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1、化工原理电子教案/目录,1,目录,第十三章 干燥 第一节 概述 第二节 湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质 二、湿度图 三、湿度图的应用 第三节 干燥过程的计算 一、湿物料中含水率的表示方法 二、物料衡算 三、热量衡算,化工原理电子教案/目录,2,目录,习题课 第四节 干燥速率和干燥时间 一、干燥速率 二、物料中的几种水分 三、干燥过程及机理 四、恒定干燥条件下干燥时间的计算 第五节 干燥器 一、常用工业干燥器 第十三章 小结,3/92,第十三章 干燥,第一节 概述,（1）机械分离法-即通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿。 这种方法无法彻底去除湿分。 （2）吸附脱水-即用固体吸附剂，如Ca
2、Cl2、硅胶等吸去物料中所 含的水分。这种方法只能除去少量湿分。 （3）干燥法-指利用热能，使湿物料中的湿分气化而除去的方法。,湿物料： 湿分-水分或其它液体,除湿方法：,本章将介绍,湿物料,4/92,第一节 概述,干燥法,介电加热干燥,传导干燥,对流干燥,辐射干燥,-热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿分蒸气被气相（又称干燥介质）带走，或用真空泵排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。,-热能以对流方式加入物料，产生的蒸气被干燥介质所带走。,-由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物料表面，被物料所吸收而重新变为热能，从而使湿分汽化。例如用红外线干燥法将自行车表面油漆干燥。,-将需要
3、干燥的电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电介质中转变为热能，例如微波干燥食品。,本章介绍的内容，干燥介质以热空气、 湿分以水为例。,5/92,第二节 湿空气的性质及湿度图,一湿空气的性质,（1）水汽分压pw,干空气 水蒸汽,本章用到的湿空气性质包括： 水的浓度、比热容、比容（密度）、焓、温度等。,1湿空气中水蒸气含量的表示方法,湿空气-气体混合物,（2）湿度,pw,pa,-又称湿含量，单位kg水/kg干空气,思考1：H属于前面介绍的哪一类浓度？,质量比,总压P,思考2：取1kg干空气作为湿度定义基准又何好处？,干燥过程中干空气的质量不变,6/92,第二节 湿空气的性质及湿度图,一湿空气的性
4、质,1湿空气中水蒸气含量的表示方法,（3）相对湿度,值愈大，表示空气的吸湿能力越小； 1时，饱和。,此式只能用于ps P情形； 当ps P时， pw/ P。,因为pw最大只能达到总压P。,1,-水汽分压与其可能达到的最大值之比。,7/92,一湿空气的性质,2湿比容VH,-1kg干空气对应的湿空气的体积，单位为m3湿空气 kg干空气,1kg 干空气,？kg水汽,湿空气,H,比容的一般定义：,思考1：为什么取1kg干空气作为定义基准？,思考2： 1kg干空气对应的湿空气的质量为多少kg？体积呢？,8/92,一湿空气的性质,2湿比容VH,9/92,一湿空气的性质,比热容的一般定义： kJ/(kgK)
5、,3湿比热容cH,-kJ/(kg干气K),此时，湿空气的质量（1+H）kg,ca干空气的比热，kJ/(kgK) cw水气的比热，kJ/(kgK),1.01kJ/(kgK),1.88kJ/(kgK),10/92,一湿空气的性质,焓的一般定义： kJ/ kg 通常规定，0时绝干空气及液态水的焓为零。,-kJ/ kg干气,此时，湿空气的质量（1+H）kg,4湿空气的焓I,0时r0 2500 kJ/kg,0时1kg绝干空气,t 时1kg绝干空气ia,1kg水的焓为零。,t 时1kg水蒸汽的焓 iw,0时水蒸汽,11/92,一湿空气的性质,5干球温度 t,-用普通温度计测出的空气温度，简称温度， 是空气
6、的真实温度,12/92,一湿空气的性质,大量,湿球温度计,6、湿球温度 tw,-用湿球温度计测出的空气温度,开始时，传质速率最大，传热速率最小。当达到平衡时，传质所需的热量速率等于传热速率，湿纱布中的水温达到稳定值（肯定比 t 低），这一温度就是湿球温度，用tw 表示。,大量、快速流动的空气（空气的流速应大于5m/s）与少量水接触；,传质-因存在传质推动力，湿纱布中的水汽化进入空气，此过程需要吸热（水提供），因此水温下降；,传热-产生传热温差，热量将从空 气传入湿纱布；,传质,思考1：为什么酷暑的季节，在水里比在岸上凉快？,t tw,13/92,一湿空气的性质,动态平衡,思考2：上述传热、传质
7、平衡为动态平衡，为什么？,思考3：若空气（大量）静止，湿球温度计测出的温度与tw相比高还是低？,传热、传质终了（即达到平衡）时，传热、传质仍在进行。,若空气大量，则测出的温度就是tw，只不过，达到tw所需时间要更长，因为传热方式此时以导热、自然对流为主，比强制对流要小。,大量,湿球温度计,传质,为了快速、准确地测出tw。,思考4：为什么空气要大量、快速流动？,14/92,一湿空气的性质,6、湿球温度 tw,-是水温，但是却由空气决定，与水无关。,空气以对流方式传给水的热量速率,水分汽化所需的潜热速率,大量,湿球温度计,传质,思考5：湿球温度是水温，为什么要在 湿空气性质里介绍？,可见，twf（
8、t，H），而与水的初始状态无关。,15/92,一湿空气的性质,思考6：上述湿球温度测定过程中，湿空气是等焓的吗？,大量,湿球温度计,传质,kH、主要与空气流速有关，,却几乎与流速无关；,对空气水系统，当被测气体温度不太高、流速5m/s时，,因空气 t、H 不变，故湿空气为等焓,（称为Lewis规则）,16/92,一湿空气的性质,空气温度与水温相等,7绝热饱和温度tas,少量,塔无穷高,设备在绝热条件下干燥湿物料时,思考1：绝热饱和温度在什么场合下能遇到？,少量空气与大量水；,经过无限长时间接触；,饱和空气,-是水温,思考2：上述绝热塔中，湿空气等焓吗？,是的。因为空气降温放出的显热给了水，但水
9、并没有升温，这部分能量又被水蒸汽以潜热的形式带回空气中。,思考3：上述传热、传质平衡为静态平衡， 为什么？,塔顶没有净的质量、热量传递进行。,17/92,一湿空气的性质,7绝热饱和温度tas,湿空气为等焓变化,-是水温,塔无穷高,饱和空气,假设,但是却由空气决定，与水无关。,思考4：绝热温度是水温，为什么要在湿空 气性质里介绍？,原因如下：,18/92,一湿空气的性质,湿球温度tw与绝热饱和温度tas的异同：,相同之处：,湿空气均为等焓变化、 均为空气状态（t、H）的函数 空气-水体系，有tw tas,但对其它体系，例如空气甲苯系统，/kH=1.8cH,这时tw 与tas就不等了。,19/92
10、,一湿空气的性质,湿球温度tw与绝热饱和温度tas的异同：,不同之处：,tw-大量空气与少量水接触后的稳定的水温； 空气的状态（t，H）不变； 属动态平衡。 tas-少量空气与大量水经过接触后达到的稳定温度； 空气增湿、降温； 属静态平衡；,20/92,一湿空气的性质,8露点td,在总压不变的条件下，将不饱和湿空气冷却，直至冷凝出水珠为止（即达到饱和状态），此时，湿空气的温度称为露点，用td表示。,特点：,冷却,思考：若已知t、H，如何求td？,思考：若已知t、td ，如何求H ？,查饱和蒸汽压表,21/92,一湿空气的性质,汇总：,不饱和湿空气性质：P、H、pw、cH、I、t、tw、tas、
11、td，共10个,只需已知3个变量，其他均可通过上述函数关系计算得到，但有时需试差。 若用图求解就不用试差了。,22/92,二湿度图,常用的湿度图： 3个独立变量取为P、t、H-温湿图（t-H图） P、I、H-焓湿图（I-H图）,23/92,湿比热容线,（P=1atm时）,等线,饱和比容线,干空气比容线,绝热饱和线,等焓线,等湿球温度线,湿度图,湿比热容线cH,kJ/kgK,24/92,湿比热容线,（P=1atm时）,等线,饱和比容线,干空气比容线,绝热饱和线,等焓线,等湿球温度线,三、湿度图的应用,1、查湿空气性质,例如：已知t、H,湿比热容线cH,kJ/kgK,值需用线性内插求,25/92,
12、三、湿度图的应用,2表示湿空气的状态变化过程,（1）加热过程,（2）冷却过程,（3）干燥过程,增湿、降温 焓增大,等焓,焓减小,26/92,三、湿度图的应用,2表示湿空气的状态变化过程,（1）加热过程,（2）冷却过程,（3）干燥过程,（4）两股湿空气混合,-杠杆原则,27/92,杠杆原则证明：,回忆：杠杆原则就是物料衡算,由物料衡算可得：,L-绝干空气流量,28/92,杠杆原则证明：,由热量衡算可得：,29/92,返回目录,作业：,30/92,第三节 干燥过程的计算,干燥过程流程示意图：,干燥室,预热室,31/92,第三节 干燥过程的计算,干燥室,预热室,思考： 1、试在湿度图上画出干燥全过程
13、 2、为什么空气要预热？,空气预热有两个好处： （1）相对湿度下降，吸水能力增强； （2）空气温度高，物料温度就高，水汽化速率就快。,32/92,第三节 干燥过程的计算,已知： 干燥介质（空气）的进口条件，如温度、湿度、压力等； 物料的进口条件，如温度，湿含量，质量或质量流率； 物料的干燥要求（湿含量）。 求解： 干燥介质用量； 干燥条件（如进干燥室的空气温度， 出干燥室的空气温度和湿度等）； 整个设备的热能消耗； 干燥室尺寸 等等。,33/92,第三节 干燥过程的计算,一、湿物料中含水率的表示方法,干基含水率,湿基含水率,-质量分率,-质量比,思考：两种含水率之间的换算关系？,34/92,第
14、三节 干燥过程的计算,-可解出干燥介质用量，蒸发的水分量等,二、物料衡算,L,蒸发的水分量,绝干空气用量,35/92,第三节 干燥过程的计算,l 与干燥过程所经历的途径无关。,36/92,第三节 干燥过程的计算,-可求解整个设备的热能消耗,三、热量衡算,1、预热器的热量衡算,37/92,第三节 干燥过程的计算,-可求解整个设备的热能消耗,三、热量衡算,2、干燥室的热量衡算,38/92,三、热量衡算,将以下两个热量衡算式相加,或对整个干燥流程进行热量衡算：,39/92,三、热量衡算,40/92,三、热量衡算,加入干燥系统的全部能量有四个用途： 加热空气、蒸发水分、加热物料和热损失,物料升温所耗能
15、量,热损失,物料中水分蒸发所耗的能量,新鲜空气被加热所耗的能量,供能方,这是干燥的真正目的所在。,41/92,三、热量衡算,物料中水分蒸发所耗的能量,3、干燥设备的热效率,热效率,一般，=3060%， 在应用部分废气循环时，=5070%,42/92,三、热量衡算,思考： 1、如何提高热效率？ 2、为什么废气循环时热效率较高？,此外，尽量利用废气中的热量，例如用废气预热冷空气或湿物料，或将废气循环使用，也将有助于热效率的提高。,设法减少加热空气、加热物料和热损失所耗热量，如将H2，则L。如将 t2 。如将QL，均可提高。,43/92,三、热量衡算,由于热量的加入，实际干燥过程中，空气的焓可能增大，也可能减小。,焓增大,焓减小,44/92,三、热量衡算,4、理想干燥过程（又称等焓或绝热干燥过程）,Qd=0、QL=0、物料带进、带出的热量均可忽略不计，,45/92,三、热量衡算,空气（t1、H1）降温
