1、化工传热过程与控制,项目二 聚氯乙烯的干燥,知识目标,项目二 聚氯乙烯的干燥,掌握湿空气的性质、湿度图及其应用，固体物料中湿分的性质，干燥过程的物料衡算； 掌握典型干燥器的操作维护、常见故障及处理方法，干燥操作的安全及节能措施； 理解干燥过程的传热与传质机理，干燥速率及其影响因素； 理解干燥过程的物料衡算、热效率计算和恒定干燥时间的计算方法； 理解常见干燥器的自控变量及简单控制原理； 了解固体物料去湿与干燥的基本概念，干燥的类型、特点及工业应用； 了解干燥曲线的测定及干燥曲线的应用； 了解不同干燥方式与典型干燥设备的结构特点、工作原理及适用场合。,能根据生产任务和物料性质对典型干燥设备（如气流
2、干燥设备）实施基本操作，并能根据生产任务和干燥系统特性制定干燥操作的安全操作规程； 能运用干燥基本理论与工程技术观点对典型干燥器操作过程中出现的故障进行初步分析和排除； 能根据工艺过程需要正确查阅和使用一些常用的工程计算图表、手册、资料等，并进行必要的工艺计算（如汽化水量计算、空气消耗量计算、热效率计算等）和设备的选型（如风机的选择）。,能力目标,项目二 聚氯乙烯的干燥,培养学生的工程技术观念、独立思考、逻辑思维和运用干燥理论解决实际问题的能力； 增强干燥操作节能、环保意识和严格按操作规程实施安全生产的职业操守； 增强与人协作共同完成一定任务的能力。,素质目标,项目二 聚氯乙烯的干燥,子项目一
3、：聚氯乙烯的干燥设备选用,项目二 聚氯乙烯的干燥,当物料中含湿量较大时，可先用压滤、抽滤、过滤、离心过滤等方法来除去大部分湿分。,用吸湿性物料如：无水氯化钙、硅胶、生石灰、分子筛等来吸附物料中的湿分。 又称为物理化学除湿。,能将湿物料中的湿分汽化并移除。此种方法就称为固体的干燥。又称为供热去湿。,一、固体湿物料的去湿方法,化工生产中去湿的惯用做法是：先用比较经济的机械去湿方法（除去湿物料中的大部分湿分，然后再进行热能去湿（干燥操作），以制成符合规定的产品。,任务：干燥过程的基本概念及认识,子项目一：聚氯乙烯的干燥设备选用,二、干燥过程的分类,本章主要讨论的是以不饱和热空气为干燥介质，湿分为水的
4、对流干燥过程。,任务：干燥过程的基本概念及认识,干燥：用加热的方法使固体物料、半固体物料或液体物料中的液体成分蒸发为气体，使物料转变为固体的操作。,.传导干燥,优点：热利用率高； 缺点：物料层各处受热不均，内侧可能因过热而变质。,热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿分蒸气被气相（又称干燥介质）带走，或用真空泵排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。,任务：干燥过程的基本概念及认识,.对流干燥,热能以对流方式加入物料，产生的蒸气被干燥介质所带走。,任务：干燥过程的基本概念及认识,.辐射干燥（红外线干燥）,工业用辐射器,优点：强度比导热、对流干燥大十几倍； 缺点：电耗大。,由辐射器产生的
5、辐射能以电磁波形式达到物料表面，为物料所吸收而重新变为热能，从而使湿分汽化。例如用红外线干燥法将自行车表面油漆干燥。,如：将空气和煤气混合物冲在白色陶瓷辐射板上进行无烟燃烧，使板面达400-500时产生大量红外线。烤箱，凉晒,任务：干燥过程的基本概念及认识,.介电（微波）加热干燥,工业和科研用微波加热频率为： 915MHz和2450MHz。,又称高频加热干燥，是将待干燥物料置于高频电场内，由于高频电场的交互作用，使物料内部的极性分子（如水分子）产生振动，其振动能量使物料发热而达到干燥的目的。,任务：干燥过程的基本概念及认识,.冷冻干燥,又称升华干燥。将含水物料冷冻到冰点以下，使水转变为冰，然后
6、在较高真空下将冰转变为蒸气而除去的干燥方法。物料可先在冷冻装置内冷冻，再进行干燥。但也可直接在干燥室内经迅速抽成真空而冷冻。升华生成的水蒸气借冷凝器除去。升华过程中所需的汽化热量，一般用热辐射供给。冷冻干燥法常用于药品、生物制品及食品的干燥。,任务：干燥过程的基本概念及认识,三、干燥在工业生产中的作用,.对原料或中间产品进行干燥以满足工艺要求,.运输：粉煤含水量净煤运输量运费,.加工：塑料原体含水量成型时产生气泡,.贮存：药品湿含量有效期,.对产品进行干燥以提高产品中的有效成分和产品质量,任务：干燥过程的基本概念及认识,四、对流干燥过程分析,干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式传递给物料，
7、产生蒸汽被干燥介质带走。,传热,传质,方向：,推动力：,温度差,水汽分压差,任务：干燥过程的基本概念及认识,空气经加热后进入干燥器，气流与湿物料直接接触，沿空气行程其温度降低，湿含量增加，废气自干燥器另一端排出。,典型的对流干燥流程,四、对流干燥过程分析,任务：干燥过程的基本概念及认识,物料表面气膜两侧必须有压力差：物料表面水蒸汽压力必须大于干燥介质中水蒸汽分压 另外，热能的不断供给以及生成水蒸汽的不断排除也是干燥的条件。,.干燥过程进行的必要条件,.干燥过程为双向传递过程,特点,四、对流干燥过程分析,任务：干燥过程的基本概念及认识,传热、传质同时进行的过程 双向传递：传递方向不同，是热、质反
8、向传递过程,一、工业干燥设备的要求,（1）能满足生产的工艺要求； （2）生产能力要高； （3）热效率要高； （4） 干燥介质流动阻力小 （5）操作控制方便，劳动条件良好，附属设备简单。,任务2：干燥设备及选用,二、干燥设备的分类,任务2：干燥设备及选用,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,1.厢式干燥器,：又称为盘式干燥器，为典型的间歇式常压干燥设备。,原理：箱内设有加热器、热风整流板、进出风口和风扇。通过加热空气降低空气中的饱和度，热空气通过物料表面，经过传热传质过程带走物料中的水分，实现干燥过程。,厢式干燥器,任务2：干燥设备及选用,任务2：干燥设备及选用,优点：构造简单，设备投资
9、少，适应性强，物料损失小，盘易清洗。因此对于需要经常更换产品、小批量物料，厢式干燥器的优点十分显著,缺点：物料得不到分散，干燥时间长；若物料量大，所需的设备容积也大；工人劳动强度大，如需要定时将物料装卸或翻动；翻动时，粉尘飞扬，环境污染严重；热利用率低。此外，产品质量不均匀。,应用：厢式干燥器多应用在小规模、多品种、干燥条件变动大，干燥时间长的场合。,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,1.厢式干燥器,有一段长度为2040m的洞道,三、常用工业干燥器,2.洞道式干燥器,任务2：干燥设备及选用,洞道式干燥器,任务2：干燥设备及选用,优点：具有非常灵活的控制条件，可使物料处于几乎所要求的温
10、度-湿度-速度条件的气流之下，因此特别适用于实验工作。 缺点：结构复杂，密封要求高，需要特殊的装置；压力损失大，能量消耗多。 应用：处理量大，干燥时间长的物料。,三、常用工业干燥器,2.洞道式干燥器,任务2：干燥设备及选用,带式干燥器是把物料均匀地铺在带上，带子在前移过程中与干燥介质接触，从而使物料得到干燥。带式干燥器基本上是一个走廊，其内装置带式输送设备，根据工艺的不同要求，可以在每个区段采用不同的气流方向（如图中的下吹与上吹）、不同温度和湿度的气体。,三、常用工业干燥器,3.网带式干燥器,任务2：干燥设备及选用,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,4.气流干燥器,气流干燥机利用高速
11、热气流，在并流输送潮湿粉粒状或块粒状物料的过程中，对其进行干燥。,结构及工作机理： 直管式气流干燥机如图所示 被干燥物料经预热器加热后送入干燥管的底部，然后被从加热器送来的热空气吹起。气体与固体物料在流动过程中因剧烈的相对运动而充分接触，进行传热和传质，达到干燥的目的。干燥后的产品由干燥机顶部送出，废气由分离器回收夹带的粉末后，经排风机排入大气。,直管气流干燥器,任务2：干燥设备及选用,优点： 气、固间传递表面积很大，体积传质系数很高，干燥速率大。 接触时间短，热效率高，气、固并流操作，可以采用高温介质，对热敏性物料的干燥尤为适宜； 由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置； 气流干燥器的
12、结构相对简单，占地面积小，运动部件少，易于维修，成本费用低。,缺点： 必须有高效能的粉尘收集装置，否则尾气携带的粉尘将造成很大的浪费，也会对形成对环境的污染； 对有毒物质，不易采用这种干燥方法。但如果必须使用时，可利用过热蒸汽作为干燥介质； 对结块、不易分散的物料，需要性能好的加料装置，有时还需附加粉碎过程。 气流干燥系统的流动阻力降较大，一般为3000-4000Pa，必须选用高压或中压通风机，动力消耗较大。,应用：气流干燥器适宜于处理含非结合水及结块不严重又不怕磨损的粒状物料，尤其适宜于干燥热敏性物料或临界含水量低的细粒或粉末物料。,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,4.气流干燥器
13、,原理：利用从流化床底部吹入的热气流使颗粒吹起悬浮，流化翻滚如“沸腾状”，物料的跳动大大增加了蒸发面，热气流在悬浮的颗粒间通过，在动态下进行热交换，带走水分，达到干燥目的。,单层圆筒流化床干燥器,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,5.流化床干燥器,任务2：干燥设备及选用,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,5.流化床干燥器,主要型式：单层圆筒型、多层圆筒型、卧式多室型、振动型、脉冲型、惰性粒子型等,多层圆筒沸腾床干燥器,卧式多室沸腾床干燥器,任务2：干燥设备及选用,优点： 与其它干燥器相比，传热、传质速率高，因为单位体积内的传递表面积大，颗粒间充分的搅混几乎消除了表面上静止的
14、气膜，使两相间密切接触，传递系数大大增加；由于传递速率高，气体离开床层时几乎等于或略高于床层温度，因而热效率高； 由于气体可迅速降温，所以与其他干燥器比，可采用更高的气体入口温度； 设备简单，无运动部件，成本费用低； 操作控制容易。,缺点： 对被干燥物料的颗粒度有一定的限制，一般要求颗粒为不小于30m，而又不大于 46mm，限制了使用范围。 对易结块物料因容易产生与设备壁间粘结而不适用。 单层流化床难以保证物料干燥均匀，需设置多层，使设备的高度增加。,适用：流化床干燥器仅适用于散粒状物料的干燥。,三、常用工业干燥器,5.流化床干燥器,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,6.转筒干燥器,
15、原理：主体为稍作倾斜而缓慢转动的长圆筒，热物料从较高的一端进人，与由下端进人的热空气或烟道气作直接逆流接触，随着圆筒的旋转，物料在重力作用下流向较低的一端时即被干燥完毕而送出。,转筒干燥器,任务2：干燥设备及选用,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,6.转筒干燥器,优点：生产能力大，操作稳定可靠，对不同物料的适应性强，操作弹性大，机械化程度较高。,缺点：设备笨重，一次性投资大；结构复杂，传动部分需经常维修；安装、拆卸困难；物料在干燥器内停留时间长，且物料颗粒之间的停留时间差异较大，故不适合于对温度有严格要求的物料。,应用：主要用于处理散粒状物料，但如返混适当数量的干料，亦可处理含水量很
16、高的物料或膏糊状物料，也可以在用干料做底料的情况下干燥液态物料，即将液料喷洒在抛洒起来的干料上面。,原理：用喷雾的方法，使物料成为雾状微粒分散在热空气中，物料与热空气呈并流、逆流或混流的方式互相接触，使水分迅速蒸发，达到干燥目的。,(5)喷雾干燥器,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,7.喷雾干燥器,喷雾干燥系统框图 主要由雾化器、干燥室、粉尘分离器、进风机、空气加热器、排风机等构成。,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,7.喷雾干燥器,喷雾干燥机系统构成,任务2：干燥设备及选用,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,7.喷雾干燥器,雾化器是喷雾干燥器的关键部件,常见有下
17、列三种：,气流式雾化器,压缩空气在喷嘴处达到音速并形成很低的压力，抽送料液由喷嘴成雾状喷出。可制备粒径小于 5m 的微细颗粒，能处理粘度较大的料液，但动力消耗较大，装置的生产能力较小。,离心式雾化器,料液送入一高速旋转的（4000-20000 rpm）装有放射形叶片的圆盘中央，在离心力作用下加速从周边（周向速度100-160m/s）呈雾状洒出。,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,7.喷雾干燥器,压力式雾化器,应用最为广泛。用泵将料液加压至 30-200atm 并通入喷嘴，喷嘴内有螺旋室，液体在其中高速旋转并从出口小孔处呈雾状喷出。,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,7.喷雾
18、干燥器,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,7.喷雾干燥器,优点：干燥过程极快，适宜于处理热敏性物料；处理物料种类广泛，如溶液、悬浮液、浆状物料等皆可；喷雾干燥可直接获得干燥产品，因而可省去蒸发、结晶、过滤、粉碎等工序；能得到速溶的粉末或空心细颗粒；过程易于连续化、自动化。,缺点： 热效率低； 设备占地面积大、设备成本费高； 粉尘回收麻烦，回收设备投资大。,适用：热敏性物料、生物制品和药物制品，基本上接近真空下干燥的标准。如：奶粉，豆浆晶、各种中药冲剂等。,原理：在干燥过程中，热量由滚筒的内壁传到其外壁，穿过附在滚筒外壁面上被干燥的食品物料，把物料上的水分蒸发，是一种连续式干燥的生产机
19、械。,优点： （1）热效率高；（2）干燥速率大； （3）产品的干燥质量稳定 缺点：因滚筒表面湿度较高，会对一些制品因过热而有损风味或呈不正常的颜色。另外，若使用真空干燥器，成本较高，仅适用于热敏性非常高的物料的处理。,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,8.滚筒干燥器,：又称转鼓干燥器、回转干燥机等，是一种接触式内加热传导型的干燥器。,具有中央进料的双滚筒干燥器,任务2：干燥设备及选用,耙式真空干燥机,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,9.耙式真空干燥器,任务2：干燥设备及选用,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,9.耙式真空干燥器,原理：在密闭的夹层中通入热能源(如
20、热水，低压蒸汽或导热油)，热量经内壳传导给被干燥物料。在动力驱动下，罐体作缓慢旋转，罐内物料不断混合，从而达到强化干燥的目的。物料处于真空状态，蒸汽压下降使物料表面的水份(溶剂)达到饱和状态而蒸发，并由真空泵及时排出回收。物料内部的水份(溶剂)不断地向表面渗透、蒸发、排出，三个过程不断进行，物料在很短时间内达到干燥目的。,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,10.双锥回转真空干燥器,双锥回转真空干燥器,优点：内部结构简单，清扫容易，操作简便。同时因容器本身回转时物料亦转动，容器壁上不积料，故 传热系数较高，干燥速率大，不仅节约能源，而且物料干燥均匀充分，质量好。,适用适用于医药、食品、
21、化工等行业的粉，粒状物料的真空干燥和混合,尤其适用有下列要求的物料： 不能接受高温的热敏性物料;容易氧化，有危险的物料;需回收溶剂和有毒气体的物料;要求残留挥发物含量极低的物料;对结晶形状有要求的物料 。,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,10.双锥回转真空干燥器,双锥回转真空干燥器,原理： 红外线或远红外线辐射器所产生的电磁波，以光的速度直线传播到达被干燥的物料，当红外线或远红外线的发射频率和被干燥物料中分子运动的固有频率（也即红外线或远红外线的发射波长和被干燥物料的吸收波长）相匹配时，引起物料中的分子强烈振动，在物料的内部发生激烈摩擦产生热而达到干燥的目的。,特点： 干燥速度快、
22、生产效率高、特别适用于大面积表层的加热干燥； 设备小，建设费用低。特别是远红外线，烘道可缩短为原来的一半以上，因而建设费用低。若与微波干燥、高频干燥等相比，远红外加热干燥装置更简单、便宜。 干燥质量好。由于涂层表面和内部的物质分子同时吸收远红外辐射，因此加热均匀，产品外观、机械性能等均有提高。 建造简便，易于推广。远红外线或红外线辐射元件结构简单，烘道设计方便、便于施工安装,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,11.红外线干燥器,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,12.微波干燥器,原理：利用频率为9152450MHz的微波能量使物料本身发热升温、蒸发水分进行干燥的方法,任务2
23、：干燥设备及选用,优点： 实现物料的无污染和均匀干燥，同时可大幅降低干燥温度； 干燥速度通常提高数倍以上，生产效率大幅提高； 干燥能耗通常降低50%以上； 实现安全洁净生产。,适用：高水份粘稠性物料的干燥；粉状、颗粒状、片状、条状、板状、小型坯件等物料的干燥；催化剂的活化再生；污泥等固体废弃物的干燥、杀菌、消毒；食品、药品、医药原料的干燥、杀菌、消毒；大米、面粉的干燥、杀虫、防霉处理；茶叶的杀青、提香；高分子材料的固化； 发泡材料的热处理。,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,12.微波干燥器,原理：冷冻干燥就是把含有大量水分物质，预先进行降温冻结成固体，然后在真空的条件下使水蒸汽直接
24、升华出来，而物质本身剩留在冻结时的冰架中。因此冷冻干燥又称为冷冻升华干燥。,优点： 干燥后的物料保 持原来的化学组成和物理性质（如多孔结构、胶体性质等）； 热量消耗比其他干燥方法少。 缺点：投资大，费用较高，不能广泛采用。 适用：干燥抗生素、蔬菜和水果等。,任务2：干燥设备及选用,三、常用工业干燥器,13.冷冻干燥器（升华干燥器、冻干机）,1.物料的形态,任务2：干燥设备及选用,四、干燥器的选用,表4-2 以原料形态选择干燥器,聚氯乙烯（PVC）为无定形结构的白色粉末；无固定熔点，8085开始软化，130变为粘弹态，160180开始转变为粘流态；有较好的机械性能；但对光和热的稳定性差，在100
25、以上或经长时间阳光曝晒，就会分解而产生氯化氢。,物料的性质主要有：热敏性、含水量、水分结合方式及粘附性。 热敏性物料宜采用快速干燥，如气流干燥、喷雾干燥及沸腾干燥等。 对于吸湿性物料或临界含水量很高的物料，应选择干燥时间长的干燥器，如间接加热转筒干燥器； 而对临界含水量很低的物料干燥，应选择干燥时间很短的干燥器，例如气流干燥器等。 物料的黏附性也关系到干燥器内物料的流动以及传热与传质的进行，应充分了解物料从湿状态到干燥状态黏附性的变化，以便选择合适的干燥器。,任务2：干燥设备及选用,2.物料的性质,四、干燥器的选用,4.操作压力和操作温度,任务2：干燥设备及选用,四、干燥器的选用,当不允许向外
26、界泄漏时则采用微负压操作； 真空操作费用昂贵，仅当物料必须在低温、无氧以及在中温或高温产生异味和在溶剂回收、起火、有致毒危险的情况下才推荐采用。 高温操作对干燥更为有效； 在可获得低温热能或可从太阳能收集获得热能以及处理热敏性物料时可选择低温操作，但这些干燥器的尺寸往往较大； 真空冷冻干燥，操作费用昂贵，但产品质量和香味保存得更好。,3.物料的加热方式,对流加热是干燥颗粒、糊状或膏状物料最通用的方式； 传导加热干燥器更适用于薄层物料或很湿的物料； 辐射加热通常用于干燥高价值产品或湿度场的最终调整。,表4-4 以物料的处理方法选择干燥器,7.干燥产品的特定质量要求 8.能源价格、安全操作和环境因
27、素,6.选择干燥器前的试验,任务2：干燥设备及选用,四、干燥器的选用,5.干燥中物料的处理方法,子项目二：聚氯乙烯的干燥工艺,项目二 聚氯乙烯的干燥,道尔顿分压定律：某一气体在气体混合物中产生的分压等于在相同温度下它单独占有整个容器时所产生的压力（即理想气体混合物中某一组分B的分压等于该组分单独存在于混合气体的温度T及总体积V的条件下所具有的压力）；而混合气体的总压等于各组分单独存在于混合气体温度、体积条件下产生压力的总和。这即为道尔顿分压定律。也称为气体分压定律。,任务：湿空气的性能参数,子项目二：聚氯乙烯的干燥工艺,定义：湿空气中所含水蒸气的质量与绝干空气质量之比。,湿空气是由水蒸气和绝干
28、空气构成。,1.湿空气的绝对湿度H,一、湿空气的性质,思考1：H属于前面介绍的哪一类浓度？,质量分数,思考2：取1kg干空气作为湿度定义基准有何好处？,干燥过程中干空气的质量不变,当湿空气可视为理想气体时，则有：,式中：pV为空气中水蒸汽分压。,即：,当P为一定值时：,任务1：湿空气的性能参数,1.湿空气的绝对湿度H,若pV ps，湿空气达到饱和，此时：HHs（饱和湿度）。,即：,一、湿空气的性质,定义：在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pV与同温度下水的饱和蒸汽压ps之比的百分数。,即：,2.湿空气的相对湿度,任务1：湿空气的性能参数,表征湿空气的不饱和程度 =0 时：pV =0。绝对干燥
29、空气，吸纳水汽能力最强。 =1时：pV = ps，湿空气达饱和，不可作为干燥介质； 0 1时：pV ps，湿空气未达饱和，可作为干燥介质。 越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。,一、湿空气的性质,结论：湿度 H 只能表示出水蒸汽含量的绝对值，而相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。,相对湿度 与湿度 H 的关系：,任务1：湿空气的性能参数,2.湿空气的相对湿度,一、湿空气的性质,定义： 描述1：1kg干空气及其所带有的H kg水汽组成的湿空气（绝干空气和水蒸气）所具有总体积。 描述2：每单位质量绝干空气中所具有的湿空气（绝干空气和水蒸汽）的总体积。单位：m3湿空气/kg干空气,3.湿
30、空气的比体积（湿容积）H,任务1：湿空气的性能参数,一、湿空气的性质,比容（比体积）：单位质量的物质所占有的容积,1kg 干空气,？kg水汽,湿空气,H,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？,3.湿空气的比体积（湿容积）H,任务1：湿空气的性能参数,一、湿空气的性质,所以：,任务1：湿空气的性能参数,3.湿空气的比体积（湿容积）H,一、湿空气的性质,定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的H kg水汽升高温度1所需的热量。 单位：kJ/kg干气,：干空气比热 = 1.01 kJ/kg干气 ,：水汽比热 = 1.88 kJ/k
31、g水汽 ,4.湿空气比热容（湿热）cH,任务1：湿空气的性能参数,一、湿空气的性质,计算基准：以0绝干空气及0液态水的焓值为0作基准。,因此，对于温度为t、湿度为H 的湿空气，其焓值包括： 由0的水变为0水汽所需的潜热及湿空气由0升温至t所需的显热之和。,5.湿空气的比焓（热含量）IH,定义： 1kg干空气及其所带有的H kg水汽共同具有的焓，简称湿焓。单位： kJ/kg干气,即：,式中： IH：温度为t、湿度为H 的湿空气的焓值。kJ/kg干气； Ig：干空气的焓值。 kJ/kg干气； Iv：水汽的焓值。 kJ/kg水汽； r0：0时水的汽化潜热。r0=2492 kJ/kg水汽,任务1：湿空
32、气的性能参数,一、湿空气的性质,由上式可知，湿空气的焓值只与湿空气的湿度及温度有关。即：,一定压力下，将不饱和空气等湿降温至饱和，出现第一滴露珠时的温度, 用td表示。相应的湿度为饱和湿度，以Hd表示。,特点：,冷却,思考：若已知t、H，如何求td？,思考：若已知t、td ，如何求H ？,查饱和蒸汽压表,6.露点 td,任务1：湿空气的性能参数,一、湿空气的性质,干球温度t：是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。,7.干球温度 t 和湿球温度 tw,任务1：湿空气的性能参数,一、湿空气的性质,大量,湿球温度计,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速率，湿
33、纱布中的水温达到稳定值（肯定比 t 低），这一温度就是湿球温度，用tw 表示。,传质,思考1：为什么酷暑的季节，在水里比在岸上凉快？,t tw,7.干球温度 t 和湿球温度 tw,任务1：湿空气的性能参数,一、湿空气的性质,湿球温度tw：用湿球温度计测出的温度。 湿球温度计：温度计的感温球用纱布包裹，纱布用水保持湿润。,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、传质仍在进行,若空气大量静止，测出的温度还是tw，只不过，达到tw所需时间要更长，因为传热方式此时以导热、自然对
34、流为主，比强制对流要小。,大量,湿球温度计,传质,为了快速、准确地测出tw。,思考4：为什么空气要大量、快速流动？,7.干球温度 t 和湿球温度 tw,任务1：湿空气的性能参数,一、湿空气的性质,湿球温度tw,-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,水分汽化所需的潜热速率,大量,湿球温度计,传质,思考5：湿球温度是水温，为什么要在湿空气性质里介绍？,可见，twf（t，H），而与水的初始状态无关。,7.干球温度 t 和湿球温度 tw,一、湿空气的性质,湿球温度tw,任务1：湿空气的性能参数,式中：,：空气至湿纱布的对流传热系数，W/m2 ；,：以湿度差为推动力的传
35、质系数，kg/m2 sH；,：水在湿球温度tw时的汽化潜热，kJ/kg水；,：湿空气在温度为tw下的饱和湿度，kg水/kg干气；,：空气的湿度， kg水/kg干气。,讨论：空气的湿度H ，湿球温度tw。当空气达饱和时， tw t,7.干球温度 t 和湿球温度 tw,一、湿空气的性质,任务1：湿空气的性能参数,作用： 据t=ttw ，来测定空气的湿度。 干燥中，表面湿润的湿物料其表面温度可看作空气的湿球温度tw ； 空气与湿物料表面的传热温度差ttw（干、湿球温度差）,空气温度与水温相等,少量,塔无穷高,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？,少量空气与大量水；,
36、经过无限长时间接触；,饱和空气,-是水温，但数值由空气决定，与水无关。,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。,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。,定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。,8.绝热饱和温度tas,任务1：湿空气的性能参数,一、湿空气的性质,湿球温度tw与绝热饱和温度tas的异同,相同之处,湿空气均为等焓变化、 均为空气状态（t、H）的函数 空气-水体系，有tw tas,但对其它体系，例如空气甲苯系统，/kH=1.8cH,这时tw 与tas就不
37、等了。,任务1：湿空气的性能参数,一、湿空气的性质,不同之处,湿球温度tw与绝热饱和温度tas的异同,任务1：湿空气的性能参数,一、湿空气的性质,1.湿度图的结构,纵坐标：I（t，p） 横坐标：H（与纵坐标的夹角为135，但为了读数方便读数，又投影到水平线上）,（1）坐标：,任务1：湿空气的性能参数,二、湿空气的湿度图及其应用,等湿线,等焓线,等温线,p-H线,1.湿度图的结构,（2）五组线,任务1：湿空气的性能参数,二、湿空气的湿度图及其应用,1.湿度图的结构,（2）五组线,等湿线（等H 线）,平行于纵轴的一组线。,露点温度td是将湿空气等湿冷却到饱和时的温度，所以湿度H相同，状态不同的湿空
38、气有相同的露点。,等H线与饱和湿度线 =100%的交点所对应的温度为露点温度td,任务1：湿空气的性能参数,二、湿空气的湿度图及其应用,I-H线为一组不平行的直线,等温线（等t线）,等相对湿度线（等线）,饱和曲线以上的部分可以作为干燥介质，饱和曲线以下的部分不可以作为干燥介质。因此，饱和曲线以下的空气性质对干燥计算没有意义，这块空出来的地方作第五组线。,任务1：湿空气的性能参数,二、湿空气的湿度图及其应用,1.湿度图的结构,（2）五组线,等焓线（等I线）,平行于横轴的一组线。,绝热饱和过程是等焓过程，所以绝热增湿过程沿等焓线进行。 等I 线与 =100%的交点所对应的温度为湿球温度。,任务1：
39、湿空气的性能参数,二、湿空气的湿度图及其应用,1.湿度图的结构,（2）五组线,p-H接近于直线关系， 在图区的右下角。,蒸汽分压线（H-p线）,已知两个独立参数：t、tH、ttas（或tw）、tdI 等； 确定空气状态点A； 查出其它性能参数,2.湿度图的应用,任务1：湿空气的性能参数,二、湿空气的湿度图及其应用,A,已知t、 td ，定状态点A,A,2.湿度图的应用,任务1：湿空气的性能参数,二、湿空气的湿度图及其应用,状态点确定后就可以读出其它参数,任务1：湿空气的性能参数,2.湿度图的应用,二、湿空气的湿度图及其应用,例已知t=30 ，=60%求：H、td、 tas,A,H=0.016k
40、g/kg干气,D,C,2.湿度图的应用,任务1：湿空气的性能参数,二、湿空气的湿度图及其应用,任务单： A2-2-1,干燥过程,干燥室,预热室,任务2：干燥过程的工艺计算,干燥室,预热室,思考：1、试在湿度图上画出干燥全过程2、为什么空气要预热？,空气预热有两个好处： （1）相对湿度下降，吸水能力增强 （2）空气温度高，物料温度就高，水汽化速率就快。,任务2：干燥过程的工艺计算,已知： 干燥介质（空气）的进口条件，如温度、湿度、压力等； 物料的进口条件，如温度，湿含量，质量或质量流率； 物料的干燥要求（湿含量）。求解： 干燥介质用量； 干燥条件（如进干燥室的空气温度，出干燥室的空气温度和湿度等
41、）； 整个设备的热能消耗； 干燥室尺寸 ,任务2：干燥过程的工艺计算,（一）物料中含水量的两种表示方法,（1）湿基含水量 w kg水/kg湿物料,一、干燥过程的物料衡算,（2）干基含水量 X kg水/kg干物料,（3）两者关系,任务2：干燥过程的工艺计算,思考：两种含水率之间的换算关系？,（二）物料中所含水分性质,1、按水分在物料中的位置分,（1）吸附水分：湿物料的粗糙外表面附着的水分,（3）溶胀水分：是物料组成的一部分，可透入物料细胞壁内，使物料的体积为之增大。,（2）毛细管水分：多孔性物料的小孔隙中所含的水分。,任务2：干燥过程的工艺计算,一、干燥过程的物料衡算,2、按能否用干燥的方法除去
42、分,（1）平衡水分（X*） ：与一定状态的空气相接触不能够除去的水分。,X* = f（物料种类、空气性质）,对于相同的空气状态，不同的物料的平衡水分不同。,同一种物料，空气状态不同，平衡水分不同。,任务2：干燥过程的工艺计算,（二）物料中所含水分性质,一、干燥过程的物料衡算,（2）自由水分（XX*） ：与一定状态的空气相接触能够除去的水分。,3、按水分除去的难易程度,（1）结合水分水与物料结合力强， 通常为细胞壁内的水分及小毛细管内的水分，这些水分从物料内部移向物料表面速度较慢， Pw Ps。,（2）非结合水分水与物料结合力弱，这些水分从物料内部移向物料表面速度较快， Pw Ps。,任务2：干
43、燥过程的工艺计算,（二）物料中所含水分性质,一、干燥过程的物料衡算,平衡水分一定是结合水分； 自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。,=100%时对应的平衡水分为结合水分含量,结合水分与非结合水分只与物料的性质有关，而与空气的状态无关，这是与平衡水分的主要区别。,任务2：干燥过程的工艺计算,（二）物料中所含水分性质,一、干燥过程的物料衡算,各类水分的区别与联系,空气干燥器的操作过程,干燥室,预热室,（三）干燥过程的物料衡算,任务2：干燥过程的工艺计算,一、干燥过程的物料衡算,L 绝干空气质量流量，kg干气/s； G1、G2 物料进出干燥器总量，kg物料/s。,任务2：干燥过程的工艺计算
44、,（三）干燥过程的物料衡算,一、干燥过程的物料衡算,1、绝干物料量Gc kg干物料/s,2、总物料衡算,3、水分的衡算,联立三式得：,任务2：干燥过程的工艺计算,（三）干燥过程的物料衡算,一、干燥过程的物料衡算,kg干气/kg水,任务2：干燥过程的工艺计算,l 与干燥过程所经历的途径无关。,（三）干燥过程的物料衡算,一、干燥过程的物料衡算,讨论：,（1）空气消耗量与空气的最初及最终的湿度有关，与过程无关（时间及补充热量情况）。,（2）空气消耗量L随初始湿度H0的增大而增大。而H0与空气的温度t0及相对湿度0有关。一般夏天气温比较高，绝对湿度也比较大，所以，干燥操作的空气消耗量夏天要比冬天大。因
45、此，风机风量、功率及预热器、干燥器等的尺寸应按全年最热月份的空气消耗量来确定。,任务2：干燥过程的工艺计算,（3）刚才计算得到的是绝干空气消耗量，如果我们要计算风机风量，如何计算？,（三）干燥过程的物料衡算,一、干燥过程的物料衡算,例有一干燥器，干燥盐类结晶，每小时处理湿物料1000kg，干燥操作使物料的湿基含水量由40%减为5%。干燥介质是空气，初温是20，湿度H0=0.009kg水/kg干气，经预热器加热至120后进入干燥器。设空气离开干燥器时的温度是40，湿度H2=0.039kg水/kg干气。 试求：（1）水分蒸发量，kg/s；（2）空气消耗量，kg干气/s和单位空气消耗量，kg干气/kg水；（3）如干燥收率为95%，求实际产品量，kg/s；（4）如鼓风机装在新鲜空气进口处，风机的风量应为若干m3/s？,任务2：干燥过程的工艺计算,
