化工原理-干燥技术 117页PPT文档

(3)绝热饱和冷却温度tas
绝热饱和过程 (Adiabatic saturation process)：
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。
绝热饱和冷却温度：不饱和的湿空气 等焓降温到饱和状态时的温度。
tastcraHs(HasH)
来自水温下降 来自空气 （气温下降）
热、质速率达到 绝热冷却增湿至饱和 动态平衡
温度，湿度不变 温度下降，湿度增大
空气状态函数 空气状态函数
对空气--水汽系统，当空气流速较大时， 二者相等
(4)露点td
露点：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。
I Ig HIv
由于焓是相对值，计算焓值时必须规定基准状态和基准 温度，一ห้องสมุดไป่ตู้以0℃为基准，且规定在0℃时绝干空气和水 汽的焓值均为零，则
I (c g H v)t cr 0 H c H t r 0 H
显热项
汽化潜热项
对于空气-水系统：
I(1.0 1 1.8H 8 )t24H 90
由于 ras 和 Has 是 tas 的函数，故绝热饱和温度 tas 是气体温 度 t 和湿度 H 的函数。已知 t 和 H，可以试差求解 tas。
绝热饱和温度tas
形成原理： 绝热降温增湿过程及等焓过程
空气
tas，Has，I2
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，用符号tas
twtkH rtw(Hs,twH) —— 湿球温度 tw 定义式
强调：
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
表示，其对应的饱和湿度为Ｈas，此
刻水的温度亦为tas。
空气
水
t，H，I1
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)tH0r0 I2 (cg Hascv)tasHasr00
三、对流干燥过程 1、对流干燥的流程
预热器
干燥器
废气
空气
2、对流干燥的特点
干燥产品
湿物料
tw
湿 物 料
ps
t Q
N pw
必要条件：是物料表面所产 生的是蒸汽（或其它蒸汽） 压力要大于干燥介质中水汽 （或其它蒸汽）的分压。
对流干燥过程原理
温度为 t、湿份分压为 p 的湿热气体流过湿物料的表面，
物料表面温度 ti 低于气体温度 t。
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。
热能去湿法：如蒸发、干燥等
用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气排 除，藉此来除去固体物料中湿分的操作，称为固体的干燥。
二、干燥过程的分类 1、按操作压力分： 常压干燥 真空干燥 2、按操作方式分： 连续式干燥 间歇式干燥
相对湿度（Relative humidity）
若 t < 总压下湿空气的沸点，0 100%；
若 t >总压下湿空气的沸点，湿份 ps> P，最大 (空气
全为水汽) < 100%。故工业上常用过热蒸汽做干燥介质；
若 t > 湿份的临界温度，气体中的湿份已是真实气体，
此时 =0，理论上吸湿能力不受限制。
系统总压 P ：湿空气的总压（kN/m2），即P干空气 与P水之 和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且
pH2O nH2O p干空气 n干空气
干燥操作通常在常压下进行，常压干燥的系统总压接近 大气压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。
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
式中：cg — 绝干空气的比热，KJ/(kg·℃)； cv — 水汽的比热，KJ/(kg·℃) 。
对于空气-水系统：
cg=1.01 kJ/(kg·℃)，cv=1.88 kJ/(kg·℃)
cH1.0 11.8H 8
6.焓I (Total enthalpy)
焓：1kg 绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。
常 压真 空连 续间 歇导 热 对 流 辐 射介 电 加 热
本章重点： 以不饱和热空气为干燥介质，除去湿物料中水 分的连续对流干燥过程。
第一节 概述
一、固体物料的去湿方法： 去湿：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的
过程。
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
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
tas
t
r00 cH
(Has
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
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。
一、湿空气的性质
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。
化工原理
第二章 干 燥 Chapter 2 Drying
李英利
重点：湿空气的性质、空气的焓湿图、连 续干燥过程的物料衡算和热量衡算、干燥 机理、干燥曲线
难点：空气的焓湿图、干燥机理；
第一节 概述（Introduction）
在化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过 多的水分或有机溶剂 (湿份)，要制得合格的产品需要除去 固体物料中多余的湿份。
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。
twtkHrtw(Hs,tw H)—— 湿球温度 tw 定义式
结论： tw = f (t, H) ，气体的 t 和 H 一定，tw 为定值。 对于空气-水系统：

1.09 kH
twt1r.0w 9(Hs,tw H)
饱和气体:H = Hs，tw = t，即饱和空气的干、湿球温度相等。 不饱和气体:H < Hs，tw < t。
Hs 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。
3、按给湿物料提供热能的方式分： ①传导干燥（间接加热干燥）：将热能以传导的 方式通过金属壁面传给湿物料。特点：热能利用 率高。 ②对流干燥：（直接加热干燥）：将热能以对流 的方式传给与其直接接触的湿物料。特点：热能 利用率比传导干燥低。 ③辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射， 射至湿物料表面被其吸收再转变为热能。 ④介电加热干燥：将需要干燥的物料置于高频电 场的交变作用使物料加热而达到干燥。
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。
参数 空气特点 水汽化所 需热 物理含义
空气性质 性质 联系
湿球温度
绝热饱和温度
空气多，水分少 空气一定，大量水
H 湿湿 空空 气气 中中 绝水 干气 空的 气 量质 的nn量 g质 vM Mvg
常温下，湿空气可视为理想气体，则有
H 1p 8v 0.622pv
2(9Ppv)
Ppv
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 ps Pps
由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿 度(容纳水分的最大能力)是温度和总压的函数，即
干燥过程基本问题
除水分量
空气消耗量 干燥产品量
物料衡算
涉及湿空气的性质
热量消耗
能量衡算
干燥时间
涉及干燥速率和水在 气固相的平衡关系
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。
7.干燥过程中的物料温度
(1)干球温度 t ：湿空气的真实温度，简称温度(℃ 或 K)。 将温度计直接插在湿空气中即可测量。
(2) 空气的湿球温度（Wet-bulb temperature）
气膜
对流传热 q
液滴 表面
t
h
tw , Hw
气体
tw
t, H
液滴
气体
kH 对流传质 N
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，穿热速率和传质速率之间的关系为：Q=Nrtw
由于温差的存在，气体以对流方