第九章干燥

压定律，则有
pv pv nv
pg P pv ng
2 湿含量(humidity)d
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d(Ｈ)，其单位为：kg水气/kg干空气 。
d

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
非独立的参数如：td~d，p~d，td~p，tw~h，tas~h等，它们均在 同一等d线或等h线上。
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。
根据状态点查湿求温度和露点 温度、湿含量、焓等参数。
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：
5 水蒸汽分压线
pv

dP 0.622
d
该线表示空气的湿含量d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随湿含量d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-d图上确定该空 气的状态点，然后查出空气的其他性质。
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2节 湿空气的性质及湿度图
2.1、湿空气的性质
1 水蒸气分压pv
空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分
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
2.2、湿空气的焓-湿图 （湿度图）
在工程计算中，常用的是以湿空气的焓值h为纵坐标，湿含 量d为横坐标的焓湿图，即h-d图。
图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度t和湿含量d 的 湿空气状态。
等湿含量线(等d 线)： 等焓线(等h 线)： 等温线(等t 线)： 等相对湿度线（等φ线） 水蒸汽分压线：
度 值越高。
对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。
9 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 表示，其对应的饱和湿度为das，此 刻水的温度亦为tas。
h (cg dcv )t dr00 (1.011.88d )t 2490d
6 湿空气的比容vH
含有单位质量干空气的湿空气体积，称为湿空气的比容，
亦称 比体积(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
4 等相对湿度线（等φ线）
d 0.622 ps P ps
当湿空气的湿含量d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。
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。
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。
例： 已知常压下某湿空气的温度为20 o C, 湿度为d=0.02 。试 用h-d图求解此时的相对湿度： 另外，50度时呢？
20度时 φ=100% 50度时 φ=19%
2.3、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。
湿含量：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。
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。
在一定总压和温度下，两者之间的关系为
d 0.622 ps P ps
4 湿空气的比热CH
在常压下，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
湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程，即：h1=h2
由于d和das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
(das
d)
tas
t

r00 cH
(das
d)
tw

tห้องสมุดไป่ตู้

kH rtw

(d s ,tw

d)
实验测定表明，对于在湍流状态下的空气－水蒸气系统
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h(I)表示，单位是kJ/kg干空气。
h=hg+hvd
式中h——湿空气的焓，kJ/kg绝干气； hg ——绝干空气的焓，kJ/kg绝干气； hv——水气的焓，kJ/kg水气。
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 及湿含量为d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
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。
物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。
而言，a/kH≈ CH ， 同时 r00≈ 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是两个完全不同的概念。 但是两者都是湿空气状态(t和d)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。
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：
（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。
h A
t 1 3 φ=1
2 tw
0
d
hA t 1 3 φ=1
2 td
0
d
h
2φ
A t1
φ=1
0
d
(4)已知湿空气干球温度t和湿含量d。 (5)已知湿空气湿球温度t和焓h 。
例： 已知湿空气的总压为101.3kN/m2 , 湿度为d=0.02 kg水/kg 干空气，干球温度为70o C。试用h-d图求解此时的湿空气状态 点及以下相关参数：
tw

t

kH rtw

(d s ,tw

d)
对空气~水蒸气系统而言， α/kH=1.09
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，其相对湿度越高，湿球温
倘若湿空气的温度下降至露点，将析出露水，此时空 气的湿度为饱和湿度，=100%，即
式中：
d
dstd
0.622
pd P总 pd
pd —— 露点下水的饱和蒸汽压，N/㎡;
dstd—— 露点下湿空气的饱和湿度，kg/kg绝干空气。 在一定的总压下，若已知空气的露点，则可用上式计 算出空气的湿度。
d 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
ds

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
ds f (t, P)
3 相对湿度 φ
8 干球温度t和湿球温度tw
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d 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（ds,tw-d）S 在稳定状态下，传热速率和传质速率之间的关系为：Q=Nrtw
3 不同状态空气的混合（不做要求）
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（d1，h1），（d2，h2）。两空气混合后，由物
料衡算和热量衡算，可求得
dn

G1d1 G1
G2d2 G2
h h1 hn
h2 2
1 h H1
Hn
e
t
f
3
(a)水蒸汽分压p； (b)相对湿度φ ； (c)热焓h； (d)露点td ；
(解e)湿由球已温知度条tw件；：Ｐ＝101.3kN/m2， d=0.02 kg水/kg干空气，
t=70o C，在h-d图上定出湿空气的状态点Ａ点及有关参数。
pv=3kN/m2 φ=10% h＝122kJ/kg干空气
td=24oC tw=33o C
1 等湿含量线(等d 线) 一组与纵轴平行的直线。在同一条
等d线上，湿空气的露点td不变。 2 等焓线(等h线)
一组与横轴平行的直线 。在同一条等h线上，湿空气的温度 t随湿含量d的增大而下降，但其焓值不变。
3 等温线(等t线)
h=(1.88t+2490)d+1.01t
当空气的干球温度t不变时，h与d成直线关系，故在h-d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。
cH cg dcv
式中 cH——湿空气的比热， kJ/(㎏绝干气·oC)； cg——绝干空气的比热， kJ/(㎏绝干气·oC)； cv——水气的比热， kJ/(㎏水气·oC)
在常用的温度范围内，有
cH 1.01 1.88d
上式说明：湿空气的比热只是（绝对）湿度的函数。
5 湿空气的焓 h
第九章 干燥
重点：空气的焓湿图、干燥过程的物料衡
算和热量衡算、恒定干燥条件的干燥曲线和 干燥速率曲线、干燥机理、 影响干燥速率的 因素。
理解：恒定干燥条件下干燥时间的计算； 难点：空气的焓湿图、干燥机理、物料衡
算和热量衡算；
第1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。
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。
相对湿度和湿含量的关系
h tB tA
B tA A tB
A B φ=1
d
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。
h B
A φ=1
dB dA
d
利用上述方法，如果将 凝结出来的水分设法除去， 再将所得的饱和空气加热， 则不会恢复原来的状态，而 空气的湿度小于原空气的湿 度，即达到减湿的目的。
1H
273 t 1.013 105
vH

( 29
) 22.4 18
273

P
(0.772 1.244 d ) 22.4 273 t 1.013 105
273
P
7 露点 td
将不饱和的空气等湿冷却至饱和状态时的温度，称为 湿空气的露点td，相应的湿度为饱和湿度dstd 。
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：
tw

t

kH rtw

(d s ,tw
d)
h1 (cg dcv )t dr00 h2 (cg dascv )tas dasr00