干燥和蒸发习题集

非结合水：包括附着于固体表面的水分和大孔隙中的水分，此种水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，故除去较容易。 8.2.3.2 干燥速率

（1）恒定干燥条件：指干燥过程中空气的湿度、温度、速度以及与湿物料的接触状况都不变。

（2）干燥速率：单位时间内在单位干燥面积上汽化的水分量，其表达式为

NA??（8-10）

式中：NA——干燥速率，kg水/(m2·s)； A——干燥面积，m2； τ——干燥时间，s。

（3）干燥曲线：在恒定干燥条件下进行干燥实验，实验所得数据，以时间τ对干基含水量X作图，得到干燥曲线。

（4）干燥速率曲线：以干基含水量X对干燥速率NA作图，得到干燥速率曲线。干燥过程可分为几个阶段：

① 预热段：这个过程的时间很短，在分析干燥过程中常可忽略。 ② 恒速段：在这一阶段中，物料表面充满着非结合水，物料表面的温度为空气的湿球温度，恒定不变，为表面汽化控制阶段。此时，干燥速率取决于空气的性质和流动状况，与湿物料的性质和水分在物料内部的存在形式与运动情况无关。

③ 降速段：在这一阶段中，物料干燥速率逐渐降低，干燥速率主要取决于水分在物料内部的迁移速率，与物料本身的结构、形状和大小有关，而与空气的性质关系不大。在这一阶段，物料温度不断升高。若物料特性不同，降速段曲线形状不同。

④ 临界含水量：恒速段与降速段的交界点所对应的含水量，与物料本性、物料大小、气固接触方式、干燥介质条件等因素有关。 8.2.3.3 恒定干燥条件下的干燥时间 （1）恒速干燥阶段

恒速干燥阶段的干燥速率为NA,c，则干燥时间τ1为

GCdX Ad??1?

（8-11）

式中：Gc——干物料质量流量，kg/h； A——干燥面积，m2；

GC(X1?Xc)ANA,c

X1——进干燥器的物料的干基含水量，kg水/kg干物料； Xc——物料的临界含水量，kg水/kg干物料。

（2）降速干燥阶段 降速干燥阶段的干燥时间τ2

GC(Xc?X?)(Xc?X?)?2?ln[]?ANA,c(X2?X)

（8-12）

式中：X*——物料的平衡含水量，kg水/kg干物料； X2——出干燥器的产品的含水量，kg水/kg干物料。

（3）总的干燥时间：τ=τ1+τ2 8.2.3.4 干燥器

按照加热方式的不同可分为以下几类：对流干燥器、传导干燥器、辐射干燥器和介电加热干燥器。

常见的干燥器包括：气流干燥器、流化床干燥器、转筒干燥器、喷雾干燥器、厢式干燥器和带式干燥器等。 8.2.4 蒸发

蒸发：将非挥发性物质的稀溶液加热沸腾，使溶剂汽化、溶液浓缩得到浓溶液的过程。

8.2.4.1 单效蒸发的计算

连续进料时，已知加料量F（kg/h），加料组成x0（溶质的质量分数），加料温度t0（℃），要求将溶液浓缩到x1（溶质的质量分数），选定加热蒸汽的压强为P0（Pa），冷凝器的操作压强为Pc（Pa），要求确定：

（1）水的蒸发量W（kg/h），或完成液的量（F-W）（kg/h）； （2）加热蒸汽消耗量D（kg/h）；

（3）蒸发器所需的传热面积A（m2）。

以上三项可分别由物料衡算、热量衡算和传热面积计算式求出。 （1）物料衡算

因溶质在蒸发过程中不挥发，单位时间进入和离开蒸发器的数量应相等，故

Fx0?(F?W)x1

（8-13）

水分蒸发量为

W?F(1?（8-14）

完成液浓度为

x0) x1x1?（8-15） （2）热量衡算

对蒸发器作热量衡算，可得

Fx0F?W

DH?Fh0?WH'?(F?W)h1?DhW?Q1

（8-16）

式中：D ——加热蒸汽消耗量，kg/h；

H ——加热蒸汽的焓，kJ/kg； h0：原料液的焓，kJ/kg； H’ ——二次蒸汽的焓，kJ/kg； h1 ——完成液的焓，kJ/kg； hW ——冷凝水的焓，kJ/kg； Q1 ——蒸发器的热损失，kJ/h。

(H?) ?Q?DWh?W'H?(F?h 1 F?h Q 1)W0?（8-17）

或（8-18）

D?FcP0(t1?t0)?Wr'?Q1

r式中：t0 ——原料液的温度，℃；

t1 ——溶液的沸点，℃；

cP0 ——原料液的比热容，kJ/(kg·K)； Q1 ——蒸发器的热损失，kJ/h； r ——加热蒸汽的汽化潜热，kJ/kg； r’ ——二次蒸汽的汽化潜热，kJ/kg； Q ——蒸发器的热负荷或传热量，kJ/h。

此式表示加热蒸汽放出的热量用于：①使原料液升温到沸点t1；②使水在t1温度下汽化成二次蒸汽；③热损失。 （3）蒸发器的传热面积

蒸发器所需的传热面积A根据传热速率方程计算：A?①总传热系数

用下式计算

dd?d11?0?Rsi0?0?Rs0? K0?ididi?dm?0Q K?t（8-19）

式中：K0——基于传热管外表面计算的总传热系数，W/(m2·K)； di、d0——传热管内、外径，m； dm——传热管对数平均直径，m；

λ——传热管的导热系数，W/(m·K)；

δ——传热管管壁厚度，m；

αi——管内沸腾给热系数，W/(m2·K)； α0——管外蒸汽冷凝给热系数，W/(m2·K)；

Rsi、Rs0——管内、外污垢热阻，m2·K/W。

但由于管内沸腾传热系数的数值受溶液性质、蒸发器的结构及操作条件等诸