥时不出现转折点，整个降速阶段形成了一个平滑曲线，如图7-10所示。干干 燥燥图79 干燥速率曲线 图7-10干燥速率曲线 干干 燥燥 3 3干燥时间干燥时间 （1）恒速干燥阶段 （7-13）式中 1恒速阶段干燥时间，s；X1物料的初始含水量，kg水/kg绝干物料；Xc物料的临界含水量，kg水/kg绝干物料；A干燥总表面积，

28、m2；Uo干燥速率，kg/(m2h)。干干 燥燥（2）降速干燥阶段 （7-14）式中 2降速阶段干燥时间，s；X*物料的平衡含水量,kg/kg绝干物料；X2物料的最终含水量，kg/kg绝干物料；Kx比例系数，kg/(m2hX)。干干 燥燥 因此,物料干燥所需时间为 12 （7-15）对于间歇操作的干燥器而言，还应考虑装卸物料所需时间,则每批干燥物料所需的时间为:12 （7-16）干干 燥燥7.2 7.2 干燥过程的计算干燥过程的计算 7.2.1 7.2.1 干燥过程的干燥过程的物料衡算物料衡算 通过物料衡算可确定将湿物料干燥到规定的含水量所蒸发的水分量、空气消耗量、干燥产品的流量。干干 燥燥令

29、 L绝干空气的消耗量，kg绝干气/s；H1，H2分别为湿空气进、出干燥器时的湿度，kg水汽/kg绝干气；X1，X2分别为物料进、出干燥器时的干基含水量，kg水汽/kg绝 干料；G1，G2分别为物料进、出干燥器时的流量，kg湿物料/s；G绝干物料的流量，kg绝干料/s。图7-11 物料衡算干干 燥燥 1 1水分蒸发量水分蒸发量w w 对图7-11所示的连续干燥器作水分的物料衡算，以1s为基准。（7-17）（7-18）干干 燥燥 2.2.干空气消耗量干空气消耗量 L L)（）（7-19）令l=L/W，称为比空气用量，其意义是从湿物料中气化1kg水分所需的干空气量。（7-20）干干 燥燥 如果新鲜空

30、气进入干燥器前先通过预热器加热，由于加热前后空气的湿度不变，以H0表示进入预热器时的空气湿度，则有 （7-21）上式说明：比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而与干燥过程所经历的途径无关。湿空气的消耗量为：（7-22）干干 燥燥 3.3.干燥产品的流量干燥产品的流量G G2 2 （7-23）式中 w1、w2物料进、出干燥器时的湿基含水量。干干 燥燥 例7-6 在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后物料的含水量有10%降至2%。以热空气为干燥介质，初始湿度H1=0.008kg水/kg绝干气，离开干燥器时湿度为H2=0.05 kg水/kg绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求

31、：水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。干干 燥燥解（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即进入干燥器的绝干物料为G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg绝干料/h水分蒸发量为W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水/h干干 燥燥 （2）空气消耗量原湿空气的消耗量为：L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气/h单位空气消耗量（比空气用量）为：干干 燥燥（3）干燥产品量干干 燥燥7.2.2 7.2.2 热热量衡算量衡算 通过干燥器的热量衡算可以确定物料干燥所消耗的热量或干燥器排出空气的状态(H2,2，I2)

32、。干干 燥燥图7-12 热量衡算QP 预热器的传热速率，kw；QD向干燥器中补充热量的速率，kw；QL干燥器的热损失速率，kw。干干 燥燥 1.1.预热器的热量衡算预热器的热量衡算 若忽略预热器的热损失，以1s为基准，则有 （7-24）（7-25）干干 燥燥 2.2.干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算 （7-26）（7-27）干干 燥燥 3.3.干燥系统消耗的总热量干燥系统消耗的总热量 （7-28）湿物料的焓 （7-29）干干 燥燥假设：（1）新鲜空气中水蒸汽的焓等于离开干燥器时废空气中水蒸汽的焓，即：IV0=IV2。（2）进出干燥器的湿物料比热相等，即：Cm1=Cm2=Cm。干干 燥燥 因为

33、（7-30）由上式可以看出，向系统输入的热量用于加热空气、加热物料、蒸发水分、热损失等四个方面。干干 燥燥 4.4.干燥系统的热效率干燥系统的热效率 （7-31）蒸发水分所需的热量为：Qv=w(2490+1.88t2)-4.1871W （7-32）若忽略湿物料中水分代入系统中的焓，则有 （7-33）提高热效率的措施：使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（注意吸湿性物料）；提高热空气进口温度（注意热敏性物料）；废气回收，利用其预热冷空气或冷物料；注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的热损失。干干 燥燥 例7-7 某糖厂的回转干燥器的生产能力为4030kg/h（产品），湿基含水量为1.27%

34、，于310进入干燥器，离开干燥器时的温度为360，含水量为0.18%，此时糖的比热为1.26kJ/kg绝干料。干燥用空气的初始状况为：干球温度200，湿球温度170，预热至970后进入干燥室。空气自干燥室排出时，干球温度为400，湿球温度为320，试求：（1）蒸发的水分量；（2）新鲜空气用量；（3）预热器蒸汽用量，加热蒸汽压为200kPa（绝压）；（4）热效率。干干 燥燥图7-13 例7-7附图 干干 燥燥解（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即进入干燥器的绝干物料为G=G2（1-w2）=4030（1-0.18%）=4022.7kg绝干料/h水分蒸发量为W=G（X1-X2）=

35、4022.7（0.0129-0.0018）=44.6kg水/h干干 燥燥 （2）新鲜空气用量：首先计算绝干空气消耗量。由图查得：当0=200，w0=170时，H0=0.011kg水/kg 绝干料,当2=400，W2=320时，H2=0.0265kg水 /kg绝干料,绝干空气消耗量为：新鲜空气消耗量为：L=L（1+H0）=2877.4（1+0.011）=2909kg新鲜空气/h干干 燥燥 （3）预热器中的蒸汽用量查H-I图，得I0=48kJ/kg干空气,I1=127kJ/kg干空气；I2=110kJ/kg干空气Qp=L(I1-I0)=2877.4（127-48）=2.27 105kJ/h 查饱和

36、蒸汽压表得：200kPa（绝压）的饱和水蒸汽的潜热为2204.6 kJ/kg，故蒸汽消耗量为：2.27 105/2204.6=103kg/h干干 燥燥 （4）热效率 若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则有干干 燥燥7.3 7.3 干燥设备干燥设备 7.3.1 7.3.1 干燥设备的结构和特点干燥设备的结构和特点 1 1气流干燥设备气流干燥设备 气流干燥器适用于热敏性、易氧化物料的干燥。如图7-14所示，其原理是将形态为粉粒的物料，一边随热气流顺流输送，一边进行干燥。优点：传热传质过程被强化，物料停留时间短，运输方便、操作稳定、成品质量稳定。缺点：对除尘设备要求严格，系统流动阻力大，由于干燥管较

37、长，故对厂房要求有一定的高度。干干 燥燥图7-14 气流干燥器1料斗 2螺旋加料器 3空气过滤器 4风机5预热器 6干燥管 7旋风分离器干干 燥燥 2 2喷雾喷雾干燥干燥设备设备 图7-15 喷雾干燥流程1热风炉 2喷雾干燥器 3压力喷嘴4一次旋风分离器 5二次旋风分离器 6排风机干干 燥燥 喷雾干燥是用雾化器将料液分散成雾滴，与热空气等干燥介质直接接触，使水分迅速蒸发的干燥方法。图7-15为典型的喷雾干燥流程图。料液经过压力喷嘴3，被分散成无数细小雾滴进入喷雾干燥器2，热空气通过排风机1进入喷雾干燥器2，在干燥器中料液和热空气经过热、质交换，雾滴迅速被干燥成产品进入塔底，已经降温增湿的空气经

38、过一次旋风分离器4和二次旋风分离器5回收夹带的产品微粒后，由排风机排入大气中。图7-16是并流型喷雾干燥器，并流是指喷雾器内雾滴与空气流向相同，它又分为垂直上升并流、垂直下降并流和水平并流三种。干干 燥燥 喷雾干燥优点：物料干燥时间短，改变操作条件即可控制或调节产品指标，流程较短。喷雾干燥缺点：经常发生粘壁现象，影响产品质量，对气体的分离要求高，体积传热系数较小，对于不能用 高温载热体干燥的物料所需要的设备庞大。3 3其他类型干燥设备其他类型干燥设备 厢式干燥器(盘式干燥器)，带式干燥器，沸腾床干燥器，转筒干燥器等。干干 燥燥图7-16 并流型喷雾干燥器1螺旋下降并流型 2垂直下降并流型3垂直

39、上升并流型 4水平并流型干干 燥燥7.3.2 7.3.2 干燥干燥设备设备在食品生在食品生产产中的中的应应用用 食品干燥技术是自古以来利用的基本技术之一，也是近年来用来提高食品原料附加价值的关键技术。最近，随着各食品企业对HACCP认识的加强及消费者对产品提出了高品质和更加细微化的要求，对食品原辅料的干燥工艺和条件越来越严格。现在正在食品加工中经常利用的干燥设备有喷雾干燥、带式干燥、真空冷冻干燥等，近年来新开发应用的还有喷雾干燥加工造粒设备、微波等复合化干燥设备。干干 燥燥 例如在方便食品制造过程中主要应用的是喷雾干燥、冻结干燥和滚筒干燥三大设备；食品生产中经常使用的是无损于食品风味、不易引起变色和变质的喷雾干燥、冷冻真空干燥和真空皮带式干燥等高品质干燥设备。另一方面由于冻结和真空操作的运转费用很高，考虑到产品品质和成本费用，不得不转用滚筒干燥或其他干燥方法。此外，也有与冷冻真空干燥产品混合使用方法的。