《化工单元操作》干燥与干燥设备

t
② 湿空气状态变化过程的图示 ● 加热和冷却 示意图 ● 绝热饱和过程 示意图 ● 非绝热增湿过程 示意图 ● 不同温度、湿度的气流的混合过程
两股气流混合后的状态C必 然在点A、B的联线上，其 位置可按杠杆定律求出。
=1
=1
A
BH
A
BH
t1
t2
t
t2 td
t1
t
=1
S B
tas t
H Has
（8） 露点td：
保持空气的H不变，降低温度，使其达到饱和状态，此时温度 为露点温度 。
H 0.622
P d
P p
d
pd：为露点td时饱和蒸汽压，既该空气在初始状态下的水蒸气 分压pv
p HP d 0.622 H
9.2.2 湿球温度和绝热饱和温度之间的关系
tas 、tw与t和H 有关 tas 、tw 本质上截然不同
t、H
补充水
② 绝热饱和温度是状态函数:
t f(t,H ) as
③ 绝热饱和过程可当作等焓处理 即空气的入口焓近似等于空气的出口焓
tas、Has t、H
补充水
（7） 干、湿球温度
① 干球温度与湿球温度
湿球温度: 气流吹过 -----湿分气化-----表面降温-------热量传递
Q hA(t tW ) Wrw
H as
H
c H
t t r
as
as
示意图
⑤ 湿比热容线
c c c H 1.011.88H
H
a
V
示意图
⑥ 比体积线
干空气比体积线 0.773 273 t
a
273
饱和湿比体积线 (0.773 1.244H ) 273 t
HS
示意图
S 273
⑦ 汽化潜热-温度线 示意图
=100% H
=const
注：非结合水产生的蒸汽压等于同温度下纯水的蒸汽压
不同点：
自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分是不能 除去的，自由水分和平衡水分的划分除与物料有关外，还 决定于空气的状态。
非结合水分是在干燥中容易除去的水分，而结合水分较难 除去。是结合水还是非结合水仅决定于固体物料本身的性 质，与空气状态无关。
9.4.3 湿分在湿物料中的传递机理
（1）湿物料分类
① 多孔性物料：如催化剂颗粒，砂子等。主要特征：
▲水分存在于物料内部大小不同的细孔和通道中； ▲湿分移动主要靠毛细管作用力 ▲这类物料的临界含水量较低，降速段一般分为两个阶段。
②非多孔性物料，如肥皂、浆糊、骨胶等。主要特征：
▲ 结合水与固相形成了单相溶液 ▲ 湿分靠物料内部存在的湿分差以扩散的方式进行迁移 ▲这类物料的干燥曲线的特点是恒速阶段短，临界含水量
9.3.2 水分在气、固之间的平衡及干燥平衡曲线
温度一定，对于一定的湿物料，长时间接触湿空气，达平 衡状态时：
平衡蒸气压：平衡状态下湿物料表面的蒸气压。 平衡含水量：平衡状态下物料的含水量。
平衡含水量=f( 物料的性质，空气的状态)
（1）干燥平衡曲线 ① p-X* (p*—X)线
▲ PV =0
▲ X<Xs ▲ X>Xs
自由水分：物料含水量超出平衡水分的部分称为自由水分。
X> X* 可能被空气干燥的水分
② 结合水分和非结合水分
结合水分：固、液之间结合力较强的水分，存在于物料细 胞壁内或毛细管内。
注：结合水产生的蒸汽压小于同温度下纯水的蒸汽压。
非结合水分：固液之间结合力较弱的水分，如物料表面的附 着水分，或物料表面大孔内的水分。
◆ BC段：干燥速率保持恒定，称为恒速干燥阶段。
◆ C点：由恒速阶段转为降速阶段的点称为临界点，所对 应湿物料的含水量称为临界含水量，用Xc表示。
◆ CDE段：随着物料含水量的减少，干燥速率下降， CDE段称为降速干燥阶段。不同类型物料结构不同， 降速阶段速率曲线的形状也不同。
◆ E点：干燥速率为零，X*即为操作条件下平衡含水量。
qmL QP
qm1,1,X1
QD
QL qmL
qm2,2,X2
（1）湿物料的水分蒸发量
qm1,qm2 : 干燥前后湿物料的质量流量，kg/s qmC : 绝干物料的质量流量，kg/s qmw : 蒸发水量，kg/s
P
H 0.622 S
P P S
H=f(,t)
（3） 湿比体积H (m3/kgH
22.4 273 t 29 273
22.4 18
273 t 273
H
H
(0.7731.244H )
273 t 273
（4） 湿比热容 cH （ kJ/kg干空气C ）
c c c H 1.011.88H
t
=100% t
H
绝热饱和线
=100%
湿比热容对湿度
H
t
=100%
饱和比体积对温度 H=const
H=0.0
H
t
汽化潜热对温度
=100%
H
t
（2） 湿度图的应用 ① 求湿空气的性质参数
P278 例9.2.2
P279 例9.2.3
=1
=0.24 H A
B
H=0.019
300C 500C
H
a
V
ca: 干空气比热容，约1.01 kJ/kg干空气·C cv: 水蒸汽比热容，约1.88kJ/kg干空气·C
（5） 湿空气的焓I ( kJ/kg干空气)
基准: 0C干空气、 0C时液态水的焓为零。
I cat (r0 cV t)H (1.011.88H )t 2490H
r0: 0C时水蒸气汽化潜热，2490 kJ/kg
n
H V V V 0.622 V
kg水/kg干 空气
M n 29n
n
aa
a
a
理想气体：
H 0.622
p V
P p
V
饱和湿度Hs ：湿空气中水蒸气分压等于该温度下水的饱和蒸汽压
P
H 0.622 S
S
PP
S
（2）相对湿度
p V
100%
P
S
p V
100%
P
(P P) S
(P P) S
相对湿度表明湿空气的不饱和度，反映湿空气吸收水汽的能力。
（3）平衡曲线的应用 ① 确定过程进行的方向
▲ 物料脱水而被干燥 ▲ 物料吸水而增湿 ▲ 相平衡
② 确定过程的推动力 传质推动力:湿物料的平衡蒸汽压 - 空气中水气的分压
p = p* - p H=H*-H
湿分的传递方向,视推动力的方向而定,或增湿或干燥。
传热推动力：空气的温度与湿物料表面温度之差。
空气和水的系统,
h / kH=0.96～1.005
一般干燥过程H＜0.01 cH=1.01+1.88H=1.01～1.03
对于空气和水的系统，不饱和空气： t > tas = tw > td 饱和空气： t = tas = tw =td
对其它物系，h/kH =1.5～2, 与cH相差很大，例如对空气和甲苯 系统h/kH = 1.8 ，此时，湿球温度高于绝热饱和温度。
AH t
=1
S
B′
B
B'
tas t
H Has
AH t
9.3 固体物料干燥过程的相平衡
9.3.1 湿物料含水量的表示方法
湿基含水量 w：
湿物料中的水分的质量 w 湿物料总质量
kg/kg湿物料
干基含水量 X:
湿物料中的水分的质量 X 湿物料绝干物料的质量
换算关系
X w 1 w
w X 1 X
kg/kg干物料
湿空气的四个温度t 、tw 、tas 、 td可确定空气状态。
r
t t as ( H H )
as
c
as
H
tW
t
kH rW h
(HW
H)
（1）共同点：
① 湿球温度和绝热饱和温度都不是湿气体本身的温度, 但都和湿气体的温度和湿度有关，都表达了气体入口 状态已确定时与之接触的液体温度的变化极限。
② 对于空气和水的系统，两者在数值上近似相等。
W kH (Hw H)A
稳态时, 空气传入的显热等于水的汽化潜热
hA(t tW )
k r A( H
Hw
w
H
)
tW
t
kH rW h
(HW
H)
注意：湿球温度不是状态函数
② 应用
对空气和水的系统, kH/h近似为常数（=0.96~1.005），数值上 等于相同条件下的绝热饱和温度，故可以用其确应空气状态。
化工单元操作
干 燥与干燥设备
9.1.1 概 述 去湿: 将固体物料中所含的湿分（水或有机溶剂）去除至规
定指标的操作。
去湿方法： 机械去湿法 ——能耗少、费用低，但湿分去除不彻底
物理去湿法 ——受吸湿剂的平衡浓度的限制，且只适用
于脱除微量湿分
干燥方法 ——固体物料的去湿主要采用干燥的方法
干燥过程: 利用热能除去固体物料中湿分（水或 其他 溶剂）的单元操作。
机理
质量传递：湿分的转移,由固相 到气相，以蒸汽分压为推动力
热量传递： 由气相到固相， 以温度差为推动力
分类： 操作压力
常压干燥 真空干燥
操作方式
间歇干燥 连续干燥
加热方式
传导干燥 对流干燥 辐射干燥 介电加热干燥
对流干燥：
利用热空气和湿物料作相对运动，气体的热量传递给 湿物料，使湿物料的湿分汽化并传递到气体中，并被带走。 对流干燥是动量、热量、质量传递同时进行的传递过程。