干燥与湿空气

干燥与湿空气第1页，共66页，2023年，2月20日，星期一第一节概述一、去湿方法机械去湿法：过滤、压榨和离心分离等。物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收水分。热能去湿法：加热物料使水分或其中湿分汽化并排除，如蒸发、干燥等。第2页，共66页，2023年，2月20日，星期一二、干燥过程的分类按操作方法：连续式、间歇式按操作压力：常压干燥、减压（真空）干燥按热能传递方式：传导干燥、对流干燥、辐射干燥、和介电加热干燥等。其中工业中最普遍使用的是对流干燥。第3页，共66页，2023年，2月20日，星期一三、本章学习内容计目的学习内容：以空气为干燥介质，水为被去除湿分的对流干燥，即以对流方式，利用热空气将固体物料中的水分去除掉的单元操作。学习目的：1、掌握湿空气的相关物性参数；2、空气焓湿图的结构及用法；3、干燥过程的物料计算和热量衡算；4、干燥时间的计算；5、了解干燥设备的类型。第4页，共66页，2023年，2月20日，星期一四、干燥能够进行的条件物料干空气，pVpW被干燥物料表面所产生水蒸汽的分压pW大于干燥介质（热空气）中水蒸汽的压力pV。第5页，共66页，2023年，2月20日，星期一第二节湿空气的性质及湿度图一、湿空气的性质湿空气：主要包含有绝对干燥的空气和水蒸汽1、湿空气的水分含量：（1）水蒸汽分压pv第6页，共66页，2023年，2月20日，星期一（2）绝对湿度H（湿含量）湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比，单位为：kg水汽/kg干空气。第7页，共66页，2023年，2月20日，星期一（3）相对湿度ψ在一定温度及总压下，湿空气中的水汽分压pv

与同温度下水的饱和蒸汽压pS

之比。相对湿度可以反映湿空气中水汽接近饱和的程度，当ψ=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。当ψ=1，表示湿空气为饱和空气，不能再吸收水分，即不能用于干燥。第8页，共66页，2023年，2月20日，星期一2、湿空气的温度：（1）干球温度t：℃即湿空气的温度，用普通温度计测量即可。（2）湿球温度tW：℃将温度计的感温球用纱布包裹，纱布用水保持湿润，这支温度计称为湿球温度计，它在空气中达到平衡或稳定时的温度称空气的湿球温度。

第9页，共66页，2023年，2月20日，星期一干湿球温度计第10页，共66页，2023年，2月20日，星期一湿球温度实际上表示湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其为湿空气的湿球温度。它是代表湿空气状态或性质的一种参数。（3）绝热饱和温度tas，℃绝热饱和器，不饱和的空气与大量水接触，直至达到饱和。

第11页，共66页，2023年，2月20日，星期一几点说明：①此过程对空气而言，是H增加，焓值I不变的过程，即等焓增湿过程；②对于水-空气系统，可认为tw=tas；（4）湿空气的露点td，℃不饱和的空气在湿含量Ｈ不变的情况下冷却，达到饱和状态时的温度，称为该湿空气的露点。对于不饱和湿空气，t＞tw

＞td，对于饱和湿空气，t=tw=td。第12页，共66页，2023年，2月20日，星期一3、湿空气的其它状态参数（1）湿空气的焓，I，KJ/Kg绝对干空气湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和，称为湿空气的焓。Ｉ——湿空气的焓，kJ/kg绝干空气；

Ig——绝干空气的焓，kJ/kg绝干空气；

Iv——水汽的焓，kJ/kg水汽。第13页，共66页，2023年，2月20日，星期一（2）湿空气的比热CH，KJ/（Kg绝干空气℃）常压下，将湿空气中1kg绝干空气及相应Ｈkg水汽的温度升高1℃所需要的热量，称为湿空气的比热，简称湿比热。第14页，共66页，2023年，2月20日，星期一（2）湿空气的比热υH，m3/Kg绝干空气1kg绝干空气对应的湿空气的体积，称为湿空气的比容积，亦称湿容积。第15页，共66页，2023年，2月20日，星期一二、湿空气的焓湿图（I-H图）1、构造常用为总压1atm下的焓湿图，以H为横坐标，I为纵坐标。为避免数据及曲线过于拥挤，常采用斜角坐标系。图中任何一点即代表一种特定的空气状态。上面共有五种曲线：（1）等焓线——与斜轴平行的一组直线；（2）等湿度线——与纵轴平行的一组直线；（3）等温线——当空气的干球温度t不变时，I与H成直线关系，在I-H图中对应不同的t，可作出许多等t线。其斜率为(1.88t+2492)，因此，不同的等t线之间并不是互相平行的。

第16页，共66页，2023年，2月20日，星期一（4）等相对湿度线——是一组从坐标原点散发出的曲线，根据公式绘制。（5）水蒸汽分压线——表示空气的湿度Ｈ与空气中的水蒸汽分压之间的关系。水蒸汽的分压pv只随湿度Ｈ而变化。第17页，共66页，2023年，2月20日，星期一等t线等ψ线水蒸汽分压线等I线等H线IH第18页，共66页，2023年，2月20日，星期一2、焓湿图（I-H图）的使用：（1）已知空气在图上的状态点，利用各种曲线找到该空气的状态参数。例如：已知状态点A求：①H，②I，③t，④ψ，⑤p，⑥tw，⑦tdAEDFBCtwtd

φ=1HpI第19页，共66页，2023年，2月20日，星期一（1）已知空气的两个状态参数，在图上找到状态点，再确定其它的状态参数。例如：已知①t和tw②t和td

③t和ψ④H和t⑤p和t第20页，共66页，2023年，2月20日，星期一第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算一、物料衡算1、物料含水量的表示方法湿基含水率w干基含水率Ｘ第21页，共66页，2023年，2月20日，星期一2、物料衡算主要包括水分蒸发量和绝对干空气耗量的计算（1）水分蒸发量W

干燥过程如图：

湿物料废气干物料热空气L,H1L,H2G1,w1,X1G2,w2,X2第22页，共66页，2023年，2月20日，星期一G2—出干燥器的产品质量，kg/hGc—湿物料中绝对干料的质量，kg/hw1、w2—干燥前后物料的湿基含水量，kg/kg湿物料；X1、X2—干燥前后物料的干基含水量，kg水/kg干物料L—进、出干燥器的绝干空气的流量，kg/hH1、H2—进、出干燥器的湿空气的湿度，kg水/kg干空气W—水分蒸发量，kg/h。G1—进入干燥的湿物料质量，kg/h第23页，共66页，2023年，2月20日，星期一第24页，共66页，2023年，2月20日，星期一（2）绝对干空气耗量的计算在干燥过程中，绝对干空气的流量不变，为L只有其携带的水分的量是增加的，则所消耗的湿空气的体积为第25页，共66页，2023年，2月20日，星期一二、热量衡算湿物料干物料新鲜空气热空气废气G1,w1,θ1G2,w2,θ2QPQlt0,φ0t1,φ1t2,φ2L,H0,I0L,H1,I1L,H2,I2第26页，共66页，2023年，2月20日，星期一第27页，共66页，2023年，2月20日，星期一1、预热器的热量衡算2、干燥室的热量衡算第28页，共66页，2023年，2月20日，星期一输入=输出，整理后得：第29页，共66页，2023年，2月20日，星期一第30页，共66页，2023年，2月20日，星期一3、干燥系统的热效率第31页，共66页，2023年，2月20日，星期一例8—6今有一干燥器，处理湿物料量为800kg／h。要求物料干燥后含水量由30％减至4％(均为湿基)。干燥介质为空气，初温15℃，相对湿度为50％，经预热器加热至120℃,进入干燥器，出干燥器时降温至45℃，相对湿度为80％。试求：(a)水分蒸发量W；

(b)空气消耗量L、单位空气消耗量l；

(c)如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量V。

解(a)水分蒸发量W

第32页，共66页，2023年，2月20日，星期一(b)空气消耗量L、单位空气消耗量l由I—H图中查得，空气在to＝15℃，φo＝50％时的湿度为H0＝0.005kg水/kg干空气

第33页，共66页，2023年，2月20日，星期一第34页，共66页，2023年，2月20日，星期一

第四节干燥速度和干燥时间一、物料中所含水分的性质1、结合水分与非结合水分结合水分是指包括物料细胞壁内的水分、物料毛细管中的水分及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。非结合水分是指机械附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。第35页，共66页，2023年，2月20日，星期一非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中较易除去；结合水分结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故较难除去。

2、平衡水分与自由水分物料干燥到一定程度时，其表面的水蒸汽分压同空气中水蒸汽分压达到相等，即物料中水分与湿空气达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件下物料的平衡水分，表示为X

e。第36页，共66页，2023年，2月20日，星期一干燥过程达到平衡以前物料中能够除去的水分称为自由水分。3、几种水分的关系结合水分和非结合水分只取决于物料本身的性质，而与干燥介质的状态无关；平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态，干燥介质状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变；一般，自由水分包括全部非结合水和部分结合水，而平衡水分则为结合水分。第37页，共66页，2023年，2月20日，星期一二、干燥机理当固体物料的含水量超过其平衡含水量时与干燥介质接触，虽则在开始时水分均匀地分布在物料中，但由于湿物料表面水分的汽化，遂形成物料内部与表面的湿度差，由于物料内部的水分借扩散作用向表面移动而在表面汽化，汽化的水分被介质及时带走，从而达到使固体物料干燥的目的。第38页，共66页，2023年，2月20日，星期一一些物料中水分表面汽化的速率小于内部扩散的速率时，称为表面汽化控制；另一些物料中水分表面汽化的速率大于内部扩散的速率，称为内部扩散控制。

干燥过程中，水分的迁移分为自内部向表面的扩散和表面向外周的汽化，二者同时进行着，但在不同的时间，干燥机理并不同。

第39页，共66页，2023年，2月20日，星期一三、恒定干燥条件下的干燥速率恒定干燥条件：干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，在整个干燥过程中均保持恒定。1、干燥速率指单位时间内、单位干燥面积上蒸发的水分量W。第40页，共66页，2023年，2月20日，星期一2、干燥曲线表示干燥过程中物料含水量X与干燥时间t、物料表面温度θ关系的曲线，称为干燥曲线。第41页，共66页，2023年，2月20日，星期一表示物料干燥速率u与物料含水量X关系的曲线，称为干燥速率曲线。2、干燥速率曲线AEDCBuX0X1Xu0X2XeAEDCBuX0X1Xu0X2Xe第42页，共66页，2023年，2月20日，星期一由图中可知，干燥分恒速干燥阶段（B-C段），降速干燥阶段（C-E段）C点为恒速干燥向降速干燥的转折点，称临界点。第43页，共66页，2023年，2月20日，星期一四、恒定干燥条件下的干燥时间1、恒速干燥时间t12、降速干燥时间t2可采用近似计算方法求t2

干燥速率曲线中，连接CE段成直线，即干燥速率与物料中的自由水分含量(X-Xe)成正比第44页，共66页，2023年，2月20日，星期一第45页，共66页，2023年，2月20日，星期一例8-2湿物料在恒定干燥条件下在5h内由含水率35%降至10%，如果物料的平衡含水率为4%，临界含水率为14%，求在同样的干燥条件下，将物料干燥到含水率为6%（以上均为干基含水率）时，需要多少时间？解：已知第46页，共66页，2023年，2月20日，星期一第47页，共66页，2023年，2月20日，星期一第48页，共66页，2023年，2月20日，星期一第49页，共66页，2023年，2月20日，星期一化学实验室，常用的烘干箱，它就是一个箱式干燥器