(1)--27固体干燥静力学.ppt

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1、固体干燥静力学固体干燥静力学12023年年12月月28日日化工原理化工原理本节主要内容本节主要内容2023年年12月月28日日化工原理化工原理2什么是固体干燥？什么是固体干燥？固体干燥静力学固体干燥静力学一、湿空气性质一、湿空气性质二、湿空气的湿二、湿空气的湿-焓图及应用焓图及应用三、湿空气通过干燥器的状态变化三、湿空气通过干燥器的状态变化四、湿物料性质四、湿物料性质五、水分在气五、水分在气-固两相间的平衡含量表示法固两相间的平衡含量表示法什么是固体干燥？什么是固体干燥？2023年年12月月28日日化工原理化工原理 工业生产中采用热物理法加热固体物料使其中的少量湿分工业生产中采用热物理法加热固

2、体物料使其中的少量湿分汽化并及时排除生成的蒸汽，从而获得湿分含量达到规定的成汽化并及时排除生成的蒸汽，从而获得湿分含量达到规定的成品，此操作为品，此操作为干燥。干燥。干燥过程示意图干燥过程示意图什么是固体干燥？什么是固体干燥？2023年年12月月28日日化工原理化工原理干燥过程推动力：干燥过程推动力：传质推动力：物料表面水分压传质推动力：物料表面水分压P表水表水 热空气中的水分压热空气中的水分压P空水空水传热推动力：热空气的温度传热推动力：热空气的温度t空气空气 物料表面的温度物料表面的温度t物表物表干燥操作分类干燥操作分类 工业上普遍应用的是工业上普遍应用的是对对流干燥流干燥。即利用热空气与

3、湿。即利用热空气与湿物料做相对运动的对流式干物料做相对运动的对流式干燥，本章燥，本章重点介绍以空气为重点介绍以空气为干燥介质除去物料中水分的干燥介质除去物料中水分的对流式干燥操作。对流式干燥操作。分类分类按操作方式按操作方式连续干燥连续干燥按按传热方式传热方式对流干燥对流干燥传导干燥传导干燥间歇干燥间歇干燥辐射干燥辐射干燥按操作压强按操作压强常压干燥常压干燥真空干燥真空干燥介电加热干燥介电加热干燥2023年年12月月28日日化工原理化工原理固体干燥静力学固体干燥静力学固体干燥静力学：固体干燥静力学：通过物料衡算和热量衡算，来计算完通过物料衡算和热量衡算，来计算完成一定干燥任务所需的成一定干燥任

4、务所需的干燥介质的用量、水分的蒸发量、干燥介质的用量、水分的蒸发量、外界输入的加热量外界输入的加热量等。等。2023年年12月月28日日化工原理化工原理一、湿空气性质一、湿空气性质二、湿空气的湿二、湿空气的湿-焓图及应用焓图及应用三、湿空气通过干燥器的状态变化三、湿空气通过干燥器的状态变化四、湿物料性质四、湿物料性质五、水分在气五、水分在气-固两相间的平衡含量表示法固两相间的平衡含量表示法一、湿空气性质一、湿空气性质由绝干空气和水汽组成由绝干空气和水汽组成1 1、湿空气中水汽含量的表示、湿空气中水汽含量的表示 (1)水汽分压水汽分压pv湿空气总压湿空气总压P=绝干空气分压绝干空气分压pg+水汽

5、分压水汽分压pv，越大说明空气中水汽含量越高。越大说明空气中水汽含量越高。2023年年12月月28日日化工原理化工原理(2)(2)湿度湿度H（又称湿含量，绝对湿度）（又称湿含量，绝对湿度）将空气看成理想气体：将空气看成理想气体：湿空气达到饱和状态时，饱和湿度：湿空气达到饱和状态时，饱和湿度：吸湿吸湿2023年年12月月28日日化工原理化工原理（3）相对湿度）相对湿度湿空气载湿湿空气载湿能力的大小能力的大小2023年年12月月28日日化工原理化工原理说明：说明：j j表明湿空气偏离饱和空气的程度，表明湿空气偏离饱和空气的程度，j j值越小，说明其吸湿能力越强，则更值越小，说明其吸湿能力越强，则更

6、适合作为干燥介质。适合作为干燥介质。而湿度是湿空气含水量的绝对值，由湿度不能判别湿空气而湿度是湿空气含水量的绝对值，由湿度不能判别湿空气能否作为干燥介质。能否作为干燥介质。(1)当当 pv=0时，时，j j0,表示湿空气中不含水，称为绝干空气；表示湿空气中不含水，称为绝干空气；(2)当当pv=ps时，时，j j=100%，表示湿空气被水所饱和，不能作为干燥介质。，表示湿空气被水所饱和，不能作为干燥介质。(1)湿比热湿比热CH 以以1kg绝干气为基准，对应绝干气为基准，对应1kg绝干气和绝干气和H kg水汽温度升高水汽温度升高（或降低）（或降低）1所需吸收（或放出）的热量，称为湿比热。所需吸收（

7、或放出）的热量，称为湿比热。2 2 湿空气的比热、比容和焓湿空气的比热、比容和焓只是湿度的函数只是湿度的函数2023年年12月月28日日化工原理化工原理 以以1kg绝干气为基准，对应绝干气为基准，对应1kg绝干气和绝干气和H kg水汽水汽所占所占总体积，又称为总体积，又称为湿容积湿容积。(2)湿比容湿比容vH2023年年12月月28日日化工原理化工原理(3)(3)湿空气的焓湿空气的焓I I 以以0时时气体焓为基准，对应气体焓为基准，对应1kg绝干气和绝干气和Hkg水汽所具有水汽所具有的焓之和称为湿空气的焓。的焓之和称为湿空气的焓。r0-0水的汽化潜热水的汽化潜热2492kJ/kg2023年年1

8、2月月28日日化工原理化工原理(1)(1)干球温度干球温度t-t-湿空气的真实温度湿空气的真实温度普通温度计普通温度计(2)(2)湿球温度湿球温度湿球温度计湿球温度计测温机理：感温球用纱布包裹，纱布测温机理：感温球用纱布包裹，纱布下部浸于水中，使之保持湿润。下部浸于水中，使之保持湿润。3 3、湿空气的几种温度表示法、湿空气的几种温度表示法 意义：意义：在实际生产中，常常利用干、湿球温度计来测量空气的湿度，从而确定空气其它性质。2023年年12月月28日日化工原理化工原理(3).绝热饱和温度绝热饱和温度tas 在绝热饱和器中，利用增湿降温使不饱和空气达到饱和在绝热饱和器中，利用增湿降温使不饱和空

9、气达到饱和时的温度。时的温度。2023年年12月月28日日化工原理化工原理 在空气绝热增湿过程中，空气降温失去的显热被汽化的水分在空气绝热增湿过程中，空气降温失去的显热被汽化的水分以潜热形式带回，以潜热形式带回，焓值不变，焓值不变，为为“等焓等焓”过程。过程。(4)(4)露点温度露点温度td2023年年12月月28日日化工原理化工原理等湿线等湿线等焓线等焓线等温线等温线饱和空气饱和空气线线二、湿空气的二、湿空气的I IH H图及其应用图及其应用 pv-H线线2023年年12月月28日日化工原理化工原理湿空气性质湿空气性质(p,t,j j,H,I,tw)1.等湿线（等等湿线（等H线）群线）群 是

10、一组平行纵坐标的直线，同一根等是一组平行纵坐标的直线，同一根等H线上各点湿度相同，线上各点湿度相同，其数值可由辅助水平轴上读出。其数值可由辅助水平轴上读出。2.等焓线（等等焓线（等I线）群线）群 是一组平行于斜轴的直线，同一根等是一组平行于斜轴的直线，同一根等I线上代表的空气状态不线上代表的空气状态不同，但都具有相同的焓值，即代表空气经历等焓过程。同，但都具有相同的焓值，即代表空气经历等焓过程。3.等温线群等温线群 由式由式 可知，当温度可知，当温度t不变时，不变时，I与与H呈线呈线性关系，则可得到若干温度对应下的若干条直线，各线间因斜率性关系，则可得到若干温度对应下的若干条直线，各线间因斜率

11、相差很小，所以互相近似平行。相差很小，所以互相近似平行。（一）焓湿图的构成（一）焓湿图的构成2023年年12月月28日日化工原理化工原理 4.等相对湿度线（等等相对湿度线（等j j线）群：线）群：由式由式 知，当某个知，当某个j j值下，可将许多点值下，可将许多点(t，H)连连接构成一条等相对湿度线。接构成一条等相对湿度线。说明：说明：（1）湿空气作为干燥介质应先）湿空气作为干燥介质应先预热预热以以提高焓值，降低相对湿度提高焓值，降低相对湿度（2）j=100%j=100%线线为饱和空气线为饱和空气线，线以上为不饱和区域，对干燥操，线以上为不饱和区域，对干燥操作有意义；线以下是过饱和区作有意义；

12、线以下是过饱和区,湿空气成雾状湿空气成雾状,会使物料返潮会使物料返潮,应避应避免。免。5.蒸汽分压线蒸汽分压线 由式由式 当当P为定值且为定值且H0.622时，时，p pv vH间近似呈直线关系。间近似呈直线关系。2023年年12月月28日日化工原理化工原理l已知状态点确定湿空气的性质已知状态点确定湿空气的性质 I IH H（二）（二）.(.(I I-H H)图图的应用的应用2023年年12月月28日日化工原理化工原理空气状态点的确定空气状态点的确定 利用表示湿空气性质利用表示湿空气性质(p,t,j j,H,I,tw)的任意两个相对独立变量的任意两个相对独立变量(即两个在图上有交点的参数即两个

13、在图上有交点的参数)，就可以在图上定出一个点，该点，就可以在图上定出一个点，该点即表示湿空气所处的状态，由此点可查出其它各项参数。即表示湿空气所处的状态，由此点可查出其它各项参数。2023年年12月月28日日化工原理化工原理说明：应给出两个独立变量，才能确定唯一的状态点。说明：应给出两个独立变量，才能确定唯一的状态点。2023年年12月月28日日化工原理化工原理l空气状态变化过程的图示空气状态变化过程的图示 加热和冷却加热和冷却(等湿过程等湿过程)可求露点可求露点 绝热增湿绝热增湿(等焓过程等焓过程)可求可求 2023年年12月月28日日化工原理化工原理理想干燥过程理想干燥过程(绝热干燥过程、

14、等焓干燥过程绝热干燥过程、等焓干燥过程)忽略设备的热损失忽略设备的热损失和和物料进出干物料进出干燥器的温度的变化燥器的温度的变化,而且而且不向干燥器补不向干燥器补充热量充热量,干燥器内空气放出的显热全部干燥器内空气放出的显热全部用于蒸发湿物料中的水分用于蒸发湿物料中的水分,最后水分又最后水分又将潜热带回空气中将潜热带回空气中,此时此时I1=I2,这种干这种干燥过程称为燥过程称为理想干燥过程理想干燥过程,又称绝热干又称绝热干燥或是等焓干燥燥或是等焓干燥。湿空气预热湿空气预热t0-t1,等焓变化：等焓变化：ABC三、湿空气通过干燥器的状态变化三、湿空气通过干燥器的状态变化 2023年年12月月28

15、日日化工原理化工原理四、湿物料性质四、湿物料性质 湿物料中的含水量的表示方法湿物料中的含水量的表示方法-两种两种 湿基含水量湿基含水量 w：水分在湿物料中的质量百分数。水分在湿物料中的质量百分数。干基含水量干基含水量 X：湿物料中的水分与绝干物料的质量比。湿物料中的水分与绝干物料的质量比。换算关系：换算关系：2023年年12月月28日日化工原理化工原理湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。湿物料放在干空气中会湿物料放在干空气中会晾干晾干，而干燥的物料放在湿空气中，而干燥的物料放在湿空气中会会吸潮吸潮，说明湿分在气体和固体间存在着双向的传递问题，说明湿分在气体和

16、固体间存在着双向的传递问题。五、水分在气固两相间的平衡含量表示法五、水分在气固两相间的平衡含量表示法 湿湿分分的的传传递递方方向向 (干干燥燥或或吸吸湿湿)和和限限度度 (干干燥燥程程度度)由由湿分在气体和固体两相间的平衡关系决定。湿分在气体和固体两相间的平衡关系决定。pXpsXhX*p平衡状态：平衡状态：当湿含量为当湿含量为 X 的湿物料与湿的湿物料与湿分分压为分分压为 p 的不饱和湿气体接触时，物的不饱和湿气体接触时，物料将失去自身的湿分或吸收气体中的湿料将失去自身的湿分或吸收气体中的湿分，直到湿分在物料表面的蒸汽压等于分，直到湿分在物料表面的蒸汽压等于气体中的湿分分压。气体中的湿分分压。

17、2023年年12月月28日日化工原理化工原理1.平衡水分、自由水分平衡水分、自由水分 按按照照水水分分能能否否干干燥燥划划分分为为平平衡衡水水分分与与自自由水分由水分。平平衡衡时时，物物料料中中的的水水分分称称为为平平衡衡水水分分，其其含含量量用用X*表表示示，平平衡衡水水分分与与与与湿湿空空气气性性质质有关，与物料结构、水分性质有关。有关，与物料结构、水分性质有关。物料中的水分可按两种形式分类物料中的水分可按两种形式分类pspwX*XSSpwX*pw-X*关系示意图关系示意图 湿物料中除平衡水分外能够被干燥的水分湿物料中除平衡水分外能够被干燥的水分为为自由水分自由水分，在干燥过程中被干燥掉的

18、水分，在干燥过程中被干燥掉的水分一定是自由水分。一定是自由水分。2023年年12月月28日日化工原理化工原理2.结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分 根根据据水水分分干干燥燥的的难难易易程程度度，可可以以将将湿湿物物料料中中的的水水分分划划分分为为结结合合水水分分与与非非结结合水分合水分。非非结结合合水水分分：机机械械附附着着水水分分和和大大毛毛细管水分，易于干燥；细管水分，易于干燥；结结合合水水分分：与与物物料料以以化化学学力力或或物物理理化化学学力力结结合合的的水水分分,小小毛毛细细管管水水分分等等，难难于干燥；于干燥；将将平平衡衡曲曲线线外外延延至至 =100%线线相相交交而而得得到

19、到的的含含水水量量为为结结合合水水分分，其其余余为为非非结合水分。结合水分。结合水分与非结合水分的区分与物结合水分与非结合水分的区分与物料性质有关，与湿空气的状态无关料性质有关，与湿空气的状态无关.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合水分结合水分自由水分自由水分平衡水分平衡水分X*01.00.52023年年12月月28日日化工原理化工原理两种分类方法的不同：两种分类方法的不同：自自由由水水分分是是在在干干燥燥中中可可以以除除去去的的水水分分，而而平平衡衡水水分分是是不不能能除除去去的的，自自由由水水分分和和平平衡衡水水分分的的划划分分除除与与物物料有关外，还决定于空气

20、的状态。料有关外，还决定于空气的状态。非非结结合合水水分分是是在在干干燥燥中中容容易易除除去去的的水水分分，而而结结合合水水分分较较难难除除去去。是是结结合合水水还还是是非非结结合合水水仅仅决决定定于于固固体体物料本身的性质物料本身的性质，与空气状态无关。，与空气状态无关。2023年年12月月28日日化工原理化工原理3 平衡曲线的应用平衡曲线的应用判断过程进行的方向判断过程进行的方向确定过程进行的极限确定过程进行的极限判断水分去除的难易程度判断水分去除的难易程度2023年年12月月28日日化工原理化工原理推荐阅读书目推荐阅读书目1.王晓红，田文德，王英龙王晓红，田文德，王英龙.化工原理化工原理.北京：化学工北京：化学工业出版社，业出版社，2013.（5.1节）节）2.王晓红，田文德王晓红，田文德.化工原理（下册）化工原理（下册）.北京：化学工北京：化学工业出版社，业出版社，2015.（6.2节）节）2023年年12月月28日日化工原理化工原理本讲结束本讲结束下讲内容：下讲内容：固体干燥动力学固体干燥动力学2023年年12月月28日日化工原理化工原理31