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1、 第9 章 干 燥 9.1 概 述 去湿: 将固体物料中所含的湿分（水或有机溶剂）去除至规定指标的操作 。去湿方法：机械去湿法 能耗少、费用低，但湿分去除不彻底； 物理去湿法 受吸湿剂的平衡浓度的限制，且只适用于脱除微量湿分。 干燥方法 工业上利用热能去湿的方法。 9.1.1 物料的干燥干燥过程： 利用热能除去固体物料中的湿分（水或其他溶剂）的单元操作。 真空干燥 操作压力常压干燥间歇干燥 连续干燥 操作方式分类： 机理 ：质量传递：湿份的转移，由固相到气相，以蒸汽分压为推动力。热量传递： 由气相到固相，以温度差为推动力。 物料湿 分热空气 tQ N piip热空气与物料间传热和传质传导干燥对
2、流干燥辐射干燥介电加热干燥 加热方式9.1.2 对流干燥 利用热空气和湿物料作相对运动，气体的热量传递给湿物料，使湿物料的湿分汽化并传递到气体中，并被带走。说明：对流干燥是动量、热量、质量传递同时进行的传递过程。典型的对流干燥流程：风 机预热器干燥器空气蒸气湿物料干燥产品对流干燥流程示意图9.2 湿空气性质及湿度图 湿空气：含有湿分的空气，是常用的干燥介质，且一般情况下可视为理想气体。 9.2.1 湿空气的状态参数 干燥过程中，干空气的质量不变，故干燥计算以单位质量干空气为基准（干基）。 （1）湿度H（湿含量或绝对湿度）湿空气中水蒸气质量和干空气质量之比 。kg水/kg干 空气视为理想气体，则
3、： 饱和湿度Hs: 湿空气中水蒸气分压等于该温度下水的饱和蒸汽压 。（2）相对湿度 相对湿度表明湿空气的不饱和度，反映湿空气吸收水汽的能力。 H = f ( , t ) 在 p=101.3 kN/m2时 （4） 湿比热容 cH （ kJ/kg干空气C ）ca： 干空气比热容，约1.01 kJ/kg干空气C；cv： 水蒸汽比热容，约1.88kJ/kg干空气C。（3） 湿比体积H (m3/kg干空气) 基准: 0C干空气、 0C时液态水的焓为零。 r0：0C时水蒸气汽化热，2490 kJ/kg （6） 绝热饱和温度tas 绝热饱和过程: 系统与外界绝热，不饱和气体与液体长时间接触，传热传质达平衡态
4、时，则：（5） 湿比焓I ( kJ/kg干空气) 稳态下，以单位质量的干空气为基准，对全塔作热量衡算得： 绝热饱和温度是状态函数 绝热饱和过程可当作等焓处理 即空气的入口焓近似等于空气的出口焓。 补充水t、Htas、Has空气空气绝热饱和塔示意图（7） 干、湿球温度 干球温度与湿球温度干球温度：普通温度计测出的空气温度；湿球温度：湿球温度计测出的空气温度 。 气流吹过湿份气化表面降温热量传递稳态时， 空气传入的显热等于水的汽化潜热。 注意：湿球温度不是状态函数 。补充液，温度 tw空气湿度 H温度 t湿球温度计的原理 应用 近似为常数（=0.961.005），数值上等于相同条件下的绝热饱和温度
5、，故可以用其确定空气状态。说明：测量湿球温度时，空气速度一般需大于5 m/s，使测量较为精确。（8） 露点td保持空气的H不变，降低温度，使其达到饱和状态时的温度。pd：为露点td时饱和蒸汽压，既该空气在初始状态下的水蒸气分压pv。9.2.2 湿球温度和绝热饱和温度之间的关系 相同点： tas 、tw与t和H 有关： 即则其中表明：对于空气和水系统，两者在数值上近似相等。不同点：tas 、tw 本质上截然不同。 湿空气的四个温度t 、tw 、tas 、 td可用来确定空气状态。对于一定状态的空气，它们之间的关系是： （1） tas 由相平衡得出的，是空气的热力学性质； tw 则取决于气液间的动
6、力学因素 传递速率。（2）tas是大量水与空气接触，最终达到两相平衡时的温度，过程中气体的温度和湿度都是变化的； tw 是少量水和大量的空气的连续气流接触，传热传质达到稳态时的温度，过程中气体的温度和湿度近似不变。（3）绝热饱和过程中，气、液间的传递推动力由大变小，最终趋于零；测量湿球温度时，稳定后的气、液间的传递推动力不变。不饱和空气： t tas = tw td饱和空气： t = tas = tw =td 9.2.3 湿空气的湿度图 根据相律，当压力一定时，双组分、单相的湿空气自由度为2。湿度图： t-H 图 和 I-H 图 等温度线 （坐标轴X）； 等湿度线 （坐标轴Y）； 等相对湿度线
7、 ；（1）湿空气的湿度图（t-H图，一定总压下）固定，则可确定t，H的关系 绝热饱和线（等湿球温度线）； 湿比热线； 比容线；干比容线 汽化潜热-温度线 。饱和湿比容线2280225024602370234023102430240024900203040506010708090100温度/1101200.010.030.020.080.060.050.040.100.120.140.16H湿空气的湿度-温度图湿度/kg.(kg干空气)-1汽化潜热/kJ.(kgH2O)-1湿比体积/m3.(kg干空气)-11.350.950.851.350.751.051.251.15汽化潜热对湿度湿比热容对温
8、度饱和比体积对温度湿比体积对温度 H=0.14 0.120.080.100.040.060.020.00绝热饱和线1.001.051.101.151.201.251.301. 35湿比热容/kJ.(kgH2O.)-1（2） 湿度图的应用 求湿空气的性质参数 HB CADH=0.016kg/kg干空气H=0.016kg/kga - t - ttH - tHs- tcH-HHtd=0.6cHcHt 湿空气状态变化过程的图示 =1ABt1t2 tH加热=1ABt1t2 tH冷却td不同温度、湿度的气流的混合过程 =1ABt1t2 tHt3H1H2H3绝热饱和、非绝热增湿过程 =1tHBBBSAtta
9、sHHas湿基含水量 w：kg/kg湿物料干基含水量 X:kg/kg干物料换算关系9.3.1 湿物料含水量的表示方法 9.3 固体物料干燥过程的相平衡 （1）干燥平衡曲线 温度一定，对于一定的湿物料长时间接触湿空气，达到平衡状态。平衡蒸气压：平衡状态下湿物料表面的蒸气压。平衡含水量：平衡状态下物料的含水量。 9.3.2 水分在气、固之间的平衡及干燥平衡曲线 p-X* (或p*-X)线 平衡含水量=f ( 物料的性质，空气的状态) 可见： pV =0 X=0 当 时，pV X 当 时， SSDTEBCOAppSp*AXSp1 pCp*CX* XAXB平衡含水量曲线（ t 常数） -X线 -X 图
10、受温度的影响相对较小7542103891126 11 060402080100481216202428 / %X*/kg（水）/100kg（绝对干燥物料）某些物料的平衡含水量（常温下）1新闻纸2羊毛3消化纤维4丝5皮革6陶土7烟叶8肥皂9牛皮胶10木材11玻璃丝12棉花（2） 物料中所含水分的性质 自由水分和平衡水分 平衡水分：用一定状态的湿空气，干燥某湿物料，物料能够达到的极限含水量称为对应于该空气状态的平衡水分。 即：X X* 可能被空气干燥的水分 。 结合水分和非结合水分 结合水分：固、液之间结合力较强的水分，存在于物料细胞壁内或毛细管内。 注：结合水产生的蒸汽压小于同温度下纯水的蒸汽压
11、。 非结合水分：固液之间结合力较弱的水分，如物料表面的附着水分，或物料表面大孔内的水分。 注：非结合水产生的蒸汽压等于同温度下纯水的蒸汽压。 （2）非结合水分是在干燥中容易除去的水分，而结合水分较难除去。是结合水还是非结合水仅决定于固体物料本身的性质，与空气状态无关。注意：（1）自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的划分除与物料有关外，还决定于空气的状态。 （3）平衡曲线的应用 确定过程进行的方向 物料脱水而被干燥； 物料吸水而增湿 ； 相平衡。 确定过程的推动力 传质推动力：湿份的传递方向，视推动力的方向而定，或增湿或干燥。 传热推动力： 空气的温度与湿物料表面温度之差。 确定在给定干燥介质的条件下，湿物料中可能去除的水分及干燥后物料的最低含水量 。水分的种类1000结合水份非结合水份自由水份 平衡 水份XSX* / %X100作业： P321 1、4
