1、第七章 干燥,本章主要内容,第一节 概述 第二节 湿空气的性质及湿度图 第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算 第四节 物系的平衡含水量与干燥速率 第五节 干燥设备 小结,第一节 概述,一、固体物料的去湿方法 二、湿物料的干燥方法 三、对流干燥过程的传热与传质,一、固体物料的去湿方法,在化学工业中，有些固体原料、半成品和成品中含有水分和或其它溶剂（统称为湿分）需要除去，简称去湿。 1机械去湿法：通过用沉降、过滤或离心分离等机械方式除去固体物料中湿分的方法称为去湿。这方法多用于处理含液量大的物料，适于初步去湿，能耗较低。 2. 加热去湿法： 通过向湿物料供热使湿分汽化，同时带走所产生蒸汽的去湿方法
2、称为物料的干燥。工业生产中往往将两种方法联合起来操作 。 干燥的目的是为了使物料便于运输、加工处理，贮藏和使用。,二、湿物料的干燥方法,1、按照对湿物料的加热方式不同可分为： （1）热传导干燥法 （2）对流传热干燥法 （3）红外线辐射干燥法 （4）微波加热干燥法 （5）冷冻干燥法 2、按操作压强分为常压干燥和真空干燥。 3、按操作方式分为连续操作和间歇操作。 本章主要介绍以以热空气为干燥介质，除去的湿分为水的对流加热干燥。,干燥介质：用来传递热量（载热体）和湿份（载湿体）的介质。,对流干燥过程中，物料表面温度低于空气温度t，因此热量以对流方式从气相传递到固体表面，再由表面向内部传递，这是个传热
3、过程；,固体表面处水气分压Pw高于气相主体中水气分压PV，因此水气由固体表面向气相扩散，这是一个传质过程。,三、对流干燥过程的传热与传质,注意：只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干燥即可进行，与气体的温度无关。 气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快湿份汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。,气膜,t,Q,W,pV,Pw,干燥是热、质同时传递的过程,热空气 ,干燥过程,热空气流过湿物料表面,热量传递到湿物料表面,湿物料表面水分汽化并被带走,表面与内部出现水分浓度差,内部水分扩散到表面,传热过程,传质过程,传质过程,干燥过程推动力,传质推动力：物料表面水分压Pw 热空气中的水分
4、压Pv 传热推动力：热空气的温度t 物料表面的温度,对流干燥过程实质,干燥过程基本问题,解决这些问题需要掌握的基本知识有： (1) 湿分在气固两相间的传递规律； (2) 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化； (3) 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征； (4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。,第二节 湿空气的性质及湿度图,一、湿空气的性质 （一）湿空气中湿含量的表示方法 （二）湿空气的比体积、比热容和焓 （三）湿空气的温度 二、湿空气的湿度图及其应用 （一）IH图（焓湿图）的构
5、成 （二）I-H图的用法,（一）湿空气中湿含量的表示方法,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。,湿空气中水汽分压:,2. 相对湿度,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；,相对湿度：在总压和温度一定时，湿空气中水汽的分压 pv 与系 统温度下水的饱和蒸汽压 ps 之比的百分数。, = 0 ， pv =0 时，表示湿空气中不含水分，为绝干空气。 = 1 ， pv =ps 时，表示湿空气被水汽所饱和，不
6、能再吸湿。,3. 湿度 (绝对湿度)H,对于空气-水蒸气系统： Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96 kg/kmol,湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比。若湿份蒸汽和绝干空气的摩尔数 (nv ,ng) 和摩尔质量 (MV , Mg),总压一定时，湿空气的湿度只与水蒸汽的分压有关。,当pV=ps时，湿度称为饱和湿度，以Hs表示。,由相对湿度 知,在一定总压力下,PV= PS ,则, 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。,湿度只表示湿
7、空气中所含水份的绝对数，不能反映空气偏离饱和状态的程度（即气体的吸湿能力）。,（二）湿空气的比体积、比热容和焓(了解),1、湿空气的比体积vH,2、湿空气的比热容cH,3、湿空气的焓I,（三）湿空气的温度,1、干球温度t 2、露点td 3、湿球温度tw 4、绝热饱和温度tas,干球温度t ：湿空气的真实温度，简称温度( 或 K)。用普通温度计直接插在湿空气中即可测量。,2. 露点td：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,温度为
8、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。 露点是反映空气湿度的一个特征温度,湿度越大,则露点越高.,温度计的感温球露在空气中，称为干球温度计，所测得的温度为空气的干球温度t，简称为空气的温度。 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，它在空气中所达到的平衡或稳定的温度称空气的湿球温度,用号tw表示。不饱和空气的湿球温度tw低于干球温度t, tw t 。,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(P330)：,气体,t,tw,3.湿空气的湿球温度tW:,当水温低于空气的干球温度时，热量则由空气传向纱布中的水分，其传热速
9、率随着两者温差增大而增大，当由空气传入纱布的传热速率恰好等于自纱布表面汽化水分需的传热速率时，则两者达到平衡状态，这时湿纱布中的水温即保持衡定。称这衡定或平衡的温度为该空气的湿球温度。因湿空气的流量大，在流过湿纱布表面时可认为其温度和湿度均不改变。,测定湿球温度的机理(P329) ：设有大量的不饱和空气，其温度为t，水汽分压为pV，湿度为。该空气以高速(通常气速m/s，以减少辐射和热传导的影响)通过湿球温度计的湿布纱表面。若开始时设湿纱布水分的初温高于空气的露点，则纱布表面的水汽分压比空气中水汽分压高，水汽便自湿纱布表面汽化，并扩散至空气主体中去，汽化水分所需的潜热，首先只能取自湿纱布中水的显
10、热，因而使水温下降。,q,N,对流传热,h,kH,气体 t, H,气膜,对流传质,液滴表面 tw , Hw,液滴,应指出的是：湿球温度实际上是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，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。对于某一定干球温度的湿空气，其相应的温度越低，湿球温度值越低。而对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。,4. 绝热饱和冷却温度tas,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。,。,通过对tas与 tw表达式的比较，可得ta
11、s=tw，可认为绝热饱和温度tas和湿球温度tw数值相等。不过应强调指出的是：绝热饱和温度tas与湿球温度tw是两个完全不同的概念。但是两者都是湿空气状态(t和H)的函数。特别是对空气水系统，两者在数值上近似相等，这给干燥计算带来很大的方便。因湿球温度tw 是比较容易测定的，而twtas，则可根据空气的干球温度t和绝热饱和温度tas(因tastw), 从空气的湿度图中，查得空气的湿度。,注意:,从上述结论可看出，表示空气的性质的三个温度t、tw(或tas)及td的大小: 对于不饱和湿空气为 ttwtd 对于饱和的湿空气则有 ttwtd,二、湿空气的湿度图及其应用,表示湿空气性质的各参项数(pv
12、、 H、 I、 t、td、twtas)，只要规定其中两个互相独立的参数，湿空气状态即被确定。确定参数的方法可用前述的公式进计算，但相对繁琐而且有时需要用试差法求解。工程上为了方便起见，用算图的形式来表示湿空气各项性质之间的关系，这样计算过程就会变得比较简便。下面介绍一种湿空气的湿度图，焓湿图(即I-H图)，如P333 图7-4所示。此图中关联了空气与水系统的水蒸汽分压、湿度、相对湿度、温度及焓等各项参数。,1等湿线,2等焓线,3等温线,5pV-H线,（一）IH图（焓湿图）的构成 ,在工程计算中，常用的是以湿空气的焓值I为纵坐标，湿度H为横坐标的I-H图。图上共五种线，图上任一点都代表一定温度t
13、和湿度的湿空气状态。 (1)等湿度线(等H线)：是一组与纵轴平行的直线。在同一条等H线上不同的点都具有相同的湿度值。 (2)等焓线(等I 线)：是一组与横轴呈45的斜线。在同一根等I线上不同的点所代表的湿空气的状态不同，但都具有相同的焓值。 (3)等温线(等t线)：这些等t线互不平行。 (4)等相对湿度线（等线）： (5)水蒸汽分压线：是空气的湿度与水汽分压pv之间关系曲线，标绘在饱和空气线的下方。,等相对湿度线（等线），是根据式 绘制而成的，是一组从坐标原点散发出来的曲线。当湿空气的总压101.3kN/m 时 ， 。对于某一定值的，若已知一个温度t，就可查得一个对应的水蒸汽压ps ，再用上式
14、算出一个对应的湿度，将许多(t,H)点连接起来，就成为某一 值的相对湿度线，同样的方法可绘出5%至100%的一系列曲线。 由图中可见，当湿空气湿度为一定值时，温度愈高，其相对湿度值愈低，即其作为干燥介质时，吸收水汽的能力愈强，故湿空气进入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度，目的除了提高湿空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而作为载湿体。 图中100%的曲线称为饱和空气线，此时空气完全被水汽所饱和。饱和空气线以上(100%)为不饱和区域，此区对干燥操作有意义；饱和线以下为过饱和空气区，此时湿空气成雾状，它会使物料增湿，故在干燥操作中要避免。,（二）I-H图的用法,只要知道表示湿空
15、气性质的各项参数中的任意两个在图上有交点的参数，就可以在I-H图上定出一个交点，这点即表示湿空气所处的状态，由此点即可求出其它各项参数。 通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件是 （）湿空气的干球温度t和湿球度tw。 （）湿空气的干球温度t和露点td 。 （）湿空气的干球温度t和相对湿度,已知点代表一定湿空气，则 (1)湿度，由点沿等湿线向下与水平辅助轴的交点，即可读出点的湿度值。 (2)焓值I，通过点作等焓线的平行线，与纵轴交于点，即可读得点的焓值。 (3)水蒸汽分压pv，由点沿等湿线向下交水蒸汽分压线于，在图右端纵轴读出水蒸汽分压值。,(4)露点td,由点沿等湿线向下与10
16、0%饱和线相交于点，再由过点等温线读出露出点td值。 (5)湿球温度tw （绝热饱和温度tas），由点沿着等焓线与100%饱和线相交于在点，再由过点的等温线读出湿球温度tw（即绝热饱和温度tas ）值。,例 已知湿空气的总压为101.325kP ,相对湿度为50%，干球温度为20。试用I-H图求解： (a)水蒸汽分压pv； (b)湿度； (c)热焓； (d)露点td ； (e)湿球温度tw ； (f)如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117，求所需热量,第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算,热空气在干燥器中供给湿物料中水分汽化所需的热量,而汽化的水分又由空气带走，所以干燥过程的计算中应通
17、过干燥器的物料衡算和热量衡算计算出湿物料中水分蒸发、空气用量和所需热量，再依此选择适宜型号的鼓风机、设计或选择换热器等。 一、干燥过程的物料衡算(注意例题7-4) （一）物料含水量的表示方法 （二）物料衡算 二、干燥过程的热量衡算（自学）(注意例题7-5) （一）预热器的加热标量计算 （二）干燥器的热量衡算,（一）物料含水量的表示方法,湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。 (1) 湿基含水量 w :水分在湿物料中的质量百分数。,(2) 干基含水量 X ：湿物料中的水分与绝干物料的质量比。,换算关系：,工业生产中，物料湿含量通常以湿基含水量表示，但由于物料的总质量在干燥过程中不断减少，而绝干物料
18、的质量不变，故在干燥计算中以干基含水量表示较为方便。,一、干燥过程的物料衡算,（二）物料衡算,第四节 物料的平衡含水量与干燥速率,为确定物料的干燥时间和干燥器尺寸，需要直到物料的平衡含水量和干燥速率。 一、 物料的干燥实验曲线 （一）干燥实验曲线 （二）干燥过程的三阶段 二、 物料的平衡含水量曲线 （一）物料的平衡含水量曲线 （二）自由水分与平衡水分 （三）结合水分与非结合水分 三、 恒定干燥条件下的干燥速率与干燥时间(自学) （一）干燥速率曲线 （二）恒速干燥阶段 （三）降速干燥阶段 （四）临界含水量Xc,第五节 干燥设备,一、常用对流干燥器简介(自学) 二、干燥器的选用(自学),小结,掌握干燥的概念、分类以及对流干燥操作的必要条件 掌握表示湿空气性质的参数及空气焓湿图 掌握干燥过程的物料衡算 掌握平衡水分和自由水分、结合水分和非结合水分的划分 掌握干燥曲线,
