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项目七 固体干燥
任务1：了解固体干燥在化工生产中的应用
1．干燥的方法及应用
固体干燥实质上就是将固体中的湿分除去的操作，工业生产中的固体物料，总是或多或少的含有一些湿分（水或其它液体），为了便于加工、运输、储存和使用，往往需要将其中的湿分除去，这种操作称为“去湿” 。
“去湿”的方法
“去湿”的方法可分为以下三类：
（1）机械去湿：
用压榨、过滤或离心分离的方法去除湿分的操作。
（2） 吸附去湿：
用干燥剂（如CaCl2、硅胶等）与湿物料并存，利用干燥剂的吸湿性，使物料中的水分相继经气相而转入干燥剂内。
（3）供热干燥：
向物料供热以汽化其中的水分。
2.认识干燥流程
图 7-1 压力喷雾干燥系统流程
3.干燥操作的分类
任务2：学习干燥进行的条件
1. 干燥过程的原理
如图7-2所示，空气经预热升高温度后，在从湿物料表面流过时，将热量传给湿物料表面，然后传至湿物料内部，这是一个传热过程。同时湿物料温度升高，表面上的水分汽化被空气带走，此时，由于湿物料内部水分含量大于其表面的水分含量，内部的水分便首先扩散到物料表面，然后再扩散到空气中，这是一个传质过程。实质上，对流干燥是湿物料与空气间所进行的传热和传质共同存在的过程。
2．湿空气的性质
（１）湿度
湿空气的湿度又称湿含量或绝对湿度，是指单位质量干空气所带有的水汽质量，用符号H表示，单位为kg水汽/kg干空气。湿空气的湿度H与湿空气的总压p以及其中的分压p汽有关，当总压p一定时，湿度H随水汽的分压p汽增大而增大。 湿度计算式为：
（２）相对湿度
在一定的温度和压力下，湿空气中的水汽分压与同温度下的饱和水蒸气的分压之比称为湿空气的相对湿度。相对湿度是用来衡量湿空气的不饱和程度。
（３）干球温度与湿球温度
干球温度计：感温部位没有包上湿纱布。
湿球温度计：感温部位包上湿纱布，湿纱布下端侵浸入水中保持湿润。
干球温度计 湿球温度计
（４）露点
将未饱和的湿空气在总压p和湿度H不变的情况下冷却降温至饱和状态时的温度，称为该空气的露点，用符号t露来表示，单位为℃或K。
（５）绝热饱和温度
湿空气在绝热状态下增湿达到饱和时的温度，称为该空气的绝热饱和温度。图7-5为一个绝热饱和器，未饱和的湿空气从底部进入，与塔顶喷淋水逆流接触，部分水汽化进入空气中由器顶排出。当湿空气绝热增湿到饱和状态时，温度与循环水的温度相等，不再变化，此时的温度即为该湿空气的绝热饱和温度。
3．物料中所含水分的性质
（１）自由水分和平衡水分
在一定干燥条件下，能用干燥方法除去的水分称为自由水分；不用干燥方法除去的水分称为平衡水分。
（２） 结合水分和非结合水分
根据物料中所含水分被除去的难易程度，可将物料中的水分分为结合水分和非结合水分。
①结合水分：物料中毛细管内的水分、细胞壁内的水分等与物料结合力较强的水分，所产生的蒸气压低于同温度下纯水的饱和蒸气压，用干燥方法不易除去，这部分水分称为结合水分。
②非结合水分：物料表面的吸附水分和存在于大孔隙中的水分，其饱和蒸气压等于同温度下纯水的饱和蒸气压，与物料之间的结合力弱，用干燥的方法容易除去，这部分水分称为非结合水分。在干燥过程中，除去结合水分比除去非结合水分难。
（３） 湿基含水量与干基含水量
①湿基含水量w 　
单位质量湿物料中所含水分的质量，即湿物料中水分的质量分数，称为湿基含水量，用符号w表示，单位为kg水/kg湿物料。
②干基含水量X
单位质量绝干物料中水分的质量，称为干基含水量，用符号X表示，单位为kg水/kg绝干物料。
两种含水量之间的关系
湿物料在干燥过程中，水分不断被汽化移走，湿物料的总质量在不断减少，所以用湿基含水量有时很不方便。但是，湿物料中绝干物料的质量在干燥过程中始终是不变的，所以，以绝干物料为基准的干基含水量在应用时比较方便，两种含水量之间的关系为：
双边交流:
1. 干燥过程能够进行的必要条件是 。
2.如何理解空气的湿度与相对湿度？湿度： ；相对湿度： 。
3. 物料中的水分包括 和 ，能用干燥方法除去的水分是 ，不能用干燥方法除去的水分是 。
4.通过上面的学习我们知道，空气的性质与干燥速率有关，那么，在相同的干燥条件下，不同的湿物料干燥速率是否一样呢？日常生活中我们发现，不同的衣服晾晒在同样的条件下，衣服干的快慢是不相同的，为什么？
任务3 ：学习干燥过程水分蒸发量和空气耗用量的计算
【案例2】：用空气干燥某含水量为40%（湿基）的湿
物料，每小时处理湿物料量1000kg，干燥后产品含水量
为5%（湿基）。空气的初温为20℃，相对湿度为60%，
经预热至120℃后进入干燥器，离开干燥器时温度为
40℃，相对湿度为80%。试求：
1．水分蒸发量；
2．绝干空气消耗量和单位空气消耗量；
3．干燥产品量。
解决案例
任务4：了解影响干燥速率的因素
１．干燥速率
（1） 恒速干燥阶段——AB段所示的阶段
（2）降速干燥阶段 ——CE段所示的阶段
2．影响干燥速率的因素
影响干燥速率的因素主要有三个方面：湿物料、干燥介质、干燥设备。这三者之间又是相互联系的。
（1）湿物料的性质和形状： 在干燥第一阶段，由于物料的干燥相当于湿物料表面水分的汽化，因此，物料的性质对于干燥速率影响很小，主要与干燥介质的条件有关。但物料的形状、大小和物料层的厚薄影响物料的临界含水量。在干燥第二阶段，物料的性质和形状对干燥速率的影响起决定性的作用。
（2） 物料本身的温度： 物料的温度越高，则干燥速率越大。但物料的温度与干燥介质的温度和湿度有关。
（３）物料的含水量： 物料的最初、最终以及临界含水量决定干燥各阶段所需时间的长短。
（4） 干燥介质的温度和湿度： 干燥介质的温度越高、湿度就会越低，干燥第一阶段的速率就会越大，但是以不损坏物料为原则。对某些热敏性物料，更应该选用合适的温度。在干燥过程中，采用分段中间加热方式可以避免过高的介质温度。
（５）干燥介质的流速和流向： 在干燥第一阶段，提高气速可以提高干燥速率，介质的流动方向垂直于物料表面的干燥速率比平行时要大。在干燥第二阶段，气速和流向对干燥速率影响很小。
（6） 干燥器的结构： 以上影响干燥速率的因素中，大都与干燥器的结构有关，所以在干燥器的设计过程中，都会将这些因素考虑在内。
双边交流
1.影响恒速干燥阶段干燥速率的因素有哪些，通过讨论将你的结论写下来。
2. 影响降速干燥阶段干燥速率的因素有哪些，通过讨论将你的结论写下来。
3. 如果干燥热敏性物料，当干燥处于降速阶段时，同学们讨论一下，要想缩短干燥时间，可以采取什么方法？请将你的结论写下来。
任务5：认识干燥设备
１．常见的干燥器
（1） 厢式干燥器
厢式干燥器又称为盘架式干燥器，属于间歇式干燥设备，主要由一外壁绝热的厢式干燥室和放在小车支架上的物料盘构成。
⑵ 转筒干燥器
用热空气直接加热的逆流操作转筒干燥器，属连续式干燥设备。主体是一个与水平稍有倾斜的可以旋转的钢制圆筒。转筒外壁装有两个滚圈，整个转筒的重量通过这两个滚圈支撑在拖轮上。转筒被腰齿轮带动而回转。
⑶ 气流干燥器
它是利用高速流动的热空气，使粉粒状的物料悬浮于气流中，在气力输送过程中完成干燥操作的。
⑷ 沸腾床干燥器
沸腾床干燥器又称流化床干燥器，是固体流态化技术在干燥中的应用。干燥器内用垂直的挡板分隔为4～8室，挡板与多孔分布板之间留有一定间隙（一般为几十毫米），使物料能够逐室通过。湿物料由进料口加入，依次通过各室后，越过出口堰板排出。热空气从底部通入，经过多孔分布板进入前面几个室，使物料处于流态化。
⑸ 喷雾干燥器
操作时，高压液体以雾状的形式从喷嘴喷出，由于喷嘴随着旋转十字管一起转动，雾状的液滴便均匀地分布于热空气中，空气经预热器预热后由干燥器上部进入，干燥结束后的废气经袋滤器回收其中的物料后由排气管排出，干燥产品从干燥器底部引出。
⑹ 滚筒干燥器
双滚筒干燥器，属于传导干燥器。是由传动装置带动一对钢制的中空圆筒转动，每分钟转数为3～8转。操作时，加热蒸汽由滚筒的中空轴通入筒内，通过间壁将粘附在筒外的物料加热烘干，干料层的厚度由两滚筒间的间隙来控制。
2．干燥器的选择
选择干燥器时，要综合考虑以下几个问题（之一）
⑴ 操作方式
①间歇操作的干燥器:其生产能力小，笨重，物料是静止的，不适合现代大工业化的要求，只适用于干燥小批量、多品种的产品。
②连续操作的干燥器:其生产能力较大，可以缩短干燥时间，提高产品质量，操作稳定，容易控制，适用于干燥大批量的物料。
选择干燥器时，要综合考虑以下几个问题(之二)
⑵ 物料的性质
首先，物料对热的敏感性决定了干燥过程中物料的温度上限，同时物料承受温度的能力还与干燥时间的长短有关。对于某些热敏性物料，如果干燥时间很短，即使在较高温度下进行干燥，产品也不会变质。
其次，物料不同，达到干燥程度所需的干燥时间差异也很大，对于吸湿性物料或临界含水量很高的物料，应选择干燥时间长的干燥器，而对于干燥时间很短的干燥器如气流干燥器，仅适于干燥临界含水量很低的易于干燥的物料。第三：对于液状或浆状物料的干燥，常用滚筒干燥器或喷雾干燥器，滚筒干燥器也适用于浓稠的物料。滚筒干燥器比喷雾干燥器易于控制干燥温度和干燥时间，喷雾干燥器对于制取粉状产品时最有效，干燥后产品不需要再粉碎。
⑶干燥产品的性质
选择干燥器时，首先要考虑对产品形态的要求，例如陶瓷制品和饼干等食品，如果在干燥过程中失去了原有的形状，也就失去了它们的商品价值。其次，干燥食品、药品等不能受污染的产品时，所选用的干燥介质必须纯净，或者采用间接加热蒸汽干燥。干燥时，有的产品不仅要求有一定的几何形状，而且要求有良好的外观，这些物料在干燥过程中，若干燥速度太快，可能会使产品表面硬化或严重收缩发皱，直接影响到产品的价值。
⑷其他
干燥器的热效率是选择干燥器的重要经济指标，选择干燥器时，在满足干燥基本要求的条件下，尽可能选择热效率高的干燥器。其次，还要考虑对环境的影响，若废气中含有对大气有污染的成分时，必须对废气进行处理后排放。最后，选择干燥器时，还要考虑劳动强度、设备的制造、操作、维修等。
选择干燥器时，要综合考虑以下几个问题(之三)

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