食品工程原理——干燥

t as t
r0
0
cH
( H as H )
实验测定表明，对于在湍流状态下的空气－水蒸气系统 而言，a/kH≈ CH ， 同时 r00≈ rtw，故在一定温度t和湿度H下， 有
t w t as
强调：绝热饱和温度tas与湿球温度tw是两个完全不的概念。
但是两者都是湿空气状态(t和H)的函数。特别是对空气－水
H为横坐标的焓湿图，即I-H图。
图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度t和湿度Ｈ的 湿空气状态。
等湿度线(等H线)： 等焓线(等I线)： 等温线(等t线)： 等相对温度线（等φ线） 水蒸汽分压线：
1 等湿度线(等H线) 一组与纵轴平行的直线。在同一条等H线上，湿空气的露 点td不变。 2 等焓线(等I线) 一组与横轴平行的直线 。在同一条等I线上，湿空气的温度 t随湿度H的增大而下降，但其焓值不变。 3 等温线(等t线) I=(1.88t+2490)H+1.01t
1 H
m 3绝干气 m 3水气 kg绝干气
273 t 1.013 10 5 v H ( ) 22 .4 29 18 273 P 273 t 1.013 10 5 (0.772 1.244 H ) 22 .4 273 P
7 露点 td
不饱和的空气在湿含量Ｈ不变的情况下冷却，达到饱和状 态时的温度，称为该湿空气的露点(dew piont),用符号td表示。 在露点时，空气的湿度为饱和湿度，φ=1。
在一定总压和温度下，两者之间的关系为
p s H 0.622 P ps
4 湿空气的比热CH
在常压下，将湿空气中1kg绝干空气及相应Ｈkg 水汽的温度
升高（或降低）1oC所需要（或放出）的热量，称为比热，又
o 称为湿热，用符号CH表示，单位是kJ/(㎏绝干气·C)，即
c H c g Hc v
由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿 度是温度和总压的函数，即
H s f (t , P )
3 相对湿度 φ
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，称为相对湿度(relative humidity)，用符号φ表示，即

pv ps
100 %
8 干球温度t和湿球温度tw
干球温度t：空气的温度 湿球温度tw： 不饱和空气的湿球温度tw低于干球温度t。 形成原理（如图所示）： tw
补充液，温度tw
空气 湿度H 温度t
在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为： Q=αS（t-tw）
气膜中水气向空气的传递速率为：N=kH（Hs,tw-H）S
9 绝热饱和温度tas
形成原理： 绝热降温增湿过程及等焓过程 绝热增湿过程进行到空气被水汽
空气 tas，Has，I2
所饱和，则空气的温度不再下降，
而等于循环水的温度，称此温度为 该空气的绝热饱和温度，用符号tas 表示，其对应的饱和湿度为Ｈas，此 刻水的温度亦为tas。 tas
水
空气 t，H，I1
I=Ig+IvH
式中Ｉ——湿空气的焓，kJ/kg绝干气； Ig ——绝干空气的焓，kJ/kg绝干气； Iv——水气的焓，kJ/kg水气。 注：空气的焓是根据干空气及液态水在0 oC时焓为零作基准而计算的， 因此，对于温度为t 及湿度为Ｈ的湿空气，其焓包括由0o C的水变为0o C 的水汽所需的潜热及湿空气由0oC升温至t oC所需的显热之和，即
A
A
3
φ=1
t 1 2 td
3
φ=1
t 1 0
φ=1
0
H
0
H
H
例： 已知湿空气的总压为101.3kN/m2 , 湿度为H=0.02 kg水/kg 干空气，干球温度为70o C。试用I-H图求解：
(a)水蒸汽分压p； (b)相对湿度φ ； (c)热焓Ｉ； (d)露点td ；
(e)湿球温度tw ；
解 由已知条件：Ｐ＝101.3kN/m2， H=0.02 kg水/kg干空气， t=20o C，在I-H图上定出湿空气的状态点Ａ点。 pv=3kN/m2 φ=10%
A
φ=1
凝结出来的水分设法除去，
再将所得的饱和空气加热， 则不会恢复原来的状态，而 空气的湿度小于原空气的湿 度，即达到减湿的目的。
B
HB
HA
H
3 不同状态空气的混合
设有状态不同的空气1和2，对应的干空气的量为G1和G2， 对应的状态为（H1，I1），（H2，I2）。两空气混合后，由物 料衡算和热量衡算，可求得
在同一等H线或等I线上。 A
干球温度t、露点td、湿球温 度tw（或绝热饱和温度tas）都 是由等t线确定的。 I E tw td φ=1 D
F
B C
p
பைடு நூலகம்
H
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： （１）湿空气的干球温度t和湿球温度tw； （２）湿空气的干球温度t和露点td ； （３）湿空气的干球温度t和相对湿度φ。 I t 1 2 tw I I 2 φ A
补充水 tas
在空气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得到的是汽 化水带来的潜热，空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化， 但其焓值不变。
塔顶和塔底处湿空气的焓分别为：
I1 (c g Hc v )t Hr0
0 0
I 2 (c g H as cv )t as H as r0
湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程，即：I1=I2 由于Ｈ和Ｈas值与l相比皆为一很小的数值，故可视为CH 、 CHas不随湿度而变，即CH=CHas 。则有
I ( c g Hc v )t Hr0
0
(1 .01 1 .88 H ) 2490 H
6 湿空气的比容vH
在湿空气中，1kg绝干气体积和相应的Hkg水气体积之和，
称为湿空气的比容，亦称湿容积(humid volume)，用符号vH
表示，单位为：m3湿空气/kg绝干气。
vH
o 式中 cH——湿空气的比热， kJ/(㎏绝干气·C)； o cg——绝干空气的比热， kJ/(㎏绝干气·C)； o cv——水气的比热， kJ/(㎏水气·C)
在常用的温度范围内，有
c H 1.01 1.88 H
上式说明：湿空气的比热只是湿度的函数。
5 湿空气的焓 I
湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和，称为湿 空气的焓，用符号I表示，单位是kJ/kg干空气。
介电加热干燥，以及由其中两种或三种方式组成的
联合干燥。
在工业上应用最普遍的是对流干燥。通常使用的干燥介质是
空气，被除去的湿分是水分。空气既是载热体又是载湿体。
物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。 干燥过程进行的条件：被干燥物料表面所产生水汽（或其
它蒸汽）的压力大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压，
当空气的干球温度t不变时，I与H成直线关系，故在I-H图中 对应不同的t，可作出许多等t线。 各种不同温度的等温线，其 斜率为(1.88t+2492)，故温度愈高，其斜率愈大。因此，这许多 成直线的等t线并不是互相平行的。
4 等相对温度线（等φ线）
p s H 0.622 P ps
当湿空气的湿度Ｈ为一定值时，温度愈高，其相对湿度φ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。 5 水蒸汽分压线
当pv=0时，φ=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。 当pv=ps时，φ=1，表示湿空气为饱和空气。
相对湿度和绝对湿度的关系
相对湿度：可以说明湿空气偏离饱和空气的程度，能用
于判定该湿空气能否作为干燥介质，φ值与越小，则吸湿
能力越大。
湿度：是湿空气含水量的绝对值，不能用于分辨湿空气
的吸湿能力。
压差越大，干燥过程进行越快。所以干燥介质须及时将汽化 的水汽带走，以保持一定的汽化水的推动力。
第二节
湿空气的性质及湿度图
一、湿空气的性质
1 水蒸气分压pv
空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分 压定律，则有 pv pv nv
pg P pv ng
2 湿度(humidity)H
又称为湿含量或绝对温度(absolute humidity)。它以湿空 气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示，使用 符号Ｈ，其单位为：kg水气/kg干空气 。
I＝122kJ/kg干空气
td=24oC tw=33o C
三、湿空气的基本状态变化过程
1 间壁式加热和冷却
若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终 保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。 I tB tA A B A
tA
B tB φ=1
H
2 间壁式冷却减湿
上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态， 继续冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断 降低，但空气始终在饱和状态。 I 利用上述方法，如果将
第八章 物料干燥
重点：空气的焓湿图、干燥机理、干燥
曲线、干燥时间的计算；
难点：空气的焓湿图、干燥机理；
第一节
过程。
概述
去湿：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的
去湿的方法：
机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法
除去湿分。
物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸
Hn G1 H 1 G 2 H 2 G1 G 2 In G1 I1 G 2 I 2 G1 G 2
I
I1