干燥技术-学习湿空气的性质和湿度图的应用

项目五干燥技术Drying任务一认识干燥生产装置及工艺流程任务二干燥过程工艺条件的确定——湿空气的性质任务三干燥过程工艺条件的确定——物料、热量衡算任务四恒定干燥条件下的干燥过程的计算化工单元操作技术Contents目1湿空气的性质2焓湿图录化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质湿空气：指绝干空气与水蒸汽的混合物。在干燥过程中，随着湿物料中水份的汽化，湿空气中水份含量不断增加，但绝干空气的质量保持不变。因此，湿空气性质一般都以1kg绝干空气为基准。操作压强不太高时，空气可视为理想气体。系统总压P

：湿空气的总压（kN/m2），即P干空气

(Pg)与P水(PW)之和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且通常干燥在常压下进行，常压干燥的系统总压接近大气压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。一、湿空气的性质(一)湿空气中水汽分压PW化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质对于空气-水蒸气系统：Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96kg/kmol湿空气中水气的质量与绝干空气的质量之比。(二)绝对湿度(湿度)Hkg水蒸汽/kg绝干空气若湿份、绝干空气的摩尔数为nw、ng，摩尔质量为Mw

、Mg，则请思考：如果是氢气-水系统，其湿度表示式？化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质(二)绝对湿度(湿度)H总压一定时，湿空气的湿度只与水蒸汽的分压有关。当pw=ps时，湿度称为饱和湿度，以Hs表示。(三)相对湿度φ湿度只表示湿空气中所含水份的绝对数，不能反应空气偏离饱和状态的程度（即气体的吸湿能力）。相对湿度：在总压和温度一定时，湿空气中水汽的分压pw

与系统温度下水的饱和蒸汽压ps

之比的百分数。化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质(三)相对湿度φ

值说明湿空气偏离饱和空气或绝干空气的程度，

值越小吸湿能力越大；

=0

，p=0时，表示湿空气中不含水分，为绝干空气。

=1

，p=ps时，表示湿空气被水汽所饱和，不能再吸湿。对于空气-水系统：

=f(H,t)

ps随温度的升高而增加，H不变提高t，

，气体的吸湿能力增加，故空气用作干燥介质应先预热。H不变而降低t，

，空气趋近饱和状态。当空气达到饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出。化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质例5-1已知湿空气中水汽分压为10kPa，总压为100kPa。试求该空气成为饱和湿空气时的温度和湿度。解：（1）当φ=1时，pw=ps=10kPa，其相应的饱和温度可查附录七（饱和水蒸汽表），得到该饱和湿空气的温度t=45.3℃；

（2）该饱和湿空气的湿度（饱和湿度）为：例5-2

若将例5-1的湿空气分别加热至60℃和90℃，其相对湿度各为多少？解：（1）当加热至60℃时，查附录七得到60℃下水的饱和蒸气压ps1=19.92kPa，则：

或

（2）当加热至90℃时，ps2=70.14kPa，则：

或

化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质(四)比容

H(Humidvolume)或湿比容(m3/kg绝干气体)比容：1kg绝干空气和相应水汽(其所带的Hkg水汽)体积之和。标态下1mol

任何气体的体积为22.4升

1kmol22.4m3因此：化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质同理：于是：对比两式：例5-3试计算总压为101.33kPa、20℃下，湿度为0.01kg水/kg绝干空气的湿空气的水汽分压和以质量流量为1.5kg/s进入风机时的体积流量，m3/s。化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质解：已知H=0.01kg水/kg绝干空气，t=20℃，p=101.33kPa。由1.5kg/s的湿空气中绝干空气的质量流量为：

湿空气的比容：

=0.843所以，进入风机时湿空气的体积流量为：

化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质(五)比热cH(Humidheat)或比热容kJ/(kg˙℃)比热：1kg绝干空气及相应水汽(其所带的Hkg水汽)温度升高1℃所需要的热量式中：cg

—绝干空气的比热，kJ/(kg·℃)；

cv

—水汽的比热，kJ/(kg·℃)。对于空气-水系统：cg=1.01kJ/(kg·℃)，cv=1.88kJ/(kg·℃)化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质例试计算总压为100kPa、20℃下，湿度为0.01kg/kg的湿空气的水汽分压和以质量流量为1.5kg/s进入风机时的体积流量，m3/s。解：已知H=0.01kg/kg，t=20℃，p=100kPa。由1.5kg/s的湿空气中干空气的质量流量为

湿空气的比容

所以，进入风机时的湿空气的体积流量为

化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质4.焓I焓：1kg绝干空气的焓与相应水汽(其所带的Hkg水汽)的焓之和。由于焓是相对值，计算焓值时必须规定基准状态和基准温度，一般以0℃为基准，且规定在0℃时绝干空气和液态水的焓值均为零，则对于空气-水系统：显热项汽化潜热项化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质例在总压为101.33kPa、湿空气的温度65℃，相对湿度40%，试计算空气的湿度H、比热容cH、焓I、水汽分压及比容。解：对于空气-水系统，在总压一定条件下，给出任何两个独立变量，便可以计算湿空气的有关性质。(1)湿空气的湿度H由水的饱和蒸汽压表查得，65℃水的饱和蒸汽压ps=25kPa。则：(2)湿空气的比热容cH化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质(3)湿空气的比热容cH(4)水汽分压pW(5)比容vH化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质

湿球温度计测定湿球温度的条件是保证纯对流传热，即气体应有较大的流速和不太高的温度，否则，热传导或热辐射的影响不能忽略，测得的湿球温度会有较大的误差。

通过测定气体的干球温度和湿球温度，可以计算气体的湿度。气体ttwa.湿球温度的测定5.湿空气的温度(1)空气的干球温度t：湿空气的真实温度，简称温度(℃或K)。将温度计直接插在湿空气中即可测量。(2)空气的湿球温度化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质

当热、质传递达平衡时，气体对液体的供热速率恰等于液体汽化的需热速率时：(2)空气的湿球温度a.定义qN对流传热hkH气体t,H气膜对流传质液滴表面tw,Hw液滴——湿球温度tW

定义式化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质(2)空气的湿球温度因流速等影响气膜厚度的因素对α和kH有相同的作用，可认为kH/α与速度等因素无关，而仅取决于系统的物性。饱和气体:H=Hs，tW=t，即饱和空气的干、湿球温度相等不饱和气体:H<Hs，tW

<t对于空气-水系统：结论：tW

=f(t,H)，气体的t和H一定，tW

为定值。化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质

物料充分湿润，湿分在物料表面的汽化和在液面上汽化相同。物料经过预热，很快达到稳定的温度，由于对流传热强烈，物料温度接近气体的湿球温度tw。

对于空气-水系统，tw<100℃。当气体的湿度一定时，气体的温度越高，干、湿球温度的差值越大。结论：当物料充分湿润时，可以使用高温气体做干燥介质而不至于烧毁物料。例如，可以使用500℃的气体烘干淀粉。t℃2060100200500tw

℃17.6228.3635.7647.6364.43

对初始温度为20℃、相对湿度为80%的常压空气c.干燥过程物料的温度化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质(3)绝热饱和冷却温度tas

绝热饱和冷却温度：不饱和的湿空气等焓降温到饱和状态时的温度。高温不饱和空气与水在绝热条件下进行传热、传质并达到平衡状态的过程。达到平衡时，空气与水温度相等，空气被水的蒸汽所饱和。由于ras

和Has

是tas

的函数，故绝热饱和温度tas

是气体温度t和湿度H的函数。已知t和H，可以试差求解tas。对于空气-水系统：绝热饱和过程：化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质(4)露点td温度为t的不饱和空气在等湿下冷却至温度等于td的饱和状态，此时H=Hs,td。露点：不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度，以td表示；相应的湿度为饱和湿度，以Hs,td表示。处于露点温度的湿空气的相对湿度

=1，空气湿度达到饱和湿度，湿空气中水汽分压等于露点温度下水的饱和蒸气压，则水蒸气-空气系统：不饱和空气t>tas（或tw）>td；饱和空气t=tas=td

化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质项目五干燥技术Drying任务一认识干燥生产装置及工艺流程任务二干燥过程工艺条件的确定——湿空气的性质任务三干燥过程工艺条件的确定——物料、热量衡算任务四恒定干燥条件下的干燥过程的计算化工单元操作技术Contents目1湿空气的性质2焓湿图录化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—湿空气的性质二、气体湿度图（Humiditychart）

湿空气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。化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—焓湿图等焓线（等I线）等湿度线（等H线）等温线（等t线）等相对湿度线（等φ线）水汽分压线化工单元操作技术任务二干燥过程工艺条件确定—焓湿图空气湿度图的绘制对于空气-水系统，tas

tw，等tas线可近似作为等tw线。每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的tas。横坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。右侧纵坐标：空气的干球温度。(1)等湿度线(等H线)(2)等焓线（等I线）

在同一条等湿线上不同点所代表的湿空气状态不同，但H相同，露点是将湿空气等H冷却至

=1时的温度。(3)等干球温度线(