2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 1/120
第六章 固体物料的干燥
6.0 概述
6.1 湿空气的性质和湿度图
6.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算
6.3 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系
6.4 干燥器
本章总结－联系图
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 2/120
6.0 概述
在化工生产中，一些固体产品或半成品可能含有大量
的湿分，将湿分从物料中去除的过程，称为 除湿 。
6.0.1固体除湿方法
?机械除湿 。 物料湿分较多时, 可先用离心过滤等机械
分离方法以除去大量的湿分；
?吸附除湿 。 用某种平衡水汽分压很低的干燥剂 （ 如
CaCl2,硅胶等 ） 与湿物料并存, 使物料中的湿分相继经
气相而转入干燥剂内；
?供热除湿 (干燥 )。 用热空气或其它高温气体为介质,
使之流过物料表面, 介质向物料供热并带走汽化的湿分,
此种干燥常称为对流干燥, 是本章讨论的主要内容；
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6.0.2干燥的分类
?按操作压力分
?常压干燥
?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。
?按操作方式分
?连续式。生产能力大、产品质量均匀、热效率高、劳
动条件好。
?间歇式。适于处理小批量、多品种、干燥时间长的物
料。
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根据供热方式不同，干燥可分为
?传导干燥（间接加热干燥）。热能通过壁面以传导方式
加热物料。
?对流干燥（直接加热干燥）。干燥介质与湿物料直接接
触，并以对流方式加热湿物料。
?辐射干燥。热能以电磁波的形式辐射到湿物料表面。
?介电加热干燥。将湿物料置于高频电场内，使其被加热。
本章主要讨论对流干燥,干燥介质是热空气，除
去的湿分是水分 。
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6,0.3 对流干燥流程及特点
流程：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 6/120
1,传热、传质同时进行，传递方向相反。
传热 传质
方向 从气相到固体 从固体到气相
推动力 温度差 水汽分压差
2,干燥过程进行的必要条件
① 湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压；
② 干燥介质将汽化的水汽及时带走 。
特点：
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6.1.1 湿空气的性质
干燥操作中，不饱和湿空气即是载热体，又是载湿体，因此，可通过
空气的状态变化来了解干燥过程的传热、传质，为此，应先了解湿空气
的性质。
干燥过程中湿空气中的水分含量是不断变化的，但绝干空气量没有变
化，故湿空气各种有关性质均以 1kg绝干空气为基准。
一、湿度（湿含量） H
定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比，
kg(水汽 )/kg(绝干气 )。
6.1 湿空气的性质及湿度图
H = Kg水汽Kg绝干空气 = nVMVn
g Mg
= 18nV29n
g
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常压下，湿空气可视为理想气体，则有：
式中,pV为空气中水蒸汽分压。
即,)pP(fH V，?
当 P为一定值时, )p(fH V?
V
V
g
V
g
V
pP
p
p
p
n
n
?
??
V
V
g
V
pP
p.
n
nH
???? 622029
18
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当湿空气中水蒸汽分压 pV 恰好等于 同温度下 水蒸汽的饱
和蒸汽压 ps时，则表明湿空气达到饱和，此时的湿度 H为 饱和
湿度 Hs。
即,)(
S PtfH,?
S
S
S 6 2 2.0 P - p
pH ?
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二、相对湿度 ?
定义：在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压
pV与同温度下水的饱和蒸汽压 ps之比的百分数。
%
p
p 10 0
S
V ???
即,)tp(f
V,??
〖说明〗
?φ =1,pV = ps,湿空气达饱和，不能再吸收水分,不可
作为干燥介质 ；
?φ <1,pV < ps,湿空气未达饱和，能再吸收水分,可作
为干燥介质 。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 11/120
?φ越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。
对干燥介质,0<φ<1
T↑,ps↑,φ↓,干燥能力 ↑
?湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而相对湿度却能
反映出湿空气吸收水汽的能力。
?相对湿度 φ 与湿度 H 的关系：
s
s
pP
p.H
?
?
?
? 6 220 )( tfH,???
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三、比体积（湿容积） υH
定义：每单位质量绝干空气中所具有的湿空气（绝干
空气和水蒸汽）的总体积,m3(湿空气 )/kg(绝干气 )。
VgH
3
33
H
H
kg
kg
kg
m
kg
m
kg
m
kg
m
kg
mm
???
?
???
???
???
水汽
水汽
绝干气
水汽
绝干气
绝干气
绝干气
水汽
绝干气
绝干气
绝干气
水汽绝干气＋
3
33
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P
.t.
P
.t.
g
55 100131
273
2737720100131
273
273
29
422 ???????????
P
.t.
P
.t.
V
55 100131
273
2732441100131
273
273
18
4122 ??????????
P
.t
)H..(
H VgH
5100131
273
273
24417720
?
?
?
??
?? ???
所以：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 14/120
)( HtfH,??
?
?
?
?
?
?
HH
t ?
H
H
H
kg
kg
m
kg
m
kg
m
kgkg
m
kg
?
?
?
????
??
1
33
33
绝干气
绝干气
湿空气
水汽
湿空气
绝干气
湿空气
水汽绝干气＋
湿空气
湿空气
〖说明〗
?当总压力 P为一定值时,
?湿空气密度 ρH,kg(湿空气 )/m3(湿空气 )
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 15/120
H..Hccc vgH 881011 ????
四、比热容（湿热） cH
定义：在常压下，将 1kg绝 干空气及相应 Hkg水
汽升高 (或降低 ) 1℃ 所需吸收 (或放出 )的热量，
kJ/(kg绝 干气 ?℃ )。
〖说明〗
?cH=f(H)
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 16/120
五,焓 I
定义,1kg绝 干空气的焓与 Hkg水汽的焓之和,kJ/kg
绝 干气 。
计算基准：
0℃ 绝干空气及 0℃ 液态水的焓值为 0。
因此，对于温度为 t,湿度为 H 的湿空气，其焓值包括由 0℃
的水变为 0℃ 水汽所需的潜热、由 0℃ 的水汽变为 t℃ 水汽所
需的显热及湿空气由 0℃ 升温至 t℃ 所需的显热之和。 即：
〖说明〗
?I=f(t,H)
t)H..(H
t)Hcc(HrH)tcr(tcHIII vgvgvg
8810112490
00
???
????????
?
??
?
?
?
?
?
I
H
t
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 17/120
六、干球温度（温度） t
定义：用普通温度计测得的湿空
气的真实温度,℃ 。
七、湿球温度 tw
定义：湿球温度计在空气中所达
到的平衡或稳定时的温度,℃ 。
湿球温度计, 温度计的感温球用
纱布包裹，纱布用水保持湿润，
这支温度计为湿球温度计。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 18/120
湿球温度计测量原理
将 湿球温度计置于温度为 t,湿度为
H的不饱和湿空气中，假设开始时湿纱
布中水分的温度与空气的温度相同，
但因空气是不饱和的，湿纱布中水分
必然汽化，汽化所需热量只能由水分
本身温度下降放出显热而供给。
水温下降后，水与空气间出现温度
差，此温差又引起空气向水传热。水
分温度会继续下降放出潜热，以弥补
汽化水分不足的热量。
当空气传给水分的潜热恰好等于水
分汽化所需潜热时，湿球温度计上的
温度维持恒定，此时温度即为 tW。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 19/120
,)HH('rktt 'SHw ??? ?
湿球温度 tw计算公式（推导过程见 P362）
式中：
α－ 空气与湿纱布的对流传热系数,W/(m2 ?℃) ；
kH－ 以湿度差为推动力的传质系数,kg/(m2 ?s??H)；
r’－ 水在湿球温度 tw时的汽化潜热,kJ/kg水；
HS’－ 湿空气在温度为 tw下的饱和湿度,kg水 /kg干气；
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 20/120
)( Htft w,?
〖说明〗
?影响湿球温度 tw的三方面因素：
?物系性质：与 α, kH有关的物性；
?空气状态,t,H；
?流动条件,α/kH 。
?实验表明,α与 kH都与空气速度的 0.8次幂成正比，故 α 与
kH之比值与流速无关，只与物性有关。当物系已确定，则
物系性质就不再改变，此时，湿球温度只与气相状态有关，
即：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 21/120
?对于空气 — 水系统：当空气流速 u ?5m/s时，传热以对流
方式为主，有：
?在实际生产中，常常利用干、湿球温度计来测量空气的
湿度。
).1, 0 9 k J/ ( k g
k H
℃??
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 22/120
八、绝热饱和温度 tas
定义：空气 绝热增湿 至饱和时的温度。
绝热饱和塔工作原理分析：
如图所示为一绝热饱和器，设有温度为 t,湿
度为Ｈ的不饱和空气在绝热饱和器内与大量水
接触，水用泵循环，若设备保温良好，则热量
只在汽液两相之间传递，而对周围环境是绝热
的。这时可认为水温完全均匀，故水向空气中
汽化时所需的潜热，只能取自空气中的显热，
这样，空气的温度下降，而湿度增加，即空气
失去显热，而水汽将此部分热量以潜热的形式
带回空气中，故空气的焓值可视为不变。
绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和，则
空气的温度不再下降，而等于循环水的温度，
称此温度为该空气的绝热饱和温度，用 tas 表示，
其对应的饱和湿度为 Has, 此刻水的温度亦为 tas。
t
as
补充水
饱和空气
t
a s
,H
as
绝热
湿空气
t,H
t
as
绝热饱和塔示意图
传热
传质
H?
t?
astt ?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 23/120
)( HH
c
r
tt as
H
as
as ???
)( Htft as,??
绝热饱和温度 tas的计算公式（推导过程见 P364）
ras － tas温度下水的汽化潜热,kJ/kg水；
Has－ 空气的绝热饱和湿度,kg水 /kg干气；
cH － 湿空气的比热,kJ/kg干气 ? ℃
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 24/120
湿球温度 tw 与绝热饱和温度 tas 的关系：
tw, 大量空气与少量水接触，空气的 t,H不变；
tas, 大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。
tw, 是传热与传质速率均衡的结果，属于动平衡；
tas, 是由热量衡算与物料衡算导出的，属于静平衡。
? tw 与 tas 数值上的差异取决于 α/kH 与 cH两者之间的差别。
?
?
?空气 — 水体系，,
H
H
ck ?? asw tt ?
?空气 — 甲苯体系,?, tw ? tas
Hk
? Hc
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 25/120
定义：一定压力下，将不饱和空气 等湿降温 至饱
和状态，出现第一滴露珠时的温度。
。压，－露点下水的饱和蒸气；绝干气水汽湿度，－露点下湿空气的饱和
Pap
)) / k g (k g (H
pP
p
.H
''
S
''
S
''
S
''
S''
S
?
? 6 2 20
九、露点 td
湿度与露点 的关系：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 26/120
〖说明〗
?已知总压和露点，可利用上式算出空气的湿度；
?已知总压和湿度，可利用上式算出空气在露点的
饱和蒸气压，查水蒸气压表，可得露点。
?对空气－水系统
?当空气为不饱和状态,t ? tw (tas) ? td；
?当空气为饱和状态,t = tw (tas) = td。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 27/120
例 6-1 已知湿空气的总压为 101.3kPa,相对湿度为 50%，
干球温度为 20oC。 试求,(1) 湿度Ｈ (2) 水蒸汽分压 p (3) 露
点 td (4) 焓Ｉ (5) 如将 500kg/h干空气预热至 117oC,求所需热
量Ｑ； (6) 每小时送入预热器的湿空气体积 L’。
解,P=101.3kPa,φ＝ 50%,t=20oC,由饱和水蒸汽表查
得，水在 20 oC时之饱和蒸汽压为 ps=2.34kPa
(1)湿度Ｈ
绝干气水 kg/kg.
...
..
.
pP
p
.H
s
s
0 0 7 2 70
3425003101
342500
62206220
?
??
?
?
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 28/120
(b)水蒸汽分压
(c)露点 td
露点是空气在湿度Ｈ或水蒸汽分压 p不变的情况下，冷
却达到饱和时的温度。所以可由 p=1.17kPa 查饱和水蒸汽表，
得到对应的饱和温度 td=9OC。
(d)焓Ｉ
k P a...pp s 171342500 ???? ?
绝干气kg/kJ.
.)...(
Ht)H..(I
638
0 0 7 2 702 4 9 0200 0 7 2 70881011
2 4 9 0881011 000
?
??????
???
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 29/120
(e)传热量 Q
kW.h/kJ
))(...(
)tt)(H..(L
]}Ht)H..[(]Ht)H..{ [ (L
)II(LQ
8134 9 6 6
201 1 70 0 7 2 708810115 0 0
881011
2 4 9 08810112 4 9 0881011
010
000111
01
??
????
???
??????
??
(f)湿空气体积 L’
h/m.)...(
P
.t
)H..(LL'L H
湿空气37419
273
27320
0 0 7 2 7024417720500
33101
273
273
24417720
?
?
???
?
?
??? ?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 30/120
6.1.2 湿空气的 H-I图
工程上，为了避
免繁琐的试差计算，
将湿空气各参数间
的关系标绘在坐标
系重，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。本
章介绍 H-I图。
横标,H； 纵标,I。 两坐标轴夹角为 135°。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 31/120
1.湿焓图的组成
（ 1）等 H线（等
湿度线）
等 H线为一系列
平行于纵轴的直线。
〖说明〗
?在同一条等 H线上
不同点具有相同 H值，
但湿空气的状态并
不相同。
?据露点定义，凡
是 H相同的湿空气具
有相等的露点 td,因
此，同一条等 H线上
湿空气的露点 td是不
变的。
等 H线
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 32/120
（ 2）等 I线（等焓线）
等 I线为一系列平行于
横轴（不是水平辅助轴）
的直线
〖说明〗
? 在同一条等 I线上不同
点具有相同 I值，但湿空
气的状态并不相同。
? 因绝热增湿过程是等
焓过程，故等 I线就是绝
热增湿线。
? 等 I线上,t↑,H↓，
I=C
? 据 tas定义，凡是 I相同
的湿空气具有相等的 tas,
因此，同一条等 I线上湿
空气的 tas是不变的。
等 I线
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 33/120
（ 3）等 t线（等温线）
H)t.(t.I 2490881011 ???
一定温度下,I与 H呈
线性关系。任意规定
一 t值，按上式计算
出若干 I～ H关系，标
绘在坐标系中，即为
一条等 t线。
〖说明〗
因等 t线斜率为
(1.88t+2490),故等
t线互相不平行。
等 t线
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 34/120
（ 4）等 φ 线（等相对
湿度线）
φ =f(H,t),等 φ 线就
是将若干点 (H,t)连
接起来的线。
s
s6 2 2.0
pp
pH
?
?
?? 等 φ 线
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 35/120
〖说明〗
①当 H一定时,t↑,φ ↓,吸收水汽能力 ↑。
所以湿空气进入干燥器之前须先经过预
热以提高其温度和焓值,除了 有利于载
热外，同时也是为了降低相对湿度而有
利于载湿；
② φ=100%的线称为饱和曲线，线上各点
空气为水蒸气所饱和，此线上 方 为未饱
和区（ φ<1），在这个区域的空气可以作
为干燥介质。此线下方为过饱和区域，
空气中含雾状水滴，不能用于干燥物料；
③ H-I图是以总压 p=101.3kPa为前
提绘制的，因此当 φ一定,t≥
100℃ 时,ps=101.3kPa=p,H=常
数，等 φ线（图中 φ=5%与 φ=10%
两条线）垂直向上为直线与等 H线
重合。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 36/120
（ 5） pv线 (水蒸汽分压线 )
当 P一定时,H<<0.622,pv与 H呈直线。
pv线标于 φ=100%线的下方，表示
pv与 H之间的关系。
H.
HPp
pP
p.H
v
v
v
????? 6 2 206 2 20?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 37/120
A
2.湿焓图的应用
φ
φ =1
H
I
t
tw=tas
td p
v
(1)H-I图中的任意一点 A代表一
个确定的空气状态，其 t,tw、
H,φ, I等均为定值 。 已知湿
空气的两个独立参数，即可确
定一个空气的状态 A,其他参
数可由 H-I图查得。
(2) t-H,t-tw,t-td,t-φ是相
互独立的两个参数，可确定唯
一的空气状态点 A；
3) td-H,pv-H,td-pv（ 都在同
一条等 H线上）,tw-I（ 在同一
条等 I线上），不是彼此独立
的参数，不能确定空气的状态
点 A。
(4) 杠杆规则也适用于 H-I图。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 38/120
(5)表示湿空气状态的变化过程
①加热
始态 A→终态 B,因 pv与 p不变，
为等 H过程,t↑,φ↓,吸收水
汽能力 ↑；
②冷却过程
初温为 t1,若终温 t2>td,则为
等 H过程；若终温 t3<td,则过
程为 ADE所示，必有部分水汽
凝结为水，空气的湿度降低
H3<H2，
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 39/120
B
A
③绝热增湿过程
近似认为是一个等焓过程，空
气将沿着绝热冷却线即等 I线 AB增
湿降温。
④非绝热的增湿过程：在实际
干燥过程中，空气的增湿降温过
程大多不是等焓的，如有热量补
充，则焓值增加，如图中 AB'所示
的过程；如有热损失，则焓值降
低，如图中 AB''所示的过程。
φ =1
H
I
'B
''B
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 40/120
⑤两股不同状态气流的混合
状态点为 A和 B的两股气流，其
焓值和湿度分别为 I1,H1和 I2,H2，
现 A与 B按 m,n（ 质量）混合。显
然，两股气流混合后的状态 C必然
在点 A,B的联线上，其位置可按
杠杆规则求出。
AC
BC?
n
m
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 41/120
例 6-2 已知湿空气的总压为 101.3kPa,相对湿度为 50%，
干球温度为 20oC。 试用 H～ I图求解：
(1)水蒸汽分压 pv；
(2)湿度Ｈ；
(3) 焓Ｉ；
(4)露点 td ；
(5)湿球温度 tw ；
(6)如将含 500kg/h干空气的湿空气预热至 117oC,求所需热
量Ｑ。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 42/120
解,如图。
由已知条件：Ｐ＝ 101.3kPa,φ0＝
50%,t0=20oC在 I-H图上定出湿空气的
状态点Ａ点。
(1)水蒸汽分压 pv
由Ａ点沿等Ｈ线向下交水蒸汽分压线
于 C,在图右边纵坐标上读出得
pv=1.2kPa。
(2)湿度Ｈ
由Ａ点沿等Ｈ线交水平辅助轴于一点，
读得Ｈ＝ 0.0075kg水 /kg干空气。
(3)焓Ｉ
通过Ａ点作等Ｉ线的平行线，交纵轴
于一点，读得Ｉ 0＝ 39kJ/kg干空气。
图 7-2 例 7-2 附图
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 43/120
(4)露点 t
由Ａ点沿等Ｈ线与 φ＝ 100%饱
和线相交于 B点，由等 t线读得
t=10oC。
(5)湿球温度 tw
由Ａ点沿等 I线与 φ=100%饱和
线相交于 D点，由等 t线读得
tw=14oC。
(6)热量Ｑ
因湿空气通过预热器加热其温
度不变，所以可由Ａ点沿等Ｈ线
向上与 t1 =117oC线相交于Ｇ点，
读出 I1=138kJ/kg干空气（即湿空
气离开预热器之焓值）。 500kg/h
干空气的湿空气通过预热器气所
获得的热量为
图 7-2 例 7-2 附图
G
kW.
)()II(LQ
813
3913850001
?
????
通过上例的计算过程说明，采用焓湿图来求取湿空气的各
项参数，与用数学计算相比，不仅计算迅速简便，而且物理
意义也较明确。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 44/120
6.2.1 湿物料含水量的表示法
两种表示方法：
1.湿基含水量 ω
定义：水分在湿物料中的质量分数,kg水 /kg湿物料。
2.干基含水量 X
定义：湿物料中水分与绝干物料的质量分数比,kg水 /kg
干物料。
湿物料总质量
湿物料中水分质量??
6.2干燥过程的物料衡算和热量衡算
湿物料中绝干物料质量
湿物料中水分质量?X
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 45/120
3.两种含水量间关系
?
?
?
?
?
?
?
1
1
X
X
X
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 46/120
预热器
L,t0,H0 L,t
1,H1 干
燥
器
废气 L,t2,H2
湿物料 G1,X1,θ1产品 G2,X2,θ2
新鲜空气
6.2.2 干燥过程的物料衡算
计算内容：
?水分蒸发量 W,kg/s,即从物料中除去的水分量，也即空
气吸收的水分量；
?空气消耗量，包括绝干空气消耗量 L,kg/s、单位空气消
耗量 l,kg绝干气 /kg水分和新鲜（原湿）空气消耗量 L’，
kg/s；
?干燥产品的流量，包括绝干物料流量 G,kg/s和湿物料流
量 G2,kg/s。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 47/120
)XX(G)HH(LW 2112 ????
21 GG ??
1
2
21
2
1
21
11 GG ?
??
?
??
?
??
?
??
预热器
L,t0,H0 L,t
1,H1 干
燥
器
废气 L,t2,H2
湿物料 G1,X1,θ1产品 G2,X2,θ2
新鲜空气
1.水分蒸发量 W,kg水 /s
水分蒸发量 =湿空气中水分增加量 =湿物料中水分减少量
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 48/120
2.空气消耗量
(1)绝干空气消耗量 L,kg绝干气 /s
(2)单位空气消耗量 l,kg绝干气 /kg水分
定义：每汽化 1kg的水所需绝干空气的质量。
(3)新鲜空气消耗量 L’,kg湿空气 /s
0212
11
HHHHW
Ll
?????
)HH(LW 12 ???
12 HH
WL
???
)H(L)H(L'L 10 11 ????
预热器
L,t0,H0 L,t
1,H1 干
燥
器
废气 L,t2,H2
湿物料 G1,X1,θ1产品 G2,X2,θ2
新鲜空气
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 49/120
3.干燥产品量
(1)绝干物料量 G,kg绝干物料 /s
(2)湿物料量 G2,kg湿物料 /s
2
2
1
1
2211 1111 X
G
X
G)(G)(GG
???????? ??
预热器
L,t0,H0 L,t
1,H1 干
燥
器
废气 L,t2,H2
湿物料 G1,X1,θ1产品 G2,X2,θ2
新鲜空气
1
2
1
2
1
12 1
1
1
1
X
XGGG
?
??
?
??
?
?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 50/120
例 6-3 今有一干燥器，处理湿物料量为 800kg/h。 要求物
料干燥后含水量由 30%减至 4%（均为湿基）。干燥介质为
空气，初温为 150C,相对湿度为 50%，经预热器加热至
1200C, 试求：
(1)水分蒸发量Ｗ；
(2)绝干空气消耗量Ｌ、单位空气消耗量 l ；
(3)如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量Ｖ
解,(1)水分蒸发量Ｗ
h/kg.
.
..
GW
%%,
水
已知
72 16
0401
04030
8 00
1
430
2
21
1
21
?
?
?
?
?
?
??
??
?
??
??
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 51/120
(2)绝干空气消耗量Ｌ、单位空气消耗量 l
由 H-I图查得，空气在 t0 ＝ 150C,φ0＝ 50%时的湿度为Ｈ 0＝
0.005kg水 /kg干空气在 t2 =450 C,φ2＝ 80%时的湿度为Ｈ 2＝
0.052kg水 /kg干空气，空气通过预热器湿度不变，即 H0＝ H1
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 52/120
(c)风量Ｖ
h3 7 9 08 2 204 6 1 0
kg8 2 20
31 0 1
31 0 1
2 7 3
2 7 315
0 0 502 4 417 7 20
31 0 1
2 7 3
2 7 3
2 4 417 7 20
3
0
3
0
00
/m.LV
/m.
.
.
)...(
P
.t
)H..(
H
H
湿空气
干空气湿空气
?????
?
?
???
?
??
?
?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 53/120
6.2.3 干燥系统的热量衡算
计算内容：
?预热器消耗的热量 QP,kW；
?干燥器内补充的热量 QD,kW；
?干燥过程消耗的总热量 Q,kW。
QL
预热器L,t0,H0,I0 L,t1,H1,I1 干
燥
器
废气 L,t2,H2,I2
湿物料 G1,X1,θ1,产品
G2,X2,θ2,
新鲜空气
'I1
'I2
QD
QP
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 54/120
)II(LQLIQLI 01P1P0 ?????
1.预热器消耗的热量 QP,kW
忽略预热器热损失，对预热器进行热量衡算：
)tt(c)tt)(H..(II
Ht)H..(I
Ht)H..(I
H
HH
01001001
0000
1111
881011
2 4 9 0881011
2 4 9 0881011
01
??????
?? ??
??
?
?
?
???
??? ?
)tt(Lc)II(LQ HP 01001 ????
QL
预热器L,t0,H0,I0 L,t1,H1,I1 干
燥
器
废气 L,t2,H2,I2
湿物料 G1,X1,θ1,产品
G2,X2,θ2,
新鲜空气
'I1
'I2
QD
QP
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 55/120
2.干燥器消耗的热量 QD,kW
对干燥器进行热量衡算：
QL
预热器L,t0,H0,I0 L,t1,H1,I1 干
燥
器
废气 L,t2,H2,I2
湿物料 G1,X1,θ1,产品
G2,X2,θ2,
新鲜空气
'I1
'I2
QD
QP
L
''
D
L
'
D
'
Q)II(G)II(LQ
QGILIQGILI
??????
?????
1212
2211
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 56/120
3.干燥过程消耗的总热量 Q,kW
式中物料的焓是指以 0℃ 为基准时 1kg绝干物料及其所含
水分两者焓之和，以 kJ/kg绝干料表示。
若物料的温度为 θ,干基含水量为 X时，则以 1kg绝干料为
基准时湿物料焓为：
L
''
PD
L
''
PD
Q)II(G)II(LQQQ
)II(LQ)II(G)II(LQQQ
????????
?????????
1202
011212?
???? mwsws c)Xcc(Xcc'I ?????
)kg/(kJ,c
)kg/(kJ,c
)kg/(kJ,c
w
s
℃绝干料湿物料的比热
℃水分水分的比热
℃绝干料绝干物料的比热
??
??
??
m
式中,
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 57/120
4.对干燥系统的讨论
两点假设：
?IV2=IV0,新鲜空气中水蒸气的焓等于出干燥器时废气中水
蒸气的焓；
?cm1=cm2 =cm,进出干燥器的湿物料的比热相等。
LmPD
Lmvg
Lmmvgvg
L
''
PD
vgvg
Q)(Gc)t.(W)tt(L.QQQ
Q)(GcI)HH(L)tt(Lc
Q)cc(G)]IHtc()IHtc[(L
Q)II(G)II(LQQQ
HItcHIII
?????????
???????
???????
????????
????
12202
1220202
12000222
1202
8812 4 9 0011 ??
??
??
即：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 58/120
〖讨论〗
?由上式知，干燥系统消耗的总热量 Q用于四方面：
?加热空气：
?蒸发水分：
?加热物料：
?热损失,QL
?热量衡算是计算预热器的传热面积，加热介质消耗量，
干燥器尺寸及干燥器热效率的基础。
LmPD Q)(Gc)t.(W)tt(L.QQQ ????????? 12202 8812490011 ??
)tt(L,02011 ?
)(Gc m 12 ?? ?
)t.(W 28812 4 9 0 ?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 59/120
5.干燥系统的热效率 η
定义：
蒸发水分所需热量 QV的计算：
?不忽略湿物料中水分带入系统中的焓：
?忽略湿物料中水分带入系统中的焓：
%QQ% V 100100 ???? 干燥系统消耗总热量 蒸发水分所需热量?
)t.(WQ V 28812 4 9 0 ??
).t.(WQ V 12 18748812490 ????
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 60/120
〖说明〗
?热效率用于衡量干燥器的性能。热效率愈高，表示热利
用程度愈高，干燥器的性能愈优。
?提高干燥系统热效率的途径：
?????? ?LH1 22 而t.
???? )HH()tt( ww,传质推动力但传热推动力
因此,t2不能过低，一般规定 t2比进入干燥器时空气的湿球
温度 tw高 20 ~ 50℃ 。
????? ?Wt,12
3.回收废气中热量，如预热原料，预热空气等
4.加强管道保温，减少热损失
提高空气的预热温度，可提高热效率。空气预热温度高，单位质量干空气
携带的热量多，干燥过程所需要的空气量少，废气带走的热量相应减少，
故热效率得以提高。但是，空气的预热温度应以湿物料不致在高温下受热
破坏为限。对不能经受高温的材料，采用中间加热的方式，即在干燥器内
设置一个或多个中间加热器，往往可提高热效率。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 61/120
【 补充】 干燥过程的物料衡算与热量衡算
1.理想干燥器过程的物料和热量衡算
①图解法（已知 t2或 φ2均可用）
A（ t0,H0） B（ t1,H1= H0 ）
C（ t2,或 φ2 ）
沿等 H线
沿等 I线
确定 C后 H2可查 H-I
图或计算确定
02 HH
WL
?? )tt(LcQ 01H0p ??
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 62/120
②解析法（已知 t2时用）
上式中只有一个未知数 H2可求出，然后再求 L,QD 。
③数值法（已知 φ2时用，可计算求出 H2 ）
12 II ?
111222 2500)88.101.1(2500)88.101.1( HtHHtH ?????
s
s
pP
p.H
?
?
?
? 6 220
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 63/120
2.实际干燥过程的物料和热量衡算
实际干燥过程气体出干燥器的状态由物料衡算式和热
量衡算式联立求解决定，即
02 HH
WL
??
LQGcLIQGcLI ????? 2m2D1m1 21 ??
2222 2 4 9 0881011 Ht)H..(I ???
联立解出 H2及 L。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 64/120
例 6-4 有一气流干燥器，用于干燥某晶体物料。已知
干燥器的生产能力为每年 2× 106kg晶体产品，年工作日为
300日，每日三班连续生产。物料湿基含水量由 20％降到 2
％，物料在干燥器内由 150C升至 450C,比热为
1.31kJ/(kg.℃) 。 冷空气的温度为 150C,相对湿度为 70%，
经预热器升温至 900C送入干燥器，若废气离开干燥器的温度
为 650C,且预热器及干燥器中的热损失均不计，干燥器亦不
补充加热。试求：
(1)水分蒸发量；
(2)空气用量
(3)已知预热中加热蒸汽的绝对压力为 196.1kPa,试求预
热中加热蒸汽的用量。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 65/120
解 (1)水分蒸发量Ｗ
(2)空气用量 L
在 I-H图上由 t0=15℃, φ＝ 70％ 查出 H0=H1=0.0075kg/kg,
I0=35kJ/kg。
由 t1=90℃, H1=0.0075kg/kg得 I1=116kJ/kg。
h/kg.)
.
..
()(GW
h/kgG
5562
201
02020
2 7 8
1
2 7 8
243 0 0
102
1
21
2
6
2
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 66/120
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
???????
???????
?????
??????
???
?
?
?
?
?
kg/kg.H
kg/kJ.I
h/kgL
.H
.
L
HH
W
L
H)H..(IHt)H..(I
)(.)I(L
Q)(Gc)II(LQ
)kg/(kJ....).(
cc)(
h/kg
.
.
LmD
ws
0 1 9 3 20
1 5 61 1 6
5 2 9 0
0 0 6 50
5562
2 4 9 0658810112 4 9 0881011
015453111 3 6 2 21 1 60
3111 7 440202510201
1c
1 3 6 2 2
020
0201
2 7 8
1
GG
2
2
202
2222222
2
1212
22m
2
2
2
??
??
?
?
℃
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 67/120
(3)预热器中加热蒸汽用量Ｄ
预热器中加入热量
加热蒸汽压力为 196.1kPa,蒸汽的汽化潜热 r=2206kJ/kg，
则加热蒸汽用量为：
h/kJ.)()II(LQ P 501 10284351165290 ??????
h/kg.rQD P 1 9 42 2 0 610284
5
????
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 68/120
6.2.4 空气通过干燥器时的状态变化
用以确定离开干燥器时的状态，从而应用物料衡算和热
量衡算方程。
按空气在干燥器内焓的变化，将干燥过程分为等焓干燥
过程和非等焓干燥过程。
1.等焓干燥过程（绝热干燥过程或理想干燥过程）
满足条件：
?不向干燥器内补充热量，即 QD=0;
?忽略干燥器的热损失，即 QL=0；
?物料进出干燥器的焓相等，即
21
1212
II ?
????? 简化为：则式 L''D Q)II(G)II(LQ
'' II 12 ?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 69/120
空气通过预热器的过程为等 H过程，
如图 AB段，若空气通过干燥器时的过
程为等 I过程，则其状态沿等 I线变化，
如 BC段。
因此，已知新鲜空气的状态点 A，
则已知空气离开预热器、进入干燥器
的任一独立参数，即可确定点 B,再
已知空气离开干燥器的任一独立参数，
即可确定点 C,从而确定出其它参数。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 70/120
2.非等焓干燥过程
分三种情况：
(1)干燥过程空气焓值降低
满足条件：
?不向干燥器内补充热量，即 QD=0;
?不忽略干燥器的热损失，即 QL≠0；
?物料进出干燥器的焓不等，即
此时干燥过程的操作线 BC1在等 I线
BC下方。 BC1线上各点的焓不等，但
均小于同温度下 BC上相应点的数值。
'' II 12 ?
21
1202
01P II
Q)II(G)II(LQQQ
)II(LQ
L
''
PD
??
?
?
?
???????
??
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 71/120
(2)干燥过程空气焓值增大
满足条件：
?向干燥器内补充热量 QD比热损失 QL
及物料升温带走的热量之和还要大，
即
此时干燥过程的操作线 BC2在等 I线
BC上方。 BC2线上各点的焓不等，但
均大于同温度下 BC上相应点的数值。
21
1202
01P
II
Q)II(G)II(LQQQ
)II(LQ
L
''
PD
?
?
?
?
?
???????
??
L''D Q)II(GQ ??? 12
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 72/120
(3)干燥过程空气温度不变
满足条件：
?向干燥器内补充热量 QD足够大，使
干燥过程沿等 t线变化。
此时干燥过程的操作线 BC3与过点 B
的等 t线重合。
〖说明〗
非等焓过程的定量计算方法：
?利用湿空气状态参数的计算公式采
用解析法计算；
?利用 H-I图采用图解法计算，某些场
合需配合杠杆规则。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 73/120
6.3 固体物料在干燥过程种的平衡关系和速率关系
通过干燥器的物料衡算及热量衡算可以计算出完成一定
干燥任务所需的物料量及热量。但需要多大尺寸的干燥器
以及干燥时间长短等问题，则必须通过干燥速率计算方可
解决。对于物料的除湿过程经历了两步：首先是水分从物
料内部迁移至表面，然后再由表面汽化而进入空气主体。
故干燥速率不仅取决于空气的性质及干燥操作条件，而且
还与物料中所含水分的性质有关。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 74/120
6.3.1 物料中的水分
根据物料在一定干燥条件下, 其所含水分能否用干燥的
方法除去来划分, 可分为平衡水分与自由水分 。
根据水分被除去的难易程度，可分为结合水分和非结合
水分。
1.平衡水分与自由水分
当一定状态的未饱和的湿空气流过某湿物料表面时，由
于湿物料表面水的蒸汽压与空气中水蒸汽分压不等，则湿
物料释出或吸收水分，直到物料表面水的蒸汽压与空气中
水蒸汽分压相等时为止，即物料中的水分与该空气中水蒸
汽达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件下物
料的平衡水分，用 X*表示。
物料中超出平衡水分的水分称自由水分。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 75/120
〖说明〗
?平衡水分是一定条件下不能被干燥除去的水分，是该条
件下干燥操作的极限；自由水分是可以用干燥方法除去的
水分。
?物料中的平衡水分不仅和物料有关，还和空气的状态有
关。
?空气的状态一定时：
?非吸水性物料,X*小些
?吸水性物料,X*大些
?物料一定时：
?t一定,φ ↓,X*↓
?φ 一定,t↑,X*↓
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 76/120
6.3.1 物料中的水分
2.结合水分和非结合水分
如图所示为在一定温度下，
由实验测定的某物料（丝）的
平衡曲线（图中实线部分），
现将该平衡曲线延长（图中虚
线部分）与 φ =100%的纵轴相
交，交点以下的水分为该物料
的结合水分，交点以上的水分
为非结合水分。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 77/120
〖说明〗
?物料中的结合水分,其蒸汽压都小于同温度下纯水的饱和
蒸汽压，它们与物料之间以化学力或物理化学力结合，故
用干燥方法较难除去； 物料中的非结合水分,其蒸汽压都等
于同温度下纯水的饱和蒸汽压，它们与物料之间以机械力
结合，故用干燥方法较易除去；
?物料中的结合水分与非结合水分的划分，只取决于物料
本身，而与空气的状态无关。
?结合水分与非结合水分用实验方法难于测定，通常将平
衡曲线延长与 φ =100%线相交得到。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 78/120
?平衡水分、自由水分、结合
水分、非结合水分间关系见图，
可见：
?平衡水分必定是结合水分；
?非结合水分必定是自由水
分。
?总水分＝平衡水分＋自由水
分
?总水分＝结合水分＋非结合
水分
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 79/120
6.3.2 恒定干燥条件下干燥时间的计算
计算干燥时间和干燥器的尺寸，必须首先知道干燥速率。
通常干燥速率通过实验获得的。按空气的状态变化情况，
干燥过程分恒定干燥操作和非恒定（变动）干燥操作两类。
恒定干燥操作 是指在恒定的干燥条件下的干燥过程，即
实验为间歇操作，采用大量的空气干燥少量的物料，因此
干燥过程中 空气的温度、湿度、流速及与物料的接触方式
不变 。
变动干燥操作是指在变动的干燥条件下的干燥过程，如
连续操作，干燥过程中物料量大等。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 80/120
1.干燥实验
?恒定干燥条件, 空气的 t,H,u一定，空气与物料的接触
方式不变
?实验测定数据,一定时间 τ下的物料重量 W及物料表面温
度 θ,至物料恒重为止。
?实验数据处理,实验完毕将物料置于烘箱内烘干，得物
料绝干质量 G,据此计算物料的干基含水量 X,分别以 X、
θ～ τ作图，得干燥曲线，如图。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 81/120
2.干燥曲线
(1)AB段,物料与热空气刚刚接
触，主要为物料的预热阶段。特
点：
?时间短；
?空气显热主要用于物料升温，
使物料表面温度达到空气湿球温
度 ；
?物料表面湿度基本恒定，水分
汽化很少；
?干燥速率很快达到最大值。
(2)BC段,也叫恒速干燥阶段。
特点：
?物料中水分随时间增加呈直线
下降，干燥速率处于最大值且变
化不大；
物料内、外温度变化不大，物
料表面始终保持湿润状态，物料
内、外无温度梯度和湿度梯度，
物料表面蒸汽压等于同温下纯水
的饱和蒸汽压；
?气化水分多为非结合水分；
(3)CDE段,也叫降速干燥阶段，
CD为第一降速阶段,DE为第二降
速阶段,DE段温度升高很快。特点：
?物料中所含水分量下降缓慢且越
来越慢；
物料表面不能保持湿润状态，有
干燥区，水分迁移速率小于汽化速
率，水分汽化少；
物料表面温度逐渐升高，物料内、
外有温度梯度和湿度梯度，传热传
质推动力均下降；
?达到平衡含水量时，干燥过程停
止；
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 82/120
3.干燥速率曲线
干燥速率 U,单位时间内单
位干燥面积上汽化得水分质量，
kg/(m2·s)。
在干燥曲线 X～ τ上取若干点，
带入上式计算 U,以 U~X作图，
得干燥速率曲线，如图示。
?? Sd
dX'G
Sd
'dWU ???
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 83/120
干燥速率曲线的特征是：
?BC段中干燥速率为常数，
称为恒速干燥阶段 (预热段 AB
一般很短，可并入到 BC段内 )；
?CDE段的干燥速率随 X减小
而下降，称为降速干燥阶段；
?恒速干燥阶段和降速阶段
有一转折点 C,称为临界点，
对应的物料湿含量称为临界
湿含量，以 Xc表示，干燥速
率称临界干燥速率，用 Uc表
示。
?干燥至点 E时，干燥速率降
为 0，物料の含水量等于平衡
水分 X*,干燥过程停止。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 84/120
(1)恒速干燥阶段
在恒速干燥阶段, 物料表面全部为非结合水分所润湿 。
这样湿物料表面温度为该空气下的湿球温度 tw,由于空气
的 t,H恒定, 故其传热, 传质推动力保持不变, 从而维持
了物料恒速干燥的特征 。
显然恒速干燥阶段的干燥速率取决于物料表面水分的汽
化速率，亦即决定于物料外部的干燥条件，所以又称为 表
面汽化控制阶段 。因此要提高其速率，应着眼于空气的条
件，即降低空气湿度，提高空气温度，增大空气流速及空
气与物料接触面积方为有效。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 85/120
(2)降速干燥阶段
分成两个阶段。
?第一降速阶段。 CD段，此阶段因为物料内部水分扩散到
表面的速率已小于表面水分在湿球温度下的汽化速率，这
时物料表面不能维持全面湿润而形成, 干区,,由于实际
汽化面积减小，从而以物料全部外表面积计算的干燥速率
下降。
?第二降速阶段。 DE段，由于水分的汽化面随着干燥过程
的进行逐渐向物料内部移动，从而使热、质传递途径加长，
阻力增大，造成干燥速率下降。到达 E点后，物料的含水量
已降到平衡含水量 X*（ 即平衡水分），再继续干燥亦不可
能降低物料的含水量。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 86/120
降速干燥阶段的干燥速率
主要决定于物料本身的结构、
形状和大小等，而与空气的
性质关系很小，故降速阶段
又称 物料内部迁移控制阶段。
这时空气传给湿物料的热量
大于水分汽化所需的热量，
故物料表面的温度不断上升，
而最后接近于空气的温度。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 87/120
(3)临界含水量 Xc
划分干燥速率曲线上等速与降速阶段的含水量称为临界
含水量 Xc。 Xc愈小, 降速阶段愈短, 相同条件下所需时间
愈少 。 因此 Xc的确定除对干燥速率及干燥时间的计算必要
外, 而且对强化干燥过程具有重要意义, 因干燥阶段不同
对其影响因素不同 。
到达临界点后，物料内部水分向表面的迁移速率将低于
表面的汽化速率。物料的结构、形状和大小等不同具有各
自的水分迁移速率，而干燥介质的条件又将使物料有不同
的表面汽化速率，因此 Xc与物料的特性和干燥条件有关。
不同物料临界含水量的范围见 P388表 6-1。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 88/120
(4) 不同干燥阶段对物料性状的影响
在恒速阶段, 物料表面温度维持在湿球温度, 即使在高
温下易于变质, 破坏的物料 (如药物, 食品等 )仍可允许采用
较高的温度, 以便提高干燥速率和热利用率, 当然温度确
定应不致引起物料的变形, 开裂等情况, 或不使过早转入
降速干燥阶段的前提下 。
而在降速阶段，物料温度逐渐升高，特别是干燥后期，
不应使温升过快。因物料脱水过快将产生各种物理、化学
乃致生物的变化。如木材脱水时收缩，内部产生应力，可
大到使其沿薄弱面开裂；某些物料降速初期干燥过快，在
表面结成一坚硬的外壳，使内部水分无法通过，干燥无法
进行。因此为避免表面硬化、开裂、起皱、焦化等不良现
象，常需对降速阶段的干燥条件严格加以控制。通过 降低
干燥介质温度，提高湿度，采用废气循环等措施减小干燥
速率，使物料内部水分逐步除去,保证产品的质量。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 89/120
4,恒速阶段的干燥时间 τ1
由干燥速率定义式：
?Sd
dXGU '??
SU
dX'Gd ??? dX
SU
Gd X
X??
?? C
1
1 '
0
? ?
对于恒速干燥,U＝ UC＝ const.
)XX(SUG C1
C
1
' ???
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 90/120
〖说明〗
UC的来源：
（ 1） 由干燥速率曲线查得
式中对流传热系数 α通过经验公式计算，见 P389。
计算）用（ )()(2 wHw
w
C HHkttrU ????
?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 91/120
5.降速阶段的干燥时间 τ2
物料从 Xc减至 X2（ X2>X*） 所需时间为 τ2
dXSUGd X
X??
?? 2
C
2 '
0
? ? dX
SU
GX
X?
? C
2
'
2?
求 U 的方法：
（ 1）图解积分法 （需具备干燥速率曲线）
（ 2）近似计算法。 假定在降速阶段中干燥速率与物料
中的自由水分含量 (X-X*)成正比，即用临界点 C与平衡
水分点 E所连结的直线 CE代替降速干燥阶段的干燥速率
曲线。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 92/120
若 U~X为直线关系，可用下式表示。
*)XX(kU x ??
?
?
?
?
??
?
?
?? ??
XX
XXc
ln
Sk
'G
*)XX(d
*)XX(Sk
G
dX
SU
G
x
X
X
x
X
X
2
2
2
C
2
C
2
''
?
?
干燥总时间 τ=τ1+τ2
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 93/120
例 6-5 用一间歇干燥器将一批湿物料从含水量 27％干燥到
5％（均为湿基），湿物料的质量为 200kg,干燥面积为
0.025m2/kg干物料，装卸时间 1h,试确定每批物料的干燥周
期。（从该物料的干燥速率曲线可知 Xc=0.2,X*=0.05，
Uc=1.5kg/(m2.h),降速阶段 U~X为直线，传质系数
kX=10kg/(m2·h ））
解：绝对干物料量
干燥总面积
干基含水量
kg).()(G'G 14627012001 11 ?????? ?
26530250146 m..S ???
3702701 2701
1
11,
.
.X ?
???? ?
?
05300501 0501
2
2
2,.
.X ?
???? ?
?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 94/120
恒速阶段 由 X1=0.37至 Xc=0.2
降速阶段 由 Xc=0.2至 X2=0.053
每批物料的干燥周期
h.)..(..)XX(SU 'G c
c
5342037065351 1 4 611 ????????
)./(1005.02.0 5.1 2* hmkgXX UK
C
C
X ?????
h...,.Ln.XX XXLnSk 'G *
*
C
x
71505005 30 0502065310 14 6
2
2 ??
?
???
???
h..,221171553421 ???????? ????
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 95/120
6.4 干燥器
对干燥器的基本要求：
?保证干燥产品的质量要求，如含水量、强度、形状等；
?要求干燥速率快，干燥时间短，以减少干燥器尺寸，降低
能耗，经济合理；
?干燥器热效率高；
?干燥系统的流体阻力要小；
?操作控制方便。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 96/120
6.4.1 干燥器的主要型式
1.箱式干燥器 (盘式干燥
器 )
这种干燥器的结构如图
所示，多层长方形浅盘叠
置在框架上，湿物料在浅
盘中的厚度约 10～ 30mm，
一般浅盘面积约为 0.3～
1m2。 新鲜空气由风机抽入，
经加热后沿档板均匀地进
入各层之间，平行流过湿
物料表面。气速应使物料
不被气流带走，常用的范
围为 1～ 10m/s。 盘内湿物
料的干燥强度决定于物料
结构和厚度以及干燥介质
条件。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 97/120
厢式干燥器的优点是构造简单，
设备投资少，适应性强。缺点
是热利用率低，劳动强度大，
产品质量不均匀。特别适于小
批量的膏状或颗粒状珍贵物料，
如染料、药品等的干燥。
厢式干燥器为典型的间歇式常
压干燥设备。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 98/120
2.洞道式干燥器
将厢式干燥器的浅盘框架置于轨道小车上，便成为洞
道式干燥器，可进行连续或半连续操作，如图所示，洞
道内容积大，湿物料停留时间长，适用于处理量大、干
燥时间长的物料。如木材、肥皂、陶瓷等的干燥。如采
用帆布、橡胶或金属丝制成的传送带来运输物料，又称
为带式干燥器。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 99/120
3.带式干燥器
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 100/120
4.
转筒干燥器的主要部件
为一个与水平略呈倾斜的
旋转圆筒。图为逆流操作
的转 筒干燥器，湿物料从
转 筒较高的一端加入，热
空气由较低端进入与物料
进行逆流接触。筒内焊有
抄板，用来升举和分散物
料。当转筒旋转时，物料
被抄板升举到转筒上方，
均匀向下洒落，与筒内流
过的热空气接触，圆筒旋
转一周，物料被升举洒落
一次，靠这种反复升落和
自身重量，湿物料沿圆筒
长度方向流动，干燥后在
圆筒较低一端导出。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 101/120
干燥介质可采用热空气，也可采用烟道气和其它可利用的热气体。
转 筒干燥器 的加热方式有直接加热和间接加热两种。前者介质与湿物
料直接接触。对于耐受高温以及对少量污染无甚影响的产品，也可采
用烟道气直接加热。采用间接加热时，在靠近转筒内壁装有单排或双
排加热蒸汽列管，通过管壁加热湿物料，筒内通过少量空气带出水蒸
汽，空气在出口处接近于饱和，加热列管也起抄板的作用，升扬物料。
间接加热干燥器常用于食盐、食糖等食品的干燥，可保持食品的洁净。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 102/120
干燥介质在转 筒内的流向可与湿物料逆流, 也可并流 。 在逆流操作
中, 可使产品含水量降低到较低值 。 在物料进口处, 湿的固体还可起到
降低气体粉尘携带量的作用 。 但逆流时, 产品在卸料处的温度过高, 在
湿物料的加料处传 热推动力太小, 使 湿物料的预热段增大 。 在并流操
作中, 气体在入口处降温快, 对热敏性物料的干燥有利, 物料升温快,
不易粘壁, 产品卸料温度较低, 易于贮藏和包装 。
在直接加热干燥器中, 气体的质量流速决定于固体粉尘形成的情况,
对于粒径 1mm左右的物料, 一般取气速 0.3～１ m/s,粒径 5mm左右的物料,
气速应在 3m/s以下, 当用空气作为干燥介质时, 入口气温一般 120℃ ～
175℃, 利用炉内烟道气时, 一般取 540℃ ～ 800℃ 。
转筒干燥器是处理量较大的一种干燥器, 工业上采用的转筒直径约
为 1～ 3m,长度与直径比通常为 4～ 10,转 筒长度有时可达 30m,倾斜
度与长度有关, 可从 0.5° 到 6°, 转速一般为 1～ 8转 /分, 湿物料在筒内
的填充系数可达 0.1～ 0.2,转筒干燥器的体积蒸发强度约在 0.0015～
0.01kg/m3·s之间 。
转筒干燥器的优点是：对不同物料的适应性强，操作稳定可靠，机
械化程度较高。缺点是：设备笨重，结构复杂，钢材消耗量多、投资大、
制造安装、检修麻烦。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 103/120
5.气流干燥器
它的主要设备是直立圆筒形
的干燥管，热空气 (或烟道气 )
进入干燥管底部，将加料器连
续送入的湿物料吹散，并悬浮
在其中。干燥介质速度应大于
湿物料最大颗粒的沉降速度，
于是在干燥器内形成了一个气、
固间进行传热、传质的气力输
送床。一般物料在干燥器中停
留时间约 0.5～ 3秒，干燥后物
料随气流进入旋风分离器，产
品由下部收集，湿空气经袋式
过滤器 (或湿法、电除尘等 )回
收粉尘后排出。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 104/120
气流干燥器适宜于处理含非结合水及结块不严重又不怕
磨损的粒状物料 。 对粘稠状和膏状物料, 采用干料返混方
法和适宜的加料装置, 如螺旋式加料器等等, 也可正常操
作 。
?气固间接触表面积很大, 体积传 递系数很高, 干燥速率
大 。 一般体积蒸发强度可达 0.003～ 0.06kg/m3·s
?接触时间短, 气, 固并流操作, 可以采用高温介质, 对
?由于干燥伴随着气力输送,
?设备相对简单, 占地面积小, 运动部件少, 易于维修,
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 105/120
?必须有高效能的粉尘收集装置, 否则尾气携带的粉尘将
造成很大的浪费,
?对有毒物质, 不宜采用这种干燥方法, 但如果必须采用
时,
?对结块, 不易分散的物料, 需要性能好的加料装置, 有
时还需附加粉碎过程 。
为了适应较宽粒度范围湿物料的干燥和增大干燥强度，
气流管的结构有多种变形，如分为两段式，它可降低干燥
管高度，第一段的扩大部分可起颗粒的分级作用，大颗粒
物料通过侧线星形加料器再进入第二段，以免将第二段的
底部堵塞。也可为变径管或称脉冲式，它可使物料在气流
中不断地改变相对运动速度，以增大传质系数，提高干燥
速率。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 106/120
6.流化床干燥器 (沸腾床干燥器 )
流化床干燥器是流态化技术在干燥过程的应用, 在流化床干燥器中,
颗粒在热气流中上下翻动, 彼此碰撞和混合, 气, 固间进行传热, 传质,
以达到干燥目的 。 图 10-20为一单层的流化床干燥器 。 湿物料由床层的
一侧加入, 由另一侧导出 。 热气流由下方通过多孔分布板均匀地吹入床
层, 进行干燥过程后, 由顶部导出, 经旋风分离器回收其中夹带的粉尘
后排出 。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 107/120
流化床干燥过程可进行间歇操作，但大多数是连续操作，
当蒸发表面水分时，停留时间约为 0.5～２分，如果水分干
燥包括内部扩散时，停留时间约为 15～ 30分，由于床层中
颗粒的不规则运动，引起返混和, 短路, 现象。每个颗粒
的停留时间不是相同的，这会使产品质量不均匀，为此可
采用多层流化床和卧式多室流化床。在多层流化床中，湿
物料逐层下落自最下层连续排出。在卧式多室流化床中设
有若干块纵向档板，挡板与分布板之间有间距，物料可逐
室通过，不致完全混合。各室的气体温度和流量也可以分
别调节，有利于热量的充分利用，也可适应湿物料对气温
的要求。一般在最后一室吹入冷风，使产品冷却后便于包
装和贮藏。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 108/120
?与其他干燥器相比, 传 热, 传质速率高 。 这是因为单位
体积内的接触表面积大；颗粒间充分的搅混几乎消除了表
面上静止的气膜, 使两相间密切接触, 传质系数大大增加；
?由于传递速率高, 气体离开床层时几乎等于或略高于床
层温度,
?由于气体可迅速降温, 所以与其它干燥器相比, 可采用
?停留时间少, 这特别有利于热敏性物料 。 若需较长的干
燥时间,
?设备简单, 无运动部件,
?操作控制容易。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 109/120
?适宜于流化干燥物料是有限的 。 对要求降速阶段干燥时
间长的物料, 虽可采用多级式或多室式, 但仍可因, 短路,
和返混现象的存在, 影响产品的质量 。
?对某些泥浆状的湿粉粒物料, 尾气带走的粉尘损失太大 。
对粒径分布太宽的物料不可能找出适宜的气速 。 当大 /小粒
径比超过 8时, 就不可避免的发生沉积或气体夹带 。
?气体通过分布板及旋风分离器的压强降都很大, 所以动
力消耗很大, 操作费用高, 这可能大大抵消了设备成本节
约 。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 110/120
7.喷雾干燥器
在喷雾干燥器中, 液态
物料通过喷雾方式分散成
细小的液滴, 在热气流中
自由沉降并迅速蒸发, 最
后被干燥为固体颗粒与气
流分离 。 喷雾干燥流程中
的主要设备包括一直立圆
筒式干燥室, 雾化室, 干
燥介质加热器, 输送设备
及气, 固分离设备 。 热气
流与液滴可以并流, 逆流
或混合流的方式进行接触 。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 111/120
热空气与喷雾液滴都由干燥器顶部加入，气流作螺旋形
旋转下降，液滴在接触干燥器内壁前己完成干燥过程，大
颗粒收集到干燥器底部后排出，细粉随气体进入旋风分离
器分出。废气在排空前经湿法洗涤塔 (或其它除尘器 )以提高
回收率，并防止污染。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 112/120
喷雾干燥广泛应用于化工, 轻工, 医药, 染料, 塑料及
食品等工业产中, 特别适用于高级颗粒产品, 如奶粉, 医
药等 。
?在高温介质中, 干燥过程极快, 而且颗粒表面温度仍接
近于湿球温度,
?处理物料种类广泛, 如溶液, 悬浮液, 浆状物料等皆可,
如粘度达到 1Pa·s的矿物或颜料的浓浆；
?喷雾干燥可直接获得干燥成品, 省去蒸发, 结晶, 过滤,
粉碎等多种工序；
?
?过程易于连续化、自动化。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 113/120
?单位产品的耗热量很高,
?
?容积干燥强度小 。 这是因为固 /气比小得多 。 当入口气温
在 150℃ ～ 200℃ 时, 干燥强度约为 1～ 5kg水 /m3·h,气温为
350℃ 时, 可提高到 25kg水 /m3·h
?设备占空间很大,
?粉尘回收设备投资大 。
实验表明，喷雾干燥的经济效果可随着处理量的增加而
得到改善，当蒸发中水量超过 0.6kg/s时，操作费与设备规
模无关，而当处理量小于 0.1kg/s时，经济效益比转筒干燥
差。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 114/120
8.
滚筒干燥器是一种间接
加热的连续干燥器。它适
用于溶液、悬浮液、稀糊
状等流动性物料的干燥，
图为一双滚筒干燥器，两
滚筒的旋转方向相反，部
分表面浸在料槽中，从槽
中转出的滚筒表面沾上了
厚度为 0.3～ 5mm的薄层料
浆，加热蒸汽通入筒内，
料中的水分蒸发。水汽及
夹带的粉尘由上方的排气
罩排出，被干燥后的物料
在滚筒外侧用刮刀刮下，
经螺旋输送器送出。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 115/120
9.真空耙式干燥器
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 116/120
10.
?首先考虑可操作性, 列出能处理被干燥物料的各种干燥
器, 这就需要从湿物料的性能出发, 参考各种干燥设备在
工业中常使用的范围来选择 。
?依据湿物料的特性, 处理量以及对产品的质量及其它特
殊要求, 筛选出最适宜的几种干燥器 。 这一步需考虑一些
具体因素, 如物料的热敏性, 易碎性, 对污染的要求, 含
水量的大小, 湿法去除的难易程度等, 对初选的设备形式
依据其优缺点及适应性能作进一步筛选 。 同时依据处理量
选定操作方式, 一般处理量小于 50kg/h时, 常采用间歇操作,
当大于 1000kg/h时, 常采用连续装置 。
?估计干燥器的设备成本和操作费用, 作最终的的选择 。
表 6-3列出主要干燥器的选择，供选型时参考。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 117/120
本章总结－联系图
基本原理
与概念
设计计算 强化过程
指导操作
扩展延伸
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 118/120
一、基本概念
1.湿空气的性质
① 湿度
基本原理与概念
V
V6 2 20
pP
p.H
??
②相对湿度
%
p
p 10 0
S
V ???
③比热容 H..c
H 881011 ??
④焓 Ht)H..(I 2 4 9 0881011 ???
⑤湿容积
P
.t)H..(
H
5100131
273
27324417720 ??????
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 119/120
⑥干球温度 t
⑦湿球温度
⑧绝热饱和温度
⑨露点 td
)HH('rktt 'SHw ??? ?
)( HH
c
r
tt as
H
as
as ???
''
S
''
S''
S pP
p.H
?? 6220
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 120/120
2.湿度图
湿度图可分为湿 -焓图和湿度 -干空气温度图，用于图解计
算。
① H-I图组成
等 H线
等 I线
等 t线
等 φ 线
pV线
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 121/120
② H-I图的应用
?确定空气的状态点
?查取湿空气的参数
?表示湿空气的状态变化
?确定湿空气性质的量的大小（两股气流混和时）
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 122/120
二、干燥静力学
1,物料衡算
①水分蒸发量
②绝干空气消耗量
)HH(L)XX(GW 1221 ????
0212 HH
W
HH
WL
????
③单位空气消耗量
0212
11
HHHHl ????
④新鲜空气消耗量
)H(L'L 01 ??
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 123/120
⑤绝干物料量 )(G)(GG
2211 11 ?? ????
⑥干燥产品量
22
1
12 11
1
??
?
?
?
?
?? GGG
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 124/120
2,热量衡算
① 预热器 )tt(LC)II(LQ
HoP 0101 ????
②干燥器
L''D Q)II(G)II(LQ ????? 1212
③干燥系统
LmPD
L
''
PD
Q)(Gc)t.(W)tt(L.QQQ
Q)II(G)II(LQQQ
?????????
???????
12202
1202
8812 4 9 0011 ??
④热效率
%QQ V 1 0 0???
)t.(WQ V 28812 4 9 0 ??
).t.(WQ V 12 18748812490 ????
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 125/120
三、干燥动力学
1.物料的水分
干基含水量
湿基含水量
G
GWX ??
W
GW ???
X
X
?? 1?含水量
平衡水分和自由水分
结合水分和非结合水分
水分性质
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 126/120
2.干燥速率
① 恒速阶段
?? Sd
dX'G
Sd
'dWU ???
② 降速阶段
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 127/120
3.干燥时间
① 恒速干燥阶段干燥时间 τ1
)XX(SUG C1
C
1
' ???
② 降速干燥阶段干燥时间 τ2
dXSUGX
X?
? C
2
'
2?
?
?
?
??
XX
XXln
Sk
'G c
x 2
2?直线：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 128/120
一,设备上的强化
1.改进设备结构，例如将气流干燥器改为多级气流干燥器，
脉冲式气流干燥器或旋风式干燥器。
2.采用多功能干燥器（包括干燥，造粒及输送功能）。
3.采用组合式干燥器（将不同形式的干燥器组合使用）。
强化过程
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 129/120
二、工艺上的改进
1.提高干燥速度，减小设备尺寸，缩短干燥时间。
2.利用部分废气循环或内部加入热量，以提高热效率。
3.减少流动阻力，以降低 ]输送的能耗。
4.根据物料的特性选择适宜工艺条件，如有的物料在
高速率下表面结皮硬化。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 130/120
一、干燥
1.为热质同时传递的过程。
2.研究对象为空气 — 水与固体物料。
3.设备为干燥器
二、增湿减湿
1.为热质同时传递的过程。
2.研究对象为空气 — 水。
3.设备为凉水塔及空气调节器。
扩展延伸
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 131/120
一、操作方法的改进
1.利用部分废气循环。
2.改变预热温度。
3.干燥气内加入补充热量。
二、操作条件的选择
1.对吸潮物质，选择预热温度 t1低而总压高些。
2.对不吸潮物质，选择 t1高、湿度低的空气。
3.对热敏性物质，选择 t1低的空气。
指导操作
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 132/120
一、干燥器的选型（略）
二、干燥器的设计计算
①被干燥物料：物料量，进口温度，绝干物料的密度，比热，
粒度，进出口湿含量。
1.已知条件
②干燥介质：湿度 H,相对湿度 Ф 。
设计计算
③干燥速度曲线，临届湿含量 Xc,平均湿含量 X*。
2.设计计算
①物料衡算，热量衡算：求空气耗量 L及热耗量。
②确定出口温度 t2[t2≥t as+(20～ 50℃ ） ]。
③ 计算设备的尺寸（干燥器的直径 D,高度 L等）。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 133/120
本章要求
? 掌握干燥的概念、分类以及对流干燥操作的
必要条件
? 掌握表示湿空气性质的参数及空气焓湿图
? 掌握干燥过程的物料衡算和热量衡算
? 掌握等焓干燥的条件
? 掌握平衡水分和自由水分、结合水分和非结
合水分的划分
? 掌握干燥曲线与干燥速率曲线及及恒速和降
速干燥时间的计算
? 对常见干燥器有所了解
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 134/120
THE END
Thanks
第六章 固体物料的干燥
6.0 概述
6.1 湿空气的性质和湿度图
6.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算
6.3 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系
6.4 干燥器
本章总结－联系图
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 2/120
6.0 概述
在化工生产中，一些固体产品或半成品可能含有大量
的湿分，将湿分从物料中去除的过程，称为 除湿 。
6.0.1固体除湿方法
?机械除湿 。 物料湿分较多时, 可先用离心过滤等机械
分离方法以除去大量的湿分；
?吸附除湿 。 用某种平衡水汽分压很低的干燥剂 （ 如
CaCl2,硅胶等 ） 与湿物料并存, 使物料中的湿分相继经
气相而转入干燥剂内；
?供热除湿 (干燥 )。 用热空气或其它高温气体为介质,
使之流过物料表面, 介质向物料供热并带走汽化的湿分,
此种干燥常称为对流干燥, 是本章讨论的主要内容；
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 3/120
6.0.2干燥的分类
?按操作压力分
?常压干燥
?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。
?按操作方式分
?连续式。生产能力大、产品质量均匀、热效率高、劳
动条件好。
?间歇式。适于处理小批量、多品种、干燥时间长的物
料。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 4/120
根据供热方式不同，干燥可分为
?传导干燥（间接加热干燥）。热能通过壁面以传导方式
加热物料。
?对流干燥（直接加热干燥）。干燥介质与湿物料直接接
触，并以对流方式加热湿物料。
?辐射干燥。热能以电磁波的形式辐射到湿物料表面。
?介电加热干燥。将湿物料置于高频电场内，使其被加热。
本章主要讨论对流干燥,干燥介质是热空气，除
去的湿分是水分 。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 5/120
6,0.3 对流干燥流程及特点
流程：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 6/120
1,传热、传质同时进行，传递方向相反。
传热 传质
方向 从气相到固体 从固体到气相
推动力 温度差 水汽分压差
2,干燥过程进行的必要条件
① 湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压；
② 干燥介质将汽化的水汽及时带走 。
特点：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 7/120
6.1.1 湿空气的性质
干燥操作中，不饱和湿空气即是载热体，又是载湿体，因此，可通过
空气的状态变化来了解干燥过程的传热、传质，为此，应先了解湿空气
的性质。
干燥过程中湿空气中的水分含量是不断变化的，但绝干空气量没有变
化，故湿空气各种有关性质均以 1kg绝干空气为基准。
一、湿度（湿含量） H
定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比，
kg(水汽 )/kg(绝干气 )。
6.1 湿空气的性质及湿度图
H = Kg水汽Kg绝干空气 = nVMVn
g Mg
= 18nV29n
g
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 8/120
常压下，湿空气可视为理想气体，则有：
式中,pV为空气中水蒸汽分压。
即,)pP(fH V，?
当 P为一定值时, )p(fH V?
V
V
g
V
g
V
pP
p
p
p
n
n
?
??
V
V
g
V
pP
p.
n
nH
???? 622029
18
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 9/120
当湿空气中水蒸汽分压 pV 恰好等于 同温度下 水蒸汽的饱
和蒸汽压 ps时，则表明湿空气达到饱和，此时的湿度 H为 饱和
湿度 Hs。
即,)(
S PtfH,?
S
S
S 6 2 2.0 P - p
pH ?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 10/120
二、相对湿度 ?
定义：在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压
pV与同温度下水的饱和蒸汽压 ps之比的百分数。
%
p
p 10 0
S
V ???
即,)tp(f
V,??
〖说明〗
?φ =1,pV = ps,湿空气达饱和，不能再吸收水分,不可
作为干燥介质 ；
?φ <1,pV < ps,湿空气未达饱和，能再吸收水分,可作
为干燥介质 。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 11/120
?φ越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。
对干燥介质,0<φ<1
T↑,ps↑,φ↓,干燥能力 ↑
?湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而相对湿度却能
反映出湿空气吸收水汽的能力。
?相对湿度 φ 与湿度 H 的关系：
s
s
pP
p.H
?
?
?
? 6 220 )( tfH,???
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 12/120
三、比体积（湿容积） υH
定义：每单位质量绝干空气中所具有的湿空气（绝干
空气和水蒸汽）的总体积,m3(湿空气 )/kg(绝干气 )。
VgH
3
33
H
H
kg
kg
kg
m
kg
m
kg
m
kg
m
kg
mm
???
?
???
???
???
水汽
水汽
绝干气
水汽
绝干气
绝干气
绝干气
水汽
绝干气
绝干气
绝干气
水汽绝干气＋
3
33
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 13/120
P
.t.
P
.t.
g
55 100131
273
2737720100131
273
273
29
422 ???????????
P
.t.
P
.t.
V
55 100131
273
2732441100131
273
273
18
4122 ??????????
P
.t
)H..(
H VgH
5100131
273
273
24417720
?
?
?
??
?? ???
所以：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 14/120
)( HtfH,??
?
?
?
?
?
?
HH
t ?
H
H
H
kg
kg
m
kg
m
kg
m
kgkg
m
kg
?
?
?
????
??
1
33
33
绝干气
绝干气
湿空气
水汽
湿空气
绝干气
湿空气
水汽绝干气＋
湿空气
湿空气
〖说明〗
?当总压力 P为一定值时,
?湿空气密度 ρH,kg(湿空气 )/m3(湿空气 )
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 15/120
H..Hccc vgH 881011 ????
四、比热容（湿热） cH
定义：在常压下，将 1kg绝 干空气及相应 Hkg水
汽升高 (或降低 ) 1℃ 所需吸收 (或放出 )的热量，
kJ/(kg绝 干气 ?℃ )。
〖说明〗
?cH=f(H)
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 16/120
五,焓 I
定义,1kg绝 干空气的焓与 Hkg水汽的焓之和,kJ/kg
绝 干气 。
计算基准：
0℃ 绝干空气及 0℃ 液态水的焓值为 0。
因此，对于温度为 t,湿度为 H 的湿空气，其焓值包括由 0℃
的水变为 0℃ 水汽所需的潜热、由 0℃ 的水汽变为 t℃ 水汽所
需的显热及湿空气由 0℃ 升温至 t℃ 所需的显热之和。 即：
〖说明〗
?I=f(t,H)
t)H..(H
t)Hcc(HrH)tcr(tcHIII vgvgvg
8810112490
00
???
????????
?
??
?
?
?
?
?
I
H
t
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 17/120
六、干球温度（温度） t
定义：用普通温度计测得的湿空
气的真实温度,℃ 。
七、湿球温度 tw
定义：湿球温度计在空气中所达
到的平衡或稳定时的温度,℃ 。
湿球温度计, 温度计的感温球用
纱布包裹，纱布用水保持湿润，
这支温度计为湿球温度计。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 18/120
湿球温度计测量原理
将 湿球温度计置于温度为 t,湿度为
H的不饱和湿空气中，假设开始时湿纱
布中水分的温度与空气的温度相同，
但因空气是不饱和的，湿纱布中水分
必然汽化，汽化所需热量只能由水分
本身温度下降放出显热而供给。
水温下降后，水与空气间出现温度
差，此温差又引起空气向水传热。水
分温度会继续下降放出潜热，以弥补
汽化水分不足的热量。
当空气传给水分的潜热恰好等于水
分汽化所需潜热时，湿球温度计上的
温度维持恒定，此时温度即为 tW。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 19/120
,)HH('rktt 'SHw ??? ?
湿球温度 tw计算公式（推导过程见 P362）
式中：
α－ 空气与湿纱布的对流传热系数,W/(m2 ?℃) ；
kH－ 以湿度差为推动力的传质系数,kg/(m2 ?s??H)；
r’－ 水在湿球温度 tw时的汽化潜热,kJ/kg水；
HS’－ 湿空气在温度为 tw下的饱和湿度,kg水 /kg干气；
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 20/120
)( Htft w,?
〖说明〗
?影响湿球温度 tw的三方面因素：
?物系性质：与 α, kH有关的物性；
?空气状态,t,H；
?流动条件,α/kH 。
?实验表明,α与 kH都与空气速度的 0.8次幂成正比，故 α 与
kH之比值与流速无关，只与物性有关。当物系已确定，则
物系性质就不再改变，此时，湿球温度只与气相状态有关，
即：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 21/120
?对于空气 — 水系统：当空气流速 u ?5m/s时，传热以对流
方式为主，有：
?在实际生产中，常常利用干、湿球温度计来测量空气的
湿度。
).1, 0 9 k J/ ( k g
k H
℃??
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 22/120
八、绝热饱和温度 tas
定义：空气 绝热增湿 至饱和时的温度。
绝热饱和塔工作原理分析：
如图所示为一绝热饱和器，设有温度为 t,湿
度为Ｈ的不饱和空气在绝热饱和器内与大量水
接触，水用泵循环，若设备保温良好，则热量
只在汽液两相之间传递，而对周围环境是绝热
的。这时可认为水温完全均匀，故水向空气中
汽化时所需的潜热，只能取自空气中的显热，
这样，空气的温度下降，而湿度增加，即空气
失去显热，而水汽将此部分热量以潜热的形式
带回空气中，故空气的焓值可视为不变。
绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和，则
空气的温度不再下降，而等于循环水的温度，
称此温度为该空气的绝热饱和温度，用 tas 表示，
其对应的饱和湿度为 Has, 此刻水的温度亦为 tas。
t
as
补充水
饱和空气
t
a s
,H
as
绝热
湿空气
t,H
t
as
绝热饱和塔示意图
传热
传质
H?
t?
astt ?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 23/120
)( HH
c
r
tt as
H
as
as ???
)( Htft as,??
绝热饱和温度 tas的计算公式（推导过程见 P364）
ras － tas温度下水的汽化潜热,kJ/kg水；
Has－ 空气的绝热饱和湿度,kg水 /kg干气；
cH － 湿空气的比热,kJ/kg干气 ? ℃
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 24/120
湿球温度 tw 与绝热饱和温度 tas 的关系：
tw, 大量空气与少量水接触，空气的 t,H不变；
tas, 大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。
tw, 是传热与传质速率均衡的结果，属于动平衡；
tas, 是由热量衡算与物料衡算导出的，属于静平衡。
? tw 与 tas 数值上的差异取决于 α/kH 与 cH两者之间的差别。
?
?
?空气 — 水体系，,
H
H
ck ?? asw tt ?
?空气 — 甲苯体系,?, tw ? tas
Hk
? Hc
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 25/120
定义：一定压力下，将不饱和空气 等湿降温 至饱
和状态，出现第一滴露珠时的温度。
。压，－露点下水的饱和蒸气；绝干气水汽湿度，－露点下湿空气的饱和
Pap
)) / k g (k g (H
pP
p
.H
''
S
''
S
''
S
''
S''
S
?
? 6 2 20
九、露点 td
湿度与露点 的关系：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 26/120
〖说明〗
?已知总压和露点，可利用上式算出空气的湿度；
?已知总压和湿度，可利用上式算出空气在露点的
饱和蒸气压，查水蒸气压表，可得露点。
?对空气－水系统
?当空气为不饱和状态,t ? tw (tas) ? td；
?当空气为饱和状态,t = tw (tas) = td。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 27/120
例 6-1 已知湿空气的总压为 101.3kPa,相对湿度为 50%，
干球温度为 20oC。 试求,(1) 湿度Ｈ (2) 水蒸汽分压 p (3) 露
点 td (4) 焓Ｉ (5) 如将 500kg/h干空气预热至 117oC,求所需热
量Ｑ； (6) 每小时送入预热器的湿空气体积 L’。
解,P=101.3kPa,φ＝ 50%,t=20oC,由饱和水蒸汽表查
得，水在 20 oC时之饱和蒸汽压为 ps=2.34kPa
(1)湿度Ｈ
绝干气水 kg/kg.
...
..
.
pP
p
.H
s
s
0 0 7 2 70
3425003101
342500
62206220
?
??
?
?
?
?
?
?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 28/120
(b)水蒸汽分压
(c)露点 td
露点是空气在湿度Ｈ或水蒸汽分压 p不变的情况下，冷
却达到饱和时的温度。所以可由 p=1.17kPa 查饱和水蒸汽表，
得到对应的饱和温度 td=9OC。
(d)焓Ｉ
k P a...pp s 171342500 ???? ?
绝干气kg/kJ.
.)...(
Ht)H..(I
638
0 0 7 2 702 4 9 0200 0 7 2 70881011
2 4 9 0881011 000
?
??????
???
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 29/120
(e)传热量 Q
kW.h/kJ
))(...(
)tt)(H..(L
]}Ht)H..[(]Ht)H..{ [ (L
)II(LQ
8134 9 6 6
201 1 70 0 7 2 708810115 0 0
881011
2 4 9 08810112 4 9 0881011
010
000111
01
??
????
???
??????
??
(f)湿空气体积 L’
h/m.)...(
P
.t
)H..(LL'L H
湿空气37419
273
27320
0 0 7 2 7024417720500
33101
273
273
24417720
?
?
???
?
?
??? ?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 30/120
6.1.2 湿空气的 H-I图
工程上，为了避
免繁琐的试差计算，
将湿空气各参数间
的关系标绘在坐标
系重，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。本
章介绍 H-I图。
横标,H； 纵标,I。 两坐标轴夹角为 135°。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 31/120
1.湿焓图的组成
（ 1）等 H线（等
湿度线）
等 H线为一系列
平行于纵轴的直线。
〖说明〗
?在同一条等 H线上
不同点具有相同 H值，
但湿空气的状态并
不相同。
?据露点定义，凡
是 H相同的湿空气具
有相等的露点 td,因
此，同一条等 H线上
湿空气的露点 td是不
变的。
等 H线
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 32/120
（ 2）等 I线（等焓线）
等 I线为一系列平行于
横轴（不是水平辅助轴）
的直线
〖说明〗
? 在同一条等 I线上不同
点具有相同 I值，但湿空
气的状态并不相同。
? 因绝热增湿过程是等
焓过程，故等 I线就是绝
热增湿线。
? 等 I线上,t↑,H↓，
I=C
? 据 tas定义，凡是 I相同
的湿空气具有相等的 tas,
因此，同一条等 I线上湿
空气的 tas是不变的。
等 I线
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 33/120
（ 3）等 t线（等温线）
H)t.(t.I 2490881011 ???
一定温度下,I与 H呈
线性关系。任意规定
一 t值，按上式计算
出若干 I～ H关系，标
绘在坐标系中，即为
一条等 t线。
〖说明〗
因等 t线斜率为
(1.88t+2490),故等
t线互相不平行。
等 t线
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 34/120
（ 4）等 φ 线（等相对
湿度线）
φ =f(H,t),等 φ 线就
是将若干点 (H,t)连
接起来的线。
s
s6 2 2.0
pp
pH
?
?
?? 等 φ 线
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 35/120
〖说明〗
①当 H一定时,t↑,φ ↓,吸收水汽能力 ↑。
所以湿空气进入干燥器之前须先经过预
热以提高其温度和焓值,除了 有利于载
热外，同时也是为了降低相对湿度而有
利于载湿；
② φ=100%的线称为饱和曲线，线上各点
空气为水蒸气所饱和，此线上 方 为未饱
和区（ φ<1），在这个区域的空气可以作
为干燥介质。此线下方为过饱和区域，
空气中含雾状水滴，不能用于干燥物料；
③ H-I图是以总压 p=101.3kPa为前
提绘制的，因此当 φ一定,t≥
100℃ 时,ps=101.3kPa=p,H=常
数，等 φ线（图中 φ=5%与 φ=10%
两条线）垂直向上为直线与等 H线
重合。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 36/120
（ 5） pv线 (水蒸汽分压线 )
当 P一定时,H<<0.622,pv与 H呈直线。
pv线标于 φ=100%线的下方，表示
pv与 H之间的关系。
H.
HPp
pP
p.H
v
v
v
????? 6 2 206 2 20?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 37/120
A
2.湿焓图的应用
φ
φ =1
H
I
t
tw=tas
td p
v
(1)H-I图中的任意一点 A代表一
个确定的空气状态，其 t,tw、
H,φ, I等均为定值 。 已知湿
空气的两个独立参数，即可确
定一个空气的状态 A,其他参
数可由 H-I图查得。
(2) t-H,t-tw,t-td,t-φ是相
互独立的两个参数，可确定唯
一的空气状态点 A；
3) td-H,pv-H,td-pv（ 都在同
一条等 H线上）,tw-I（ 在同一
条等 I线上），不是彼此独立
的参数，不能确定空气的状态
点 A。
(4) 杠杆规则也适用于 H-I图。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 38/120
(5)表示湿空气状态的变化过程
①加热
始态 A→终态 B,因 pv与 p不变，
为等 H过程,t↑,φ↓,吸收水
汽能力 ↑；
②冷却过程
初温为 t1,若终温 t2>td,则为
等 H过程；若终温 t3<td,则过
程为 ADE所示，必有部分水汽
凝结为水，空气的湿度降低
H3<H2，
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 39/120
B
A
③绝热增湿过程
近似认为是一个等焓过程，空
气将沿着绝热冷却线即等 I线 AB增
湿降温。
④非绝热的增湿过程：在实际
干燥过程中，空气的增湿降温过
程大多不是等焓的，如有热量补
充，则焓值增加，如图中 AB'所示
的过程；如有热损失，则焓值降
低，如图中 AB''所示的过程。
φ =1
H
I
'B
''B
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 40/120
⑤两股不同状态气流的混合
状态点为 A和 B的两股气流，其
焓值和湿度分别为 I1,H1和 I2,H2，
现 A与 B按 m,n（ 质量）混合。显
然，两股气流混合后的状态 C必然
在点 A,B的联线上，其位置可按
杠杆规则求出。
AC
BC?
n
m
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 41/120
例 6-2 已知湿空气的总压为 101.3kPa,相对湿度为 50%，
干球温度为 20oC。 试用 H～ I图求解：
(1)水蒸汽分压 pv；
(2)湿度Ｈ；
(3) 焓Ｉ；
(4)露点 td ；
(5)湿球温度 tw ；
(6)如将含 500kg/h干空气的湿空气预热至 117oC,求所需热
量Ｑ。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 42/120
解,如图。
由已知条件：Ｐ＝ 101.3kPa,φ0＝
50%,t0=20oC在 I-H图上定出湿空气的
状态点Ａ点。
(1)水蒸汽分压 pv
由Ａ点沿等Ｈ线向下交水蒸汽分压线
于 C,在图右边纵坐标上读出得
pv=1.2kPa。
(2)湿度Ｈ
由Ａ点沿等Ｈ线交水平辅助轴于一点，
读得Ｈ＝ 0.0075kg水 /kg干空气。
(3)焓Ｉ
通过Ａ点作等Ｉ线的平行线，交纵轴
于一点，读得Ｉ 0＝ 39kJ/kg干空气。
图 7-2 例 7-2 附图
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 43/120
(4)露点 t
由Ａ点沿等Ｈ线与 φ＝ 100%饱
和线相交于 B点，由等 t线读得
t=10oC。
(5)湿球温度 tw
由Ａ点沿等 I线与 φ=100%饱和
线相交于 D点，由等 t线读得
tw=14oC。
(6)热量Ｑ
因湿空气通过预热器加热其温
度不变，所以可由Ａ点沿等Ｈ线
向上与 t1 =117oC线相交于Ｇ点，
读出 I1=138kJ/kg干空气（即湿空
气离开预热器之焓值）。 500kg/h
干空气的湿空气通过预热器气所
获得的热量为
图 7-2 例 7-2 附图
G
kW.
)()II(LQ
813
3913850001
?
????
通过上例的计算过程说明，采用焓湿图来求取湿空气的各
项参数，与用数学计算相比，不仅计算迅速简便，而且物理
意义也较明确。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 44/120
6.2.1 湿物料含水量的表示法
两种表示方法：
1.湿基含水量 ω
定义：水分在湿物料中的质量分数,kg水 /kg湿物料。
2.干基含水量 X
定义：湿物料中水分与绝干物料的质量分数比,kg水 /kg
干物料。
湿物料总质量
湿物料中水分质量??
6.2干燥过程的物料衡算和热量衡算
湿物料中绝干物料质量
湿物料中水分质量?X
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 45/120
3.两种含水量间关系
?
?
?
?
?
?
?
1
1
X
X
X
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 46/120
预热器
L,t0,H0 L,t
1,H1 干
燥
器
废气 L,t2,H2
湿物料 G1,X1,θ1产品 G2,X2,θ2
新鲜空气
6.2.2 干燥过程的物料衡算
计算内容：
?水分蒸发量 W,kg/s,即从物料中除去的水分量，也即空
气吸收的水分量；
?空气消耗量，包括绝干空气消耗量 L,kg/s、单位空气消
耗量 l,kg绝干气 /kg水分和新鲜（原湿）空气消耗量 L’，
kg/s；
?干燥产品的流量，包括绝干物料流量 G,kg/s和湿物料流
量 G2,kg/s。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 47/120
)XX(G)HH(LW 2112 ????
21 GG ??
1
2
21
2
1
21
11 GG ?
??
?
??
?
??
?
??
预热器
L,t0,H0 L,t
1,H1 干
燥
器
废气 L,t2,H2
湿物料 G1,X1,θ1产品 G2,X2,θ2
新鲜空气
1.水分蒸发量 W,kg水 /s
水分蒸发量 =湿空气中水分增加量 =湿物料中水分减少量
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 48/120
2.空气消耗量
(1)绝干空气消耗量 L,kg绝干气 /s
(2)单位空气消耗量 l,kg绝干气 /kg水分
定义：每汽化 1kg的水所需绝干空气的质量。
(3)新鲜空气消耗量 L’,kg湿空气 /s
0212
11
HHHHW
Ll
?????
)HH(LW 12 ???
12 HH
WL
???
)H(L)H(L'L 10 11 ????
预热器
L,t0,H0 L,t
1,H1 干
燥
器
废气 L,t2,H2
湿物料 G1,X1,θ1产品 G2,X2,θ2
新鲜空气
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 49/120
3.干燥产品量
(1)绝干物料量 G,kg绝干物料 /s
(2)湿物料量 G2,kg湿物料 /s
2
2
1
1
2211 1111 X
G
X
G)(G)(GG
???????? ??
预热器
L,t0,H0 L,t
1,H1 干
燥
器
废气 L,t2,H2
湿物料 G1,X1,θ1产品 G2,X2,θ2
新鲜空气
1
2
1
2
1
12 1
1
1
1
X
XGGG
?
??
?
??
?
?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 50/120
例 6-3 今有一干燥器，处理湿物料量为 800kg/h。 要求物
料干燥后含水量由 30%减至 4%（均为湿基）。干燥介质为
空气，初温为 150C,相对湿度为 50%，经预热器加热至
1200C, 试求：
(1)水分蒸发量Ｗ；
(2)绝干空气消耗量Ｌ、单位空气消耗量 l ；
(3)如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量Ｖ
解,(1)水分蒸发量Ｗ
h/kg.
.
..
GW
%%,
水
已知
72 16
0401
04030
8 00
1
430
2
21
1
21
?
?
?
?
?
?
??
??
?
??
??
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 51/120
(2)绝干空气消耗量Ｌ、单位空气消耗量 l
由 H-I图查得，空气在 t0 ＝ 150C,φ0＝ 50%时的湿度为Ｈ 0＝
0.005kg水 /kg干空气在 t2 =450 C,φ2＝ 80%时的湿度为Ｈ 2＝
0.052kg水 /kg干空气，空气通过预热器湿度不变，即 H0＝ H1
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 52/120
(c)风量Ｖ
h3 7 9 08 2 204 6 1 0
kg8 2 20
31 0 1
31 0 1
2 7 3
2 7 315
0 0 502 4 417 7 20
31 0 1
2 7 3
2 7 3
2 4 417 7 20
3
0
3
0
00
/m.LV
/m.
.
.
)...(
P
.t
)H..(
H
H
湿空气
干空气湿空气
?????
?
?
???
?
??
?
?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 53/120
6.2.3 干燥系统的热量衡算
计算内容：
?预热器消耗的热量 QP,kW；
?干燥器内补充的热量 QD,kW；
?干燥过程消耗的总热量 Q,kW。
QL
预热器L,t0,H0,I0 L,t1,H1,I1 干
燥
器
废气 L,t2,H2,I2
湿物料 G1,X1,θ1,产品
G2,X2,θ2,
新鲜空气
'I1
'I2
QD
QP
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 54/120
)II(LQLIQLI 01P1P0 ?????
1.预热器消耗的热量 QP,kW
忽略预热器热损失，对预热器进行热量衡算：
)tt(c)tt)(H..(II
Ht)H..(I
Ht)H..(I
H
HH
01001001
0000
1111
881011
2 4 9 0881011
2 4 9 0881011
01
??????
?? ??
??
?
?
?
???
??? ?
)tt(Lc)II(LQ HP 01001 ????
QL
预热器L,t0,H0,I0 L,t1,H1,I1 干
燥
器
废气 L,t2,H2,I2
湿物料 G1,X1,θ1,产品
G2,X2,θ2,
新鲜空气
'I1
'I2
QD
QP
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 55/120
2.干燥器消耗的热量 QD,kW
对干燥器进行热量衡算：
QL
预热器L,t0,H0,I0 L,t1,H1,I1 干
燥
器
废气 L,t2,H2,I2
湿物料 G1,X1,θ1,产品
G2,X2,θ2,
新鲜空气
'I1
'I2
QD
QP
L
''
D
L
'
D
'
Q)II(G)II(LQ
QGILIQGILI
??????
?????
1212
2211
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 56/120
3.干燥过程消耗的总热量 Q,kW
式中物料的焓是指以 0℃ 为基准时 1kg绝干物料及其所含
水分两者焓之和，以 kJ/kg绝干料表示。
若物料的温度为 θ,干基含水量为 X时，则以 1kg绝干料为
基准时湿物料焓为：
L
''
PD
L
''
PD
Q)II(G)II(LQQQ
)II(LQ)II(G)II(LQQQ
????????
?????????
1202
011212?
???? mwsws c)Xcc(Xcc'I ?????
)kg/(kJ,c
)kg/(kJ,c
)kg/(kJ,c
w
s
℃绝干料湿物料的比热
℃水分水分的比热
℃绝干料绝干物料的比热
??
??
??
m
式中,
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 57/120
4.对干燥系统的讨论
两点假设：
?IV2=IV0,新鲜空气中水蒸气的焓等于出干燥器时废气中水
蒸气的焓；
?cm1=cm2 =cm,进出干燥器的湿物料的比热相等。
LmPD
Lmvg
Lmmvgvg
L
''
PD
vgvg
Q)(Gc)t.(W)tt(L.QQQ
Q)(GcI)HH(L)tt(Lc
Q)cc(G)]IHtc()IHtc[(L
Q)II(G)II(LQQQ
HItcHIII
?????????
???????
???????
????????
????
12202
1220202
12000222
1202
8812 4 9 0011 ??
??
??
即：
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 58/120
〖讨论〗
?由上式知，干燥系统消耗的总热量 Q用于四方面：
?加热空气：
?蒸发水分：
?加热物料：
?热损失,QL
?热量衡算是计算预热器的传热面积，加热介质消耗量，
干燥器尺寸及干燥器热效率的基础。
LmPD Q)(Gc)t.(W)tt(L.QQQ ????????? 12202 8812490011 ??
)tt(L,02011 ?
)(Gc m 12 ?? ?
)t.(W 28812 4 9 0 ?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 59/120
5.干燥系统的热效率 η
定义：
蒸发水分所需热量 QV的计算：
?不忽略湿物料中水分带入系统中的焓：
?忽略湿物料中水分带入系统中的焓：
%QQ% V 100100 ???? 干燥系统消耗总热量 蒸发水分所需热量?
)t.(WQ V 28812 4 9 0 ??
).t.(WQ V 12 18748812490 ????
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 60/120
〖说明〗
?热效率用于衡量干燥器的性能。热效率愈高，表示热利
用程度愈高，干燥器的性能愈优。
?提高干燥系统热效率的途径：
?????? ?LH1 22 而t.
???? )HH()tt( ww,传质推动力但传热推动力
因此,t2不能过低，一般规定 t2比进入干燥器时空气的湿球
温度 tw高 20 ~ 50℃ 。
????? ?Wt,12
3.回收废气中热量，如预热原料，预热空气等
4.加强管道保温，减少热损失
提高空气的预热温度，可提高热效率。空气预热温度高，单位质量干空气
携带的热量多，干燥过程所需要的空气量少，废气带走的热量相应减少，
故热效率得以提高。但是，空气的预热温度应以湿物料不致在高温下受热
破坏为限。对不能经受高温的材料，采用中间加热的方式，即在干燥器内
设置一个或多个中间加热器，往往可提高热效率。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 61/120
【 补充】 干燥过程的物料衡算与热量衡算
1.理想干燥器过程的物料和热量衡算
①图解法（已知 t2或 φ2均可用）
A（ t0,H0） B（ t1,H1= H0 ）
C（ t2,或 φ2 ）
沿等 H线
沿等 I线
确定 C后 H2可查 H-I
图或计算确定
02 HH
WL
?? )tt(LcQ 01H0p ??
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 62/120
②解析法（已知 t2时用）
上式中只有一个未知数 H2可求出，然后再求 L,QD 。
③数值法（已知 φ2时用，可计算求出 H2 ）
12 II ?
111222 2500)88.101.1(2500)88.101.1( HtHHtH ?????
s
s
pP
p.H
?
?
?
? 6 220
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 63/120
2.实际干燥过程的物料和热量衡算
实际干燥过程气体出干燥器的状态由物料衡算式和热
量衡算式联立求解决定，即
02 HH
WL
??
LQGcLIQGcLI ????? 2m2D1m1 21 ??
2222 2 4 9 0881011 Ht)H..(I ???
联立解出 H2及 L。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 64/120
例 6-4 有一气流干燥器，用于干燥某晶体物料。已知
干燥器的生产能力为每年 2× 106kg晶体产品，年工作日为
300日，每日三班连续生产。物料湿基含水量由 20％降到 2
％，物料在干燥器内由 150C升至 450C,比热为
1.31kJ/(kg.℃) 。 冷空气的温度为 150C,相对湿度为 70%，
经预热器升温至 900C送入干燥器，若废气离开干燥器的温度
为 650C,且预热器及干燥器中的热损失均不计，干燥器亦不
补充加热。试求：
(1)水分蒸发量；
(2)空气用量
(3)已知预热中加热蒸汽的绝对压力为 196.1kPa,试求预
热中加热蒸汽的用量。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 65/120
解 (1)水分蒸发量Ｗ
(2)空气用量 L
在 I-H图上由 t0=15℃, φ＝ 70％ 查出 H0=H1=0.0075kg/kg,
I0=35kJ/kg。
由 t1=90℃, H1=0.0075kg/kg得 I1=116kJ/kg。
h/kg.)
.
..
()(GW
h/kgG
5562
201
02020
2 7 8
1
2 7 8
243 0 0
102
1
21
2
6
2
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 66/120
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
???????
???????
?????
??????
???
?
?
?
?
?
kg/kg.H
kg/kJ.I
h/kgL
.H
.
L
HH
W
L
H)H..(IHt)H..(I
)(.)I(L
Q)(Gc)II(LQ
)kg/(kJ....).(
cc)(
h/kg
.
.
LmD
ws
0 1 9 3 20
1 5 61 1 6
5 2 9 0
0 0 6 50
5562
2 4 9 0658810112 4 9 0881011
015453111 3 6 2 21 1 60
3111 7 440202510201
1c
1 3 6 2 2
020
0201
2 7 8
1
GG
2
2
202
2222222
2
1212
22m
2
2
2
??
??
?
?
℃
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 67/120
(3)预热器中加热蒸汽用量Ｄ
预热器中加入热量
加热蒸汽压力为 196.1kPa,蒸汽的汽化潜热 r=2206kJ/kg，
则加热蒸汽用量为：
h/kJ.)()II(LQ P 501 10284351165290 ??????
h/kg.rQD P 1 9 42 2 0 610284
5
????
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 68/120
6.2.4 空气通过干燥器时的状态变化
用以确定离开干燥器时的状态，从而应用物料衡算和热
量衡算方程。
按空气在干燥器内焓的变化，将干燥过程分为等焓干燥
过程和非等焓干燥过程。
1.等焓干燥过程（绝热干燥过程或理想干燥过程）
满足条件：
?不向干燥器内补充热量，即 QD=0;
?忽略干燥器的热损失，即 QL=0；
?物料进出干燥器的焓相等，即
21
1212
II ?
????? 简化为：则式 L''D Q)II(G)II(LQ
'' II 12 ?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 69/120
空气通过预热器的过程为等 H过程，
如图 AB段，若空气通过干燥器时的过
程为等 I过程，则其状态沿等 I线变化，
如 BC段。
因此，已知新鲜空气的状态点 A，
则已知空气离开预热器、进入干燥器
的任一独立参数，即可确定点 B,再
已知空气离开干燥器的任一独立参数，
即可确定点 C,从而确定出其它参数。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 70/120
2.非等焓干燥过程
分三种情况：
(1)干燥过程空气焓值降低
满足条件：
?不向干燥器内补充热量，即 QD=0;
?不忽略干燥器的热损失，即 QL≠0；
?物料进出干燥器的焓不等，即
此时干燥过程的操作线 BC1在等 I线
BC下方。 BC1线上各点的焓不等，但
均小于同温度下 BC上相应点的数值。
'' II 12 ?
21
1202
01P II
Q)II(G)II(LQQQ
)II(LQ
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2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 71/120
(2)干燥过程空气焓值增大
满足条件：
?向干燥器内补充热量 QD比热损失 QL
及物料升温带走的热量之和还要大，
即
此时干燥过程的操作线 BC2在等 I线
BC上方。 BC2线上各点的焓不等，但
均大于同温度下 BC上相应点的数值。
21
1202
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II
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L''D Q)II(GQ ??? 12
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 72/120
(3)干燥过程空气温度不变
满足条件：
?向干燥器内补充热量 QD足够大，使
干燥过程沿等 t线变化。
此时干燥过程的操作线 BC3与过点 B
的等 t线重合。
〖说明〗
非等焓过程的定量计算方法：
?利用湿空气状态参数的计算公式采
用解析法计算；
?利用 H-I图采用图解法计算，某些场
合需配合杠杆规则。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 73/120
6.3 固体物料在干燥过程种的平衡关系和速率关系
通过干燥器的物料衡算及热量衡算可以计算出完成一定
干燥任务所需的物料量及热量。但需要多大尺寸的干燥器
以及干燥时间长短等问题，则必须通过干燥速率计算方可
解决。对于物料的除湿过程经历了两步：首先是水分从物
料内部迁移至表面，然后再由表面汽化而进入空气主体。
故干燥速率不仅取决于空气的性质及干燥操作条件，而且
还与物料中所含水分的性质有关。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 74/120
6.3.1 物料中的水分
根据物料在一定干燥条件下, 其所含水分能否用干燥的
方法除去来划分, 可分为平衡水分与自由水分 。
根据水分被除去的难易程度，可分为结合水分和非结合
水分。
1.平衡水分与自由水分
当一定状态的未饱和的湿空气流过某湿物料表面时，由
于湿物料表面水的蒸汽压与空气中水蒸汽分压不等，则湿
物料释出或吸收水分，直到物料表面水的蒸汽压与空气中
水蒸汽分压相等时为止，即物料中的水分与该空气中水蒸
汽达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件下物
料的平衡水分，用 X*表示。
物料中超出平衡水分的水分称自由水分。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 75/120
〖说明〗
?平衡水分是一定条件下不能被干燥除去的水分，是该条
件下干燥操作的极限；自由水分是可以用干燥方法除去的
水分。
?物料中的平衡水分不仅和物料有关，还和空气的状态有
关。
?空气的状态一定时：
?非吸水性物料,X*小些
?吸水性物料,X*大些
?物料一定时：
?t一定,φ ↓,X*↓
?φ 一定,t↑,X*↓
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 76/120
6.3.1 物料中的水分
2.结合水分和非结合水分
如图所示为在一定温度下，
由实验测定的某物料（丝）的
平衡曲线（图中实线部分），
现将该平衡曲线延长（图中虚
线部分）与 φ =100%的纵轴相
交，交点以下的水分为该物料
的结合水分，交点以上的水分
为非结合水分。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 77/120
〖说明〗
?物料中的结合水分,其蒸汽压都小于同温度下纯水的饱和
蒸汽压，它们与物料之间以化学力或物理化学力结合，故
用干燥方法较难除去； 物料中的非结合水分,其蒸汽压都等
于同温度下纯水的饱和蒸汽压，它们与物料之间以机械力
结合，故用干燥方法较易除去；
?物料中的结合水分与非结合水分的划分，只取决于物料
本身，而与空气的状态无关。
?结合水分与非结合水分用实验方法难于测定，通常将平
衡曲线延长与 φ =100%线相交得到。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 78/120
?平衡水分、自由水分、结合
水分、非结合水分间关系见图，
可见：
?平衡水分必定是结合水分；
?非结合水分必定是自由水
分。
?总水分＝平衡水分＋自由水
分
?总水分＝结合水分＋非结合
水分
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 79/120
6.3.2 恒定干燥条件下干燥时间的计算
计算干燥时间和干燥器的尺寸，必须首先知道干燥速率。
通常干燥速率通过实验获得的。按空气的状态变化情况，
干燥过程分恒定干燥操作和非恒定（变动）干燥操作两类。
恒定干燥操作 是指在恒定的干燥条件下的干燥过程，即
实验为间歇操作，采用大量的空气干燥少量的物料，因此
干燥过程中 空气的温度、湿度、流速及与物料的接触方式
不变 。
变动干燥操作是指在变动的干燥条件下的干燥过程，如
连续操作，干燥过程中物料量大等。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 80/120
1.干燥实验
?恒定干燥条件, 空气的 t,H,u一定，空气与物料的接触
方式不变
?实验测定数据,一定时间 τ下的物料重量 W及物料表面温
度 θ,至物料恒重为止。
?实验数据处理,实验完毕将物料置于烘箱内烘干，得物
料绝干质量 G,据此计算物料的干基含水量 X,分别以 X、
θ～ τ作图，得干燥曲线，如图。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 81/120
2.干燥曲线
(1)AB段,物料与热空气刚刚接
触，主要为物料的预热阶段。特
点：
?时间短；
?空气显热主要用于物料升温，
使物料表面温度达到空气湿球温
度 ；
?物料表面湿度基本恒定，水分
汽化很少；
?干燥速率很快达到最大值。
(2)BC段,也叫恒速干燥阶段。
特点：
?物料中水分随时间增加呈直线
下降，干燥速率处于最大值且变
化不大；
物料内、外温度变化不大，物
料表面始终保持湿润状态，物料
内、外无温度梯度和湿度梯度，
物料表面蒸汽压等于同温下纯水
的饱和蒸汽压；
?气化水分多为非结合水分；
(3)CDE段,也叫降速干燥阶段，
CD为第一降速阶段,DE为第二降
速阶段,DE段温度升高很快。特点：
?物料中所含水分量下降缓慢且越
来越慢；
物料表面不能保持湿润状态，有
干燥区，水分迁移速率小于汽化速
率，水分汽化少；
物料表面温度逐渐升高，物料内、
外有温度梯度和湿度梯度，传热传
质推动力均下降；
?达到平衡含水量时，干燥过程停
止；
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 82/120
3.干燥速率曲线
干燥速率 U,单位时间内单
位干燥面积上汽化得水分质量，
kg/(m2·s)。
在干燥曲线 X～ τ上取若干点，
带入上式计算 U,以 U~X作图，
得干燥速率曲线，如图示。
?? Sd
dX'G
Sd
'dWU ???
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 83/120
干燥速率曲线的特征是：
?BC段中干燥速率为常数，
称为恒速干燥阶段 (预热段 AB
一般很短，可并入到 BC段内 )；
?CDE段的干燥速率随 X减小
而下降，称为降速干燥阶段；
?恒速干燥阶段和降速阶段
有一转折点 C,称为临界点，
对应的物料湿含量称为临界
湿含量，以 Xc表示，干燥速
率称临界干燥速率，用 Uc表
示。
?干燥至点 E时，干燥速率降
为 0，物料の含水量等于平衡
水分 X*,干燥过程停止。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 84/120
(1)恒速干燥阶段
在恒速干燥阶段, 物料表面全部为非结合水分所润湿 。
这样湿物料表面温度为该空气下的湿球温度 tw,由于空气
的 t,H恒定, 故其传热, 传质推动力保持不变, 从而维持
了物料恒速干燥的特征 。
显然恒速干燥阶段的干燥速率取决于物料表面水分的汽
化速率，亦即决定于物料外部的干燥条件，所以又称为 表
面汽化控制阶段 。因此要提高其速率，应着眼于空气的条
件，即降低空气湿度，提高空气温度，增大空气流速及空
气与物料接触面积方为有效。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 85/120
(2)降速干燥阶段
分成两个阶段。
?第一降速阶段。 CD段，此阶段因为物料内部水分扩散到
表面的速率已小于表面水分在湿球温度下的汽化速率，这
时物料表面不能维持全面湿润而形成, 干区,,由于实际
汽化面积减小，从而以物料全部外表面积计算的干燥速率
下降。
?第二降速阶段。 DE段，由于水分的汽化面随着干燥过程
的进行逐渐向物料内部移动，从而使热、质传递途径加长，
阻力增大，造成干燥速率下降。到达 E点后，物料的含水量
已降到平衡含水量 X*（ 即平衡水分），再继续干燥亦不可
能降低物料的含水量。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 86/120
降速干燥阶段的干燥速率
主要决定于物料本身的结构、
形状和大小等，而与空气的
性质关系很小，故降速阶段
又称 物料内部迁移控制阶段。
这时空气传给湿物料的热量
大于水分汽化所需的热量，
故物料表面的温度不断上升，
而最后接近于空气的温度。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 87/120
(3)临界含水量 Xc
划分干燥速率曲线上等速与降速阶段的含水量称为临界
含水量 Xc。 Xc愈小, 降速阶段愈短, 相同条件下所需时间
愈少 。 因此 Xc的确定除对干燥速率及干燥时间的计算必要
外, 而且对强化干燥过程具有重要意义, 因干燥阶段不同
对其影响因素不同 。
到达临界点后，物料内部水分向表面的迁移速率将低于
表面的汽化速率。物料的结构、形状和大小等不同具有各
自的水分迁移速率，而干燥介质的条件又将使物料有不同
的表面汽化速率，因此 Xc与物料的特性和干燥条件有关。
不同物料临界含水量的范围见 P388表 6-1。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 88/120
(4) 不同干燥阶段对物料性状的影响
在恒速阶段, 物料表面温度维持在湿球温度, 即使在高
温下易于变质, 破坏的物料 (如药物, 食品等 )仍可允许采用
较高的温度, 以便提高干燥速率和热利用率, 当然温度确
定应不致引起物料的变形, 开裂等情况, 或不使过早转入
降速干燥阶段的前提下 。
而在降速阶段，物料温度逐渐升高，特别是干燥后期，
不应使温升过快。因物料脱水过快将产生各种物理、化学
乃致生物的变化。如木材脱水时收缩，内部产生应力，可
大到使其沿薄弱面开裂；某些物料降速初期干燥过快，在
表面结成一坚硬的外壳，使内部水分无法通过，干燥无法
进行。因此为避免表面硬化、开裂、起皱、焦化等不良现
象，常需对降速阶段的干燥条件严格加以控制。通过 降低
干燥介质温度，提高湿度，采用废气循环等措施减小干燥
速率，使物料内部水分逐步除去,保证产品的质量。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 89/120
4,恒速阶段的干燥时间 τ1
由干燥速率定义式：
?Sd
dXGU '??
SU
dX'Gd ??? dX
SU
Gd X
X??
?? C
1
1 '
0
? ?
对于恒速干燥,U＝ UC＝ const.
)XX(SUG C1
C
1
' ???
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 90/120
〖说明〗
UC的来源：
（ 1） 由干燥速率曲线查得
式中对流传热系数 α通过经验公式计算，见 P389。
计算）用（ )()(2 wHw
w
C HHkttrU ????
?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 91/120
5.降速阶段的干燥时间 τ2
物料从 Xc减至 X2（ X2>X*） 所需时间为 τ2
dXSUGd X
X??
?? 2
C
2 '
0
? ? dX
SU
GX
X?
? C
2
'
2?
求 U 的方法：
（ 1）图解积分法 （需具备干燥速率曲线）
（ 2）近似计算法。 假定在降速阶段中干燥速率与物料
中的自由水分含量 (X-X*)成正比，即用临界点 C与平衡
水分点 E所连结的直线 CE代替降速干燥阶段的干燥速率
曲线。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 92/120
若 U~X为直线关系，可用下式表示。
*)XX(kU x ??
?
?
?
?
??
?
?
?? ??
XX
XXc
ln
Sk
'G
*)XX(d
*)XX(Sk
G
dX
SU
G
x
X
X
x
X
X
2
2
2
C
2
C
2
''
?
?
干燥总时间 τ=τ1+τ2
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 93/120
例 6-5 用一间歇干燥器将一批湿物料从含水量 27％干燥到
5％（均为湿基），湿物料的质量为 200kg,干燥面积为
0.025m2/kg干物料，装卸时间 1h,试确定每批物料的干燥周
期。（从该物料的干燥速率曲线可知 Xc=0.2,X*=0.05，
Uc=1.5kg/(m2.h),降速阶段 U~X为直线，传质系数
kX=10kg/(m2·h ））
解：绝对干物料量
干燥总面积
干基含水量
kg).()(G'G 14627012001 11 ?????? ?
26530250146 m..S ???
3702701 2701
1
11,
.
.X ?
???? ?
?
05300501 0501
2
2
2,.
.X ?
???? ?
?
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 94/120
恒速阶段 由 X1=0.37至 Xc=0.2
降速阶段 由 Xc=0.2至 X2=0.053
每批物料的干燥周期
h.)..(..)XX(SU 'G c
c
5342037065351 1 4 611 ????????
)./(1005.02.0 5.1 2* hmkgXX UK
C
C
X ?????
h...,.Ln.XX XXLnSk 'G *
*
C
x
71505005 30 0502065310 14 6
2
2 ??
?
???
???
h..,221171553421 ???????? ????
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 95/120
6.4 干燥器
对干燥器的基本要求：
?保证干燥产品的质量要求，如含水量、强度、形状等；
?要求干燥速率快，干燥时间短，以减少干燥器尺寸，降低
能耗，经济合理；
?干燥器热效率高；
?干燥系统的流体阻力要小；
?操作控制方便。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 96/120
6.4.1 干燥器的主要型式
1.箱式干燥器 (盘式干燥
器 )
这种干燥器的结构如图
所示，多层长方形浅盘叠
置在框架上，湿物料在浅
盘中的厚度约 10～ 30mm，
一般浅盘面积约为 0.3～
1m2。 新鲜空气由风机抽入，
经加热后沿档板均匀地进
入各层之间，平行流过湿
物料表面。气速应使物料
不被气流带走，常用的范
围为 1～ 10m/s。 盘内湿物
料的干燥强度决定于物料
结构和厚度以及干燥介质
条件。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 97/120
厢式干燥器的优点是构造简单，
设备投资少，适应性强。缺点
是热利用率低，劳动强度大，
产品质量不均匀。特别适于小
批量的膏状或颗粒状珍贵物料，
如染料、药品等的干燥。
厢式干燥器为典型的间歇式常
压干燥设备。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 98/120
2.洞道式干燥器
将厢式干燥器的浅盘框架置于轨道小车上，便成为洞
道式干燥器，可进行连续或半连续操作，如图所示，洞
道内容积大，湿物料停留时间长，适用于处理量大、干
燥时间长的物料。如木材、肥皂、陶瓷等的干燥。如采
用帆布、橡胶或金属丝制成的传送带来运输物料，又称
为带式干燥器。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 99/120
3.带式干燥器
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 100/120
4.
转筒干燥器的主要部件
为一个与水平略呈倾斜的
旋转圆筒。图为逆流操作
的转 筒干燥器，湿物料从
转 筒较高的一端加入，热
空气由较低端进入与物料
进行逆流接触。筒内焊有
抄板，用来升举和分散物
料。当转筒旋转时，物料
被抄板升举到转筒上方，
均匀向下洒落，与筒内流
过的热空气接触，圆筒旋
转一周，物料被升举洒落
一次，靠这种反复升落和
自身重量，湿物料沿圆筒
长度方向流动，干燥后在
圆筒较低一端导出。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 101/120
干燥介质可采用热空气，也可采用烟道气和其它可利用的热气体。
转 筒干燥器 的加热方式有直接加热和间接加热两种。前者介质与湿物
料直接接触。对于耐受高温以及对少量污染无甚影响的产品，也可采
用烟道气直接加热。采用间接加热时，在靠近转筒内壁装有单排或双
排加热蒸汽列管，通过管壁加热湿物料，筒内通过少量空气带出水蒸
汽，空气在出口处接近于饱和，加热列管也起抄板的作用，升扬物料。
间接加热干燥器常用于食盐、食糖等食品的干燥，可保持食品的洁净。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 102/120
干燥介质在转 筒内的流向可与湿物料逆流, 也可并流 。 在逆流操作
中, 可使产品含水量降低到较低值 。 在物料进口处, 湿的固体还可起到
降低气体粉尘携带量的作用 。 但逆流时, 产品在卸料处的温度过高, 在
湿物料的加料处传 热推动力太小, 使 湿物料的预热段增大 。 在并流操
作中, 气体在入口处降温快, 对热敏性物料的干燥有利, 物料升温快,
不易粘壁, 产品卸料温度较低, 易于贮藏和包装 。
在直接加热干燥器中, 气体的质量流速决定于固体粉尘形成的情况,
对于粒径 1mm左右的物料, 一般取气速 0.3～１ m/s,粒径 5mm左右的物料,
气速应在 3m/s以下, 当用空气作为干燥介质时, 入口气温一般 120℃ ～
175℃, 利用炉内烟道气时, 一般取 540℃ ～ 800℃ 。
转筒干燥器是处理量较大的一种干燥器, 工业上采用的转筒直径约
为 1～ 3m,长度与直径比通常为 4～ 10,转 筒长度有时可达 30m,倾斜
度与长度有关, 可从 0.5° 到 6°, 转速一般为 1～ 8转 /分, 湿物料在筒内
的填充系数可达 0.1～ 0.2,转筒干燥器的体积蒸发强度约在 0.0015～
0.01kg/m3·s之间 。
转筒干燥器的优点是：对不同物料的适应性强，操作稳定可靠，机
械化程度较高。缺点是：设备笨重，结构复杂，钢材消耗量多、投资大、
制造安装、检修麻烦。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 103/120
5.气流干燥器
它的主要设备是直立圆筒形
的干燥管，热空气 (或烟道气 )
进入干燥管底部，将加料器连
续送入的湿物料吹散，并悬浮
在其中。干燥介质速度应大于
湿物料最大颗粒的沉降速度，
于是在干燥器内形成了一个气、
固间进行传热、传质的气力输
送床。一般物料在干燥器中停
留时间约 0.5～ 3秒，干燥后物
料随气流进入旋风分离器，产
品由下部收集，湿空气经袋式
过滤器 (或湿法、电除尘等 )回
收粉尘后排出。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 104/120
气流干燥器适宜于处理含非结合水及结块不严重又不怕
磨损的粒状物料 。 对粘稠状和膏状物料, 采用干料返混方
法和适宜的加料装置, 如螺旋式加料器等等, 也可正常操
作 。
?气固间接触表面积很大, 体积传 递系数很高, 干燥速率
大 。 一般体积蒸发强度可达 0.003～ 0.06kg/m3·s
?接触时间短, 气, 固并流操作, 可以采用高温介质, 对
?由于干燥伴随着气力输送,
?设备相对简单, 占地面积小, 运动部件少, 易于维修,
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 105/120
?必须有高效能的粉尘收集装置, 否则尾气携带的粉尘将
造成很大的浪费,
?对有毒物质, 不宜采用这种干燥方法, 但如果必须采用
时,
?对结块, 不易分散的物料, 需要性能好的加料装置, 有
时还需附加粉碎过程 。
为了适应较宽粒度范围湿物料的干燥和增大干燥强度，
气流管的结构有多种变形，如分为两段式，它可降低干燥
管高度，第一段的扩大部分可起颗粒的分级作用，大颗粒
物料通过侧线星形加料器再进入第二段，以免将第二段的
底部堵塞。也可为变径管或称脉冲式，它可使物料在气流
中不断地改变相对运动速度，以增大传质系数，提高干燥
速率。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 106/120
6.流化床干燥器 (沸腾床干燥器 )
流化床干燥器是流态化技术在干燥过程的应用, 在流化床干燥器中,
颗粒在热气流中上下翻动, 彼此碰撞和混合, 气, 固间进行传热, 传质,
以达到干燥目的 。 图 10-20为一单层的流化床干燥器 。 湿物料由床层的
一侧加入, 由另一侧导出 。 热气流由下方通过多孔分布板均匀地吹入床
层, 进行干燥过程后, 由顶部导出, 经旋风分离器回收其中夹带的粉尘
后排出 。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 107/120
流化床干燥过程可进行间歇操作，但大多数是连续操作，
当蒸发表面水分时，停留时间约为 0.5～２分，如果水分干
燥包括内部扩散时，停留时间约为 15～ 30分，由于床层中
颗粒的不规则运动，引起返混和, 短路, 现象。每个颗粒
的停留时间不是相同的，这会使产品质量不均匀，为此可
采用多层流化床和卧式多室流化床。在多层流化床中，湿
物料逐层下落自最下层连续排出。在卧式多室流化床中设
有若干块纵向档板，挡板与分布板之间有间距，物料可逐
室通过，不致完全混合。各室的气体温度和流量也可以分
别调节，有利于热量的充分利用，也可适应湿物料对气温
的要求。一般在最后一室吹入冷风，使产品冷却后便于包
装和贮藏。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 108/120
?与其他干燥器相比, 传 热, 传质速率高 。 这是因为单位
体积内的接触表面积大；颗粒间充分的搅混几乎消除了表
面上静止的气膜, 使两相间密切接触, 传质系数大大增加；
?由于传递速率高, 气体离开床层时几乎等于或略高于床
层温度,
?由于气体可迅速降温, 所以与其它干燥器相比, 可采用
?停留时间少, 这特别有利于热敏性物料 。 若需较长的干
燥时间,
?设备简单, 无运动部件,
?操作控制容易。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 109/120
?适宜于流化干燥物料是有限的 。 对要求降速阶段干燥时
间长的物料, 虽可采用多级式或多室式, 但仍可因, 短路,
和返混现象的存在, 影响产品的质量 。
?对某些泥浆状的湿粉粒物料, 尾气带走的粉尘损失太大 。
对粒径分布太宽的物料不可能找出适宜的气速 。 当大 /小粒
径比超过 8时, 就不可避免的发生沉积或气体夹带 。
?气体通过分布板及旋风分离器的压强降都很大, 所以动
力消耗很大, 操作费用高, 这可能大大抵消了设备成本节
约 。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 110/120
7.喷雾干燥器
在喷雾干燥器中, 液态
物料通过喷雾方式分散成
细小的液滴, 在热气流中
自由沉降并迅速蒸发, 最
后被干燥为固体颗粒与气
流分离 。 喷雾干燥流程中
的主要设备包括一直立圆
筒式干燥室, 雾化室, 干
燥介质加热器, 输送设备
及气, 固分离设备 。 热气
流与液滴可以并流, 逆流
或混合流的方式进行接触 。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 111/120
热空气与喷雾液滴都由干燥器顶部加入，气流作螺旋形
旋转下降，液滴在接触干燥器内壁前己完成干燥过程，大
颗粒收集到干燥器底部后排出，细粉随气体进入旋风分离
器分出。废气在排空前经湿法洗涤塔 (或其它除尘器 )以提高
回收率，并防止污染。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 112/120
喷雾干燥广泛应用于化工, 轻工, 医药, 染料, 塑料及
食品等工业产中, 特别适用于高级颗粒产品, 如奶粉, 医
药等 。
?在高温介质中, 干燥过程极快, 而且颗粒表面温度仍接
近于湿球温度,
?处理物料种类广泛, 如溶液, 悬浮液, 浆状物料等皆可,
如粘度达到 1Pa·s的矿物或颜料的浓浆；
?喷雾干燥可直接获得干燥成品, 省去蒸发, 结晶, 过滤,
粉碎等多种工序；
?
?过程易于连续化、自动化。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 113/120
?单位产品的耗热量很高,
?
?容积干燥强度小 。 这是因为固 /气比小得多 。 当入口气温
在 150℃ ～ 200℃ 时, 干燥强度约为 1～ 5kg水 /m3·h,气温为
350℃ 时, 可提高到 25kg水 /m3·h
?设备占空间很大,
?粉尘回收设备投资大 。
实验表明，喷雾干燥的经济效果可随着处理量的增加而
得到改善，当蒸发中水量超过 0.6kg/s时，操作费与设备规
模无关，而当处理量小于 0.1kg/s时，经济效益比转筒干燥
差。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 114/120
8.
滚筒干燥器是一种间接
加热的连续干燥器。它适
用于溶液、悬浮液、稀糊
状等流动性物料的干燥，
图为一双滚筒干燥器，两
滚筒的旋转方向相反，部
分表面浸在料槽中，从槽
中转出的滚筒表面沾上了
厚度为 0.3～ 5mm的薄层料
浆，加热蒸汽通入筒内，
料中的水分蒸发。水汽及
夹带的粉尘由上方的排气
罩排出，被干燥后的物料
在滚筒外侧用刮刀刮下，
经螺旋输送器送出。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 115/120
9.真空耙式干燥器
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 116/120
10.
?首先考虑可操作性, 列出能处理被干燥物料的各种干燥
器, 这就需要从湿物料的性能出发, 参考各种干燥设备在
工业中常使用的范围来选择 。
?依据湿物料的特性, 处理量以及对产品的质量及其它特
殊要求, 筛选出最适宜的几种干燥器 。 这一步需考虑一些
具体因素, 如物料的热敏性, 易碎性, 对污染的要求, 含
水量的大小, 湿法去除的难易程度等, 对初选的设备形式
依据其优缺点及适应性能作进一步筛选 。 同时依据处理量
选定操作方式, 一般处理量小于 50kg/h时, 常采用间歇操作,
当大于 1000kg/h时, 常采用连续装置 。
?估计干燥器的设备成本和操作费用, 作最终的的选择 。
表 6-3列出主要干燥器的选择，供选型时参考。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 117/120
本章总结－联系图
基本原理
与概念
设计计算 强化过程
指导操作
扩展延伸
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一、基本概念
1.湿空气的性质
① 湿度
基本原理与概念
V
V6 2 20
pP
p.H
??
②相对湿度
%
p
p 10 0
S
V ???
③比热容 H..c
H 881011 ??
④焓 Ht)H..(I 2 4 9 0881011 ???
⑤湿容积
P
.t)H..(
H
5100131
273
27324417720 ??????
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⑥干球温度 t
⑦湿球温度
⑧绝热饱和温度
⑨露点 td
)HH('rktt 'SHw ??? ?
)( HH
c
r
tt as
H
as
as ???
''
S
''
S''
S pP
p.H
?? 6220
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2.湿度图
湿度图可分为湿 -焓图和湿度 -干空气温度图，用于图解计
算。
① H-I图组成
等 H线
等 I线
等 t线
等 φ 线
pV线
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② H-I图的应用
?确定空气的状态点
?查取湿空气的参数
?表示湿空气的状态变化
?确定湿空气性质的量的大小（两股气流混和时）
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二、干燥静力学
1,物料衡算
①水分蒸发量
②绝干空气消耗量
)HH(L)XX(GW 1221 ????
0212 HH
W
HH
WL
????
③单位空气消耗量
0212
11
HHHHl ????
④新鲜空气消耗量
)H(L'L 01 ??
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⑤绝干物料量 )(G)(GG
2211 11 ?? ????
⑥干燥产品量
22
1
12 11
1
??
?
?
?
?
?? GGG
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2,热量衡算
① 预热器 )tt(LC)II(LQ
HoP 0101 ????
②干燥器
L''D Q)II(G)II(LQ ????? 1212
③干燥系统
LmPD
L
''
PD
Q)(Gc)t.(W)tt(L.QQQ
Q)II(G)II(LQQQ
?????????
???????
12202
1202
8812 4 9 0011 ??
④热效率
%QQ V 1 0 0???
)t.(WQ V 28812 4 9 0 ??
).t.(WQ V 12 18748812490 ????
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三、干燥动力学
1.物料的水分
干基含水量
湿基含水量
G
GWX ??
W
GW ???
X
X
?? 1?含水量
平衡水分和自由水分
结合水分和非结合水分
水分性质
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2.干燥速率
① 恒速阶段
?? Sd
dX'G
Sd
'dWU ???
② 降速阶段
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 127/120
3.干燥时间
① 恒速干燥阶段干燥时间 τ1
)XX(SUG C1
C
1
' ???
② 降速干燥阶段干燥时间 τ2
dXSUGX
X?
? C
2
'
2?
?
?
?
??
XX
XXln
Sk
'G c
x 2
2?直线：
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一,设备上的强化
1.改进设备结构，例如将气流干燥器改为多级气流干燥器，
脉冲式气流干燥器或旋风式干燥器。
2.采用多功能干燥器（包括干燥，造粒及输送功能）。
3.采用组合式干燥器（将不同形式的干燥器组合使用）。
强化过程
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 129/120
二、工艺上的改进
1.提高干燥速度，减小设备尺寸，缩短干燥时间。
2.利用部分废气循环或内部加入热量，以提高热效率。
3.减少流动阻力，以降低 ]输送的能耗。
4.根据物料的特性选择适宜工艺条件，如有的物料在
高速率下表面结皮硬化。
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 130/120
一、干燥
1.为热质同时传递的过程。
2.研究对象为空气 — 水与固体物料。
3.设备为干燥器
二、增湿减湿
1.为热质同时传递的过程。
2.研究对象为空气 — 水。
3.设备为凉水塔及空气调节器。
扩展延伸
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 131/120
一、操作方法的改进
1.利用部分废气循环。
2.改变预热温度。
3.干燥气内加入补充热量。
二、操作条件的选择
1.对吸潮物质，选择预热温度 t1低而总压高些。
2.对不吸潮物质，选择 t1高、湿度低的空气。
3.对热敏性物质，选择 t1低的空气。
指导操作
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 132/120
一、干燥器的选型（略）
二、干燥器的设计计算
①被干燥物料：物料量，进口温度，绝干物料的密度，比热，
粒度，进出口湿含量。
1.已知条件
②干燥介质：湿度 H,相对湿度 Ф 。
设计计算
③干燥速度曲线，临届湿含量 Xc,平均湿含量 X*。
2.设计计算
①物料衡算，热量衡算：求空气耗量 L及热耗量。
②确定出口温度 t2[t2≥t as+(20～ 50℃ ） ]。
③ 计算设备的尺寸（干燥器的直径 D,高度 L等）。
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本章要求
? 掌握干燥的概念、分类以及对流干燥操作的
必要条件
? 掌握表示湿空气性质的参数及空气焓湿图
? 掌握干燥过程的物料衡算和热量衡算
? 掌握等焓干燥的条件
? 掌握平衡水分和自由水分、结合水分和非结
合水分的划分
? 掌握干燥曲线与干燥速率曲线及及恒速和降
速干燥时间的计算
? 对常见干燥器有所了解
2010年 5月 14日 第六章 固体物料的干燥 134/120
THE END
Thanks
