4_干燥过程与设备

空气中水蒸气的含量 空气的吸水能力
干燥计算
三种空气湿度可以相互换算
已知某温度、总压下湿空气的相对湿度，计
算绝对湿度、湿含量 已知某温度、总压下湿空气的绝对湿度，计 算相对湿度、湿含量 已知某温度、总压下湿空气的湿含量，计算 绝对湿度、相对湿度
4.2.2 湿空气的质量焓
湿空气的质量焓=干空气的焓+水蒸气的焓 即：
水分蒸发量为
m =md（wr1-wr2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水/h
（2）空气消耗量
m 81.5 L 1940kg绝干气 / h X 2 X1 0.05 0.008
原湿空气的消耗量为： L0 =L（1+X1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气/h 单位空气消耗量（比空气用量）为：
5.2.5.2湿球温度
用湿球温度计所测得的空气温度
湿球温度twb
是表明空气状态或性质的一种参数
与空气的干球湿度及湿度有关
t wb f (t , )
tw
补充液，温度tw
空气
分析：
湿度H
当干球温度t一定时，湿球温度反映了空气的相对湿度的高低：
温度t
（1） φ降低，Pw降低，水分易蒸发，twb↓ ，（t-twb）↑
干燥的作用 （1）保证粉磨作业的正常进行
（2）便于物料的贮存和运输
（3）为后续工艺作业创造条件
干燥方法
（1）自然干燥：将湿物料堆放在栅子里或室外露天晒 场上，借风吹日晒使之干燥。 （2）人工干燥：将物料放在专门设备—干燥器中进行干燥。
人工干燥加热的方式
（1）利用热空气或热烟气的对流传热。 （2）利用红外线灯或热的金属、陶瓷、耐火材料等表面 的辐射传热。 （3）使物料通电或将物料置于高频电磁场中，利用物料 通电后产生的焦尔热效应或分子运动产生的热量。


等相对湿度（φ）线
ps X 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。 Xp 水蒸汽分压（Pw）线 pw
物料中水分表示方法
物料中所含水的 质量与绝对干燥 物料的质量之比 物料中所含水的 质量与湿物料的 质量之比
干基水分
m a 100% md
湿基水分
r
m 100% mw
绝对水分×绝干物料量=相对水分×湿物料量
r a 100% 1 a
或
a r 100% 1 a
解：（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即
wa1 wa 2
wr1 0.1 0.111kg水 / kg 绝干料 1 wr1 1 0.1
wr 2 0.02 0.0204kg水 / kg绝干料 1 wr 2 1 0.02
进入干燥器的绝干物料为
md =mw1（1-wr1）=1000（1-0.1）=900kg绝干料/h
C 湿含量
湿含量 每千克干空气所含水蒸气的质量， 符号“x”，单位“kg-H2O/kg-干空气”
mw w psw X 0.622 ma a p psw
在一定温度下，空气的总压为一定时：
湿含量方程
X = f（ ρw）= f（ φ ）
三种空气湿度的使用
绝度湿度
相对湿度 湿含量

冷热空气的混合
（1+n）kg 高温烟气 Xf、hf、tf 冷空气 X0、h0、t0
1 kg
混合气体 Xm、hm、tm
n kg
水蒸气平衡方程：
热量平衡方程： 混合比：
X f nX 0 (1 n) X m hf nh0 (1 n)hm
n X f Xm Xm X0 h f hm hm h0
例：在一连续干燥器中，每小时处理湿物料 1000kg，经干燥后物料的含水量由10%降至2% （相对水分）。以热空气为干燥介质，初始湿度 X1=0.008kg水/kg绝干气，离开干燥器时湿度为 X2=0.05 kg水/kg绝干气，假设干燥过程中无物料 损失，试求：水分蒸发量、空气消耗量以及干燥 产品量。
4.3 干燥过程的物料平衡和热平衡
4.3.1物料平衡 干燥流程
干燥介质：热空气、燃烧产物以及窑炉废气 热空气干燥流程图:
湿物料 加热器 冷空气 热空气 干燥器 废气
mw1 , tw1 , r1
h0, X0, t0
h1, X1, t1
干物料
h 2, X 2 , t 2
mw2 , tw2 , r 2
Pw 3 Pw w 2.16 10 R wT T
饱和空气
Psw sw 2.16 10 T
3
B 相对湿度
相对湿度
空气的绝对湿度ρw 与同温度下 饱和空气的绝对湿度ρsw之比， 用φ表示。
w p 100% w 100% sw p sw
（1）绝对干燥空气φ=0，吸收水蒸气的能力大 （2）饱和湿空气φ=100%，没有吸收水蒸气的能力 （3）通常湿空气φ=0~100%，随φ升高吸水能力降低
4.2 湿空气的性质
湿空气 干空气 + 水蒸气
干空气、水蒸气看作理想气体，从而：
P Pa Pw
na ma Pa RT RT V VM a PV nRT nw mw Pw RT RT V VM w
4.2.1 空气的湿度
A 绝对湿度 绝对湿度 单位体积湿空气中所含水蒸气的质量 符号“ρw ”，单位为kg/m3 空气温度 和水蒸气 分压下水 蒸气的密 度
0.622 X

该线表示空气的湿含量X与空气中的水蒸汽分压pw之间关系 曲线。当湿空气的总压Ｐ不变时，水蒸汽的分压pw随湿含 量X而变化。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为kN/m2。 等湿球温度（twb、tac）线
4.2.2.2 h-X图的应用
确定湿空气的参数
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：
4 干燥过程与设备
概述 4.2 湿空气的性质 4.3 干燥过程的物料平衡及热量平衡 4.4 物料干燥的物理过程 4.5 干燥设备
4.1
4.1 概述
干燥：从固体物料中用蒸发的方法除去水分的过程。
干燥介质向物料传热
传热过程
物料外表面向内部传热
干燥过程
内扩散
传质过程 外扩散
物料内部水分移至表面 表面水分汽化 扩散于周围介质中
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
在冬天的玻璃窗 上或夏季的自来 水管上常常可以 看到有凝结水或 露水存在。这一 现象可以用露点 温度形成来解释
在干燥过程中，气体的温度不应低于露点
三种温度的关系
不饱和湿空气： t＞twb ＞td 饱和湿空气： t=twb=td 对于某一定干球温度 的湿空气，其相对湿 度越低，湿球温度值 越低。对于饱和湿空 气而言，其湿球温度 与干球温度相等。
4.3.2热量平衡
补充热量q ad
干燥介质带入热量qh
物料带入热量qm1
废气带走热量q0
干燥器
物料带走热量q m 2
干燥器表面散热 l q
烘干机热平衡示意图
ห้องสมุดไป่ตู้
热平衡项目 以物料排除1kg水分，温度以0℃为基准。
（4）远红外加热、微波加热等。
工厂主要利用空气或烟气的对流作用进行加热干燥
对流干燥
干燥制度和干燥速度
根据物料、制品性质得差异具体确定
（1）砂子和石灰石：要求较高的温度及较高的干燥速度。
（2）粘土：干燥温度≤400℃，否则高岭土分解而失去塑性
（3）煤：干燥温度＜150 ℃，否则会引起炭氢化合物挥发。
(a)水蒸汽分压pw； (b)相对湿度φ ； (c)热焓h； (d)露点td ；
(e)湿球温度twb ；
解 由已知条件：Ｐ＝101.3kN/m2， X=0.02 kg水/kg干空气， t=70o C，在I-H图上定出湿空气的状态点Ａ点。 pw=3kN/m2 φ=10%
h＝122kJ/kg干空气
td=24oC twb=33o C
D 绝热饱和温度
绝热饱和 温度tac 绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和，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
tw tac
绝热饱和温度tac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－水气系统，两者在数值上近似相等，对其他
（2） φ升高，Pw升高，水分难蒸发，（t-twb）↓
（3） φ =100%，水分不蒸发，（t-twb）=0
C 露点
露点td 未饱和的湿空气，在湿含量不变的条件下， 冷却达到饱和状态( φ=100%）的空气温度。
PX pd 0.622 X
据Pd查出td
湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，
（4）陶瓷、耐火材料的制品：干燥温度和干燥速度应严格控 制，否则产品将变形或开裂。
干燥设备
按照被干燥得物料、制品性能要求选择干燥设备
（1）颗粒状物料：回转烘干机
（2）制品：室式干燥器
（3）大型的耐火材料半成品：自然干燥或通电干燥
（4）陶瓷泥浆：喷雾干燥设备
干燥新技术：干燥作业还和破碎、粉磨及选粉过程同时 进行，这样可以简化流程、减小热量消耗。这种流程 一般只适合水分较低的物料。
h ha Xhw cat (2490 cwt ) X (ca cw X )t 2490 X
A 以1kg绝干空气为计算基准 B 以0℃时的热焓为基准
湿空气的 显热 水蒸气的 潜热
在干燥作业中 能利用的是湿 空气的显热。
4.2.3 湿空气的温度
A 干球温度
干球温度t
用一般的温度计所测得的空气温度 是湿空气的真实温度
系统而言，不存在此关系。
例题: 教材4-1、4-2
4.2.2 湿空气的h-X图
4.2.2.1 h-X图的组成
Pw X
焓 h(kJ/kg)
焓h
x t
40％
100％
135º h
反映了既定大气 压下质量焓、湿 含量、温度、相 对湿度、水蒸气 分压的图解关系
含湿量X(kg/kg)
含湿量X
等湿含量（X）线 为一系列平行于纵轴的垂直线，每条线上任何一点 都具有相同的湿含量。 等质量焓（h）线 平衡于横轴（斜轴）的一系列线，每条直线上任何 点都具有相同的焓值。 等温（t）线 h=(1.93t+2490)X+t 当空气的干球温度t不变时，h与X成直线关系，故 在h-X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(1.93t+2490)，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。
干燥过程中水分蒸发量计算
蒸发水量=进干燥器物料中的水分-出干燥器物料中水分
m m (a1 a 2 ) m r1 m r 2
' ' d ' w1 ' 2 w1
用湿基水分计算（干燥前后绝对干燥物料量不变）
r1 r 2 r1 r 2 ' m m mw2 1 r 2 1 r1
（1）湿空气的干球温度t和相对湿度φ。 （２）湿空气的干球温度t和露点td ； （3）湿空气的干球温度t和湿球温度twb； h A t 2 φ φ=1 h t 1 td 0 X 0 2 X A 3 φ=1 h t 1 tw 0 2 X A 3 φ=1
1
例： 已知湿空气的总压为101.3kN/m2 , 湿度为X=0.02 kg水/kg 干空气，干球温度为70oC。试用h-X图求解：
1 1 l 23.8kg绝干气 / kg水 X 2 X1 0.05 0.008
（3）干燥产品量
1 wr1 1 0.1 md 2 md 1 1000 918.4kg / h 1 wr 2 1 0.02 md 2 md 1 m 1000 81.5 918.5kg / h
' ' w1
干燥介质消耗量的计算
水分蒸发量=干燥介质湿含量的增加
干空气的消耗量为：
m' L X 2 X1
或
(kg干空气 / h)
L 1 l ' m X2 X 1
(kg干空气/ kg水)
湿含量为X0的冷空气量为：
L0 L X 0 L L(1 X 0 )
(kg干空气 / h)