化工原理幻灯片-干燥

《化工原理幻灯片-干燥》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理幻灯片-干燥（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、化工原理 A(2) Principles of Chemical Engineering A(2),A2-5,第1章 蒸馏 第2章 吸收 第3章 蒸馏和吸收塔设备 第4章 液-液萃取 第5章 干燥,化工原理 A（2）,本章内容提要,5-1 概述 5-2 湿空气的性质及湿度图* 5-3 干燥过程的物料衡算与热量衡算* 5-4 干燥过程物料的平衡关系与速率关系 5-5 干燥器,一、除湿及其方法,1、何为除湿？,从湿物料中脱除湿分的过程称为除湿。 湿分不一定是水分！（水分或其它液体） 2、除湿方法 机械法 ：挤压（拧衣服、压榨、过滤、离心分离） 吸附法：固体吸附剂吸附（硅胶、无水CaCl2、分子筛等

2、） 干燥法：加热（利用热能，使湿物料中的湿分汽化而除去）,5-1 概述,干燥方法,二、干燥方法,传导干燥,对流干燥,辐射干燥,介电干燥,5-1 概述,三、对流干燥的传热传质过程,1、传热过程,干燥介质,湿物料表面,湿物料内部,2、传质过程,湿物料内部,湿物料表面,干燥介质,5-1 概述,对流干燥是热量和质量同时、反向的传递过程。,干燥介质：载热体、载湿体 干燥过程：物料的去湿过程 介质的降温增湿过程,传热,传质,湿 物 料,推动力（ttw）,推动力（pwp）,传质、传热同时发生,本章讨论以空气作干燥介质，以水为湿份的对流干燥过程。,方向相反,干 燥 介 质,5-1 概述,一、湿空气的性质* 1

3、湿度与相对湿度 2比容vH 3比热容cH 4焓I 5干球温度t与湿球温度tw 6 绝热饱和温度tas 7 露点td 二、湿空气的 H-I 图* 1 H-I 图中的线群 2 H-I 图应用,5-2 湿空气的性质及湿焓图,一、湿空气的性质*,（1）湿度H,湿空气的性质：,又称湿含量或绝对湿度 , 为湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比，H。,5-2 湿空气的性质及湿焓图,湿度、比容、比热容、焓、温度等。,1、湿度与相对湿度,(2)相对湿度,居室里比较舒适的气象条件是：室温达25 时，相对湿度控制在40%50 为宜；室温达18 时，相对湿度应控制在30%40 。,湿空气中水汽分压pv与同温度水的饱

4、和蒸汽压ps的百分比称为相对湿度， 。,相对湿度代表湿空气的不饱和程度。 =0，绝对干燥空气，吸纳水汽能力最强。 =1，湿空气达到饱和，不能作为干燥介质。 01，湿空气未达到饱和。 愈低，表明该空气吸湿能力越大。 高温干燥原理： H一定， t， ps，而 pv不变， 。,湿空气的性质*,（低压干燥原理： pv ， ps不变， ）,（冰箱，冷冻干燥）,2. 比容（湿容积）vH,m3湿空气 kg干空气,湿空气的性质*,含1kg绝干气的湿空气之体积称为湿空气的比容 ，vH,（常压下）,3比热容（湿比热）cH,比热容是指常压下，含1kg绝干气的湿空气之温度升高（或降低）1所吸收（或放出）的热量，cH。

5、,湿空气的性质*,cg干空气的比热，kJ/(kg) cv水汽的比热，kJ/(kg),1.01kJ/(kg),1.88kJ/(kg),kJ/(kg干气),4焓I,r02490 kJ/kg（水0时的汽化热）,含1kg绝干气的湿空气的焓，I。,若 Ig绝干空气的焓，kJ/kg绝干气 Iv水汽的焓，kJ/kg水汽,则,湿空气的性质*,kJ/kg干气,通常规定，0时绝干空气及液态水的焓为零。,5干球温度 t 和湿球温度 tw,干球温度t：用普通温度计直接测得的湿空气的温度。是湿空气的真实温度。,湿球温度计：用湿纱布包裹温度计的感温部分（水银球），纱布下端浸在水中，以保证纱布一直处于充分润湿状态，这种温度

6、计称为湿球温度计。,将湿球温度计置于温度为、湿度为的流动不饱和空气中，湿纱布中的水分汽化，并向空气主流中扩散；同时汽化吸热使湿纱布中的水温下降，与空气间出现温差，引起空气向水分传热。,湿球温度tw：当空气传给水分的显热恰好等于水分汽化所需的潜热时，空气与湿纱布间的热质传递达到平衡，湿球温度计上的温度维持恒定。此时湿球温度计所测得的温度称为湿空气的湿球温度。,湿空气的性质*,因此，空气的湿球温度tw与空气的干球温度和湿度有关：tw=f (t，H),在一定总压下，只要测出湿空气的干、湿球温度，就可由上式计算出空气的湿度。,干球温度 t 和湿球温度 tw,实验证明，传质系数kH和对流传热系数均与空气

7、流速的0.8次方成正比，故可认为其比值/ kH与气流速度无关，对于空气水蒸汽系统，当被测气体温度不太高、流速5m/s时， / kH =1.09。,t越小，H越小，tw就越小,6绝热饱和温度tas,绝热饱和温度tas: 在与外界绝热情况下，空气与大量水经过无限长时间接触后，达到与水温相等的空气温度。,设塔与外界绝热，初始湿空气（t，H）与大量水充分接触，水分汽化进入空气中，汽化所需热量由空气温度下降放出显热供给。若空气与水分两相有足够长的接触时间，最终空气为水汽所饱和，而温度降到与循环水温相同。,空气在塔内的状态变化是在绝热条件下降温、增湿直至饱和的过程，达到稳定状态下的温度tas就是初始湿空气

8、（t，H）的绝热饱和温度，与之相应的湿度称为绝热饱和湿度Has。,湿空气的性质*,空气传给水分的显热 = 水分汽化所需的潜热。,绝热塔内气液两相间的传热过程为：,tas是湿空气的性质，它是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。,在一定的总压下，只要测出湿空气的初始温度t和绝热饱和温度tas，就可用上式算出湿空气的湿度。,湿空气：状态（t, H,1, I） 状态(tas, Has, =1, Ias) 为绝热过程，所以焓不变，即有 I = Ias。,绝热饱和温度tas,即空气的绝热饱和温度tas也与空气的干球温度和湿度有关： t越小，H越小，tas就越小,湿球温度tw与绝热饱和温度ta

9、s的差异：,实验证明，对于湍流状态下的水蒸汽空气系统，常用温度范围内/kH与湿空气比热容H值很接近，同时rasrtw, 即在一定温度与湿度下：,tw tas,绝热饱和温度tas,（路易斯规则）,水汽-空气系统,7露点td,在总压不变的条件下，将不饱和湿空气(t,H,)冷却，直至冷凝出水珠为止，此时，湿空气的温度称为露点，td。相应的湿度称为饱和湿度，Hs,td。,对水蒸气空气系统，t， tw， tas，td 之间的关系为：,不饱和空气，t tas (或tw) td,饱和空气， t = tas (或tw) = td,湿空气的性质*,ttd 等湿过程（H不变）, ps，,t=td 时：,湿空气的性

10、质*,湿度,相对湿度,比容,m3湿空气 kg干空气,比热容,焓,湿球温度,绝热饱和温度,干球温度,露点,ttas(或tw) 等焓过程 ttd 等湿过程,-,tastw,自学教材P245【例5-1】, P249 【例5-2】,作业教材P293 第1题,二、湿空气的 H-I 图*,湿空气的有关性质可由前面所学的公式计算。,工程上为了方便计算，常将湿空气的各参数标绘成图，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。 常用的有湿度-焓（ H-I）图、温度湿度（t-H）图等。,我们仅讨论应用最广的H-I 图。,教材中H-I 图是根据常压数据绘制的，若系统总压偏离常压较远，则不能应用此图。,1

11、 H-I 图中的线群,5-2 湿空气的性质及湿焓图,H-I图,等I 线群（0680 kJ/kg绝干空气）,等H线群（00.2kg水/kg绝干空气）,等线群(5% 100%),等蒸汽分压pv线群,（0250）,等t线群,水蒸气分压线,等湿降温：等H线与=100%线交点,2. H-I图应用,已知状态点A,等温线,露点td,等线,湿空气的 H-I 图*,1）根据H-I图上湿空气的状态点，可查出湿空气的其它性质参数。,等焓线,等湿线,绝热饱和温度tas (或湿球温度tw),等焓降温：等I线与=100%线交点,湿空气中水汽的分压 pv,等H 线与蒸汽分压线的交点,t（干球温度）,I（焓）,H（湿度）,（

12、相对湿度）,2）根据湿空气的任意两个独立的参数，可确定其状态点。,（注意：tdH、pH、tdp、twI、tasI 等各对都不是相互独立的）,（a）由ttw定状态,（b）由ttd定状态,（c）由t定状态,（等焓）,（等湿）,（交点）,H-I 图应用,自学教材P253【例5-3】,作业教材P293 第2题,5-3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,一、物料湿含量的表示方法 1湿基含水量 2干基含水量 二、干燥系统的物料衡算* 1水分蒸发量W 2空气消耗量L 3干燥产品流量2 三、干燥系统的热量衡算* 1热量衡算的基本方程 2干燥系统的热效率 四、空气通过干燥器时的状态变化 1等焓干燥过程 2非等焓干燥

13、过程,干燥过程,干燥室,预热室,5-3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,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。,5-3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,一、物料湿含量的表示方法,5-3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,5-3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,二、干燥系统的物料衡算*,L 绝干空气的消耗量，kg绝干气/s H1, H2 湿空气进、出干燥器时的湿度，kg水/kg绝

14、干气 G 绝干物料进、出干燥器时的流量，kg绝干料/s X1, X2 湿物料进、出干燥器时的干基含水量，kg水/kg绝干料 G1, G2 湿物料进、出干燥器时的流量，kg湿物料/s w1, w2 湿物料进、出干燥器时的湿基含水量，kg水/kg湿物料,连续逆流干燥物料衡算示意图,2、空气消耗量L,每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气量l,kg水/s,对水分作物料衡算,1、水分蒸发量W,干燥系统的物料衡算*,kg绝干气/kg水,kg绝干气/s,（空气获得的水分）,（物料失去的水分）,3、干燥产品流量G2,对进出干燥器的绝干物料进行衡算：,干燥系统的物料衡算*,注意：干燥产品是指离开干燥器时的物料，并

15、非是绝干物料，它仍是含少量水分的湿物料。,kg湿物料/s,整个系统,Q Qp QD,干燥器,预热器(忽略其热损失),QpL(I1-I0),QD L(I2-I1) G(I2-I1) QL,热量衡算：,其中物料的焓I包括绝干物料的焓和水分的焓，即,1、热量衡算的基本方程,连续逆流干燥热量衡算示意图,三、干燥系统的热量衡算*,5-3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,H0, H1, H2 湿空气进入预热器、离开预热器（进入干燥器）及离开干燥器时的湿度，kg/kg绝干气 I0, I1, I2 湿空气进入预热器、离开预热器（进入干燥器）及离开干燥器时的焓，kJ/kg绝干气 t0, t1, t2 湿空气进入预热器、离开预热器（进入干燥器）及离开干燥器时的温度， Qp 单位时间内预热器消耗的热量，kW 1,2 湿物料进、出干燥器时的温度， I1, I2 湿物料进、出干燥器时的焓，kJ/kg绝干料 QD 单位时间内向干燥器补充的热量，kW QL 干燥器的热损失速率，kW,1、热量衡算的基本方程,(1) 将湿度为H0的新鲜空气L由t0加热至t2，所需热量,系统所需总热量,(2) 湿物料进料G1=G2+W，其中干燥产品G2由1加热至2，所需热量为,水分W 由