第八章物料干燥

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
B tA
A
tB
B
tA
A 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。
利用上述方法，如果将
I
A
凝结出来的水分设法除去，
H
湿空气中水气的质量 湿空气中绝干空气的质量
nv M v ng M g
常温下，湿空气可视为理想气体，则有
H 18 pv 0.622 pv
29(P pv )
P pv
在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压pv等于该空气温度 下纯水的饱和蒸气压ps，则有
Hs
0.622
P
ps ps
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
Q=Nrtw
tw
t
kH rtw
(H s,tw
H)
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
(0.772 1.244 H ) 22.4 273 t 1.013 105
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。
H s,td
0.622 ps,td P ps,td
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
在稳定状态下，传热速率和传质速率之间的关系为：
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 100 %
ps
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。
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
m3绝干气 m3水气 k g绝干气
vH
(1 29
H ) 22.4 18
273 t 273
1.013 105 P
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，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
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)： 等相对湿度线（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。
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
2 湿度(humidity)H
pv pv nv pg P pv ng
又称为湿含量或绝对湿度(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 。
φ=1
其结果一方面表现为空气
tas
B
的冷却，另一方面表现为
空气的增湿，故称为绝热
H 冷却增湿过程。
第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算
干燥过程的计算中应通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、物料含水量的表示方法
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 概述
去湿：除去物料中的水分和或其它溶剂（统
称为湿分）的过程。
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
水氯化钙等吸收水分。该法费用高，操作麻烦， 只适用于小批量固体物料的去湿，或用于除去 气体中的水分。
1 湿基含水量w
以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数。
湿物料中水分的质量 w 湿物料的总质量
或称干料。以 绝对干物料为基准的湿物料中含水量，称为干基含水量， 亦即湿物料中水分质量与绝对干料的质量之比，单位为 kg水分/kg绝干料。
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。
A
I
φ=1
t
D
tw
F
td
B
p
C 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。
空气和水直接接触时，空气的状态变化可视为空气和液态 水表面边界层内的饱和空气不断混合的过程。
若空气（以A点表示）与温度为tas的冷却水（其表面的饱 和空气以B点表示）相接触，由于水温保持不变，B点的位置 也固定不变，则空气的不断混合过程就表现为空气状态从A 点不断向B点移动。
I A
tA
绝热饱和过程的进行，
➢热能去湿法：如蒸发、干燥等
干燥过程的分类
➢按操作压力：常压干燥、真空干燥 ➢按操作方式：连续式、间歇式 ➢按传热方式：传导干燥、对流干燥、辐射
干燥和介电加热干燥，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。
该线表示空气的湿度Ｈ与空气中的水蒸汽分压pv之间关系曲 线。当湿空气的总压Ｐ不变时，水蒸汽的分压pv随湿度Ｈ而变
化。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为kN/m2。
湿焓图的说明与应用
根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在H-I图上 确定该空气的状态点，然后查出空气的其他性质。
非独立的参数如：td~H，p~H，td~p，tw~I，tas~I等， 它们均在同一等H线或等I线上。
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。
在一定总压和温度下，两者之间的关系为
H 0.622 ps P ps
4 湿空气的比热 C在H 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，又称为湿热，用符号CH表示，单位是 kJ/(㎏绝干气·oC)，即
cH cg Hcv
cH 1.01 1.88H
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
G2H 2 G2
I I1 In
I2 2
1 I H1
Hn
e
t
d
3
H2 4 φ=1
H
In
G1I1 G2I2 G1 G2
若混合后的空气状态点落
入超饱和区，例如图中3-4
直线上的d点，则混合物将
分成气态的饱和空气和液态
的水两部分，前者的状态点
为过d点的等温线与φ=1线
的交点e。
4 绝热冷却增湿过程
H 0.622 ps 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
HP pv 0.622 H
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%
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
3 等温线(等t线) I=(1.88t+2490)H+1.01t
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）
ps,td
H s,td P 0.622 H s,td
当空气从露点继续冷却时，其中部分水蒸汽便会以露珠的
形式凝结出来。空气的总压一定，露点时的饱和水蒸汽压ps,td 仅与空气的湿度Hs,td有关，即 ps,td=f(Hs,td) 或 td= (Hs,td) 湿 度越大，td 越大。
8 干球温度t和湿球温度tw
9 绝热饱和温度tas
绝热降温增湿过程及等焓过 绝程热增湿过程进行到空气被 水汽所饱和，则空气的温度不
空气
tas，Has，I2
再下降，而等于循环水的温度，
空气
称此温度为该空气的绝热饱和
水
t，H，I1
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
补充水
tas
在空气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得
对空气－水蒸气系统 ，干球温度、绝热饱和温度 （或湿球温度）及露点之间的关系为：
对于不饱和湿空气： t>tas（或tw）>td
对于饱和的湿空气： t＝ tas（或tw） ＝td
二、湿空气的湿度图
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
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 (cg Hcv )t Hr0
I2 (cg H ascv )tas H asr0
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
再将所得的饱和空气加热，
B
φ=1 则不会恢复原来的状态，
而空气的湿度小于原空气
HB HA
的湿度，即达到减湿的目
H
的。
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
Hn
G1H1 G1
I A
t 1 3 φ=1
2 tw
0
H
I
A
t 1 3 φ=1
2 td
0
H
I
2φ
A t1
φ=1
0
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 ；
气。
I=Ig+IvH
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
I (cg Hcv )t Hr00
(1.011.88H )t 2490H
tas
t r0 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 r0≈ rtw，故在一定温 度t和湿度H下，有
tw tas
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－水气系统，两者在数值上近似相等， 对其他系统而言，不存在此关系。