湿空气性质电子教案

项目10干燥及设备操作

学习任务2干燥过程工艺参数的确定计划学时4

专业能力社会能力方法能力

1．空气性质；扩展相应的信息收集能力

团队工作能力

制定工作计划

职业能力目标2．掌握湿焓图的构成方法；

沟通能力能独立使用各种媒介完成学

3.掌握湿焓图的应用

小组成员的协作能力习任务

4．干燥工艺参数的确定

工作结果的评价与反思

接到车间主任指令：根据给定的干燥任务，选择合适的干燥设备，并确定干燥设

学习情境描述备的各种工艺参数。组长接受任务后组织学员通过资讯、计划、决策、实施和检查、

评估等过程完成学习任务。

石油化工岗位操作技能实训中心、教材、辅导资料、化工工艺设计手册、化工

教学环境分析

单元操作学习光盘、学习软件、可以上网查阅资料的电脑、工作台、拆装工具等

采用角色扮演法交代任务；用引导文和小组讨论法完成决策和计划的制定，采用

教学方法

任务驱动法实施工作任务。

分组，分工，协作共同完成，分成6个小组，每组6人

要做好记录，由各小组长展示学习成果

教学组织

评议各小组展示的学习成果

教师对每个小组及每个学生进行监视，做好记录，作为成绩评定的依据。

实施步骤资讯

湿空气的性质和湿度图

一、湿空气的性质

湿空气是干空气和水汽的混合物。由于干燥操作的压力较低，故湿空气通常作为理想气体来处理。

在干燥过程中，湿空气中的水汽量是不断变化的，而其中绝干空气作为湿和热的载体，其质量是不变的，

故在讨论湿空气的性质和干燥过程计算时常取干空气作为物料基准。

p

1．湿空气中的水汽分压w

湿空气中的水汽在保持与湿空气相同的温度下，单独占据湿空气的容积时所产生的压力，称为湿空

ppp

气中水汽的分压力。用w表示。根据道尔顿分压定律，湿空气的总压力与水汽分压力w及绝干空

p

气分压力s的关系为

ppp

＝s+w(4-1)

式中：p—湿空气的总压强，Pa；

p

s—湿空气中干空气的分压，Pa；

p

w—湿空气中水汽的分压，Pa；

p

当总压一定时，湿空气中水汽分压w越大，表明空气中水汽的含量越高。当水汽分压等于该空气

p

温度下水的饱和蒸汽压s时，表明湿空气被水汽饱和，不再具有吸收水汽的能力。故作为干燥介质的

湿空气应为不饱和空气，即水汽分压应低于同温下水的饱和蒸汽压。

2．湿度H

又称湿含量，或绝对湿度（简称湿度），指单位质量绝干空气所带有的水汽质量,单位为kg水/kg

干空气。即

湿空气中水汽的质量nMn

Hww0.622w(42)

湿空气中绝干空气的质量nMn

ggg

nn

式中：g、w——湿空气中干空气、水汽的千摩尔数，kmol；

MM

w、g——水汽和干空气的千摩尔质量，kg／kmol。

常压下湿空气可视为理想气体，根据道尔顿分压定律，式（4-2）可表示为以下关系

p

H0.622w(43)

pp

w

pppp

由式（4-3）可见，湿度H与空气的总压及其水汽分压w有关；当总压一定时，H只与w有

关。

pp

当水汽分压w等于该空气温度下水的饱和蒸汽压s时，表明湿空气被水汽饱和，不再具有吸收水

p

H0.622S(44)

Spp

S

H

汽的能力，此时空气的湿度称为饱和湿度，用s表示，

H

式中：s——湿空气的饱和湿度，kg水汽/kg干空气；

p

s——湿空气温度t下水的饱和蒸汽压，Pa。

pH

式（4-4）说明，在一定总压下，空气的饱和湿度s只取决于其温度。

3．相对湿度（或相对湿度百分数）

ppp

指在一定总压下，湿空气中水气分压w与同温度下水的饱和蒸汽压s之比。即

p(45)

w100%

p

s

ppp

由式（4-5）可知，当w＝0时，＝0，表明该空气为干空气；当w＝s时，＝1，表明空气

pp

已达到饱和状态；当w＜s时，＜1，为未饱和湿空气，值越小，表明该空气偏离饱和程度越远，

吸收水汽的能力越强。

pp

在一定总压P下，w＝s，代入（4－3）得

p

H0.622s

Pp

s（4-6）

式（4-6）表明，当总压P一定时，湿空气的湿度H随空气的相对湿度和空气的温度t而变化。

4．湿空气的比容H

湿空气的比容也称为湿容积，指含有1kg干空气的湿空气的体积，即1kg干空气及其所带的Hkg

水汽共同占有的总体积，其单位为m3湿空气／kg干空气，即

273t101.33

H0.7731.244H

Hgw

273p（4-7）

即在总压p一定时，不饱和湿空气的比体积随其温度t和湿度H而变化。

c

5．湿空气的比热容H

简称湿比热容，指以1kg干空气为计算基准的湿空气的比热容，即1kg干空气及其所带的Hkg水蒸

kJ/kg干空气K

汽温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量，其单位为，即

cccH

Hgv（4-8）

ckJ/kg干空气K

式中：g——干空气的平均等压比热容，；

ckJ/kg水蒸汽K

v——水汽的平均等压比热容，。

ccckJ/kg干空气Kc

在工程计算中，常取g和v为常数，即g＝1.01，v＝

kJ/kg水蒸汽K

1.88，所以，湿空气的比热容为

ckJ/kg干空气K

H＝1.01＋1.88H[]（4-8a）

即湿空气的比热容只随空气的湿度H而变化。

6．湿空气的焓I

指以1kg干空气为计算基准的湿空气的焓，即为1kg干空气的焓与其所带的Hkg水汽的焓之和，

其单位为kJ／kg干空气，即

IHI

I＝g十v（4-9）

IkJ/kg干空气K

式中：g——干空气的焓，；

IkJ/kg水蒸汽K

v——水汽的焓，。

通常规定0℃时干空气及液态水的焓为零，于是

Ict

gg

Irct

v0v

rr

式中：0——0℃时水的汽化潜热，0=2492kJ／kg。

于是

IccHtrH

gv0

1.011.88Ht2492HkJ/kg干空气

（4－9a）

由式（4－9a）可知，湿空气的焓值随空气的温度t、湿度H而变化。

7．湿空气的温度

（1）湿空气的干球温度t。简称温度，是指湿空气的真实温度，可直接用普通温度计测量。

t

（2）湿空气的露点d。不饱和湿空气在总压力和湿度H不变的情况下进行冷却、降温，直到达到

ttH

饱和状态时的温度称为该空气的露点d。此时湿空气的湿度H就是其露点d下的饱和湿度S，即H

H

＝S，相对湿度＝100%。

pt

可见，一定总压力下，空气的湿度H（或水蒸气分压w）越大，则露点d就越高。只要测出露点

tp

温度d，便可查得此温度下对应的饱和蒸汽压s，从而根据式（4-4）求得空气的湿度H。这是露点法

p

测定空气湿度的依据。反之，若已知空气的湿度H，可根据式（4-4）求得饱和蒸汽压s，再从水蒸气

t

表中查出相应的温度，即为露点d。由上述可知，空气露点是反映空气湿度的一个特征温度。

t

（3）湿空气的湿球温度w

将普通温度计的感温球用湿纱布包裹，并用水保持湿纱布表面润湿，这种温度计称为湿球温度计，

如图4－6所示。湿球温度计在空气中达到稳定或平衡时的温度称为该空气的湿球温度。不饱和湿空气

t

的湿球温度w恒低于其干球温度t。

湿球温度计测温原理如下：

将湿球温度计置于温度为t、湿度为H的不饱和空气流中，假设开始时湿纱布的水温与湿空气的温

度t相同，空气与湿纱布上的水之间没有热量传递。由于湿纱布表面空气的湿度大于空气主体的湿度H，

因此湿纱布表面的水分将汽化到空气主体中。此时汽化水分所需潜热只能由水分本身温度下降放出的显

热供给，因此，湿纱布上的水温下降，与空气间产生了温度差，引起对流传热。当空气向湿纱布传递的

热量正好等于湿纱布表面水分汽化所需热量时，过程达到动态平衡，此时湿纱布的水温不再下降，而达

到一个稳定的温度，这个稳定的温度就是该空气状态（温度为t、湿度为H）下的湿球温度。

t

湿球温度w是湿纱布上水的温度，它由流过湿纱布的大量空气的温度t和湿度H所决定。当空气

t

的温度t一定时，若其湿度H越大，则湿球温度w也越高；对于饱和湿空气，其湿球温度、干球温度

以及露点三者相等。因此，湿球温度是湿空气的状态参数。

t

由上可知，在达到湿球温度w时，空气向湿纱布表面的传热速率为

Qt

＝αA（t-w）(4-10)

Q

式中：——传热速率，kW；

kW/m2℃.

α——空气与湿纱布表面间的对流给热系数，；

A——湿纱布的表面积，m2。

湿纱布表面水分向空气的传质速率为

WkHH

HW（4-11）

kg/m2℃

式中：W——水分的传质速率，；

kkg/m2sH

H——以湿度差为推动力的传质膜系数，；

Ht

W——湿空气在温度为w下的饱和湿度，kg／kg；

H——湿空气的湿度，kg／kg。

单位时间水自湿纱布表面汽化所需热量为

QWArkHHAr

w=HWw（4-12）

rt

式中：w——水在w下的汽化潜热，kJ／kg。

由于达到平衡时，空气向湿纱布表面的传热速率等于水自湿纱布表面汽化所需传热速率，由（4-10）、

（4-11）和（4-12）可得

AttAkHH

wHW

kr

ttHW(HH)

整理上式得：wW（4-13）

当空气流速足够大且温度不太高时，可以认为湿空气流与湿纱布表面间的传热、传质均以对流方式

kk

为主，H与为通过同一气膜的传质系数与对流给热系数。实验表明，H与都与气流Re数的0.8

kk

次方成正比，因而H/值与流速无关，只与物性有关。对于空气一水系统，/