干燥基础知识讲座 - 图文

干燥基础知识讲座

刘广文

（沈阳化工研究院）

2011．10．常州

Ⅰ 物料及热量衡算

1

一、物料衡算

干燥设备的设计计算，主要有以下几方面：

①蒸发水量的计算，根据设备要求产量、物料含水率和产品含水率计算； ②水分平衡和空气消耗量的计算（对流干燥设备） ③干燥系统的热量衡算；

④干燥设备尺寸的确定（每种干燥设备均有自己的设计方法，通常同一型式的干燥设备也有多种设计方法）。

根据质量守衡定律，物料中总质量不会随干燥过程而改变，只是由一种物质向另一物质中迁移。若物料干燥前后质量分别以G1和G2表示，以W代表脱去水分的量，绝对干物料（不含水分，简称绝干物料）以Gs 表示，物料干燥前后湿基含水率以w1、w2表示，则必然有如下关系：

G1=Gs+W （1） G1?GS?G1?w1?1G?w （2）

S1GSG2?GS?G2?w2?1?w2 （3）

G1所以 G2?1?w21?w1 （4）

由此可得：

G1?G?1?w221?w1，G2?G?1?w111?w2

式中G1——物料处理量，kg/h；

G2——产品量，kg/h； W——蒸发水量，kg/h； GS——绝干物料量，kg； w1——物料湿基含水率，%； w2——产品湿基含水率，%。 蒸发水量W为：

w?w1?w2W?G1?wW?G? （5） 或 1?w221?w （6）

121物料的湿基含水率为：

w?水分重量W?100％ 即： w??100% （7）

绝干物料重量＋水分重量GS?W在干燥过程中，物料中的含水率总是在变化，只有绝干物料量不变，计算

时常将湿基含水率换算成干基含水率。干基含水率c应为：

水分重量 ， 即： c＝W （8） c?GS 绝干物料重量两种含水率之间的换算关系为：

式中 W——蒸发水量，kg/h；

w＝c?100% （9） 1＋cC＝w1－w （10）

2

GS——绝干物料量，kg/h； w——湿基含水率，%；

c——干基含水率，kg(水)/kg（绝干物料），简写为kg/kg； 例如：在100kg湿物料中，其中含50kg水分和50kg绝干物料。 则湿基含水率为：

w?根据公式，干基含水率为：

c?50?100%?50% 50?50湿物料干、湿基含水率换算关系见表1。

表1 物料干、湿基含水率换算表 湿基含湿量% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 干基含水 湿基干基含水 湿基干基含水 湿基干基含水 湿基率,kg/kg 含水率,kg/kg 含水率,kg/kg 含水率,kg/kg 含水率,% 率,% 率,% 率,% 0.0101 21 0.266 41 0.699 61 1.565 81 0.0202 22 0.282 42 0.725 62 1.63 82 0.0310 23 0.299 43 0.754 63 1.70 83 0.0417 24 0.316 44 0.786 64 1.775 84 0.0527 25 0.333 45 0.818 65 1.855 85 0.0638 26 0.351 46 0.852 66 1.945 86 0.0753 27 0.370 47 0.887 67 2.03 87 0.0870 28 0.389 48 0.923 68 2.10 88 0.0988 29 0.408 49 0.961 69 2.23 89 0.111 30 0.428 50 1.00 70 2.33 90 0.1235 31 0.4495 51 1.041 71 2.45 91 0.1365 32 0.471 52 1.083 72 2.57 92 0.1495 33 0.493 53 1.125 73 2.70 93 0.1630 34 0.515 54 1.175 74 2.85 94 0.1765 35 0.538 55 1.222 75 3.00 95 0.1905 36 0.563 56 1.272 76 3.17 96 0.2005 37 0.588 57 1.325 77 3.35 97 0.2195 38 0.613 58 1.380 78 3.55 98 0.2350 39 0.638 59 1.435 79 3.77 99 0.25 40 0.666 60 1.50 80 4.00 —— 干基含水 率,kg/kg 4.26 4.56 4.88 5.26 5.66 6.14 6.69 7.32 8.08 9.00 10.12 11.52 12.90 15.65 19.00 24.00 32.30 49.00 99.00 —— w50??1kg/kg100?w100?50

一般情况下，产品中总是残存部分水分，在计算实际蒸发水量时，应计算出物料初始状态和产品的干基含湿量，然后计算蒸发水量：

W=Gs（c1-c2） （11）

C1＝w11－w1w2C2＝1－w2

式中 c1、c2——原料和产品的干基含水率，kg/kg。

因干燥前后绝干物料量不变，则对绝干物料作物料衡算，则：

GS?G1(1?w1)?G2(1?w2) （12）

二、空气消耗量的计算

如果设干燥过程中绝干空气的用量是La，（kg/h），进出干燥设备空气的干基

3

湿度（简称湿度）分别用x1、x2表示，则干燥的水分平衡式关系如下：

G1?w1?La?x1?G2?w2?La?x2 （13）

由此可得： G1?w1?G2?w2?La?(x2?x1) （14）

这是一个水分平衡式，式左端所代表的物料脱水量等于右端空气带出的水量。

即： G1?w1-G2?w2=W （15） 干燥中水分蒸发量W为：

W?La?(x2?x1) （16）

因间接换热时加热器进出口空气湿度不变，即x1=x0，所以：

W?干空气消耗量为 La?x2W?x1x2?x0 （17） 式中 La——绝干空气消耗量，kg/h；

x0——环境空气湿度，kg（水）/kg；

x1——干燥设备入口空气湿度，kg（水）/kg；

x2——干燥设备出口空气湿度，kg（水）/kg，简写kg/kg。

为了计算方便，常将蒸发每千克水所需干空气消耗量为基准。以l表示，单位为kg（干空气）/kg（水），即 l?La。 WLaW所以 l??1x2?x1?1x2?x0 （18）

为了计算方便，可查表2。

表2 对流干燥时，蒸发1kg水需要的干空气量， kg（干空气）/kg（水）

出口温度,℃ 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 进口温度,℃ 120 55.6 71.4 85.5 130 41.7 50.0 62.5 140 37.0 43.5 52.6 66.7 150 31.3 35.7 43.5 52.6 160 28.6 32.3 37.0 43.4 52.6 170 25.0 28.6 32.3 37.0 43.5 180 23.3 25.6 28.6 32.3 37.0 43.4 190 21.3 23.3 25.6 28.6 32.3 37.0 200 19.6 21.2 23.3 25.7 30.3 32.3 37.0 210 18.8 20.0 22.2 25.0 27.8 31.3 28.6 220 17.5 18.5 20.0 22.2 23.8 27.0 30.3 33.3 230 16.1 17.2 18.5 20.0 21.7 23.2 27.2 30.3 240 15.2 15.8 17.5 18.2 20.0 21.7 23.8 27.0 28.5 250 14.1 15.2 15.9 17.5 18.2 20.0 21.7 23.8 27.0 260 13.5 14.7 15.6 16.7 17.9 19.2 20.0 23.3 25.0 28.5

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270 12.7 13.3 14.3 15.2 16.4 17.9 18.9 20.0 22.2 24.4 280 12.2 13.0 13.7 14.7 15.6 16.7 17.9 19.2 21.3 22.7 290 11.8 12.2 13.3 13.7 14.7 15.6 16.7 18.2 19.2 21.7 300 11.4 11.8 12.3 13.2 13.7 15.0 15.9 16.9 18.2 19.6 310 10.7 11.4 11.9 12.7 13.3 13.8 15.2 15.9 16.9 18.2 320 10.3 10.6 11.4 11.8 12.5 13.3 13.9 15.2 15.9 16.9 330 10.0 10.4 10.9 11.5 11.9 12.7 13.3 14.1 15.4 15.9 340 9.5 9.9 10.4 10.9 11.4 11.6 12.7 13.3 14.1 15.2 350 8.9 9.3 9.8 10.3 10.8 11.4 11.9 12.5 13.3 13.9 360 8.8 9.2 9.6 10.0 10.5 11.0 11.6 12.2 12.8 13.5 370 8.6 8.8 9.3 9.7 10.2 10.6 11.0 11.8 12.2 13.1 380 8.2 8.5 8.8 9.3 9.6 10.2 10.6 11.0 11.6 12.2 390 7.9 8.1 8.6 8.8 9.2 9.6 10.0 10.6 11.0 11.6 400 7.7 8.0 8.3 8.7 8.9 9.4 9.7 10.5 10.7 11.0 410 7.5 7.8 8.1 8.7 8.4 9.1 9.5 9.9 10.4 10.7 420 7.3 7.5 7.9 8.1 8.4 8.7 9.1 10.1 10.2 10.4 430 7.0 7.4 7.6 7.9 8.1 8.5 8.8 9.1 9.5 9.9 440 6.8 7.0 7.3 7.5 7.9 8.1 8.5 8.7 9.1 9.5 450 6.5 6.8 6.9 7.2 7.5 7.8 8.1 8.4 8.7 9.1 460 6.4 6.6 6.8 7.1 7.4 7.7 8.0 8.3 8.6 8.9 470 6.3 6.5 6.7 6.9 7.1 7.4 7.7 8.0 8.3 8.6 480 6.2 6.4 6.5 6.8 7.0 7.2 7.5 7.9 8.1 8.4 490 6.0 6.2 6.3 6.5 6.9 7.1 7.3 7.6 7.8 8.2 500 5.8 6.1 6.2 6.3 6.4 6.8 7.0 7.3 7.5 8.0 注：计算条件：环境温度：t0=10℃，相对湿度：Ψ0=80% 干燥过程空气的消耗量一般由三个物理量决定，①能容纳所蒸发的水分量；②能带入干燥设备足够的热量；③满足物料所需动力的要求。因此空气用量应同时满足以上三点要求。 三、热量消耗量的计算

干燥工艺计算的内容之一就是热量衡算，以求得所需的热量。 1.理论干燥设备

理论干燥设备有三个条件，

①物料进出干燥装置的温度为零度，即tm1=tm2=0； ②空气的进出干燥装置的焓值相等，即I1=I2；

③空气的初始湿度等于加热后热空气的湿度，即x0=x1。所谓理论计算，就是假定干燥设备在无热损失，热量只消耗于蒸发水分和加热干燥用的空气，对这种理想干燥过程，热平衡式为：

La?I1?G1?Cm1?tm1?La?I2?G2?Cm2?tm2 （19）

式中 tm1、tm2——物料进入和离开干燥设备的温度，℃；

5

在不计物料和输送装置耗热和向周围散热的理想情况下，tm1=tm2。 G1、G2——分别是进入干燥设备的物料和干燥后产品量，kg/h； La——干燥过程绝干空气用量，kg/h； I1、I2——进、出干燥设备空气的焓，kJ/kg。

Cm1、Cm2——物料和干燥后产品的比热容， kJ/（kg·℃）；

所谓焓值，是指某一物体在某一温度下的总热值，包括液相的热值和气相的热值，例如，水蒸汽的焓值为（Cat+r）。

Cm1?Cw?w1?w1?Cs?(1) （20） Cm2?Cw?w2?Cs?(1?w2) （21）

式中 Cs——绝干物料比热容，kJ/（kg·℃）； Cw——水的比热容，kJ/（kg·℃）； w1、w2——物料和产品的含水率，%。 根据物料平衡：

G1=G2+W

所以 G1·Cm1 ·tm1=G2·Cm2·tm1+W·CW·tm1 （22）

将（22）代入式（19）得

La·I1+G2·Cm2·tm1+W·Cw·tm1=La·I2+G2·Cm2·tm2

对于理论干燥设备： tm1=tm2

因此 La·I1+W·Cw·tm1=La·I2 （23）

I2?I1?W?CL?t （24）

wm1a这一结果表明，在理想干燥设备中，空气焓值的增加是靠液体变成蒸汽时的热量。如果tm1=0，则I1=I2=常数，表明这是一个绝热等焓过程。如果对空气经加热器前后写出热平衡式，则有：

La·I0+Qk=La·I1 （25）

式中 Qk——加热器补充给空气的热量，kJ/h；

I0——进入加热器前空气的焓值，kJ/kg。

由（25）式可得出既适用于理论干燥设备，又适于实际干燥设备的加热器供热量Qk计算的一般表达式，即：

Qk=La·(I1-I0) （26）

给此式两边同除以蒸发水量W，并令qk?Q。 WL于是： qk?W?(I1?I0)?l?(I1?I0) （27） 式中 qk——单位能量消耗量，kJ/kg（水）；

kal——单位蒸发水分所需要的绝干空气量，l?La，单位为kg/kg。 W如果把（25）式中的La?I1值代入式（23）则得：

La?I0+Qk+W?Cw?tm1=La?I2

由此得出了理论干燥设备的加热器耗热量的另一个公式：

6

Qk =La?（I2-I0）- W?Cw?tm1 （28）

2.实际干燥设备

在实际干燥设备中，热量不仅用于从物料中蒸发水分，形成过热蒸汽和气体的加热，而且消耗于以下几个方面。

①物料输送装置的加热； ②物料升温吸热；

③干燥设备向周围空气中散热。

此外，有些干燥设备内有加热结构。因此实际干燥设备的热平衡方程式的一般形式为：

qk+qn=qf+qs+qMm+qh+qz （29）

式中qk——加热器对空气的加热量，kJ/kg；

qn——干燥设备内补充分热量，kJ/kg； qf——蒸发水分消耗的热量，kJ/kg； qs——尾气带走的热量，kJ/kg； qm——物料升温吸热量，kJ/kg； qh——输送设备耗热量，kJ/kg；

qz——干燥设备向周围散热量，kJ/kg。

上述几项热损失均为单位消耗量，可按以下方法求出 (1)物料升温的热损失qm按下式计算：

（30） qm?GW?Cm2?(tm2?tm1) (2)输送设备的热损耗qh可按下式计算

输送设备的热损失常发生在有盛载物料器具并随物料进出干燥设备时，如箱式干燥器的料盘和料车、隧道干燥器的料车等。

（31） qh?GW?Ch?(th2?th1)式中 Gh——通过干燥室输送设备的质量，kg/h；

Ch——输送设备材料的比热容，kJ/kg；

th1、th2——进出干燥设备输送设备的温度。th2等于干燥室出料区的空气干球温度，℃。

(3)向周围空气中散热qZ

此热量主要通过干燥设备壁向空气中传导热量。

2hK?A??t?因此 qZ?W （32）

式中 A——散热表面积，m2；

k——器壁传热系数，kJ/（m2?h?℃）；

tΔt——平均温差，?t?t?，t1、t2分别为这一区域中的最高温度和最低温2度，℃。

将各项损失的计算结果代入（29）式，并引入理论计算的结果，实际干燥设备的热平衡方程式即为如下形式：

qk?l?(I2?I0)?qm?qh?qZ?qn?Cw?tm1 （33）

12 7

令∑qM=qm+qh+qZ ，则上式变为：

qk?l?(I2?I0)??qM?qn?Cw?tm1 （34）

3．干燥设备的蒸发强度 计算公式为：

As?G1(w1?w2)G(w?w) （35） 或 Av?112 （36）

??V(1?w2)??A(1?w2)式中 As——干燥设备面积蒸发强度，kg（水）/（m2?h）

Av——干燥设备容积蒸发强度，kg（水）/（m3?h） G1——投入物料量，kg； τ——干燥时间，h；

w1——物料干燥前的含水率（湿基）， %； w2——物料干燥后的含水率（湿基）， %； A——干燥设备工作面积，m2； V——干燥设备容积，m3。

Ⅱ 空气的性质

8

不含有水蒸汽的空气称为“干空气”，含有一定水分的空气称为“湿空气”。自然界中的空气都会含有少量的水（蒸汽），是干空气和水蒸汽的二元混合体。干燥操作所用的热空气通常取自自然界中的大气，因此，干燥介质实际上是含少量水蒸汽的湿空气。通常大气中水蒸汽的分压总是很小的，一般只有200～300Pa。大都处于过热状态，所以它的比容很大，分子间的距离足够远，可以作为理想气体处理，并服从理想气体定律，按工程设计的要求仍然足够精确。

此处称其为“干燥介质”，是因为它在干燥过程中承担着载热、载湿体的作用。湿空气将热量传递给湿物料，为其提供干燥能量；同时又把湿物料中的湿分（通常是水分）携带出干燥设备，从而达到干燥的目的。因此要深入了解和研究干燥过程或者是进行干燥动力学过程计算均需了解湿空气的基本热力学性质。

在干燥过程中，湿空气的温度、水蒸汽含量和焓等性质都会发生变化，所以，必须了解湿空气的各种物理性质和状态参数。 一、空气中水蒸汽含量的表示方法

在计算空气用量和水分气化的推动力时，都要知道空气中水蒸汽的含量。表示空气中水蒸汽含量通常采用以下几种方法： 1.水蒸汽分压

湿空气中水蒸汽和绝干空气的千摩尔数之比等于其分压之比，即：

nwPwPw（37） ?? naPaP?Pw

式中 P——湿空气总压，kPa； PW——水蒸汽分压，kPa； Pa——绝干空气分压，kPa；

nw、na——湿空气中水蒸汽和绝干空气的千摩尔数，kmoL。 2.空气的湿度

湿度表明湿空气中水蒸汽含量的多少，又称绝对湿度，空气中单位质量绝干空气所含有的水蒸汽的质量，或水蒸汽质量与绝干空气质量的比值，用符号x表示，其单位为kg（水蒸汽）/kg（绝干空气），简写成kg/kg。

如果用mw和ma分别代表水蒸汽和绝干空气的质量，kg。用MW和Ma分别代表水和绝干空气的分子量，kg/kmoL 。根据湿度的定义，则有 x?mw kg（蒸ma汽）／kg（绝干空气）。因为气体的质量等于气体的千摩尔数乘以分子量，所以上式可改为：

MW?nwx?（38）

M?naa

x?将水和空气的分子量MW=18 、 Ma=29 和公式（3-1）代入（3-2）式可得：

9

18PwP?0.622w（39）

29(P?Pw)P?Pw

式（3-3）说明湿度与湿空气的总压以及水蒸汽分压有关。当总压一定量，湿度

仅决定于水蒸汽分压，即： x?f(Pw) 如果式（39）中的水蒸汽分压PW等于同温度下水的饱和蒸汽压Ps，则表明湿空气达到饱和状态，湿空气已无纳湿能力，不能作为对流干燥的介质。这时，湿空气的湿度称为饱和湿度，用xS，表示。即：

xs＝0.622Ps （40） P?Ps3.空气的相对湿度

用水蒸汽分压或绝对湿度来表示空气中水蒸汽的含量，只能表明湿空气中含水蒸汽的绝对量，但不能反映这样的湿空气是否还有纳湿能力。对应于一定的空气温度t，有一个饱和水蒸汽分压Ps，它是在t时水蒸汽在空气中的最大分压。显然，只有当Pw

ψ＝

Pw Pw=ψ·Ps （41） Ps显然，ψ愈小，即Pw与Ps的差距愈大，则空气湿度与饱和状态相距愈远。对于绝干气体，ψ＝0，而对于饱和湿空气，ψ＝1（或100％）。相对湿度ψ与湿空气中的水蒸汽分压Pw和水的饱和蒸汽压Ps有关，或者说与湿空气的总压P和温度t有关，因为 Pw=P - Pa ，而Ps仅仅是湿空气温度t的函数。将Pw=ψPs代入（39）式中，则空气的湿度x为：

x?0.622二、湿空气的焓和湿比热容

湿空气的焓等于干空气的焓与其中所带水蒸汽的焓之和，用符号I表示。以1kg绝干空气作为基准，并以0℃（273K）作为基准温度，则湿空气的焓为：

I＝Ca(t-0)+iW?x （43）

式中 I——湿空气的焓，kJ/kg（干空气），以后简写成kJ/kg；

Ca——绝干空气的比热容， 1.01kJ/（kg·℃）； x——空气的湿度，kg/kg；

iw——水蒸汽的焓，kJ/kg（水蒸汽）。iw=Cg·t+γw代入上式得：

I＝（Ca+Cg.x）t+γw·x =Ca·t +（Cg·t +γw）x （44）

式中 Cg——水蒸汽的比热容， Cg=1.93kＪ/（kg·℃）。

湿空气焓的含义是含有1kg绝干空气和其中所带的x（kg）蒸汽温度升高1℃所需要的总热量。单位为kJ/（kg绝干气体·℃），简写为kJ/(kg·℃)。

r0——水在0℃时的气化潜热，r0＝2492kJ/kg。将相应的数值代入式内，得：

I=1.01t+(1.93t+2492)x （45）

10

??Ps,kg/kg（42）

P???Ps

三、湿空气的比容

湿空气的比容（简称湿比容）为单位质量干空气的体积以及所含水率蒸汽的体积之和，m3/kg，以符号υH表示。在1个大气压下，干空气的比容υa (m3/kg)和水蒸汽的比容υW（m3/kg）分别为：

?a?22.4760273?t760273?t(?)?0.773(?) (46) 29P273P273

式中 22.4——空气的摩尔体积，L/mol。

29、18——分别是空气和水的分子量。

对于空气-水系统，若以1kg干空气为基准，则湿空气的质量为（1+x）kg，若总压为760mmHg，湿空气的比容υH＝υa+υW,即：

?H?(0.773?1.244x)273?t (48) 27322.4760273?t760273?t?W?(?)x?1.244x(?)18P273P273（47）

为了工程计算方便，已将不同温度和相对湿度下空气的比容列于表3中。

表3 在不同相对湿度下，含1kg干空气的体积（比容）： m3/kg；P=760mmHg Ψ100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 0 ,% t,℃ -15 0.747 0.747 0.747 0.747 0.747 0.746 0.746 0.746 0.746 0.746 0.746 0.746 -10 0.762 0.762 0.762 0.762 0.762 0.761 0.761 0.761 0.761 0.761 0.760 0.760 -5 0.778 0.778 0.777 0.777 0.777 0.776 0.776 0.776 0.775 0.775 0.775 0.775 0 0.794 0.794 0.793 0.793 0.792 0.792 0.791 0.791 0.790 0.790 0.789 0.789 5 0.811 0.810 0.809 0.809 0.808 0.807 0.806 0.806 0.805 0.804 0.804 0.804 10 0.828 0.827 0.826 0.825 0.824 0.828 0.822 0.821 0.820 0.819 0.819 0.818 15 0.847 0.846 0.844 0.843 0.841 0.840 0.838 0.837 0.835 0.834 0.833 0.833 20 0.867 0.865 0.863 0.861 0.859 0.857 0.855 0.853 0.851 0.849 0.848 0.847 25 0.890 0.887 0.884 0.881 0.878 0.875 0.873 0.870 0.867 0.864 0.863 0.861 30 0.915 0.911 0.907 0.903 0.899 0.895 0.891 0.887 0.883 0.880 0.878 0.876 35 0.944 0.938 0.933 0.927 0.922 0.916 0.911 0.906 0.901 0.895 0.893 0.890 40 0.977 0.970 0.962 0.954 0.947 0.940 0.933 0.925 0.919 0.912 0.908 0.905 45 1.02 1.01 0.996 0.986 0.976 0.966 0.956 0.947 0.937 0.928 0.933 0.919 50 1.07 1.05 1.04 1.02 1.01 0.996 0.983 0.970 0.958 0.945 0.940 0.934 55 1.13 1.11 1.09 1.07 1.05 1.03 1.01 0.996 0.979 0.963 0.956 0.948 60 1.20 1.17 1.15 1.12 1.09 1.07 1.05 1.02 1.00 0.982 0.972 0.963 65 1.31 1.26 1.22 1.19 1.15 1.12 1.09 1.06 1.03 1.00 0.990 0.977 70 1.44 1.38 1.32 1.27 1.22 1.17 1.13 1.09 1.06 1.02 1.01 0.992 75 1.64 1.55 1.46 1.38 1.31 1.25 1.19 1.14 1.09 1.05 1.03 1.01

11

80 1.95 85 2.48 90 3.27 95 7.14 99.4 ∞ 100 ∞ 110 ∞ 120 ∞ 130 ∞ 140 ∞ 150 ∞ 160 ∞ 170 ∞ 180 ∞ 190 ∞ 200 ∞ 210 ∞ 220 ∞ 230 ∞ 240 ∞ 250 ∞ 260 ∞ 270 ∞ 280 ∞ 290 ∞ ∞ 300 350 ∞ 400 ∞ 450 ∞ 500 ∞ 550 ∞ 600 ∞ 650 ∞ 700 ∞ 750 ∞ 800 ∞

1.79 2.18 2.88 4.57 10.9 10.9 11.2 11.5 11.8 12.0 12.3 12.6 12.9 13.2 13.4 13.7 14.0 14.3 14.6 14.9 15.2 15.4 15.7 16.0 16.3 16.6 18.0 19.5 20.9 22.3 23.8 25.2 26.7 28.1 29.6 31.0 1.65 1.94 2.42 3.35 5.45 5.45 5.59 5.73 5.87 6.01 6.15 6.30 6.44 6.58 6.72 6.86 7.01 7.15 7.29 7.43 7.58 7.72 7.86 8.01 8.15 8.29 9.01 9.73 10.4 11.2 11.9 12.6 13.3 14.1 14.8 15.5 1.53 1.75 2.08 2.65 3.63 3.63 3.72 3.82 3.91 4.01 4.10 4.19 4.29 4.38 4.48 4.57 4.67 4.76 4.86 4.95 5.05 5.15 5.24 5.34 5.43 5.53 6.01 6.49 6.97 7.45 7.93 8.41 8.89 9.37 9.86 10.3 1.43 1.59 1.83 2.19 2.72 2.72 2.79 2.86 2.93 3.00 3.07 3.14 3.21 3.29 3.36 3.43 3.50 3.57 3.64 3.71 3.79 3.86 3.93 4.00 4.07 4.15 4.50 4.87 5.22 5.59 5.95 6.31 6.67 7.03 7.39 7.75 1.34 1.46 1.63 1.86 2.17 2.17 2.23 2.28 2.34 2.40 2.46 2.51 2.57 2.63 2.68 2.74 2.80 2.86 2.91 2.97 3.03 3.09 3.14 3.20 3.26 3.32 3.60 3.89 4.18 4.47 4.76 5.05 5.34 5.62 5.91 6.20 12

1.26 1.35 1.47 1.62 1.80 1.81 1.85 1.90 1.95 2.00 2.04 2.09 2.14 2.19 2.24 2.28 2.33 2.38 2.43 2.47 2.52 2.57 2.62 2.67 2.71 2.76 3.00 3.24 3.48 3.72 3.96 4.21 4.45 4.69 4.93 5.17 1.19 1.26 1.33 1.43 1.54 1.55 1.59 1.63 1.67 1.71 1.75 1.79 1.83 1.87 1.91 1.96 2.00 2.04 2.08 2.12 2.16 2.20 2.22 2.28 2.33 2.37 2.57 2.78 2.99 3.19 3.40 3.60 3.81 4.02 4.22 4.43 1.13 1.17 1.22 1.28 1.35 1.35 1.39 1.42 1.46 1.49 1.53 1.57 1.60 1.64 1.67 1.71 1.75 1.78 1.82 1.85 1.89 1.93 1.96 2.00 2.03 2.07 2.25 2.43 2.61 2.79 2.97 3.15 3.33 3.51 3.70 3.88 1.07 1.05 1.10 1.07 1.13 1.09 1.16 1.11 1.20 1.13 1.20 1.14 1.23 1.17 1.26 1.20 1.30 1.23 1.33 1.26 1.36 1.29 1.39 1.32 1.42 1.35 1.46 1.38 1.49 1.41 1.52 1.44 1.55 1.47 1.58 1.50 1.62 1.53 1.65 1.56 1.68 1.59 1.71 1.60 1.74 1.65 1.78 1.68 1.81 1.71 1.84 1.74 2.00 1.90 2.16 2.05 2.32 2.20 2.48 2.35 2.64 2.50 2.80 2.66 2.96 2.81 3.12 2.96 3.28 3.11 3.45 3.26 1.02 1.03 1.05 1.06 1.08 1.08 1.11 1.14 1.16 1.19 1.22 1.25 1.28 1.31 1.34 1.37 1.40 1.42 1.45 1.48 1.51 1.54 1.57 1.60 1.63 1.66 1.80 1.94 2.09 2.23 2.38 2.52 2.67 2.81 2.96 3.10 四、露点及露点温度

将不饱和的空气在总压和湿度保持不变（不与水或湿物料接触）的情况下进行冷却，饱和蒸汽压Ps却降低了，因此湿空气相对湿度ψ逐渐增大，（因为ψ＝Pw/Ps），直到ψ＝100％(Pw=Ps)时，湿空气达到饱和状态。而达到饱和状态时的温度，称为该湿空气的露点，用符号td表示。很显然，当空气达到露点时的湿度是饱和湿度，其数值等于该湿空气的湿度x。当空气继续冷却时，其中的部分水蒸汽便会以露珠的形式凝结出来。

设露点时水的饱和蒸汽压是PS，则：

PS?式（49）表明，当总压P一定时，湿空气在露点时的饱和蒸汽压PS仅与空气的湿度x有关，湿度越大，则PS越大，露点越高。PS、td均随x的变化而变化。

见表4。

表4 空气的主要性质 名称 意义 备注 湿气体中单位质量绝干对空气与水蒸汽系统 湿度（x） 气体中所含液体蒸汽的PPx=2918(P?P)?0.622?P?P 质量，kg/kg 在一定总压下，湿气体中蒸汽的分压P与同温??pP?100% 相对湿度（ψ） 度下液体饱和蒸汽压PwS之比的百分数，% 含有1kg绝干气体和其中所含的x（kg）蒸汽的对于空气与水蒸汽系统 比热容（CH） 温度升高1℃所需要的CH=1.01+1.93x 总热量，kJ/（kg绝干气体·℃） 含有1kg绝干气体的湿气体所具有的热量,又称对于空气与水蒸汽系统 焓(I) I=(1.01+1.93x)t+2491x 湿气体的焓,kJ/kg绝干气 用普通温度计测得的湿 干球温度(t) 气体的真实温度, ℃ 绝热增湿过程进行到其对于空气与水蒸汽系统，空气的湿球温度(tw) 空气为水所饱和,达到稳绝热饱和温度等于湿球温度 定状态时的温度, ℃ tas≈tw 在总压和含湿量不变的 露点温度(td) 条件下，将湿气体冷却到饱和时的温度，℃ wwwwwwSx?P（49）

0.622?x

13

单位质量绝干空气中所具有的空气和水蒸汽的比容（?H） 总容积，m3/kg（绝干气体）

对于空气与水蒸汽系统 273?H?(0.773?1.244x)t?273

Ⅲ 湿空气的湿度图

14

一、湿空气的I-x图 1．I-x图介绍

在湿空气（空气和水系统）的I-x图中，数据都是以1kg干空气为基准，为了查图方便，避免许多条线挤在一起，作图时采用了两轴不成正交的斜角坐标系。同时为使读取数据方便，用水平轴来标记湿含量x的数值，纵轴则表示热含量I值。

（1）等热含量线（或称等I线）是平行于斜轴的若干条直线，在每条线上的I值相等，其单位为kＪ/kg（干空气）。

（2）等x线 等x线平行于纵轴，其数值在水平轴上读出，单位为kg（水）/kg（绝干空气）或g（水）/kg（空气）。

（3）等干球温度线（或称等t线）是一组向上的斜线，根据I=1.01t+(1.93t+2492)x的关系绘制的。由此关系式可知，在指定的某一t值，I与x成直线关系，当湿度增加时，它有小的正梯度，因为空气和水蒸汽的热容量随着温度的升高而增加，等温线随着温度的升高而更加倾斜。 （4）等相对湿度线（或称等ψ线）等ψ线在图中相互之间也不平行，当ψ＝100％的等ψ线叫饱和线，当气体的温度超过液体的沸点时，等ψ线变成几乎与纵轴平等的垂直线。位置在本图中曲线终端处，这表明温度继续升高时，ψ值几乎不变。

（5）水蒸汽分压线 在图1的右下角处一组直线，此线反映了水的分压Pw与湿含量x的关系，数值标记在右边纵轴的外轴上，单位是kPa。图3-2为低温I-x图，图3-3为低温I-x图。

图1

2．I-x图的应用

关于湿度图（I-x图）的用法举下面例子说明。

15

例3-2 当空气温度（干球温度）为25℃，相对湿度70%时，确定其它参数。

当t=25℃, ψ=70%时，查I-x图在， t=25℃的等温线与ψ＝70％的相对湿度线交于A点，由A点沿等x线在水平轴查得x＝0.014kg/kg,沿等I线查得I＝61kJ/kg，由A点沿等I线而向下与饱和线（ψ＝100％）相交于a点，再通过a点沿等温线读得tWB=20℃,由A点向下引垂线与饱和线（ψ＝100％）相交于b点，沿等温线读得（露点温度）td=17℃，见图2。

图2空气的I-x图示例

对流干燥中，蒸发1千克水分消耗的空气量也可按表2-7查得，含1千克绝干空气的湿空气的焓值根据表5查得。

表5 含1kg绝干空气的湿空气的焓及湿度（大气压为745mmHg） 100 90 80 70 60 50 t I,kJ/kx,g/kg I ,kJ/kg x,g/kg I ,kJ/x,g/kg I ,kJ/x,g/kg I ,kJ/x,g/kg I ,kJ/x,g/kg g kg kg kg kg -15 -12.5 1.04 -12.7 0.94 -13 0.83 -13 0.73 -14 0.62 -15 0.52 -10 -5.99 1.63 -6.4 1.47 -7 1.30 -7 1.14 -8 0.98 -10 0.82 -5 1.26 2.52 0.62 2.27 0 2.02 -1 1.76 -1 1.51 -5 1.26 0 9.63 3.85 8.62 3.46 8 3.07 7 2.69 6 2.30 0 1.92 5 18 5.51 17.4 4.95 16 4.40 15 3.85 13 3.29 5 2.74 10 29 7.78 27.6 7.00 26 6.21 24 5.43 22 4.65 10 3.87 15 42 10.86 40.0 9.76 37 8.66 34 7.56 31 6.47 15 5.38 20 58 15.00 54.2 13.46 50 11.94 46 10.42 43 8.91 20 7.41 25 77 20.50 71.8 18.39 67 16.29 61 14.21 56 12.14 25 10.08 30 101 27.78 93.7 24.89 86 22.03 79 19.19 72 16.37 30 13.59 35 130 37.37 121 33.43 111 29.54 101 25.70 91 21.90 35 18.14 40 168 49.98 155 44.62 141 39.35 128 34.16 115 29.05 40 24.0 45 217 66.57 198 59.28 180 52.14 162 45.15 144 38.31 45 31.60 50 279 88.42 254 78.47 229 68.79 204 59.38 180 50.21 50 41.29 55 360 117.5 325 103.8 291 90.60 258 77.86 226 65.57 55 53.70 60 468 156.6 419 137.5 372 119.3 327 102.0 283 85.44 60 69.61 65 615 210.3 545 183.1 479 157.7 416 133.8 357 111.3 65 89.95 16

Ψ 70 821 286.0 718 75 1122 3997.3 963 80 1592 571.3 1329 85 2406 874.6 1922 90 4107 1509.0 3014 95 9714 3602 5632 99.4 ∞ ∞ 15533 100 ∞ ∞ 15525 110 ∞ ∞ 15600 120 ∞ ∞ 15680 130 ∞ ∞ 15764 140 ∞ ∞ 15860 150 ∞ ∞ 15952 160 ∞ ∞ 16044 170 ∞ ∞ 16140 180 ∞ ∞ 16241 190 ∞ ∞ 16342 200 ∞ ∞ 16450 210 ∞ ∞ 16555 220 ∞ ∞ 16660 230 ∞ ∞ 16773 240 ∞ ∞ 16882 250 ∞ ∞ 16995 260 ∞ ∞ 17104 270 ∞ ∞ 17217 280 ∞ ∞ 17334 290 ∞ ∞ 17443 300 ∞ ∞ 17560 350 ∞ ∞ 18151 400 ∞ ∞ 18754 450 ∞ ∞ 19373 500 ∞ ∞ 20005 550 ∞ ∞ 20650 600 ∞ ∞ 21312 650 ∞ ∞ 21978 700 ∞ ∞ 22660 750 ∞ ∞ 23355 800 ∞ ∞ 24059 246.2 336.4 471.6 691.7 1097 2072 5761 5754 5737 5721 5706 5695 5685 5674 5666 5658 5652 5647 5641 5636 5633 5628 5625 5621 5619 5617 5613 5611 5603 5597 5594 5591 5589 5588 5587 5586 5585 5585 622 820 1105 1541 2271 3710 6950 6950 6988 7034 7076 7122 7168 7218 7269 7319 7369 7419 7474 7528 7583 7637 7692 7746 7805 7859 7918 7976 8265 8562 8868 9178 9496 9823 10149 10484 10823 11171 209.7 282.2 387.1 548.2 818.2 1352 2556 2554 2546 2540 2534 2529 2524 2520 2517 2514 2511 2508 2506 2504 2502 2501 2499 2498 2497 2495 2495 2493 2490 2487 2486 2485 2484 2483 2483 2483 2482 2482 533 693 913 1235 1733 2593 4092 4092 4120 4149 4179 4212 4241 4275 4308 4342 4375 4413 4447 4484 4518 4555 4593 4631 4664 4702 4740 4777 4970 5167 5368 5573 5778 5992 6205 6427 6649 6875 176.1 233.8 314.5 432.7 616.3 934.3 1489 1488 1483 1480 1476 1474 1471 1469 1467 1465 1464 1462 1461 1460 1459 1458 1457 1457 1456 1455 1455 1454 1452 1451 1450 1449 1449 1449 1448 1448 1448 1448 452 577 747 983 1326 1864 2663 2664 2686 2708 2732 2755 2780 2805 2830 2856 2882 2908 2934 2961 2988 3015 3043 3070 3098 3126 3154 3182 3324 3469 3617 3767 3920 4076 4233 4371 4560 4723 145.2 190.3 251.6 337.8 463.6 661.3 955.6 955.1 952.4 950.2 948.2 946.5 945.0 943.7 942.5 941.5 940.5 939.7 938.9 938.3 937.7 937.1 936.6 936.2 935.8 935.4 935.0 934.7 933.5 932.7 932.1 931.7 931.4 931.2 931.1 931.0 930.9 930.9 70 75 80 85 90 95 100 100 111 121 131 141 151 162 172 182 192 203 213 223 234 244 254 265 275 286 296 306 359 412 465 519 574 630 686 742 800 857 116.3 151.0 196.5 258.3 344.1 469.1 636.1 635.8 634.1 632.7 631.5 630.4 629.5 628.6 627.9 627.3 626.7 626.1 625.7 625.3 624.9 624.5 624.2 623.9 623.7 623.4 623.2 623.0 622.2 621.7 621.4 621.1 620.9 620.8 620.7 620.6 620.6 620.6 续表 Ψ t -15 -10 -5 0 5

40 30 20 10 5 0 I,kJ/kg x,g/kg I ,kJ/kg x,g/kg I ,kJ/kg x,g/kg I ,kJ/kg x,g/kg I ,kJ/kg x,g/kg I ,kJ/kg x,g/kg -14 0.42 -14 0.31 -15 0.21 -15 0.10 -15 0.05 -15 0.00 -8 0.65 -9 0.49 -9 0.33 -10 0.16 -10 0.08 -10 0.00 -3 1.01 -3 0.75 -4 0.50 -6 0.25 -5 0.13 -5 0.00 4 1.53 3 1.15 2 0.77 1 0.38 0 0.19 0 0.00 11 2.19 9 1.64 8 1.09 6 0.55 6 0.27 5 0.00 17

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 99.4 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 18 26 35 46 58 72 89 110 135 165 203 249 307 379 472 593 752 970 1236 1237 1253 1269 1285 1302 1318 1335 1352 1370 1387 1404 1422 1439 1457 1475 1493 1511 1530 1548 1566 1584 1676 1771 1866 1963 2061 2162 2263 2366 2471 2576 3.09 4.30 5.91 8.04 10.82 14.43 19.07 25.03 32.60 42.24 54.48 70.02 89.83 115.2 148.0 190.9 248.1 326.6 423.4 423.2 422.2 421.3 420.5 419.9 419.3 418.8 418.3 417.9 417.6 417.2 416.9 416.7 416.4 416.2 416.0 415.8 415.7 415.5 415.4 415.3 414.8 414.4 414.2 414.1 413.9 413.9 413.8 413.8 413.7 413.7 16 23 31 40 51 63 77 93 113 136 165 199 241 293 358 439 542 676 830 830 844 858 873 887 901 916 930 945 960 975 990 1005 1020 1035 1051 1066 1081 1097 1112 1128 1206 1285 1366 1447 1530 1615 1700 1786 1874 1962 2.31 3.22 4.42 6.01 8.08 10.76 14.20 18.58 24.13 31.15 39.98 51.08 65.03 82.60 104.8 133.1 169.3 216.7 271.7 271.7 271.0 270.5 270.1 269.7 269.3 269.0 268.7 268.5 268.3 268.1 267.9 267.7 267.6 267.5 267.4 267.2 267.1 267.1 267.0 266.9 266.6 266.4 266.3 266.2 266.1 266.0 266.0 266.0 266.0 266.0 14 20 28 35 44 53 64 77 91 108 128 152 181 216 256 306 367 443 525 526 538 551 563 576 588 601 614 627 640 653 666 679 692 706 719 732 745 759 772 785 853 922 991 1061 1132 1204 1277 1351 1427 1502 1.54 2.14 2.94 3.99 5.36 7.13 9.40 12.27 15.88 20.43 26.10 33.15 41.90 52.74 66.15 82.83 103.5 129.5 158.1 158.2 157.9 157.6 157.4 157.2 157.0 156.8 156.7 156.5 156.4 156.3 156.2 156.1 156.0 156.0 155.9 155.8 155.8 155.7 155.7 155.7 155.5 155.4 155.3 155.3 155.2 155.2 155.2 155.2 155.1 155.1 12 18 24 30 37 44 52 61 70 81 94 108 124 142 164 189 218 253 289 289 300 312 323 334 346 357 368 380 391 403 414 426 438 449 461 472 484 496 507 519 579 639 699 760 822 885 949 1013 1078 1144 0.77 1.07 1.47 1.99 2.67 3.55 4.66 6.07 7.84 10.05 12.78 16.14 20.27 25.30 31.41 38.84 47.81 58.68 70.23 70.22 70.09 69.97 69.87 69.78 69.71 69.64 69.58 69.52 69.48 69.43 69.39 69.36 69.33 69.30 69.27 69.25 69.23 69.20 69.19 69.17 69.10 69.06 69.03 69.00 68.99 68.98 68.97 68.96 68.96 68.95 11 16 22 28 33 40 46 53 60 68 77 86 97 108 121 135 152 171 189 190 201 211 222 233 243 254 265 276 287 297 308 319 330 341 352 363 374 385 396 407 463 519 576 633 692 751 810 870 932 993 0.38 0.53 0.73 0.99 1.33 1.77 2.32 3.02 3.90 4.98 6.33 7.97 9.97 12.40 15.32 18.83 23.02 28.02 33.24 33.24 33.18 33.13 33.08 33.04 33.01 32.97 32.95 32.92 32.90 32.88 32.86 32.35 32.83 32.82 32.81 32.80 32.79 32.78 32.77 32.76 32.73 32.71 32.70 32.68 32.68 32.67 32.67 32.67 32.66 32.66 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 100 111 121 131 141 151 162 172 182 192 203 213 223 234 244 254 265 275 286 296 306 359 412 465 519 574 630 686 742 800 857 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

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Ⅳ 干燥设备的应用

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一、对流传热干燥设备的适用范围 ⑴箱式干燥器

是最老的干燥设备之一。物料置于料盘中，料盘摆在架车上逐层逐排放入。用蒸汽或电作为热源，箱内热空气可循环及部分排放，以使物料干燥较均匀。虽热效率低，但仍在大量的使用，也在继续制造。原因是结构简单，操作技术要求不高。但许多物料干燥时须翻盘、翻料，热敏性物料常易变色，亦不适用于带溶剂物料的干燥。由于物料堆积，其内层传热、传质差，因而干燥速率低。 ⑵隧道式干燥器

系将料盘分置于特制小车上，小车可间歇进、出隧道，提高热效率以增加产量。其他结构与箱式干燥器相似，在许多书中将其与箱式干燥器分为一类。 ⑶网带式干燥机

网带式干燥机亦称带式干燥机。可用于干燥玉米、谷物、蔬菜等。此机装有不锈钢丝网制的传送带，物料随带移动，可分段加热。该装置以每段1.8～2m长为一单元，最长可连接至40m，每小时处理量可高达4吨。恒率干燥阶段热空气温度可达130℃，排气相对湿度可达85%。 ⑷多层涡轮干燥机

其结构为一立式圆筒，内设有若干层转盘，物料可由顶部加入，逐层落下至底部放出。热空气自底部引入，由设于圆筒中心的数个鼓风涡轮分段循环空气，并于器内壁相应高度设加热器，以补充空气的热量，提高热效率及干燥速率。但该设备不易清洗，对多品种生产及要求洁净的物料较难适应。 ⑸回转（或转窑式）干燥机

干燥机为略带倾斜的水平圆筒，物料与热空气对流经过干燥机，是一种出现较早的机型。虽然结构比较简单，但热效率高，允许高温操作，生产能力大。现矿山或无机化工行业应用仍较多。多年来，对筒内扬料板（抄板）结构的改进，增设供热管和内套筒等，都使这种干燥机的性能不断提高，应用范围仍在扩大。多层圆筒干燥机已成功用于农产品的干燥上。 ⑹气流干燥器

物料与热空气并流运动，使之受热干燥。为使气流与颗粒物料有较高相对速度，提高传热传质速率，在直管基础上增加了变径，制成脉冲气流干燥器，干燥效率较直管气流干燥器要高一些。此外还有将干燥空间制成夹套圆筒，于筒上部切线进热空气及物料，中心管导出的旋风气流干燥器，以在干燥过程中持续加热空气及物料。现在有不少延长物料停留时间的改进，如涡旋式、套管式等。这类干燥器主要适应散粒、带表面水分物料的干燥。 ⑺喷雾干燥器

将料液或悬浮液经雾化后，直接用热空气使液滴中水分蒸发获得粉粒状产品的装置。按雾化方法分类，又可分为离心式喷雾干燥器、压力式喷雾干燥器、气流式喷雾干燥器等几种基本型式。干燥室设计中，热空气的引入方式对干燥过程的影响很大。另外，进口热空气的温度与热效率有很大关系，温度越高，

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热效率也越高。 ⑻闪蒸干燥机

装置系于倒锥形底部进热空气，并设搅拌装置，使落下的滤饼受强烈搅拌而分散。干燥后细粉则可随气流送至旋风分离器或袋式除尘器收集。适应处理可分散滤饼或有一定黏度的物料。由于是底部狭缝进风，因此系统阻力较大。 ⑼强化气流干燥机

强化气流干燥机亦称粉碎气流干燥机。其原理大致与闪蒸干燥机相同，锥底部系切线进风，干燥室中部加料，底部设搅拌器，可不断打散滤饼或略带黏性的颗粒。较细的颗粒随气流向上运动，通过器顶的缩口与尾气一同排出。最大产量可达8t/h，已广泛应用于滤饼状物料的干燥。与闪蒸干燥机的区别主要在于底部结构及进风型式，底部有锥形结构。适应物料的黏度比闪蒸干燥器稍差一些。

⑽流化床干燥器

利用气流在对被干燥物料颗粒群的临界速度与带出速度之间作用时，使颗粒形成流化运动，从而加强两者的传热与传质，常用于精细化工及医药产品的干燥。

⑾振动流化床干燥机

此装置系对流化床干燥机增设使机体振动的振动源。由于可以降低操作气速，特别对粒度分布不均的物料，可使干燥速率及热效率均有提高，现已大量应用。

⑿惰性粒子流化床干燥器

在流化床干燥器中预先放入惰性粒子，使之流化并加热。然后喷入料液，先以惰性粒子为载体，附于表面。经干燥并因粒子流化时的撞击，而使干物料呈粉状剥落随气流逸出，再由旋风分离器或袋式过滤器捕集获得干燥产品。可以将溶液，悬浮液或浆液直接干燥成粉。 ⒀喷动床干燥器

利用底部中心射入的气流，使圆筒内中心物料随气流向上移动，在离开料面时仍有上喷作用，而周围颗粒则相对向下移动，形成规则的循环运动，此类干燥装置常用于谷物干燥。其中心进气速度较高，可以对结团物料有一定的撕裂、分散作用。也可随气流同时喷入溶液作为颗粒包衣或造粒装置，喷动床的改进型多用于制药行业的制粒、包衣等操作。 ⒁喷雾流化造粒干燥器

将细粉状物料先置于流化床中，在流化时喷入料液，并散布于初置细粉的表面使之逐步干燥。雾滴与粉料的黏结逐步增大颗粒至所需粒径，这种装置在化肥工业中如氯化铵、尿素造粒生产中已工业化应用。 二、传导传热干燥设备的适用范围

传导传热中，由夹套、搅拌、传热管等将热量供给被干燥物料，用热媒而不用热空气。代表性的设备是桨叶干燥机、夹套和内置加热管回转干燥机、转鼓干燥机、耙式干燥机、真空带式干燥机、真空冷冻干燥机等。在对流干燥设

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备中，恒速干燥时期的温度相当于湿球温度。而在传导传热干燥中，需要人为地创造加热面，使传热面积小而传热系数增加。这样，结构就比较复杂，设备投资较高。

真空干燥的操作费用昂贵，只是物料必须要在低温或缺氧状态下干燥时，或物料在加热介质和高温下干燥会变质时，才推荐用真空干燥。如果物料允许，采用高温操作更有效，这样可以降低气体流速，减小设备体积。对于低温干燥操作，可以选择适当的低温废热或太阳能作为热源，但干燥机的体积比较大。

冷冻干燥是真空条件下干燥的一个特例。尽管升华所需要的热量比蒸发低几倍，但其它方面的动力消耗较大，故真空干燥费用还是昂贵的。

传导干燥法通过金属等界面间接传递干燥所需要的热量，干燥速率比对流干燥法低。恒速干燥期间产品温度与加热源的温度没有关系，大体与装置内气体压力的饱和温度相同。为了提高干燥速率和防止干燥不均，通常用机械搅拌或使容器本身旋转，以增加或不断更新物料的传热面。因此有必要深入研究传热机构的附着问题。干燥装置本身价格昂贵，但其特点是集尘系统的负荷小，热效率高，溶剂容易回收，总的费用比对流干燥法便宜得多。 ⑴真空干燥机

真空干燥就是在真空条件下加热物料或给物料施加一定的能量，使水分内部扩散、内部蒸发、升华、表面蒸发，从而进行低温低压干燥的工艺。具有加热温度低、抗氧化性能好，产品含水率均匀，质量优良、工艺容易控制、应用广泛等优点。 ⑵转鼓干燥机

转鼓干燥机又称附着干燥机、薄膜干燥机。主要结构为内部加热的水平转鼓，浆状物料以多种方式布于转鼓上，旋转时借鼓壁的加热将分布其上的料液边转动边干燥，干物料被刮刀铲下。其热效率较高，也可在真空下操作，对不易破坏的、可重溶的物料比较适宜。这种方法是使溶液、泥浆状或糊状物料附着在加热的滚筒上进行干燥。加热时间短，热效率高，连续工作，适合中等以下的处理量。 ⑶冷冻干燥机

将料液先冷却冻结，随后减压使冰升华而获得干物料。由于整个过程在冰点以下进行，常用于热敏物料的干燥。因真空下对冻结物料的给热比较困难，以及在减压下冷凝升华的水蒸汽需要较大的制冷系统，因此干燥费用较高。冷冻高热敏性物料中的水分，并将在高真空下保持到冰点以下温度，使水分升华而与物料分离。物料中有效成分损失少，但干燥速率低。多用于生物制品、人体器官的干燥。

⑷（真空）箱式干燥器

由于减压以后，物料所含挥发物的蒸发温度可以降低，适用于各种热敏性、氧敏性物料的干燥。此装置常为圆筒或其他可承真空操作的外壳，内以电热或热水、导热油通过加热板或加热管进行供热，适用于小批量间歇生产。 ⑸双锥形回转（真空）干燥机

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其器身略如橄榄状，两端有盖，中间设两轴以支承器身。器身有夹套以通入加热介质，操作时器身可回转，使物料与器壁经常更换接触界面，克服了热效率低的缺点。回转真空干燥机在精细化工、医药等方面已应用较广，对黏度大或在回转过程中附着性强的物料不适用。 （6）盘式干燥机

盘式干燥机又名多层圆盘干燥机，系一种多层圆盘，转耙搅拌，竖型连续干燥装置，属传导干燥为主的接触干燥机类。这种干燥过程就是将载热体通入固定的多层空心圆盘内，藉助传导间接加热金属盘面上所接触的湿物料，并在类似铧犁形耙叶的机械搅拌作用下，使不断向前翻滚移动的物料内的水分处于操作状态时的沸点下进行蒸发气化，蒸汽从排湿口离开设备，从而在底部得到合格的干燥成品。 （7）耙式干燥机

耙式干燥机是一种以传导传热为主的干燥机，热量主要来自带夹套的内筒壁面的热传导。物料不直接与加热介质接触，适用于干燥少量的、热敏性和氧敏性的泥状、膏状物料，含水率范围为15%~90%。干燥机内水平耙式搅拌器的叶片由铸铁或钢材制成，安装在方形或圆形轴上，一半叶片方向向左，另一半向右。轴的转速为7~8r/min，它是由带减速箱的电机带动。同时采用自动转向装置，使主轴的转动在每隔5~8min改变一次搅拌器的转动方向。 （8）桨叶干燥机

此设备的核心是两根空心轴和焊在轴上的空心搅拌桨叶。桨叶形状为楔形的空心半圆形，可以通入加热介质。除了起搅拌作用外，也是设备的传热体。桨叶的两主要传热侧面成斜面，因此当物料与斜面接触时，随着叶片的旋转，颗粒很快就从斜面滑开，使传热表面不断更新，强化了传热。在桨叶的三角形底部设有刮板，以将沉积于壳底的物料刮起，防止产生死角。 三、辐射传热干燥设备的适用范围

辐射干燥机主要有远红外干燥机、高频干燥机、超声波干燥机等。

各种电磁辐射源波长在太阳光谱到微波范围内，太阳光辐射只能穿透物料的表面。根据太阳辐射的波长，物料只能够吸收一部分入辐射。在粉粒包衣、片状、胶膜等物料的干燥中常使用红外线辐射。尽管大多数潮湿物料在50～60Hz频率的电流中是不良导体，但在高频中阻抗会急剧下降。这种辐射可以用来加热颗粒，减少对内部传热的阻力。吸收的能量由水分子来选择，物料的干燥过程达到节能作用。但因这种干燥方式运行费用高，所以只有贵重物料才可采用。

微波干燥近年来也得到了越来越多的应用，它是用微波作为电磁波直接进入导电体内，使物料中的极性分子和极性基团振动回转，经分子间的内部摩擦，在内部产生热量使水分逸出表面，达到干燥的目的。这是由电能转变为热能的过程，热效率可达到60%～70%。纯粹用微波干燥运转成本很高，但在减速干燥期间，当水分很难用热空气干燥和传导传热除去时，微波干燥可以作为辅助手段提高干燥速率。在冷冻干燥中，残留的冰也可以用微波干燥法除去。 ⑴远红外干燥机

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用电能产生的红外线，就会产生从表面向内部吸收渗透的效果。因此干燥速率较高，热效率也较高。但其性质与光相同，所以照射时不能留有阴影。 ⑵高频干燥机

物料置于高频高电压的电场时就会随着水分子运动在物料内部产生均匀摩擦热。这种方法适用于厚板及导热性能差的物料的干燥，主要用于木材加工业。 ⑶超声波干燥机

以适当频率的声波撞击物料，随着激烈的分子运动使空穴作用得以充分发挥，加快了干燥速率，适用于不耐热物料的干燥。 四、组合干燥设备的适用范围

组合式干燥系统使用也越来越广泛。如喷雾干燥器和振动流化床干燥机的组合，耙式干燥机和振动流化床干燥机相结合，回转搅拌干燥机、传导搅拌干燥机、气流干燥器和流化床干燥器相结合等，目的是使产品获得较低的含水率。用喷雾干燥器一次可以获得1%～3%水分含量的产品，如要求水分含量在0.3%以下，尾气温度往往需要120℃以上，热能的损失很大。同样，如对水分有进一步要求，水分含量低于0.1%，则尾气温度要求在130℃以上。为了节省热能，在设计上，一般用90℃尾气温度的喷雾干燥器，使水分达到2%，热回收产生的60℃热空气可以用于串联的卧式流化床干燥器，最终水分可以达到0. 1%以下，热能可以节约20%。 五、干燥设备的生产能力

干燥设备受其结构的限制，加之传热方式的影响，生产能力有一定差异。各种干燥设备的性能指标见表6、表7。

表6 干燥设备的生产能力（对流式） 容积传热系数, 蒸发强度， 单耗， 停留时间， 型式 s W/(m3·℃) kg/（m3·h） kJ/kg（水） 回转干燥机 100～200 15～35 4600～9200 10～40min 管束干燥机 0．5～2h 100120 直管气流干燥机 2000～6000 1～5s 流化床干燥器 2000～6000 4000～6000 1～20min 20 压力喷雾干燥器 2～15 4500～11500 5～30s 80 离心喷雾干燥器 2～20 4500～11500 5～30s 80 气流喷雾干燥器 2～20（铬4500～11500 5～20s 黄） 穿流回转干燥机 300～1500 通风立式干燥机 5000～13000 隧道干燥器 200～350 2．2 5500～6000 几小时 带式干燥机 40～80 4000～6000 通风带式干燥机 700～2000 0．5～2 箱式干燥器 200～300 穿流箱式干燥器 3000～8000

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强化气流干燥机 100～140 旋风气流干燥器 2．5～3 旋转闪蒸干燥机 100～120 4500～900 真空箱式干燥器 1000～3000 10～15 笼形粉碎气流干燥机 4000～14000 680～1000 强化气流干燥机 22500 辐射干燥器 喷动床干燥器 70～120 真空耙式干燥机 5～7 喷浆造粒干燥机 300～1900 平行带式干燥机 50～90W/（m2·K） 表7 干燥设备的生产能力（传导式） 面积蒸发水单耗, 面积传热系数, kJ/kg型式 量, W/（m2· h·℃） kg/(m2· h) （水） 桨叶干燥机 290～8～15 3600～5000 1250kJ/(m2·℃) 转鼓干燥机 450～600 15～30直接3200～6500 耐晒蓝 螺旋管干燥机 600～2000kJ/23聚乙烯 （m2·℃） 盘式干燥机 60～110W/ 7～25 （m2·℃） 搅拌流化床干燥器 80～100树脂 惰性粒子干燥器 300～400铁黄 回转真空干燥机 20～100 8 PVC 内热管流化床干燥器 150～300W/(m2·K) 多滚筒干燥机 3300～9000 10～25 管束干燥机 35～70 内热管流化床干燥机 250～600kJ/(m2·℃) 耙式干燥机 15～80W/(m2·℃) 振动流化床干燥机 17～134 搅拌流化床干燥器 72～240 kW/(m3·℃)

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10～20s 10～20s 10～20s 停留时间, s 可控 10～30s 3～5 0．5～2h 1～20min 10～40min 0．5～2 5～30min 10～40min

箱式干燥器 注：1W=0.86kcal/h 1～24h

Ⅴ 干燥方案的确定因素

一、确定干燥装置设计方案的要点

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选择干燥装置时必须研究以下各项： 1．物料的特性 2．产品质量

3．设备的运转方式 4．产品的回收 5．设备安装地点 6．装置经费

二、干燥设备的运转连续性

选择连续式操作的根据主要有以下几点： （1）前后工艺为连续时。

（2）同一种物料、同样数量时，选用连续式有利于提高热效率。

（3）连续式为了不使水分蒸发出现高峰值而将水分蒸发平均于附属设备，因此水分蒸发的峰值比间歇式小而且工作效率高。

（4）连续式干燥时间短，既使前后工艺分别进行也还是选用连续式工作方式。 三、干燥设备的运转间歇性

使用间歇式干燥设备的理由有如下几点：

（1）前后工艺不能连续，只有干燥工艺可以连续时，也不能采用连续式干燥机。 （2）数量少，品种多时，最好采用间歇式干燥机。 （3）几乎不允许有水分误差时应选用间歇式干燥机。

（4）物料的供给、取出、装置内输送等操作困难时，最好采用间歇式干燥机。 （5）由于该装置结构简单，因此故障少且价格便宜。

（6）虽然适合大批量生产，但物料的干燥时间特别长时，也不利于采用连续式干燥机。

（7）干燥时间长时，干燥过程中可以进行其它操作，因此能提高工作效率。

设备的运转方式及适应的物料见表8。部分干燥设备在不同操作温度下的热效率见表9。

表8 干燥装置选型参考一览表 适用干燥设备 物料状态 原料举例 连续大量 连续少量 少量间歇 牛奶、咖啡、调味料、异构化糖、中药、转鼓式 有机酸盐、植喷雾式 用流动介质 真空冷冻式 液态及泥浆物萃取物、洗流化床（利喷雾干燥机 立式圆盘（带真状物料 涤剂、陶瓷、质） 真空传送带空） 金属氧化物式 （浆料）、氮化硅、铁酸盐、医药品、

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泥膏状及饼状物料 块状物料 粒状物料 粉状物料 片状及纤维状物料 特定形状及特定大小的物料

抗生素 淀粉、黏土、气流式 槽型搅拌式 染料、颜料、吸水性聚合通风传送带（带成型机） 物 金属氢氧化物（沉降泥带搅拌的旋转式 浆）、各种污泥 旋转式 煤、矿石、焦通风旋转式 炭、膨润土、通风立式 洞道式 化肥 内置热管旋转式 食用米、食用流化床 麦、稻壳、各通风传送带种粉状食品、式 槽型搅拌式 面包粉、无机通风旋转式 圆筒搅拌式 结晶、有机结带加热管旋圆盘组合式 晶、化肥、粒转式 状活性炭、宠旋转式 物食粮 面粉、粉末树槽型搅拌式 气流式 脂、粉状活性圆筒搅拌式流化床 炭、结晶盐、流化床 传导加热流碳酸钙、赖氨圆盘组合式化床 酸 （传导） 压扁大豆、快旋转式 餐食品、茶通风传送带通风传送带叶、烟叶、式 式 CMC（羧甲基带加热管旋圆筒搅拌式 纤维素）、海转式 圆盘组合式 藻酸钠、牧振动流化床 草、木炭 陶瓷制品、绝台车隧道式 缘子、胶合窗口悬挂式 板、石棉瓦、通风传送带皮革、干鱼等式（拉面） 各种风味食28

各种传导加热及搅拌通风箱式 箱式 各种传导传热搅拌式 各种传导传热搅拌式 通风箱式 各种传导传热搅拌式 棚式平行对流 品、蘑菇、拉面 织物、纸、印圆筒组合成 单一或多个 薄片状物料 画纸 喷射流动式 圆筒式 喷射流动式 涂膜 化妆板、车身 红外线 红外线 表9 热气不循环的场合热效率 热源温度，℃ 热效率 600℃以50℃ 80℃ 100℃ 200℃ 400℃ 机型 上 平行流动干15~30 20~40 30~45 燥机 通风传送干20~45 30~50 40~55 45~60 燥机 流化床干燥30~50 35~60 40~65 50~65 55~70 器 30~50 35~55 40~60 50~70 气流干燥器 旋转(热风) 35~55 40~60 50~70 65~75 干燥器 20~40 30~50 40~60 45~65 喷雾干燥器 45~65 50~70 50~80 传导干燥机 40~60 25~45 30~50 40~60 辐射干燥机

四、干燥设备的实施与放大

设计前应研究被干燥物料在干燥前后的状态及干燥过程中的状态变化。粒子的凝聚性虽然很难预见，但可以由小型干燥器的实验来预测。以黏附性为例，可以由小型设备中了解到其黏附特性，是在湿料时容易黏附，还是出料时容易黏附，是在粒子成长过程中黏附还是停止成长后发生黏附。设备材质与黏附的关系等等。由小型实验机可以了解到能否达到完成工艺要求的目的，物料在干燥过程中的注意事项，能否控制物料干燥后的水分变化，干燥时间的推算。放大过程中需要考虑的因素很多，如搅拌的设备转速变化对干燥过程的影响，处理量和装置最佳容量的关系等。在设计时，也应予以考虑。

干燥器的进料和出料也有很多技术问题，很多方面还是要凭借实践经验加以解决。

在干燥工艺设计中，往往把干燥设备和其他工艺设备联结在一起，其特点是：

⑴可以防止在出料、加料过程中产生交叉污染。 ⑵ 损失热量较少；

⑶ 设计和安装比较紧凑；

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⑷全系统实现自动化； ⑸节省劳动力。 但相应的缺点是： ⑴ 结构比较复杂；

⑵ 操作条件比较严格； ⑶ 耗能有时比较多； ⑷ 洗涤比较困难。

作为单元设备，干燥设备还常与混合、造粒、包装、粉碎、分级等设备串联在同一流程中。

Ⅵ一、 设计方案的确定依据

干燥工程技术

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1． 物料的性质

一般使用者应该提供如下信息： （1） 物料在干燥前的状态 （2） 表面张力 （3） 物料黏度 （4） 热流动性 （5）触变性

（6） 溶剂（水分）的种类 （7） 化学特征

（8）物料状态

（9）水分的存在形式 （10）物料的热敏温度 2．设备安装地自然条件

主要涉及以下内容： （1） 安装地的年平均温度 （2） 安装地的年平均相对湿度 （3） 干燥设备安装地点 3．产品要求

主要包括以下几个方面： （1） 生产能力

（2） 产品的残余水分 （3） 产品的粒度及分布 （4） 产品密度 （5） 产品的收率 （6） 产品的吸湿性 （7） 卫生要求 4．环境保护

（1） 设备的振动 （2） 噪声

（3） 气体排放要求 （4）废水的处理

二、基础数据的求取

1. 实验型干燥设备的设计要求 主要应注意以下几个方面：

（1）在结构中关键部件要有可调性，应能灵活改变操作参数以满足不同物料实

验条件的需要。

（2） 控制点必须完备。如风量、风压、系统不同位置的阻力变化。工作参数

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的控制，如进料量、出料速率等。气体的进出口温度、干燥空气用量、干燥室风速、进料温度、产品温度等。这些测试点所获取的数据都是大型化设计的重要依据。

（3） 设备的制造和安装中应注意表面光洁度，系统要易于清洗，除为不同的实验而更换必要的部件提供方便外，还要配备各种测试仪器或设备。如测试物料的含固率、密度、黏度、表面张力，测试粉体的粒度及分布、堆密度、水分等。经过对实验和所得样品的测试，为工业化设计提供必备的基础数据。 2．实验目的

通过实验确定出下列参数。 （1）物料允许的最高含固率 （2） 物料的起泡性

（3） 确定物料的耐热温度 （4） 确定尾气出口温度

（5） 分析物料干燥的难易程度 （6） 产品质量分析

（7） 确定工艺流程中必要的辅助设备 （8） 确定热源种类

（9） 对工业化装置的技术预测 3. 实验结果的分析及判断

首先对物料的性质及产品要求应有一个基本判断，对该物料工业化中所需要的最佳干燥设备型式以及系统配备应有初步的构想，然后在相同型式干燥设备中进行实验。

三、 干燥装置的设计程序 1. 初步方案的技术经济评价 2. 设计步骤

（1）设计参数的确定

设计参数主要来自三个方面 ①用户提出的设计要求； ②实验获得的基础数据；

③参考相似或相近物料的数据。

根据直接或间接得到的数据，编写详细的设计任务书，作为总的设计资料。 （2）系统方案的确定 （3）工艺设计 （4）设备的结构设计

3. 干燥设备的优化设计 4.干燥过程的分析计算方法 四、系统设计方案的确定 1. 热源及燃料的选择

关于热源的确定要满足如下条件：

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① 满足安全规范； ② 满足产品指标要求； ③ 经济易得；

④ 满足环保要求。 2. 系统特性及适用范围 （1）开式系统

（2）闭式循环系统 （3）半闭式循环系统 （4）自惰式循环系统 （5）多级干燥系统

表10 干燥流程布置及应用 湿加热型流程形式 干燥介质 主要应用范围 分 式 含尘尾气允许排开式系统 空气 水 间接 入大气 间接（液蒸发、溶剂回收、非闭式系统 惰性气体 体或气防止着火、爆炸、水 体换热） 产生公害 半闭式 被干燥物料不接标准型系空气 水 间接 触燃烧气体，防统 止污染大气 半闭式循水产品有爆炸特环 或低氧空气 直接 征，除去尾气中自惰式系非有异味粉尘 统 水 多级组合降低能量消耗，空气 直接 干燥系统 减少生产成本 3. 系统压力的选择 4.分离方式的选择

一般在下列情况下可采用袋式除尘系统： ① 不经常更换品种。

② 尾气温度不超过120℃。 ③ 干燥过程无燃烧危险。 ④ 粉体不易吸湿。 ⑤ 粉体不带静电。

采用湿式除尘系统主要有下例几种情况： ① 用干式除尘不合适的物料。 ② 产品在水中不易起泡。

③ 用水捕集后产品可以重新回收。

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④ 物料在热水中长时间存放不变质。 ⑤ 粉尘在水中不造成二次污染。 5.控制方式

五、 干燥设备耗能、安全和噪声的控制

以下可能遇到的情况： ①爆破口清洁问题。

②再循环灰尘堵塞热风炉表面或造成直接燃烧装置事故。

③热膨胀接合点或熄火装置可以引起产品变质，容易引起火灾。

④对干燥设备来说应尽量避免产生大的压降，否则会增加风机的噪音。

六、干燥设备的异常情况分析 （一）、序言

干燥工程技术中，工艺设计及结构设计要先行开展，这里所说的工艺设计，不是通常意义上的工艺计算，即所谓的物料及热量衡算。而是针对不同的物料进行工艺流程设计及设备的结构设计，使所设计的装置最大限度地满足待干燥物料的物料特性及产品要求。

由于化工产品的多样性及理化性质的复杂性，给干燥工艺及设备的设计带来很多难题。众所周知，干燥设备基本属于非标准设备，就是干燥设备必须服从于物料，因此干燥行业也属于被选择的行业。然而在许多情况下，干燥技术人员又不可能对所干燥的物料了解十分透彻，这就给干燥工艺及设备的设计带来许多难题。因此，干燥技术人员要从看视毫无规律的物料中寻找出规律以更好地进行工程设计。

对于一种物料，有下列几种情况：①用过同型式设备；②用户曾经用过其它干燥设备干燥；③设备企业有此物料的干燥经验；④同行业中有干燥实例；⑤资料曾有介绍；⑥无干燥先例。

许多化工物料的性能及产品标准干燥设备企业并不了解。在与用户交流时，一般要了解下列情况：①物料的特性。如物料含水率、粘度、热敏性等；②干燥情况。此物料有无干燥先例，如果用同样设备干燥过，干燥条件如何，有无异常情况，是否发现不合理的设计问题；③产品标准。如外观、含水率、粒度、密度、溶水性以及行业内的特殊指标。要对这些指标进行充分的分析和技术预测，甚至补充必要的试验，这样可以提高装置的成功率。

在流程设计中通常采取下列方案：①如果对粒度无要求，尽量设计破碎装置以提高传热和传质表面积；

②要求产品含水率低于0.5%以下的物料尽量采用二级干燥； ③通常情况下，采用对流加传导的干燥器结构会节省更多的能量。

如闪蒸干燥机的热风室设计，内热管流化床，旋风气流干燥机，通风式桨叶干燥机或二级干燥机等。

七、干燥工程中的招投标 1、招标

招标方可采取下列措施： （1）招标前准备

对将处理的物料要有详细的指标，如物料的理化特性、允许温度、热影响、密度、爆炸性、毒性、物料的状态、水分、形状、黏性、流动性、极限水分、所含湿分性质、产品含水量、物料的流动、工作方式、粉尘产生量、回收方法及再处理方法、工作环境等。多数投标方都有技术问卷，应详细填写。 （2） 聘请干燥专家

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前已述及，干燥设备所含内容极其复杂，非专业技术人员在短时内完全掌握有一定困难。如果条件允许，招标方最好能聘请干燥专家为工程顾问，帮助把关。专业人员对投标的内容有更深刻的理解，特别进入议标程序后干燥专家的作用更加重要。 2、投标 （1） 技术准备 （2） 标书的写法 （3） 议标

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