(3.1.8)--干燥 第1次课 湿空气的性质.pdf

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1、传质与分离工程第四章第四章干干燥（燥（dryingdrying）2本章基本内容本章基本内容1 1、湿空气的性质、湿空气的性质2 2、湿度图、湿度图3 3、湿度图的应用、湿度图的应用5 5、物料衡算、物料衡算6 6、热量衡算、热量衡算7 7、干燥速率、干燥速率8 8、物料中的几种水分、物料中的几种水分9 9、干燥过程及机理、干燥过程及机理1010、恒定干燥条件下干燥时间的计算、恒定干燥条件下干燥时间的计算1111、常用工业干燥器、常用工业干燥器3通过本节的学习，了解湿空气的状态参数、几种温度参数；掌握干球温度、湿球温度和绝热饱和温度之间的区别和联系；掌握湿空气的状态参数的计算公式。学习目的与学习

2、目的与要求要求概述、湿空气的性质概述、湿空气的性质 第一节第一节概述概述（1 1）机械分离法机械分离法-即通过压榨即通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿过滤和离心分离等方法去湿。这种方法无法彻底去除湿分这种方法无法彻底去除湿分。（2 2）吸附脱水吸附脱水-即用固体吸附剂即用固体吸附剂，如如CaClCaCl2 2、硅胶等吸去物料中所硅胶等吸去物料中所含的水分含的水分。这种方法只能除去少量湿分这种方法只能除去少量湿分。（3 3）干燥法干燥法-指利用热能指利用热能，使湿物料中的湿分气化而除去的方法使湿物料中的湿分气化而除去的方法。湿物料：湿物料：湿分湿分-水分或其它液体水分或其它液体除湿方法：除湿方法

3、：本章将介绍本章将介绍湿分湿物料被除去的湿分从固相转移气相中被除去的湿分从固相转移气相中(固相为被干燥的物料，气固相为被干燥的物料，气相为干燥介质相为干燥介质)。在去湿过程中，。在去湿过程中，湿分发生相变，耗能大、湿分发生相变，耗能大、费用高，但湿分去除较为彻底。费用高，但湿分去除较为彻底。干燥过程的本质干燥过程的本质 湿分湿物料4.工业干燥过程应用举例工业干燥过程应用举例贮存：贮存：药品湿含量药品湿含量有效期有效期 运输：运输：粉煤含水量粉煤含水量净煤运输量净煤运输量运费运费 加工：加工：塑料原体含水量塑料原体含水量成型时产生气泡成型时产生气泡使用：使用：染料或纸张水分过高染料或纸张水分过高

4、产量：产量：产品水分过高，净产量产品水分过高，净产量(值值)按按操作的压力：常压操作的压力：常压Atmospheric pressure Atmospheric pressure、真空、真空vacuumvacuum真空干燥真空干燥温度较低，适合对于热敏性、易氧化或要求产品含温度较低，适合对于热敏性、易氧化或要求产品含水量极低的物料干燥。水量极低的物料干燥。5 5、干燥过程的分类、干燥过程的分类按按操作方式：连续、间歇式。操作方式：连续、间歇式。continuous,intermittent连续式连续式：生产能力大，热效率高、能得到较均匀的产品。生产能力大，热效率高、能得到较均匀的产品。间歇式间

5、歇式：基建费用较低，操作控制方便，能适应多品种物料基建费用较低，操作控制方便，能适应多品种物料，干燥时间较长，生产能力较少。，干燥时间较长，生产能力较少。按照按照热能传给湿物料的方式热能传给湿物料的方式:辐射干燥辐射干燥热以电磁波的形式转变为热能，将水分加热汽热以电磁波的形式转变为热能，将水分加热汽化而达到干燥的目的。化而达到干燥的目的。Radiation dryRadiation dry传导干燥传导干燥间接加热干燥。加热蒸汽，将热能以传导方式通间接加热干燥。加热蒸汽，将热能以传导方式通过金属壁传给湿物料，使湿物料中的水分汽化。过金属壁传给湿物料，使湿物料中的水分汽化。Conduction C

6、onduction dryingdrying对流干燥对流干燥直接加热干燥。干燥介质将热能以对流的方式传直接加热干燥。干燥介质将热能以对流的方式传给与其直接接触的湿物料，以供给湿物料中水分汽化所需的给与其直接接触的湿物料，以供给湿物料中水分汽化所需的热量，并将水蒸气带走。干燥介质通常为热空气。热量，并将水蒸气带走。干燥介质通常为热空气。Convection dryingConvection drying冷冻干燥冷冻干燥Freeze-drying优良的干燥方法，干燥物在密封条件下，无需添加剂在常温优良的干燥方法，干燥物在密封条件下，无需添加剂在常温下可以长期保存。下可以长期保存。优点优点：冷冻干燥

7、物品结构多孔酥脆，使用时复水快，复水后：冷冻干燥物品结构多孔酥脆，使用时复水快，复水后物品的色、香、味、形及活性基本不变。物品的色、香、味、形及活性基本不变。缺点缺点：结构复杂、操作繁琐、能耗较大。巨大的能耗、高额：结构复杂、操作繁琐、能耗较大。巨大的能耗、高额的维护费、操作员工的技术水平成为制约要素。的维护费、操作员工的技术水平成为制约要素。干燥过程：干燥过程：物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。6 6、干燥过程进行的条件、干燥过程进行的条件被干燥物料表面所产生被干燥物料表面所产生水汽分水汽分压压p pw w 大于干燥介质中水汽分大于干燥介

8、质中水汽分压压p p，压差越大，干燥过程进，压差越大，干燥过程进行越快。行越快。热空气热空气本章重点：本章重点：湿空气性质；湿空气性质；所有干燥计算均涉及湿空气的性质。所有干燥计算均涉及湿空气的性质。固体物料干燥过程的相平衡；固体物料干燥过程的相平衡；恒定干燥条件下的干燥曲线和干燥速度曲线；恒定干燥条件下的干燥曲线和干燥速度曲线；基本干燥过程计算，包括干燥过程的物料衡算、热量衡算基本干燥过程计算，包括干燥过程的物料衡算、热量衡算对流干燥对流干燥在工业上应用最为广泛。在工业上应用最为广泛。主要介绍以主要介绍以空气为干燥介质、水为湿分空气为干燥介质、水为湿分的对流干燥过程。的对流干燥过程。确定流程

9、、设备，需计算空气用量、热量消耗及干燥时间等。确定流程、设备，需计算空气用量、热量消耗及干燥时间等。绝干空气的质量水汽的质量=绝干空气的质量水汽的质量=H2918=wwavpPpMM绝干空气的摩尔数水汽的摩尔数绝干空气的摩尔数水汽的摩尔数（1 1）水汽分压）水汽分压p pw w干空气水蒸汽本章用到的湿空气性质包括：本章用到的湿空气性质包括：水的浓度、比热容、比容（密度）、焓、温度等。水的浓度、比热容、比容（密度）、焓、温度等。1 1湿空气中水蒸气含量的表示方法湿空气中水蒸气含量的表示方法湿空气湿空气-气体混合物气体混合物（2 2）湿度）湿度pwpa-又称湿含量，又称湿含量，单位单位kgkg水水

10、/kg/kg干空气干空气思考1：H属于前面介绍的哪一类浓度？质量比总压P思考2：取1kg干空气作为湿度定义基准又何好处？干燥过程中干空气的质量不变第二节第二节湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图一一湿空气的性质湿空气的性质第二节第二节湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图一一湿空气的性质湿空气的性质1 1湿空气中水蒸气含量的表示方法湿空气中水蒸气含量的表示方法ssspPpH=622.0饱和湿度饱和湿度wwpPpH=622.0swpp=（3 3）相对湿度）相对湿度sspPpH=622.0 值愈大，表示空气的吸湿能力越小；值愈大，表示空气的吸湿能力越小；1 1时，饱和。时，饱和。此式只能用于

11、ps P情形；当ps P时，pw/P。因为因为p pw w最大只能达到总压最大只能达到总压P P。1-水汽分压与其可能达到的最大值之比。水汽分压与其可能达到的最大值之比。一湿空气的性质一湿空气的性质2 2湿比容湿比容V VH H-1 1kgkg干空气干空气对应的湿空气的体积对应的湿空气的体积，单位为单位为m m3 3湿空气湿空气 kgkg干空气干空气干空气水气体积干空气的体积干空气水气体积干空气的体积kgHkgkgVH11+=+=()()PtHVPtHH5510013.1273273244.1773.010013.12732734.2218291+=+=+=+=PTnV510013.12734

12、.22=PnRTV=PPTTVV000=标态标态1kg干空气？kg水汽湿空气湿空气H比容的一般定义：比容的一般定义：物质物质的体积比容物质物质的体积比容kgkg11=思考1：为什么取1kg干空气作为定义基准？思考2：1kg干空气对应的湿空气的质量为多少kg？体积呢？wHptV+=+=5510013.110013.1273273773.0PtHVH510013.12732734.2218291+=+=2 2湿比容湿比容V VH H2918=wwpPpH比热容的一般定义：kJ/(kgK)HcccwaH+=+=H88.101.1+3 3湿比热容湿比热容c cH H-kJ/(kJ/(kgkg干气干气

13、K)K)此时，湿空气的质量（此时，湿空气的质量（1+H1+H）kgkgc ca a干空气的比热，干空气的比热，kJ/(kJ/(kgKkgK)c cw w水气的比热，水气的比热，kJ/(kJ/(kgKkgK)1.01kJ/(1.01kJ/(kgkgKK)1.88kJ/(1.88kJ/(kgkgKK)焓的一般定义：焓的一般定义：kJ/kgkJ/kg，通常规定，通常规定，00时绝干空气及时绝干空气及液态水的焓为零。液态水的焓为零。-kJ/kJ/kgkg干气干气此时，湿空气的质量（此时，湿空气的质量（1+H1+H）kgkg()()0=tciaaHiiIwa+=+=()()00+=+=tcriww()(

14、)HrtHccwa0+=+=()()HtHI250088.101.1+4 4湿空气的焓湿空气的焓I I00时时r r0 0 2500 kJ/kg2500 kJ/kg00时时1kg1kg绝干空气绝干空气t t 时时1kg1kg绝干空气绝干空气i ia a1kg1kg水的焓为零。水的焓为零。t t 时时1kg1kg水蒸汽的焓水蒸汽的焓i iw w00时水蒸汽时水蒸汽()()0 tcw5 5干球温度干球温度 t t-用普通温度计测出的空气温度，简称温度，用普通温度计测出的空气温度，简称温度，是空气的真实温度是空气的真实温度 t 空气空气 t,H t,H 19/92传热twtw大量湿球温度计6 6、湿

15、球温度湿球温度 t tw w-用用湿球温度计湿球温度计测出的空气温度测出的空气温度开始时，传质速率最大，传热速率最小。开始时，传质速率最大，传热速率最小。当达到平衡时，传质所需的热量速率等于传热当达到平衡时，传质所需的热量速率等于传热速率，湿纱布中的水温达到稳定值（肯定比速率，湿纱布中的水温达到稳定值（肯定比 t t 低），这一温度就是湿球温度，用低），这一温度就是湿球温度，用t tw w表示。表示。大量、快速大量、快速流动的空气（空气的流动的空气（空气的流速应大于流速应大于5m/s5m/s）与）与少量水少量水接触；接触；传质传质-因存在传质推动力，湿纱因存在传质推动力，湿纱布中的水汽化进入空

16、气，此过程需要布中的水汽化进入空气，此过程需要吸热（水提供），因此水温下降；吸热（水提供），因此水温下降；传热传热-产生传热温差，热量将从空产生传热温差，热量将从空气传入湿纱布；气传入湿纱布；wpsp传质思考1：为什么酷暑的季节，在水里比在岸上凉快？t tw动态平衡动态平衡思考2：上述传热、传质平衡为动态平衡，为什么？思考3：若空气（大量）静止，湿球温度计测出的温度与tw相比高还是低？传热、传质终了（即达到平衡）时，传热、传质终了（即达到平衡）时，传热、传质仍在进行。传热、传质仍在进行。若空气大量，则测出的温度就若空气大量，则测出的温度就是是t tw w，只不过，达到，只不过，达到t tw w

17、所需时间要更所需时间要更长，因为传热方式此时以导热、自长，因为传热方式此时以导热、自然对流为主，比强制对流要小。然对流为主，比强制对流要小。传热twtw大量大量湿球温度计wpsp传质为了快速、准确地测出为了快速、准确地测出t tw w。思考4：为什么空气要大量、快速流动？()()wwwArNttA=()()wwHArHHk=()()HHrkttwwHw=6 6、湿球温度湿球温度 t tw w-是水温，但是却由空气决定，与水无关。是水温，但是却由空气决定，与水无关。空气以对流方式传给水的热量速率空气以对流方式传给水的热量速率水分汽化所需的潜热速率传热twtw大量湿球温度计wpsp传质思考5：湿球

18、温度是水温，为什么要在湿空气性质里介绍？可见，可见，t tw wf f（t t，H H），而与），而与水的初始状态无关。水的初始状态无关。()()HHrkttwwHw=思考6：上述湿球温度测定过程中，湿空气是等焓的吗？传热twtw大量大量湿球温度计wpsp传质KkgkJckHH09.1 k kH H、主要与空气流速有关，主要与空气流速有关，Hk 却几乎与流速无关；却几乎与流速无关；对空气对空气水系统，当被测气体温度不水系统，当被测气体温度不太高、流速太高、流速5m/s5m/s时，时，因空气因空气 t t、H H 不变，故湿空气为等焓不变，故湿空气为等焓（称为Lewis规则）tas 补充水补充水

19、 绝热绝热 湿空气湿空气 t,H tas 绝热饱和塔示意图绝热饱和塔示意图 传热传质Htastt 空气温度与水温相等空气温度与水温相等7 7绝热饱和温度绝热饱和温度t tasas少量塔无穷高设备在绝热条件下干燥湿物料时设备在绝热条件下干燥湿物料时思考1：绝热饱和温度在什么场合下能遇到？ast少量空气与大量水；少量空气与大量水；经过无限长时间接触；经过无限长时间接触；ast饱和空气-是水温是水温思考2：上述绝热塔中，湿空气等焓吗？是的。因为空气降温放出的显热是的。因为空气降温放出的显热给了水，但水并没有升温，这部分能量给了水，但水并没有升温，这部分能量又被水蒸汽以潜热的形式带回空气中。又被水蒸汽

20、以潜热的形式带回空气中。思考3：上述传热、传质平衡为静态平衡，为什么？塔顶没有净的质量、热量传递进行。塔顶没有净的质量、热量传递进行。asII=1()()()()asasaswawaHrtHccHrtHcc00+=+=+HaswawacHccHcc=+=+7 7绝热饱和温度绝热饱和温度t tasas()()HrtHccIwa0+=+=湿空气为等焓变化-是水温是水温 tas 补充水补充水 Ias 绝热绝热 湿空气湿空气 t,H I1 tas 绝热饱和塔示意图绝热饱和塔示意图 塔无穷高astast饱和空气假设()()HHcrttasHas=0),(Htftas=可见，=可见，但是却由空气决定，与水

21、无关。但是却由空气决定，与水无关。思考4：绝热温度是水温，为什么要在湿空气性质里介绍？原因如下：原因如下：()()HHcrttasHas=0()()HHrkttwwHw=湿球温度湿球温度t tw w与绝热饱和温度与绝热饱和温度t tasas的异同：的异同：相同之处：相同之处：湿空气均为等焓变化、湿空气均为等焓变化、均为空气状态（均为空气状态（t t、H H）的函数）的函数 空气空气-水体系，有水体系，有t tw w t tasaswHHrrck0,但对其它体系，例如空气但对其它体系，例如空气甲甲苯系统，苯系统，/k kH H=1.8=1.8c cH H,这时这时t tw w与与t tasas就

22、不等了。就不等了。湿球温度湿球温度t tw w与绝热饱和温度与绝热饱和温度t tasas的异同：的异同：不同之处：不同之处：t tw w-大量空气与少量水接触后大量空气与少量水接触后的稳定的水温；空气的状态的稳定的水温；空气的状态（t t，H H）不变；）不变；属动态平衡属动态平衡。t tasas-少量空气与大量水经过少量空气与大量水经过接触后达到的稳定温度；接触后达到的稳定温度；空空气增湿、降温气增湿、降温；属静态平衡属静态平衡；wpHtddwdHHpp=1 dddpPpHH=622.08 8露点露点t td d在总压不变的条件下在总压不变的条件下，将不饱和湿空气冷却将不饱和湿空气冷却，直至

23、冷直至冷凝出水珠为止凝出水珠为止（即达到饱和状态即达到饱和状态），此时此时，湿空气的温度湿空气的温度称为称为露点露点，用用t td d表示表示。特点：特点：冷却冷却dddpHtddwHHpp=思考：若已知t、H，如何求td？思考：若已知t、td，如何求H？dp查饱和蒸汽压表32122=+=+=+=+=CF自由度数自由度数()()PtHH510013.1273273244.1773.0+=+=%100=swpp wwpPpH=622.0sspPp=622.0HcH88.101.1+=+=()()HtHI250088.101.1+=+=()()HHrkttwwHw=()()HHcrttasHas=

24、0dt汇总：汇总：不饱和湿空气性质：不饱和湿空气性质：P P、H H、p pw w、c cH H、I I、t t、t tw w、t tasas、t td d，共，共1010个个只需只需已知已知3 3个变量个变量，其他均可通过上述函数关系计算得到，但，其他均可通过上述函数关系计算得到，但有时需有时需试差试差。若用图求解就不用试差了。若用图求解就不用试差了。湿空气共有四个温度参数：湿空气共有四个温度参数：干球温度干球温度t t，绝热饱，绝热饱和温度，湿球温度，露点。和温度，湿球温度，露点。该四个温度参数都可该四个温度参数都可用来确定空气状态。用来确定空气状态。不饱和湿空气不饱和湿空气unsatur

25、ated air unsaturated air：ttw=tastd饱和湿空气饱和湿空气saturated air saturated air：t=tw=tas=td氢氢氮混合气（氮混合气（N N2 2：H H2 2=1=1：3 mol3 mol比）的压力为比）的压力为101.3KN/m101.3KN/m2 2（绝压），温度为（绝压），温度为5454，相对湿度，相对湿度=50%=50%，试计算湿度（，试计算湿度（Kg/KgKg/Kg绝干气）；饱和湿绝干气）；饱和湿度（度（Kg/KgKg/Kg绝干气），已知绝干气），已知5454下水的饱和蒸汽压下水的饱和蒸汽压为为15 KN/m15 KN/m2 2。课堂练习课堂练习解：解：()绝干气水 kgkgnMnMHggww/=Mg=28Mg=280.25+20.25+20.75=8.5g/mol0.75=8.5g/mol()绝干气水 kgkgpPpnMnMHvvggww/198.05.73.1015.74.25.818=()绝干气水 kgkgpPpHsss/417.0153.101154.25.818=(2)(2)