干燥1概述9-1干燥的分类和用途何谓干燥单元操作

第九章干燥

§1 概述

9-1 干燥的分类和用途

一、何谓干燥单元操作？

讲到干燥，自然联想起农村晒谷子，生活中晒衣服，想必干燥即除水操作。如果干燥在太阳下才能实现，则化肥厂，制药厂，染织厂需要开辟大规模的“晒场”，才能正常生产。显然生活中的晒衣服与干燥的操作是有区别的。

那么，什么叫干燥单元操作呢？

——利用热能使湿物料的湿份汽化，水汽或湿份蒸汽经气流带走，从而获得固体产品的操作。如图9-1所示。

图9-1 干燥示意图

二、干燥操作在化工生产中的应用。

化工原料工业，聚氯乙稀的含水量不能高于0.3％，否则影响制品的质量。制药工业，抗菌素的水分含量太高，会影响使用期限。染料工业，未经干燥的染料，影响染色质量。所以化工、轻工、造纸、制革、木材、食品等工业均利用到多种类型的干燥操作。

三、干燥操作的分类：

按传热方式分为：传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥；

按操作压力分为：常压干燥、真空干燥；

按操作方式分为：连续式、间歇式。

§2 湿空气与性质湿度图

9-2 湿空气概述

什么是湿空气：大气是干空气与水汽的混合物，亦称为湿空气。

要研究空气的性质，首先想到，湿空气是混合物，则混合的比例是多少呢？所以要研究，——湿度性质（湿度，相对湿度，绝对湿度百分数）

其次想到，空气是气体，应适用于气体状态方程，即温度、压力、体积。所以要研究，——温度性质（干球温度、湿球温度、绝热饱和湿度、露点）

——容积性质（湿容积、饱和湿容积）。由于大气压力，对一定地区，约为定值，所以不研究压力性质。

再其次，要研究空气对湿物料的传热，所以要研究，——空气的比热性质（湿热．焓） 所以要研究湿空气，实质是研究空气的四大类性质。为了叙述方便，我们假设下面三个前提：（1）干燥过程的湿空气，可作为理想气体处理，诸如理想气体方程式，道尔顿分压定律，均可应用于湿空气。（2）因为干空气是作为热载体，它的质量在干燥过程中始终不变，所以湿空气的有关参数均为单位质量的干空气为基准。（3）系统总压 =P 101.3 kPa 。 9-3 湿空气性质

一、湿度H 。——湿空气中单位质量干空气所具有的水汽质量，1

-⋅kg kg 干空气。 湿空气中干空气的质量湿空气中水汽的质量=H =g

g w w n M n M 式中， w M ——水汽的分子量，118-⋅=kmol kg M w ；

g M ——空气的分子量，129-⋅=kmol kg M g ；

w n ——水汽的摩尔数，kmol ；

g n ——空气的摩尔数，kmol ；

若湿空气总压为P ，水汽分压为p ，则干空气分压为p P -

RT n pV w = ，RT n V p P g =-)(，相除得：

g

w n n p P p =- p

P p p P p H -=-⋅=∴622.02918 ……………)(I 在式)(I 中，若分压等于同温度下的饱和蒸气压，即 s p p =时，则此时湿度H 称为饱和湿度，用s H 表示，

s

s s p P p H -⋅=∴622.0 二、绝对湿度百分比。——在一定温度和总压下，湿空气的湿度与饱和湿度之比的百分数，即是：

%100)()(%100⨯--=⨯s

s s p p P p p P H H 三、相对湿度。——在一定总压下，湿空气的水汽分压p 与同温下饱和水蒸汽压s p 之

比，即相对湿度，以ϕ示之，

s

p p =∴ϕ ………………………)(II )('T f p s = ),(T p f =∴ϕ

ϕ的物理意义，

由定义得 )1(ϕϕ-=⋅-=-s s s s p p p p p

当 1=ϕ 时，推动力 0=-p p s ，说明此时的湿空气已被水汽饱和，不能再吸收水分了。

ϕ减少，即 1<ϕ 时，p p s -0>，湿空气吸收能力增加。

0→ϕ 时，p p s -s p → ，

说明此时湿空气吸湿能力增至最大。所以说，相对湿度ϕ，表示了湿空气吸湿能力。

H 能否表达湿空气的吸湿能力呢？

由 s s s p P p H -⋅=622.0 1622.0+=H

P p 所以 1622.0+-=-H

P p p p s s 由此式看出，H 的大小，并不能确定推动力 )(p p s - 的大小，所以说，H 只能表达湿空气中，水汽含量的绝对值，并不能表示湿空气吸湿能力的大小。所以 式)(I 、)(II 合并得，

s

s p P p H ⋅-⋅=ϕϕ622.0 …………………)(a I 此式将 H ，ϕ，T 联系在一起，是个重要公式。

四、湿空积H V 。——湿空气的比容，即每 kg 干空气和其所带的 H kg 水汽所具有的体积，以H V 表示，单位是 1

3-⋅kg m 干空气。

干空气比容，每kg 干空气的体积，g V 示之；

水汽比容，每kg 水汽的体积，w V 示之。 ∴H V V V w g H +=

1kg 干空气，为291kmol

，在压力为kPa 3.101，温度为T 时，其体积为： 3

.101291RT V g = ………………………)(a 29kg 干空气，在压力为kPa 3.101，温度为273K 时，其体积为：

3

.101273141.22⋅⋅=

R ………………………)(b )()(b a 得： 273

773.02732941.22T T V g =⨯= …………………)(c 同理，1kg 水汽，摩尔数为18

1，在压力为kPa 3.101时， 其体积为 3

.101181RT

V w = …………………)(d )

()(b d 得： 273244.12731841.22T T V w == …………………)(e

273)

244.1773.0(T H H V V V w g H +=+=∴ …………………)(III 亦可这样导出，1kg 干空气为291kmol ,H

kg 水汽为18H kmol ，在压力为kPa 3.101时，总体积为：

3

.101)28

291(RT

H V H += …………………)(f )()(b f 得： 273

)28291(41.22T H V H += ∴273

)244.1773.0(T H V H += ………………)(III 五、饱和容积HS V 。 ——被水汽饱和的湿空气比容，以HS V 表示。

被水汽饱和的湿空气湿度为s H ∴273

)244.1773.0(T H V s Hs += 六、湿热H C 。湿空气的比热。 ——在常压下，1kg 干空气和其所带的H kg 水汽升高温度1K ，所需的热量，称为湿热。

H C C C v g H +=∴