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黑龙江科技学院 备课笔记 第14次课 授课时间2004年4月20日 章节及主要内容 第四章 第一节、第二节 干燥总论干燥、干燥方式。 干燥原理基本原理、干燥速度、干燥过程。 重点内容干燥的基本原理、干燥速度及过程。 难点内容干燥速度及过程。 参考资料重力选矿、分离技术。 教学手段面授。 扩展内容 热的传递方式。 教学后记 第四章 热力干燥 第一节 干燥总论 干燥利用热能从物料中除去少量水分的操作，称为干燥。选煤厂常用的干燥方法是以煤燃烧产生的高温烟气作为热介质加热精煤使煤精煤中水分汽化而达到降低精煤水分的目的。 1、 热烟气干燥 ①直接干燥热烟气直接与湿精煤接触。热烟气不仅使精煤受热，而且还带走湿精煤中已汽化的水蒸气，在干燥过程中传热与传质的现象同时发生。 ②间接干燥热烟气与烟煤不直接接触，而是热烟气通过固体面传热给湿精煤。传热与传质现象可分别考虑。 2、 选煤厂对精煤的干燥方式 末精煤单独干燥、浮选精煤单独干燥、末精煤和浮选精煤混合干燥三种方式。由于浮选精煤粒度细、水分高、粘性大，单独干燥易结团而影响产品水分；末精煤和浮选精煤混合干燥可解决结团弊端、提高干燥效果。故大部分选煤厂均采用末精煤和浮选精煤混合干燥方式。 3、干燥的目的进一步降低精煤不含水量，满足用户和运输的要求。 第二节 干燥原理 一、干燥的基本原理 1、干燥过程的本质 是被除去的水分从固相移到气相中去，固相为被干燥物料，气相为干燥介质。 2过程实现的条件 水分在物料表面的蒸气压必须超过干燥介质中的蒸气分压，物料表面水分才能汽化，由于表面水分的不断汽化，物料内部的水分方能继续向表面移动。水的汽化需要热量，要进行热量传递。热的传递是由物体内部或物体之间的温度不同而引起的，根据热力学第二定律，当无外功输入时，热量总是自动地从温度较高的物体转移至温度较低的物体。 3、传热的基本方式对流、传导、辐射和高频。 ①对流是流体各部分质点发生相对位移而引起的热量传递过程。当高温烟气流体流过被干燥物料时，热能由流体传到湿物料表面，使被干燥的物料温度升高，该过程称为对流传热。 ②传导是热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低落的部分或者传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程。 ③辐射物体内各种原因发出辐射能，其中因热而发出辐射的过程称为热辐射。常以电磁波的形式发射并向空间传播。当遇到另一物体时，一部分被反射，一部分被吸收，而另一部分则穿透物体。被吸收部分重新转变为热能。 ④高频当电解质物料放在高频振荡电场时，电能在潮湿的电介质中转变为热能，由于介电加热发生在整个物料的内部，干燥的物料相当均匀。 在实际干燥过程中，对流、传导、辐射三种传热方式很少单独存在，通常是相互伴随并同时出现的。 二、干燥速度 1、干燥速度即单位时间内在单位干燥面积上被干燥精煤所能汽化的水分质量。用干燥速度可表示物料中水分汽化的快慢。其表达式为 vdW/Fdt 式中v干燥速度，kg/minm2 W被干燥精煤脱除的水分质量，kg； F被干燥精煤总的干燥表面积，m2； t干燥时间，min； 2、干燥速度取决于高温烟气的性质和操作条件，还取决于物料所含水分的性质。 3、平衡水分当物料与一定温度和湿度的干燥介质接触时，势必会放出水分或吸收水分并达到一定的值。在干燥介质状态不变的情况下，物料中的水分总是维持该定值，此定值称为该物料在一定干燥介质状况下的平衡水分。它代表物料在一定干燥介质状态下可以干燥的限度。只有物料中超出平衡水分的那部分水分才有可能在干燥过程中被脱除，该部分水分称为自由水分。物料所含水分是由自由水分和平衡水分组成的。（图4-1） 图4-1 水分的分类 图4-2物料含水量、干燥速度、物料温度与时间变化关系曲线 1 物料含水量曲线；2干燥速度曲线； 3物料温度曲线 三、干燥过程 干燥速度决定干燥时间的长短，并直接决定干燥机处理能力的大小。干燥速度越大，所需干燥时间越短，干燥机的处理能力也就越大。 干燥曲线精煤平均水量与干燥时间的关系曲线。根据精煤含水量随时间的变化值可求得干燥速度。 干燥速度曲线干燥速度和干燥时间的关系曲线。如图4-2所示。 在干燥过程中，若将含水率超过平衡水分的湿物料与未饱和的热烟气接触，则水分逐渐汽化并通过表面上的气膜扩散至烟气中，烟气则不断将热量传给物料以供给水分汽化所需的潜热，并渐渐地把汽化的水分带走。因此，干燥速度不仅与干燥介质有关，也与本身因失水而引起的变化有关。 干燥过程阶段分四个，依据干燥速度的变化，可分为预热阶段、恒速阶段、降速阶段和平衡阶段。 （一）预热阶段 设完全湿透而且水妥妥布均匀的湿精煤原来的温度A3。当与烟气接触时，热烟气先将热量传给湿精煤，使精煤及其所带水的温度升高。精煤温度由A3升到B3，由于受热水分开始汽化，干燥速度由零（A2）增加到最大值B2。精煤的水分则因汽化而减少，由A1降到B1。此阶段仅占全过程的5左右，其特点是干燥速度由零升到最大值，热量主要消耗在精煤加温和少量水分汽化上，因此水分降低很少。 （二）恒速阶段 干燥速度达最大值后，由于煤粒表面水分蒸气分压大于该温度下热烟气的蒸气压，水分从煤粒表面汽化并进入热烟气。煤粒内部的水分不断向表面扩散，使其保持润湿状态。只要煤粒表面均有水分时，汽化速度可保持不变，故称恒速阶段。 特点干燥速度达到最大值并保持不变，精煤的含水量迅速下降；如果热烟气传给湿精煤的热量等于煤粒表面水分汽化所需热量，则煤粒表面湿度保持不变。该阶段时间长，占整个干燥过程的80左右，是主要的干燥脱水阶段。预热阶段和恒速阶段脱除的是非结合水分，即自由水分和部分毛细管水。 第一含水量恒速阶段结束时的精煤含水量C1称为第一临界含水量，常简称为临界含水量，以Wk表示。 （三）降速阶段 达到临界含水量之后，随着干燥时间的增长，水分由煤粒内部向表面扩散的速度降低，并低于表面水分汽化的速度，干燥速度也随之下降，称为降速阶段。在此阶段，根据水分汽化方式的不同又分为两个阶段。 ①部分表面汽化阶段进入降速阶段以后，由于内部水分向表面的扩散速度小于表面水分汽化的速度而使煤粒表面出现干燥部分，但水分仍从煤粒表面汽化，故称部分表面汽化阶段。 特点干燥速度均匀下降，由C2降到E，且潮湿的表面逐渐减少、干燥部分越来越多，由于汽化水量降低，需要的汽化热减少，故使煤粒温度升高。 ②内部汽化阶段随着煤粒表面干燥部分增加温度越来越高，热量向内部传递而使蒸发面向内部移动，水分在煤粒内部汽化成水蒸气后再向表面扩散流动，直到煤粒中所含水分与热烟气的湿度平衡时为止，称内部汽化阶段。 特点煤粒含水量越来越少，水分流动阻力增加，干燥速度甚低，煤粒温度继续升高。 （四）平衡阶段 当煤粒中水分达到平衡水分时，煤粒中水分不再汽化，干燥速度等于零，故称为平衡阶段。 在实际干燥过程不可能达到平衡水分状态，所以它只包括预热阶段、恒速阶段和平衡阶段。 8
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