化工原理十二章叶世超版本

1、化工生产中最常用的是对流干燥化工生产中最常用的是对流干燥用来传递热量（载热体）和湿份（用来传递热量（载热体）和湿份（）的介质。）的介质。气体气体-固体物料传热，使湿固体物料传热，使湿份汽化；份汽化；湿份由物料表面向气流主体扩湿份由物料表面向气流主体扩散，并被气流带走。散，并被气流带走。注意注意：物料表面的湿份分压物料表面的湿份分压pi高于气流主体，湿份蒸汽在高于气流主体，湿份蒸汽在此分压差的作用下由物料表面向气流主体扩散，并被气流此分压差的作用下由物料表面向气流主体扩散，并被气流带走带走 . . HtqWtippi干燥是热、质同时传递的过程干燥是热、质同时传递的过程干燥介质：干燥介质：此过程与

2、温度关系此过程与温度关系?掌握干燥过程的掌握干燥过程的物料衡算、热量衡算、干燥速率物料衡算、热量衡算、干燥速率及及干燥时间干燥时间的计算，了解工业常用干燥器的类型及其的计算，了解工业常用干燥器的类型及其适用场合。适用场合。掌握掌握湿空气的性质参数湿空气的性质参数及及湿度图湿度图、湿物料中含水性质、湿物料中含水性质、干燥过程的物料衡算及热量衡算干燥过程的物料衡算及热量衡算。一般掌握一般掌握干燥过程干燥过程的速率及干燥时间的计算。的速率及干燥时间的计算。了解了解干燥器的类型干燥器的类型及其适及其适用用场合，场合，提高干燥热效率及强化干燥过程的措施提高干燥热效率及强化干燥过程的措施。干燥是热、质同时

3、传递的过程，干燥是热、质同时传递的过程，影响因素更为复杂影响因素更为复杂; ;定量定量计算难度较大计算难度较大; 在某些情况下，要作一些假设，以便进行数学描述。在某些情况下，要作一些假设，以便进行数学描述。对复杂的工程问题进行合理的简化而不失真，是对复杂的工程问题进行合理的简化而不失真，是工程人员能力的体现。工程人员能力的体现。湿气体的真实温度，简称温度（湿气体的真实温度，简称温度（ 或或 K）。）。干燥系统干燥系统干燥介质干燥介质+ +湿物料湿物料过热过热蒸汽蒸汽 即即湿气体中单位湿气体中单位质量质量的绝干气体所带有的湿份蒸气的的绝干气体所带有的湿份蒸气的质量质量，故，故H 的单位是的单位是

4、kg湿湿份蒸汽份蒸汽/kg绝干气体。绝干气体。若湿份蒸汽和绝干气体的摩尔数若湿份蒸汽和绝干气体的摩尔数 分别为分别为nw , ng；摩尔质；摩尔质量分别为量分别为Mw , Mg；湿份分压为；湿份分压为p；总压为；总压为P，则有，则有:pPpMMMnMnHgwggwwpPpMMMnMnHgwggwwMw=18.02kg/kmol，Mg=28.96 kg/kmolpPpH622. 0总压一定时总压一定时，气体的湿度只，气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。与湿份蒸汽的分压有关。 ),(pPfH )(pfHssspPpH 622. 0饱和湿度饱和湿度 一定的系统一定的系统总压和温总压和温度下度下，气体中

5、湿份蒸汽的分压，气体中湿份蒸汽的分压 p 与系统温度下湿份的饱与系统温度下湿份的饱和蒸汽压和蒸汽压 ps 之比。之比。 =100% 时，时，p=ps，气体被湿份蒸汽所饱和，不能再，气体被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。吸湿。%100spp 值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大；值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大；%100spp若若 t 湿份的湿份的临界温度临界温度，气体中的湿份已是真实气体。，气体中的湿份已是真实气体。若若 t 总压下湿份的总压下湿份的沸点沸点，湿份，湿份 ps P，最大，最大 (气体气体 全为全为 湿份蒸汽湿份蒸汽) 100%。84.23311.39915916

6、.18exp152tps湿份为水时，可按下式由系统温度湿份为水时，可按下式由系统温度 t 计算饱和计算饱和蒸汽压蒸汽压: 84233576716113991.ln. ssptsspPpH622. 0对于空气对于空气- -水系统，水系统，H 与与 的关系为的关系为：或或spHHP622. 0H 不变而降低不变而降低 t， ，气体趋近饱和状态。，气体趋近饱和状态。ps 随温度的升高而增加随温度的升高而增加，H 不变提高不变提高 t， ，气，气体的吸湿能力增加，故气体用作干燥介质应预热。体的吸湿能力增加，故气体用作干燥介质应预热。当当总压总压P一定一定时，时， = f (H, t)。 阴雨绵绵天气时

7、，空气已近饱和，阴雨绵绵天气时，空气已近饱和， 能否进行干燥作业？能否进行干燥作业？例例: :己知空气的湿度己知空气的湿度H=0.05H=0.05，湿份为水，湿份为水, ,温度温度为为55,55,求在北求在北京地区和拉萨地区大气压力下气体的相对湿度京地区和拉萨地区大气压力下气体的相对湿度( (北京地区大气北京地区大气压力为压力为770770mmHgmmHg, ,拉萨地区大气压力为拉萨地区大气压力为459.4459.4mmHgmmHg) )。解解: :查表知查表知55 55 时水的饱和蒸气压时水的饱和蒸气压Paps7615731. PaP1102664101325760770. 北京地区大气压北

8、京地区大气压PaP8 .612511013257604 .459拉萨地区大气压拉萨地区大气压%.).(.).(56487615731622005011026640506220 spHHP北京北京%.).(.).(9728761573162200508612510506220 spHHP拉萨拉萨spHHP622. 0【例例12-112-1】拟将温度拟将温度2020的空气预热至的空气预热至150150用作干燥介质，已知用作干燥介质，已知预热前空气的相对湿度为预热前空气的相对湿度为80%80%,湿份为水湿份为水,总压总压 kN/mkN/m2。试求：试求： 空气的湿度；空气的湿度； 预热后空气的相对湿

9、度和最大相对湿度。预热后空气的相对湿度和最大相对湿度。101.325P 解：解： 水在水在2020下的饱和蒸汽压为下的饱和蒸汽压为kPatps338. 284.2332011.39915916.18exp15284.23311.39915916.18exp152空气的湿度为空气的湿度为0117. 0338. 28 . 0325.101338. 28 . 0622. 0622. 00sspPpHkg水汽水汽/kg/kg绝干气体绝干气体sspPpH622. 0%39. 044.48287. 1spp 水在水在150150的饱和蒸汽压为的饱和蒸汽压为kPaps44.48284.23315011.39

10、915916.18exp152空气预热前后水汽分压不变空气预热前后水汽分压不变，因此，空气预热至，因此，空气预热至150150时的相对湿时的相对湿度为度为可见，将空气从可见，将空气从2020加热至加热至150150，相对湿度从，相对湿度从80%80%降至降至0.39%0.39%。【例例12-112-1】拟将温度拟将温度2020的空气预热至的空气预热至150150用作干燥介质，已知用作干燥介质，已知预热前空气的相对湿度为预热前空气的相对湿度为80%80%,湿份为水湿份为水,总压总压 kN/mkN/m2。试求：试求： 空气的湿度；空气的湿度； 预热后空气的相对湿度和最大相对湿度。预热后空气的相对湿

11、度和最大相对湿度。101.325P 当空气中水汽分压等于总压时，相对湿度达到最大，即当空气中水汽分压等于总压时，相对湿度达到最大，即%2144.482325.101maxspP2020空气中水汽分压为空气中水汽分压为kPapps87.1338.28 .0即即150150空气相对湿度空气相对湿度的变化范围为的变化范围为021%021%。（Wet-bulb temperature）1.1.露点温度露点温度 td (P202)(P202)冷却冷却H,P不变不变当不饱和气体在总压和湿度不变的情况下进行冷却当不饱和气体在总压和湿度不变的情况下进行冷却,而而达到饱和状态时的温度称为该不饱和气体的达到饱和状

12、态时的温度称为该不饱和气体的露点温度露点温度, ,简称露点。简称露点。)( pftd )(Hftd 总压一定总压一定1.通过通过 td求求 H;2.确定干燥过程中确定干燥过程中,干燥器的出口温度干燥器的出口温度;84.233ln58.1611.3991ptd为确保物料在干燥器以及其后的分离除尘系统中不发为确保物料在干燥器以及其后的分离除尘系统中不发生返潮，工业上一般取气体的出口温度高于露点温度生返潮，工业上一般取气体的出口温度高于露点温度 20-50。例例: :己知空气的温度己知空气的温度为为20,20,相对湿度相对湿度 为为80%80%，总压为，总压为100kPa,100kPa,湿份为水湿份

13、为水, , 求露点温度，当加压后总压变为求露点温度，当加压后总压变为200kPa200kPa，露点为多少？，露点为多少？ （设加压过程中气体的湿份数量不变）。（设加压过程中气体的湿份数量不变）。解：水在解：水在2020下的饱和蒸汽压下的饱和蒸汽压ps=2.338kPa Ctd38168423387071576716113991.ln.2211PpPp kPaPpPp74153100870712001122. kPapps8707. 18 . 0338. 2kPappsd87071. Ctd75278423374153576716113991.ln.84233576716113991.ln. s

14、spt由由加压过程中气体的湿份数量不变，则加压过程中气体的湿份数量不变，则2.2.气体的湿球温度气体的湿球温度tw 气体对液体的气体对液体的供热速率恰等供热速率恰等于液体汽化的需热速率于液体汽化的需热速率时：时：)(wtthAQwwHrHHAkQ)(wwHwrHHAktthA)()()(HHrhkttwwHwqN对流传热对流传热hkH气气体体t, H气膜气膜对流传质对流传质液滴表面液滴表面tw , Hw液滴液滴 湿球温度湿球温度 tw 定义式定义式 气气体体t, H(P(P) )2.2.气体的湿球温度气体的湿球温度tw (P(P) ) )(HHrhkttwwHw 湿球温度湿球温度 tw 定义式

15、定义式 qN对流传热对流传热hkH气气体体t, H气膜气膜对流传质对流传质液滴表面液滴表面tw , Hw液滴液滴气气体体t, H由于流速等影响气膜厚度的因素对由于流速等影响气膜厚度的因素对 h 和和 kH 具有同等具有同等程度的影响，可认为程度的影响，可认为 kH /h 与速度等因素无关，而仅与速度等因素无关，而仅取决于系统的物性。取决于系统的物性。结论：结论： tw = f (t, H) ，气体的，气体的 t 和和 H 一定，一定，tw 为定值。为定值。 由于方程的非线由于方程的非线性，求解性，求解 tw 需用需用试差法。试差法。 )(HHrhkttwwHw饱和气体：饱和气体： H = Hw

16、， tw = t，即饱和气体的干、湿球温，即饱和气体的干、湿球温度相等。不饱和气体：度相等。不饱和气体：H Hw，tw QQm m 时的气时的气-液传质过程，可视为绝热饱液传质过程，可视为绝热饱和过程，达平衡时的温度为绝热饱和温度和过程，达平衡时的温度为绝热饱和温度tas。(1) 绝热饱和过程绝热饱和过程不饱和气体不饱和气体液体液体传热传热传质传质气体温度气体温度，湿度，湿度气体放出的热气体放出的热: :1.1.用于液体气汽化用于液体气汽化QQw w ；2.2.用于使液体温度升高用于使液体温度升高QQm m ；3.3.热损失热损失QQl；tas为绝热饱和过程中最终的气液平衡温度；为绝热饱和过程

17、中最终的气液平衡温度；tw是在与外界绝热情况下气液进行稳定传热传质时的液体温度。是在与外界绝热情况下气液进行稳定传热传质时的液体温度。空气空气-有机蒸气系统有机蒸气系统tw tas；空气空气-水蒸气系统水蒸气系统tw tas；。；。大量空气与少量液体接触，只有对流传热，且稳定进行时，大量空气与少量液体接触，只有对流传热，且稳定进行时， 。少量空气与大量液体接触，空气绝热冷却增湿至饱和时候的平衡温少量空气与大量液体接触，空气绝热冷却增湿至饱和时候的平衡温度，度， 。相同之处： 1、湿空气均为等焓变化、湿空气均为等焓变化、 2、均为空气状态（均为空气状态（t、H）的函数）的函数 HHcrttasH

18、asas 空空 气气 t, H t, H t 湿湿 球球温温 度度计计 HHhrkttwwHw 但对其它体系，例如空气但对其它体系，例如空气甲甲苯系统，苯系统，Hk =1.8cH， 这时， 这时tw 与与tas就不等了就不等了。湿球温度湿球温度tw与绝热饱和温度与绝热饱和温度tas的异同：的异同：湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便和直观，通常使用湿度图。便和直观，通常使用湿度图。空气湿度图的绘制空气湿度图的绘制 气体湿度图的形式有几种，气体湿度图的形式有几种，t H 图是其中一种，图是其中一种，横坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线

19、。横坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线。右侧纵坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。右侧纵坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便和直观，通常使用湿度图。便和直观，通常使用湿度图。总压总压 P 一定，对给定的一定，对给定的 ：因因 ps= f (t) ， 故故 H = f (t) 。sspPpH622. 0空气湿度图的绘制空气湿度图的绘制 气体湿度图的形式有几种，气体湿度图的形式有几种，t H 图是其中一种，图是其中一种，横坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线。横坐标：空气的干球温度，所有纵线

20、为等温线。右侧纵坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。右侧纵坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便和直观，通常使用湿度图。便和直观，通常使用湿度图。sspPpH622. 0)(HHcrttasHasas对给定的对给定的tas：t = f (H) 。对于空气对于空气-水系统，水系统，tas tw，等，等 tas 线可近似作为等线可近似作为等tw线。线。总压总压 P 一定，对给定的一定，对给定的 ：因因 ps= f (t) ， 故故 H = f (t) 。sspPpH622. 0空气湿度图的绘制空气湿

21、度图的绘制 气体湿度图的形式有几种，气体湿度图的形式有几种，t H 图是其中一种，图是其中一种，横坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线。横坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线。右侧纵坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。右侧纵坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便和直观，通常使用湿度图。便和直观，通常使用湿度图。)(HHcrttasHasas空气湿度图的绘制空气湿度图的绘制 （Humidity chart）P213湿比热是湿度的函数，在图中的温度范围内与温度无关。湿比热是湿度的函数，在图中的温

22、度范围内与温度无关。HcH884. 1005. 1湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便和直观，通常使用湿度图。便和直观，通常使用湿度图。HcH884. 1005. 1总压总压 P = 101.325 kPa 时：时： 273004557. 0002835. 0tHvH若已知湿度和温度，即可由对应直线查得气体湿比容若已知湿度和温度，即可由对应直线查得气体湿比容 空气湿度图的绘制空气湿度图的绘制 （Humidity chart）P213湿比热是湿度的函数，在图中的温度范围内与温度无关。湿比热是湿度的函数，在图中的温度范围内与温度无关。HcH

23、884. 1005. 1湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便和直观，通常使用湿度图。便和直观，通常使用湿度图。273004557. 0002835. 0tHvH273004557. 0002835. 0tHvasHas对于对于P = 101.325 kPa 的饱和空气：的饱和空气： 由于由于Has= f (t) ，故，故 Has = f (t) 。总压总压 P = 101.325 kPa 时：时： 273004557. 0002835. 0tHvH若已知湿度和温度，即可由对应直线查得气体湿比容若已知湿度和温度，即可由对应直线查得气体湿比

24、容 空气湿度图的绘制空气湿度图的绘制 （Humidity chart）P213湿比热是湿度的函数，在图中的温度范围内与温度无关。湿比热是湿度的函数，在图中的温度范围内与温度无关。HcH884. 1005. 1湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便和直观，通常使用湿度图。便和直观，通常使用湿度图。273004557. 0002835. 0tHvasHas注意：高温注意：高温 t H 图具有不同的特点，例如，湿比热图具有不同的特点，例如，湿比热 cH 与与温度温度 t 有关。高温有关。高温 t H 图可从有关手册查取。图可从有关手册查取。27

25、3004557. 0002835. 0tHvasHas对于对于P = 101.325 kPa 的饱和空气：的饱和空气： 由于由于Has= f (t) ，故，故 Has = f (t) 。总压总压 P = 101.325 kPa 时：时： 273004557. 0002835. 0tHvH若已知湿度和温度，即可由对应直线查得气体湿比容若已知湿度和温度，即可由对应直线查得气体湿比容 空气湿度图的绘制空气湿度图的绘制 （Humidity chart）P213湿比热是湿度的函数，在图中的温度范围内与温度无关。湿比热是湿度的函数，在图中的温度范围内与温度无关。HcH884. 1005. 1空气湿度图的用

26、法空气湿度图的用法 湿度湿度 H绝热冷却线绝热冷却线温度温度 t = 100%过过P点的绝热冷却线与点的绝热冷却线与 =100%的等相对湿度线的的等相对湿度线的交点在横坐标上对应的值交点在横坐标上对应的值即为绝热饱和温度。读得即为绝热饱和温度。读得 tas=52，即，即tw = tas=52 ；解：由解：由t=62的等温线和的等温线和H=0.092的等湿度线可以确的等湿度线可以确定一个交点定一个交点P：过：过P点的等点的等 线上读得线上读得 =60%；空气湿度图的用法空气湿度图的用法 cH H = 60%1.18cH kJ/(kg绝干气体绝干气体K) 0.092湿度湿度 H绝热冷却线绝热冷却线

27、tdtas62温度温度 tP过过P点的等湿度线（点的等湿度线（H=0.092）与）与 =100%的等相对湿度线的交点，的等相对湿度线的交点，在横坐标上对应的值即为露点温度，读得在横坐标上对应的值即为露点温度，读得 td=51；过过P点的等湿度线与点的等湿度线与 cH -H 线的交点在顶部横轴上的读数即为线的交点在顶部横轴上的读数即为 cH ，读得，读得 cH =1.18 kJ/(kg绝干气体绝干气体K) ； = 100%5251空气湿度图的用法空气湿度图的用法 在在 H t 线簇中内插找到线簇中内插找到 H=0.092 的直线，该直线与的直线，该直线与 t = 62 的等温线相交于一点，由该交

28、点读得的等温线相交于一点，由该交点读得 H =1.092 m3/kg绝干气体；绝干气体；62温度温度 t1.092 H (m3/kg) H tkJ/kg26.302092. 027.249162)092. 0884. 1005. 1 (Hi在在 t-H 图中没有湿焓图中没有湿焓 iH，可直接由公式计算：，可直接由公式计算： Has tH=0.092在横轴上作在横轴上作t=52的等温线的等温线与与 =100%的等相对湿度线的等相对湿度线相交，作过此交点的绝热冷相交，作过此交点的绝热冷却线，与却线，与 t = 62 的等温线的等温线的交点即为空气状态的交点即为空气状态 P 点。点。空气湿度图的用法

29、空气湿度图的用法 （Humidity chartHumidity chart）【例例12-13】测得空气的干球温度测得空气的干球温度 t = 62，湿球温度，湿球温度 tw = 52，试求空气的试求空气的 H、 、tas、td 和和 iH。 解：解：tw = tas = 52；先确定；先确定 tas = 52 的绝热冷却线。的绝热冷却线。 = 60%0.092湿度湿度 H绝热冷却线绝热冷却线tdtas62温度温度 tP = 100%5251由气体状态由气体状态P点，用上例中类似的方法可以查出点，用上例中类似的方法可以查出H=0.092， =60%，td=51，计算得出，计算得出 iH = 30

30、2.26 kJ/kg。 空气湿度图的用法空气湿度图的用法 （Humidity chartHumidity chart）【例例12-14】已知空气的露点温度已知空气的露点温度 td=51，相对湿度，相对湿度 =60% ，试求试求 t、H、tas、tw 和和 iH。 解：由解：由 t=51 的等温线的等温线 与与 =100% 的等相对湿的等相对湿度线的交点作过该点的度线的交点作过该点的等湿度线（等湿度线（H=0.092），），该线与该线与 =60% 的等相的等相对湿度线交于对湿度线交于 P 点。点。 = 60%0.092湿度湿度 H绝热冷却线绝热冷却线tdtas62温度温度 tP = 100%52

31、51由气体状态由气体状态P点，用上例中类似的方法可以读出点，用上例中类似的方法可以读出 P 点对应的空气参点对应的空气参数：数：t=62，H=0.092，tas= tw=52，计算得，计算得 iH = 302.26 kJ/kg。 已知空气的已知空气的t、 H 、 td、 tas 、 tw 、 中的两个参数，就可确定中的两个参数，就可确定空气在空气在湿度图上湿度图上的状态点。的状态点。？（ ）（ ）物料衡算（物料衡算（Mass balanceMass balance） 湿基湿含量湿基湿含量 w：单位质量的湿物料中所含液态湿分的质量。：单位质量的湿物料中所含液态湿分的质量。干基湿含量干基湿含量 X

32、：单位质量的绝干物料中所含液态湿分的质量。：单位质量的绝干物料中所含液态湿分的质量。换算关系：换算关系： 一、物料湿分的表示方法一、物料湿分的表示方法(P181) (P181) WGWwc 湿物料的质量量物料所含液态湿份的质cGWX 绝干物料的质量量物料所含液态湿份的质XXw1wwX1湿基湿含量湿基湿含量 w干基湿含量干基湿含量 XG1 湿物料进干燥器时的质量流率，湿物料进干燥器时的质量流率，kg/s；G2 产品出干燥器时的质量流率，产品出干燥器时的质量流率，kg/s； Gc 绝干物料的质量流率，绝干物料的质量流率，kg/s； w1 物料的初始湿含量；物料的初始湿含量； w2 产品湿含量；产品

33、湿含量； L 绝干气体的质量流率，绝干气体的质量流率，kg/s； H1 气体进干燥器时的湿度；气体进干燥器时的湿度； H2 气体离开干燥器时的湿度；气体离开干燥器时的湿度；W 干燥器在单位时间内汽化的水干燥器在单位时间内汽化的水分量，分量，kg/s。 湿物料湿物料G1 , w1干燥产品干燥产品G2 , w2热空气热空气L , H1湿废气体湿废气体L , H2)()(122121HHLXXGGGWc12HHWL121HHWLl绝干气体消耗量绝干气体消耗量绝干气体比消耗绝干气体比消耗二、物料衡算二、物料衡算(P190)(P190)热量衡算热量衡算（Heat balance）P191Qp 预热器向气

34、体提供的热量，预热器向气体提供的热量，kW；Qd 向干燥器补充的热量，向干燥器补充的热量，kW；Ql 干燥器的散热损失，干燥器的散热损失，kW。 湿物料湿物料G1 , w1 , 1, cm1干燥产品干燥产品G2 , w2 , 2, cm2热气体热气体L, H1, t1, i1湿废气体湿废气体L, H2, t2, i2湿气体湿气体L, H0, t0, i0QpQdQl预热器预热器干干燥燥器器预热器干燥器湿物料产品直接加热式：如热风炉。直接加热式：如热风炉。间接换热式：如间壁换热器。间接换热式：如间壁换热器。空气预热器传给气体的热量为空气预热器传给气体的热量为 )(01HHpiiLQ)(010tt

35、LcQHp如果空气在间壁换热器中进行加热，则其湿度如果空气在间壁换热器中进行加热，则其湿度不变，不变，H0=H1，即，即 通过预热器的热量衡算，结合传热基本方程式，可以通过预热器的热量衡算，结合传热基本方程式，可以求得间壁换热空气预热器的传热面积。求得间壁换热空气预热器的传热面积。 立筒式金属体燃煤立筒式金属体燃煤间接加热热风炉间接加热热风炉 预热器的作用在于加热空气。根预热器的作用在于加热空气。根据加热方式可分为两类：据加热方式可分为两类：L, H0, t0, iH0湿气体湿气体L, H1, t1, iH1预热器预热器热气体热气体G2 , 1, cm2W, 1, cWL, H1, t2, c

36、H1，(iH1)2W, t2, iV2L, H1, t1, iH1热气体热气体干燥器湿物料产品废气废气L, H2 t2, iH2G1 , w1 , 1, cm1G2 , 2, cm2QdcH1带入的热带入的热: :带出的热带出的热: :1.1.气体带入的热气体带入的热: : 10111HrtcLLiHH 111mcG2HLi222mcGdQlQ2.2.湿物料带入的热湿物料带入的热: : 1221mcG 12WWc3.3.干燥器内补充的热干燥器内补充的热: :1.1.气体带入出热气体带入出热: : 1021211HrtcLiLHH 2022tcrWWiVV 2.2.产品带出的热产品带出的热: :

37、3.3.热损失热损失: :带入的热带入的热: : 10111HrtcLLiHH 111mcGdQ 1221mcG 12WWc带出的热带出的热: :2HLi222mcGlQ 1021211HrtcLiLHH 2022tcrWWiVV 带入的热带入的热 带出的热带出的热 lmVHdWmHQcGtcrWHrtcLQWccGHrtcL 22220102111221011 lmWVdHQcGciWQttLc 122212211整理得整理得: :当没有补充的热时当没有补充的热时: :0 dQ 211ttLcQHg 12WVWciWQ 1222 mmcGQ令令: :则有则有: :lmWdgQQQQQ 关于关

38、于c cmm: :在此衡算中在此衡算中, ,定义为定义为: :将将1 1kgkg湿物料升高湿物料升高11所需要的热量所需要的热量, ,与书中的定义不同。与书中的定义不同。2221wcwccWSm )(关于关于c cmm: :在教材的衡算中在教材的衡算中, ,定义为定义为: :将将1 1kgkg干物料及所含的干物料及所含的X X kgkg湿物湿物料升高料升高11所需要的热量所需要的热量, ,按书中的定义干燥器的热衡算式为按书中的定义干燥器的热衡算式为: :lmcwvdgQcGctcrWQQ)()(122120 211ttLcQHg 12WVWciWQ 122 mcmcGQlHmcwvdpQttL

39、ccGctcrWQQQ)()()(0201221202221wcwccWSm )( 1222 mmcGQ若若则则热量衡算热量衡算（Heat balance）P191Qp 预热器向气体提供的热量，预热器向气体提供的热量，kW；Qd 向干燥器补充的热量，向干燥器补充的热量，kW；Ql 干燥器的散热损失，干燥器的散热损失，kW。 湿物料湿物料G1 , w1 , 1, cm1干燥产品干燥产品G2 , w2 , 2, cm2热气体热气体L, H1, t1, i1湿废气体湿废气体L, H2, t2, i2湿气体湿气体L, H0, t0, i0QpQdQl预热器预热器干干燥燥器器汽化湿分所需要的热量：汽化湿

40、分所需要的热量： )(120wvwctcrWQ)(122mcmcGQ)(020ttLcQHlllmwdpQQQQQQQ加热固体产品所需要的热量加热固体产品所需要的热量 ： 放空热损失放空热损失 ： 总热量衡算总热量衡算 ： 注意注意: :01HH 由于由于01HHcc 所以所以关于关于c cmm: :在教材的衡算中在教材的衡算中, ,定义为定义为: :将将1 1kgkg干物料及所含的干物料及所含的X X kgkg湿物湿物料升高料升高11所需要的热量所需要的热量, ,按书中的定义干燥器的热衡算式为按书中的定义干燥器的热衡算式为: :lmcwvdgQcGctcrWQQ)()(122120 211t

41、tLcQHg 12WVWciWQ 122 mcmcGQlHmcwvdpQttLccGctcrWQQQ)()()(0201221202221wcwccWSm )( 1222 mmcGQ若若则则理想干燥过程的条件理想干燥过程的条件: :1.1.空气空气-物料系统与外界绝热；物料系统与外界绝热；2.2.物料在干燥结束时，仍然足够润湿，物料的温度为空气的物料在干燥结束时，仍然足够润湿，物料的温度为空气的 湿球温度；湿球温度；3.3.物料的初始温度为空气的湿球温度；物料的初始温度为空气的湿球温度； 则空气则空气-物料系统就物料系统就和绝热饱和过程中的空气和绝热饱和过程中的空气-水系统一样，因而在理想干燥

42、过水系统一样，因而在理想干燥过程中空气状态大体上沿绝热冷却线变化。程中空气状态大体上沿绝热冷却线变化。绝热干燥过程绝热干燥过程在理想干燥过程中，在理想干燥过程中， =tW，Ql=Qd=0，Qg=QW 12211WVHciWttLc 当当 时，过程接近理想干燥过程，空气状态的时，过程接近理想干燥过程，空气状态的变化曲线接近于绝热冷却线。变化曲线接近于绝热冷却线。dlmWQQQQ 当湿球温度不高时，理想干燥过程可近视为等焓过程，即当湿球温度不高时，理想干燥过程可近视为等焓过程，即: :2221112724918841005127249188410051HtHHtH.).(.).( 20221011

43、HrtcHrtcHH 21HHii 空气空气-水系统水系统 t0H0A At1B BCCt2绝热冷却线绝热冷却线思考题思考题预热器理想干燥湿物料产品L, t0, 0A AB BCC H1, t1L, t2或或 H2H0预热器理想干燥W WL, t0, 0A AB BCC H1, t1t2冷却器冷却器WWWW（耐热性或热敏性物料）（耐热性或热敏性物料）（蒸汽或烟道气）（蒸汽或烟道气）（室式、气流或流化床干燥）（室式、气流或流化床干燥）干 燥 器 进 口干 燥 器 进 口气体的温度气体的温度和湿度和湿度干燥介质为空气时：干燥介质为空气时：进口湿度取决于大气的条件和预热器的加热方式。对间进口湿度取决

44、于大气的条件和预热器的加热方式。对间壁换热器，空气湿度不变（壁换热器，空气湿度不变（H1=H0 ）。由于燃料本身携）。由于燃料本身携带的少量水分或在燃烧过程中生成的水分，烟道气的湿带的少量水分或在燃烧过程中生成的水分，烟道气的湿度高于大气的湿度。度高于大气的湿度。气体出干燥器的温度和湿度取决于干燥器的经济性：气体出干燥器的温度和湿度取决于干燥器的经济性：气体出口温度气体出口温度 ，传热传质推动力，传热传质推动力 ，干燥速率，干燥速率 ，放空热，放空热损失损失 ，热效率，热效率 。气体出口温度气体出口温度 ，干燥推动力，干燥推动力 ，生产能力，生产能力 ，甚至发生，甚至发生吸湿返潮现象，严重时会

45、堵塞设备和管道，破坏干燥器的吸湿返潮现象，严重时会堵塞设备和管道，破坏干燥器的正常操作。正常操作。以蒸汽为热源通过间壁换热产生的热空气，其出口以蒸汽为热源通过间壁换热产生的热空气，其出口温度一般取为温度一般取为60 90。 P194P194热效率的定义：热效率的定义：用于汽化湿分和加热物料的热量与用于汽化湿分和加热物料的热量与外界向干燥系统提供的总热量之比，即外界向干燥系统提供的总热量之比，即 dpmwhQQQQ0121011211ttttttLcttLcQQHHpgh )()(pmwhQQQ 若若 Ql = Qd =0Qg= QW + Qm P194P194干燥效率：汽化湿分所需热量与气体在

46、干燥器中放出干燥效率：汽化湿分所需热量与气体在干燥器中放出的热量之比值。（因为汽化湿分的热量才是有效热的热量之比值。（因为汽化湿分的热量才是有效热量）量）干燥系统的总效率干燥系统的总效率 ：lmwwdQQQQdpwdhQQQ对理想干燥过程：对理想干燥过程： Qg= Qw， d,max=100%【例例12-412-4】用流化床干燥器干燥某晶体状湿物料，产量用流化床干燥器干燥某晶体状湿物料，产量5000kg/h5000kg/h，物料初始湿含量，物料初始湿含量6%6%（湿基，下同），产品湿（湿基，下同），产品湿含量含量0.5%0.5%，湿分为水，初始温度，湿分为水，初始温度t0=20、相对湿度、相对

47、湿度 的空气在预热器中加热至的空气在预热器中加热至t1=150送入干燥器，送入干燥器，出干燥器废气的温度为出干燥器废气的温度为t2=75，晶体物料进、出干燥器，晶体物料进、出干燥器的温度分别为的温度分别为 和和 ，绝干物料比热为，绝干物料比热为1.25kJ/(kg1.25kJ/(kgK)K)，预热器使用，预热器使用0.8MPa0.8MPa（绝压）的饱和水蒸（绝压）的饱和水蒸气作热源，干燥器的散热损失按气体在干燥器中放出的热气作热源，干燥器的散热损失按气体在干燥器中放出的热量的量的5%5%计算，干燥器无补充加热，试求：计算，干燥器无补充加热，试求： 汽化水分量；汽化水分量； 空气消耗量；空气消耗

48、量； 预热器耗用的蒸汽量；预热器耗用的蒸汽量； 干燥器中各项热量的分配；干燥器中各项热量的分配； 干燥器的热效率干燥器的热效率和干燥效率。和干燥效率。P195%1002516020638. 006. 0106. 01111wwX005. 0005. 01005. 01222wwX解：解： 汽化水分量汽化水分量WW绝干物料量绝干物料量4975)005. 01 (5000)1 (22wGGckg/h=1.382 kg/s空气湿度为空气湿度为0117. 0338. 28 . 0325.101338. 28 . 0622. 0622. 00sspPpH 空气消耗量空气消耗量L，20空气的饱和蒸汽压为空

49、气的饱和蒸汽压为3428423320113991591618152.exp spkN/m2=0.0812 kg/s5 .292)005. 00638. 0(4975)(21XXGWc kg/h )()()()()(122212012221202111.05 mwvlmwvdHcGctcrWQcGctcrWQttLc )(.).(.)(.25652551389125187475884127249108120051751500271 L0117. 001 HH空气在加热过程中湿度不变，故空气在加热过程中湿度不变，故150150气体的湿度气体的湿度027. 10117. 0884. 1005. 11

50、Hc故故kJ/(kgK)产品比热产品比热2547100501874005012411222.).(.)( wcwccwsm代入已知数据得代入已知数据得:SkgG/.3891360050002 解得空气消耗量解得空气消耗量7453. Lkg绝干气体/s 预热器耗用的蒸汽量预热器耗用的蒸汽量D D，空气通过预热器获得的热量，空气通过预热器获得的热量4 .500)20150(027. 1748. 3)(011ttLcQHpkW查查化工原理化工原理(上册上册)附录附录饱和水蒸汽表得饱和水蒸汽表得0.8MPa（绝压）水蒸（绝压）水蒸气的饱和温度气的饱和温度r =2055.3 kJ/kg，则蒸汽耗量，则蒸

51、汽耗量87636003 .20554 .5003600rQDpkg/hkgkgWD/.35292876 汽化每汽化每kgkg水分消耗的蒸汽量水分消耗的蒸汽量%414 .50026.205pwQQ放空损失放空损失 %3 .424 .50070.211plQQ4 .500pQ 干燥器中各项热量的分配，预热器向干燥器提供的热量干燥器中各项热量的分配，预热器向干燥器提供的热量 kW，该热量在干燥器中分配如下：，该热量在干燥器中分配如下：75.13)65.6926.205(05. 0lQkW26.205)25187. 475884. 127.2491(0812. 0wQkW65.69)2565(26.

52、1382. 1mQkW70.211)2075(027. 1748. 3 lQkW即：汽化水分即：汽化水分%144 .50065.69pmQQ加热物料加热物料 %7 . 24 .50075.13pwlQQ散热损失散热损失 湿份在气体和固体间的平衡关系湿份在气体和固体间的平衡关系(P 182)(P 182)pXpsXh平衡状态：当湿含量为平衡状态：当湿含量为 X 的湿物料与湿份分压为的湿物料与湿份分压为 p 的不饱和湿的不饱和湿气体接触时，物料将失去自身的湿份或吸收气体中的湿份，气体接触时，物料将失去自身的湿份或吸收气体中的湿份，直到湿份在物料表面的蒸汽压等于气体中的湿份分压。直到湿份在物料表面的

53、蒸汽压等于气体中的湿份分压。平衡湿含量：平衡状态下物料的湿含量。不仅取决于气体的状平衡湿含量：平衡状态下物料的湿含量。不仅取决于气体的状态，还与态，还与物料的种类物料的种类有很大的关系。有很大的关系。 X*p结合水分：与物料存在某种形式的结合，其汽化能力结合水分：与物料存在某种形式的结合，其汽化能力比独立存在的水要低，蒸汽压或汽化能力与水分比独立存在的水要低，蒸汽压或汽化能力与水分和物料结合力的强弱有关。和物料结合力的强弱有关。非结合水分：与物料没有任何形式的结合，具有和非结合水分：与物料没有任何形式的结合，具有和独立存在的水相同的蒸汽压和汽化能力。独立存在的水相同的蒸汽压和汽化能力。湿含量湿

54、含量 XXh相对湿度相对湿度 非结合非结合水分水分结合结合水分水分01.00.5湿含量湿含量 XXh相对湿度相对湿度 非结合非结合水分水分结结合合水水分分01.00.5化学结合水分与物料细胞壁水分以化学键形式与物料分化学结合水分与物料细胞壁水分以化学键形式与物料分子结合，结合力较强，较难汽化；而吸附水分和毛细子结合，结合力较强，较难汽化；而吸附水分和毛细管水分以物理吸附方式与物料结合，结合力相对较弱，管水分以物理吸附方式与物料结合，结合力相对较弱，较易于汽化。较易于汽化。 结合水分按结合方式可分为：吸附水分、毛细管水分、结合水分按结合方式可分为：吸附水分、毛细管水分、溶涨水分（物料细胞壁内的水

55、分）和化学结合水分溶涨水分（物料细胞壁内的水分）和化学结合水分（结晶水）。（结晶水）。平衡水分：低于平衡湿含量平衡水分：低于平衡湿含量 X* 的水分。是不可除水分。的水分。是不可除水分。自由水分：高于平衡湿含量自由水分：高于平衡湿含量 X* 的水分。是可除水分。的水分。是可除水分。湿含量湿含量 XXh相对湿度相对湿度 非结合水分非结合水分结合水分结合水分01.00.5平衡平衡水分水分自由水分自由水分平衡平衡水分水分X*吸湿过程：若吸湿过程：若 X Xc，汽化的是非结合水分。，汽化的是非结合水分。 降速干燥段：降速干燥段：X Xc 物料实际汽化表面变小（出现干区），第一降速段；物料实际汽化表面变

56、小（出现干区），第一降速段； 汽化表面内移，第二降速段；汽化表面内移，第二降速段； 蒸汽压下降蒸汽压下降p i Xh当物料内部的传质阻力很大时，当物料内部的传质阻力很大时，Xc Xh 。Xc 主要取决于物料的本身的性质（主要取决于物料的本身的性质（Xh），但目前不能由），但目前不能由Xh求求得，由实验测定。得，由实验测定。Xc 的影响因素：的影响因素：（1）物料的本性，如白垩粉）物料的本性，如白垩粉Xc =4%，而白明胶，而白明胶Xc =300% ；（2）物料的厚度（或粒径大小）以及物料与气流接触方式；）物料的厚度（或粒径大小）以及物料与气流接触方式；（3）干燥介质条件（）干燥介质条件（临界湿

57、含量的变化一般小于临界湿含量的变化一般小于5 56%6%）。）。(1)(1)物料尺寸和气固接触方式物料尺寸和气固接触方式 减小物料尺寸，干燥面积增大，干燥速率加快。减小物料尺寸，干燥面积增大，干燥速率加快。粘土粒径粘土粒径 dp，m0.12410-210-310-410-510-6表面积表面积 A，m20.0240.33303003000（c）干燥介质自下而上穿过物料层，可形成流化床（好）。）干燥介质自下而上穿过物料层，可形成流化床（好）。 （b）干燥介质自上而下穿过物料层，不能形成流化床（中）；）干燥介质自上而下穿过物料层，不能形成流化床（中）；（a）干燥介质平行掠过物料层表面（差）；）干燥

58、介质平行掠过物料层表面（差）；1.恒速干燥段恒速干燥段影响因素影响因素: :(2)气固接触方式：气固接触方式：(2)(2)干燥介质条件干燥介质条件 (3)(3)物料本性物料本性 通过强化外部干燥条件（通过强化外部干燥条件（ t， H， u）来增加传热传质推动）来增加传热传质推动力，减小气膜阻力，可提高恒速段（表面汽化控制过程）的力，减小气膜阻力，可提高恒速段（表面汽化控制过程）的干燥速率。干燥速率。 气体温度的提高受热源条件和物料耐热性的限制。气体温度的提高受热源条件和物料耐热性的限制。 增大气速，降低气体湿度，意味着使用更大量的气体，使干增大气速，降低气体湿度，意味着使用更大量的气体，使干燥

59、过程的能耗增加。燥过程的能耗增加。 物料本性不影响恒速段的干燥速率。物料本性不影响恒速段的干燥速率。 若恒速段速率太快，有些物料会变形、开裂或表面结硬壳；若恒速段速率太快，有些物料会变形、开裂或表面结硬壳；(1)(1)物料本性物料本性 物料结构不同，与水分的结合方式、结合力的强弱不同，降速段物料结构不同，与水分的结合方式、结合力的强弱不同，降速段干燥速率差异很大。干燥速率差异很大。 强化干燥速率时，须考虑物料本性。在降速段则应考虑物料的耐强化干燥速率时，须考虑物料本性。在降速段则应考虑物料的耐热性，如热敏性物料不能采用过高温度的气体作为干燥介质。热性，如热敏性物料不能采用过高温度的气体作为干燥

60、介质。(2)(2)物料的湿含量；物料的湿含量；(3)(3)物料的温度；物料的温度；(4)气固接触方式。气固接触方式。关于辐射干燥和传导干燥的两个阶段关于辐射干燥和传导干燥的两个阶段: :干燥的两个阶段干燥的两个阶段(恒速干燥段和降速干燥段恒速干燥段和降速干燥段)都存在，不过恒速干燥都存在，不过恒速干燥段的物料表面温度不等于湿球温度，而是另外的稳定温度，在此段的物料表面温度不等于湿球温度，而是另外的稳定温度，在此温度下单位时间内各种方式传给物料表面的热量等于水汽化吸收的温度下单位时间内各种方式传给物料表面的热量等于水汽化吸收的潜热。潜热。在给定的干燥条件下，将物料干燥至指定的湿含量，需在给定的干