第5章 干燥 班级：过控091、092、093主讲：乔丽洁上课讲义

3.等干球温度线 (等 t 线)
I(1 .8t 8 24 )H 9 1 .0 0t1(5-18)
• I与H呈直线关系，t越高，等t线的斜率越大，读数0-250ºC； •互不平行。
一、空气湿度图(H-I图）的绘制 （Humidity Chart）
4.等相对湿度线 (等 线) H0.622ps Pps
----用湿球温度计测出的空气温度
实验
湿球温度计
✓大量、快速流动的不饱和空 气（空气的流速应大于5m/s ）与少量水接触；
✓传质----因存在传质推动力， 湿纱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；
大量 空 气
pv
t, H
✓传热---产生传热温差，热量 将从空气传入湿纱布。
tW
传热
传质p s
t, H
tWt
t > tw
湿球温度计
5.1.1 湿空气的性质 结果 开始时，传质速率最大，传热速率最小。当达到平
衡时，传质所需的汽化热等于显热，湿纱布中的水温达到 稳定值，这一温度就是湿球温度，用tw 表示。
思考1：为什么酷暑的季节，在水里比在岸上凉快？9-2干湿球温度计 .swf
Hs,td
0.622ps,td P ps,td
小结
汇总：
H0.622 pw P pw
0.622 ps Pps
pw 100%
ps
H0 .7 71 .2 3H 4 4 22 77 t 3 1 3 .0P 1 15 3 0
cH1.01 1.8H 8
I1 .0 1 1 .8H 8 t24 H 92
绝 热 传质 H
塔
t
无
少量
穷 高
传热 湿 空 气
t ,H
t tas
tas
是的。
绝热饱和塔示意图
2.绝热饱和冷却温度tas 的计算：湿空气经绝热、冷却、增湿
对绝热饱和塔作热量衡算
达到的极限冷却温度。
I1 I2
I1(cgHv)ctH0r
I2(cgH ac s v)ta sH ar0 s
( c g H v ) t H c 0 ( c r g H a c v s ) ta s H a r 0 s
Icg c vH t r0 H
0℃时水的汽化潜热，
I 1 .0 1 .8H 8 t 24 H 90r0 2490 kJ/kg
六、干球温度t、湿球温度tW：
1.干球温度t： ----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。
t
空气
t, H
t, H
5.1.1 湿空气的性质
2. 湿球温度 tw ——概念
等温线 群
等湿线 群
等线
群
等焓线 群
pV线
一、空气湿度图(H-I图）的绘制 （Humidity Chart）
1.等湿度线 (等 H 线)
•平行于纵轴； •在同一条等湿线上不同点所代表的湿空气状态不同，但H相同。 范围0～0.2kg/kg绝干气。
2.等焓线（等I线）
平行于斜轴。范围0～680kJ/kg绝干气。
❖Thank you for listening！
5.1.2 湿空气的湿焓图
常用的湿度图：
3个独立变量取为P、t、H----温湿图（t-H图） P、I、H----湿焓图（H-I图）
H-I图作用
简化计算，获得参数。
湿比热容线cH,kJ/kgK
温湿图
湿比热容线
cH1.011.8H 8
等线
H0.6
2
----kJ/ kg干气
焓的一般定义：工质流动时与外 界传递的与其热力状态有关的总 能量；kJ/ kg
湿空气的质量＝（1+H）kg
I Ig HIv （5-8）
说明
• 焓是相对值，必须规定基准温度和基准状态，通常规定， 0℃时绝干空气及液态水的焓为零。
•对于特征为t、H的湿空气： Igcgt0 Ivr0cvt0
总压 P 一定，对给定的 ：因 ps= f (t) ， 故 H = f (t) 。
5.蒸气分压线
H0.622 pv Ppv
pv Hp 0.622H
Hale Waihona Puke 总压 P 一定， pV= f (H) ，pV-H 近似为直线关系。
二、H-I图的说明与应用（Use of humidity chart）
用途
•确定空气的干燥条件； •确定空气状态点； •查找其它参数。
cgH v c cgH ac s vcH
tastcrH 0
(HasH) （5-14）
可见 tas， f(t,H )
讨论
湿球温度tw与绝热饱和温度tas的异同：
twtkH rtwHS,twH
tastcrH 0 (HasH)
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 。
pv 100%
ps
（5-4）
讨论 ① Pv=0，=0
绝干空气；
②Pv=Ps，=1
饱和空气，无法带走水汽。
③（5-4）代入 （5-2）得H与φ 的关系：
H0.622 pv Ppv
H0.622ps Pps
（5-5）
结论： 能够说明湿空气偏离饱和空气的程度。
练习题 .空气的湿含量一定时，其温度愈高，则它的相对湿 度（ ）A 愈低 B 愈高 C 不变
料。
烘缸干燥 微波干燥房
对流干燥
冷冻干燥 机
三、连续对流干燥的过程及原理 1. 原理
H
t
ti
q
pi
W
分析
空气干燥器工艺流程
M
p
(1)传热→由于温差的存在，气体以对流方式向固体物料传热，使 表面湿分汽化并通过气膜向气流主体扩散；9-1干燥演示.swf
(2) 与此同时，在分压差的作用下，内部水分向表面扩散并被气 流带走。
（3）干燥法------指利用热能，使湿物 料中的湿分气化而除去的方法。
优点：除湿彻底；本章将介绍
湿物料
缺点：能耗高。
二、干燥的分类
1. 按操作压强
真空干燥 针对热敏性及易氧化，或要求成品含湿
量低的物料。
常压干燥
2. 按操作方式
生产能力大、产品质量均匀、热效率高
连续干燥 以及劳动条件好。
间歇干燥 针对小批量、多品种、干燥时间长的物
不饱和湿tw空t气k性H r质wH ：wP、HH 、ptVa、st、crcH 0H、HaIs、Ht、 t、tatsd、td，共
10个
❖ 表示湿空气性质的特征温度：
干球温度t、湿球温度tW、绝热饱和温度tas、露点温度td。 ❖ 对于空气－水物系， tW ≈ tas ，并且有下列关系：
不饱和湿空气：t> tW > td 饱和湿空气： t= tW = td
引申
传质推动力：P表水 > P空水 传热推动力：t空气 >t物表
维持干燥介质的不饱和性——采用不饱和湿热空气。
不饱和湿热空气的作用：作为载热体和载湿体，反映了传热、传质。
§5.1 湿空气的性质及湿焓图
5.1.1 湿空气的性质
前提
1、干燥介质——不饱和湿空气，由于干燥过程压 力较低，通常可作为理想气体处理； 2、以绝干空气为基准。
2ps Pps
饱和比容线H S 0.77 13 .24 H S4 227 7t33
干空气比容线
a
0.773273t 273
绝热饱和线
tast
r0 cH
HasH
H
等湿球温度线 tw tas
等焓线 I1 .0 1 1 .8H 8 t24 H 92
t
（P=1atm时）
湿焓图（H - I图） （Humidity chart）
第5章 干燥
班级：过控091、092、093 主讲：乔丽洁
引言
在化学工业中，经过一系列的物理和化学的加工步骤， 所得到的产品或半成品往往是固态物质，这些固体通常含有 过多的水分或其它溶剂，称为湿分。
一、除湿的概念及方法
1. 概念：
湿分；湿物料；除湿
除湿——要制得合格的产品，需要从湿固体物料中除去其 中的水或其它溶剂，这样的单元操作简称除湿。
2.除湿方法： （1）机械分离法-----利用重力或离心力去除大量水分的方法， 如沉降、过滤、离心分离等机械除湿方法。 优点：能耗少； 缺点：无法彻底去除湿分。
（2）吸附脱水法-----即用固体吸附剂去湿，例如：石灰、无
水CaCl2、硅胶等吸去物料中所含的水分； 缺点：只能除去少量湿分，且费用高——实验室。 湿分
结论：
（5-17）
1.在一定总压下，只要测出露点温度，便可从手册中查得此 温度下对应的饱和蒸汽压，从而求得空气湿度。
2.若已知空气的湿度，可根据上式求得饱和蒸汽压，再从水 蒸汽表中查出相应的温度，即为露点温度。
练习题
.若维持不饱和空气的湿度不变，提高其干球温度，则空气
的湿球温度将 。露点温度将
。
twtkH rtwHS,twH
的稳定的水温；
tas
补充水 空气
tas ,H as
空气的状态（t，H）不变； 空 气
绝热
属动态平衡。
tas----少量空气与大量水经过接 t , H 触后达到的稳定温度；
t, H
空气
t ,H
空气增湿、降温；
tw
tas
属静态平衡。
湿 球 温 度 计 绝热饱和塔示意图
八、露点温度td：
在总压不变的条件下，将不饱和湿空气冷却，直至冷
三、比体积（湿容积） vH
指1kg干空气对应的湿空气的体积， 单位为m3湿空气 ⁄ kg干空气
比容的一般定义：
比
容
1kg物 质 的 体 1kg物 质
积
H1k干 g
空气的 Hk 水 体 g 气 积体 1k干 g 空气
积
1kg
H？
干空气
kg 水汽
四、比热容cH ----kJ/(kg干气K)
此时，湿空气的质量＝（1+H）kg
结论：干燥是传热和传质相结合的操作，干燥介质既是载热体 又是载湿体，干燥速率由传热速率和传质速率共同控制。
四、对流干燥过程实质
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
五、干燥过程推动力
空气
kH
cH,r0
rtw
t, H
但对其它体系，例如空气
甲苯系统，/kH=1.8cH,这时 tw 与tas就不等了。
tas 绝热
补充水 空气
tas ,H as
t, H
空气
t ,H
tw
tas
湿 球 温 度 计 绝热饱和塔示意图
湿球温度tw与绝热饱和温度tas的异同：
不同之处：
tw----大量空气与少量水接触后
twt
• 此式可定H。
湿球温度计
七、绝热饱和冷却温度tas：
1.绝热饱和过程：9-4绝热饱和 塔.swf
说明
不饱和的高温空气和大量的水充分接 触，进行传质和传热，最终达到平衡， 此时空气与液体的温度相等，空气被 水蒸汽所饱和。
思考1：上述绝热塔中，湿空气等焓吗？
tas
补充水
饱和空气
t as
t as
H 0.622nv ng
（5-1）
总压P
pg 干空气 pv 水蒸汽
说明
① 常压下湿空气可视为理想混合气体：H0.622Ppvpv（5-2）
②
空气饱和时，得： Hs为P、t的函数。
饱
和
湿 Hs 度 0.62P2 psps
（5-3）
思考：湿空气还有多大的吸湿潜力？
二、相对湿度φ ----水汽分压与其可能达到的最大值之比。
八种性质
湿度H (humidity)
相对湿度φ
湿空气的比体积 υH 湿空气的比热容CH 湿空气的焓I (enthalpy)
干/湿球温度 tw 绝热饱和冷却温度 tas 露点 td
一、湿度 ---又称湿含量，
单位kg水/kg干空气
摩尔质量
H
水汽的质量 绝干空气的质
量
绝水 干汽 空的 气摩 的 尔数 摩尔数 M Mvg
思考2：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？
测出的温度就是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、自然对流为主，比强制对流要小。
思考3：为什么空气要大量、快速流动？
为了快速、准确地测出tw。
t tw
气体
5.1.1 湿空气的性质
2. 湿球温度 tw ——计算 空气以对流方式传热给水的传热速率 ＝水分汽化所需的潜热
凝出水珠为止（即达到饱和状态），此时，湿空气的温度
称为露点，用td表示。 特点：
t H pv
冷却 p v p S ,td
td Htd ptd
由式（5-5）
H H S ,td
H0.622ps Pps
Hs,td
0.622ps,td P ps,td
（5-16）
ps,td
Hs,td P 0.622Hs,td
Q S t tw N tw r k HH S ,tw H Stw r
湿球温度计
twtkH rtwHS,twH （5-12）
讨论
• 可见，tw＝f（t，H），而与水 的初始状态无关；
大量 空 气
pw
tw
传热
• kH、主要与空气流速有关；
却几乎与流速无关；
t , H 传质 p s
t, H
kH
比热容的一般
定义 kJ/(kgK)
cH cg cvH1.0 11.8H 8
cg干空气的比热，kJ/(kg·K) 1.01kJ/(kg·K) cv水气的比热，kJ/(kg·K) 1.88kJ/(kg·K)
意义： 常压下将湿空气中1kg绝干空气及Hkg水汽温度升高
（或降低）1℃所需（放出）的热量。
五、焓I：