化工原理学：第14章 固体干燥-1-5

1、tas比较：t、tw、tas、td 关系=1，t=tw=tas=tdtw=tastd 在1atm下，不饱和湿空气的温度为295K，相对湿度为60%，当加热到373K时，该空气下列状态参数将如何变化？湿度H ，相对湿度 ，湿球温度tw ， 露点td ，焓I 。（升高，降低，不变，不确定）升高不变升高不变降低=60%第14章 固体干燥 14.1 概述14.1.1固体去湿方法和干燥过程目的 去湿以便于贮藏、使用或进一步加工物料的去湿方法机械去湿：过滤，离心吸附去湿：干燥剂吸附供热干燥：供热汽化湿分其他干燥方法：真空干燥，冷冻干燥，微波 干燥对流干燥过程的特点 热质同时反向传递对流干燥操作的经济性 主

2、要取决于能耗和热的利用率 14.2 干燥静力学14.2.1 湿气体的性质 温度,湿汽分压(t,p)状态本质参数， 过程传递方向的判据湿度,焓(H,I) 过程物料衡算、热量衡算 的基本参数相对湿度（）饱和度的度量湿球温度tw,绝热饱和温度tas过程的极限参数露点温度tdp的测量湿气体比体积H计算气体体积流量的基本参数 空气-水系统的I-H图(总压100kPa)等I线 等H线 等t线 等线 p线 例：在常压下将干球温度27、湿度为0.0168kg水/kg干空气的空气加热至80，试求加热前后空气相对湿度和焓的变化。解：查水的饱和蒸汽压 27 3.6kPa，80 47.38kPa 空气升温，湿度不变

3、H1=H2=0.01688 得p水汽=2.656 kPa说明温度的提高，空气湿度不变，但是吸湿能力大大提高 I1=(1.01+1.88 H1) t1+2500 H1=(1.01+1.880.0168)27+25000.0168=70.1kJ/kg干气I2=(1.01+1.88 H2) t2+2500 H2=(1.01+1.880.0168)80+25000.0168=125.3kJ/kg干气14.2.2湿空气状态变化过程图示(1) 加热与冷却过程不计阻力，湿空气经间壁加热或冷却过程属等压过程。加热：t升高p不变，p不变，H不变，减小，表明湿空气接纳水汽的能力增强。冷却：若t2高于露点，则为等湿

4、过程；若t2低于露点，则必有部分水汽凝结出来，湿度降低。 (2) 绝热增湿过程一般忽略绝热增湿过程的焓增量，将其视为等焓过程。H1(3) 两股气流的混合物料衡算：干气：V1+V2=V3水分：V1H1+V2H2=V3H3焓衡算：V1I1+V2I2=V3I3显然，混点3在1、2联线上，且符合杠杆规则 例 常压下，现需调节气温及湿度，新鲜空气经喷水室与水充分接触，被冷却后排去冷凝水，再经加热器升温至所需温度。试求： H1 t1整个过程前后湿度变化设离开喷水室的气、液温度相同解：H1=H2，出喷水室1=100% 先算H2，查20，pS=2.27kPa =0.007水/kg干气 p水=0.52.27=1

5、.14 kPa 由1=100 %，查表得t1=9查tW=25, rW=2441kJ/kg, pW=3.186 kPa 水/kg干气湿空气性质小结 （1）当总压一定时，表征空气状态只有两个独立参数。即已知两个相互独立的参数即可（在I-H图上）确定一个湿空气状态点，其他参数也可以或确定。（2）t、tw、tas、td 关系=1，t=tw=tas=tdtw=tastd14.2.3 水分在气-固两相间的平衡湿物料含水量的表示干基：Xt kg水/kg绝对干料湿基：w kg水/kg湿物料换算关系：G kg湿料，含水w kg水/kg湿料，则绝对干料量Gc Gc=G(1-w)14.2.4 干燥速率和干燥时间-干

6、燥动力学 干燥动力学可以解决干燥室尺寸问题干燥速率： 单位时间、单位干燥表面所汽化的水分量，称为干燥速率A、Gc、Xd、dX水分干燥速率定义一、物料中的几种水分1、 结合水分与非结合水分非结合水-机械地附着在物料表面的水分，或物料堆积层 中大空隙中的水分水固相结合水-结晶水、小毛细管内的水分、细胞内的水分等。特点：与固体相互结合力较弱，较易去除； 非结合水的性质与纯水的相同, Pe =Ps(水的饱和蒸汽压)；特点：结合水的平衡蒸气压Pe低于 同温下水的饱和蒸气压Ps; 借化学力或物理化学力 与固体相结合，难去除。-取决于物料本身的性质，与空气状况无关。 Pe p水固相ps水固相ps 在一定空气

7、状态下，湿物料中的恒定含水量称为该物料的平衡水 。也就是在一定空气状态下物料中不能除去的水分。用X*表示，单位kg水/kg干料。思考：“在一定空气状态下物料中不能除去的水分”这句话是否意味着这部分水再也无法除去了？平衡水分与自由水分 设用=0.4不饱和空气干燥湿固体，时间足够长。 此时，固体中的含水量X *称对应该空气状态的平衡水分，Xt-X *（包括非结合水和部分结合水）为所有被指定状态空气带走的水分,称自由水。最初含非结合水，pe=psp结合水，pep当结合水peps pe=p时，pe平衡蒸汽压，ps水的饱和蒸汽压 pe平衡蒸汽压，ps水的饱和蒸汽压结合水与非结合水水分性质结合力平衡蒸汽压

8、非结合水机械力pe=ps结合水化学力，物理化学力peps 平衡蒸汽压曲线（平衡蒸汽压与含水量Xt关系）（1）结合水与非结合水是以结合力来区分的，表现为平衡蒸汽压不同，其大小只与湿固体的性质有关而与气体状态无关。（2）平衡水、自由水是以传质的平衡状态划分的，不仅与湿料的性质有关还与气体状态有关。相同湿料，气体越小则X*越低。 找出新闻纸的平衡水分、自由水分、非结合水、结合水自由水分平衡水分总水分非结合水分结合水分问 题=0.5二、干燥过程及机理恒定干燥条件：t，H，p水固相ps 湿空气的状态（温度、湿度）不变、 空气流速不变、与物料的接触方式不变 X，kg水/kg绝干料干燥时间 物料温度t0tw

9、所经历的时间很短，通常可忽略不计。 思考：恒速阶段除去的是什么水？ 非结合水思考：影响恒速阶段干燥速率的因素？空气条件二、干燥过程及机理整个干燥过程可分为三个阶段： 预热段、恒速段、降速段t，H，pX，kg水/kg绝干料干燥时间 物料温度tw水固相ps思考：降速阶段除去的是什么水？ 第一降速阶段非结合水和部分结合水第二降速阶段汽化表面内移实际表面气化减小 干燥速率Gc：试样中绝对干燥物料的质量，kg；A：试样暴露于气流中的表面积，m2；X：物料的自由含水量，X=Xt-X *，kg水/kg干料； 干燥曲线与干燥速率曲线干燥过程中，气体状态t，u 保持不变。记取物料试样的自由含水量X(=Xt-X*

10、)与时间t的关系，得到干燥曲线。（1）干燥曲线AB：预热阶段BC：恒速段，=tw不变CD：第一降速段,上升NA下降DE：第二降速段,上升NA下降（2）干燥速率曲线CD段NA下降原因：实际汽化表 面减小DE段NA下降原因：汽化表面内移；结合水的干燥，平衡蒸汽压 下降；固体内部水分扩散速率低。backNA下降原因 恒速阶段与降速阶段比较 讨论二、干燥过程及机理干燥速率N,kg/（m2s）降速第一阶段降速第二阶段X*思考：影响临界含水量大小的因素？临界含水量临界含水量XC物料在恒速干燥终了时含的水量干燥介质状况（流速、温度、湿度等）物料本身的结构、性质、厚度等 t，H，ptw水固相ps临界自由含水量=临界含水量-平衡含水量 临界含水量Xc的影响 物料本身的结构、性质、厚度等影响 其他干燥条件相同，若物料越薄、分散越细，恒速阶段去除的非结合水越完全，则Xc越少； 干燥介质状况（流速、温度、湿度等）影