化工原理教案-7 干燥-181

第七章干燥

本章学习要求

掌握的内容

（1）湿空气的主要性质、湿度图及其应用；

（2）湿分定义、去湿的方法及干燥的分类；

了解的内容

（1）影响恒速干燥和降速干燥的因素；

（2）物料中所含水分性质；

（3）恒速和降速段干燥时间的计算方法；

（4）干燥过程的必要条件和干燥推动力；

（5）典型干燥设备的工作原理、结构特点；

（6）干燥器及其类型。

本章教学要求

教学目的：主要介绍以湿空气为干燥介质、湿分为水的对流干燥过程的理论基础，对湿空气的性质、干燥过程的相平衡、干燥过程的基本计算、工业常用

干燥设备进行了较为详细的讨论。

教学重点：湿空气性质；基本干燥过程计算；典型干燥设备的工作原理、结构特点。教学难点：湿空气性质中的绝热饱和温度t as和湿球温度t w的概念及二者的异同。教学思路：结合案例展开分析、介绍基本原理及其计算。

学时安排：2学时

7.1概述

本节重点：无

本节难点：无

1、物料的去湿方法

化工生产中的固体原料、产品或半成品为便于进一步的加工、运输、贮存和使用，常常需要将其中所含的湿分（水或有机溶剂）去除至规定指标，这种操作简称

为“去湿”。“去湿”的方法可分为以下三类：

（1）机械去湿

（2）吸附去湿

（3）热能去湿即干燥

“去湿”方法中较为常用的方法是干燥。干燥过程：利用热能除去固体湿物料中湿分的单元操作。

干燥过程的本质：被除去的湿分从固相转移到气相中(固相为被干燥的物料，气相为干燥介质)。在去湿过程中，湿分发生相变，耗能大、费用高，但湿分去除较为彻底。

2、干燥过程分类

（1）按操作压力可分为常压干燥、真空干燥。

（2）按操作方式可分为连续式、间歇式。

（3）按照热能供给湿物料的方式，干燥可分为以下四种：

①传导干燥：热能通过传热壁面以传导方式加热物料，产生的蒸汽被干燥介质带走。

②对流干燥：干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式传递给物料，产生蒸汽被干燥介质带走。

③辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，被物料吸收转化为热能，使湿分汽化。

④介电加热干燥：将需要干燥的物料放在高频电场内，利用高频电场的交变作用，将湿物料加热，并汽化湿分。

本章主要讨论干燥介质是空气，湿分是水的对流干燥过程。

3、对流干燥的特点

（1）对流干燥流程

如图7-1所示，湿空气经风机送入预热器，

加热到一定温度后送入干燥器与湿物料直接接触，进行传质、传热，最后废气自干燥器另一端排出。

干燥若为连续过程，物料被连续的加入与排出，物料与气流接触可以是并流、

逆流或其它方式。若为间歇过程，湿物料被成批放入干燥器内，达到一定的要求后再取出。

经预热的高温热空气与低温湿物料接触时，热空气传热给固体物料，若气流的水汽分压低于固体表面水的分压时，水分汽化并进入气相，湿物料内部的水分以液态或水汽的形式扩散至表面，再汽化进入气相，被空气带走。所以，干燥是传热、传质同时进行的过程，但传递方向不同。

传热传质

方向从气相到固体从固体到气相

推动力温度差水汽分压差

（2）干燥过程进行的必要条件：

①湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压；

②干燥介质将汽化的水汽及时带走。

为确定干燥过程所需空气用量、热量消耗及干燥时间，而这些问题均与湿空气的性质有关。为此，以下介绍湿空气的性质。

7.2湿空气的性质与湿度图

本节重点：湿空气的性质、湿度图

本节难点：干球温度、湿球温度、湿度图的应用

7.2.1湿空气的性质

湿空气：含有湿分的空气。

基准：干燥过程中，绝干空气的质量不变，故干燥计算以单位质量绝干空气为基准。

如何表征空气中所含水分的大小？通常用两个参数：湿度、相对湿度。

1、湿度（湿含量）H

湿度H是湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。

（1）定义式

式中M a——干空气的摩尔质量，kg/kmol；

M v——水蒸汽的摩尔质量，kg/kmol；

n a——湿空气中干空气的千摩数，kmol；

n v——湿空气中水蒸汽的千摩尔数，kmol。

（2）以分压比表示

式中p v——水蒸汽分压，N/；

P——湿空气总压，N/。

（3）饱和湿度H s：

若湿空气中水蒸汽分压恰好等于该温度下水的饱和蒸汽压p s，此时的湿度为在该温度下空气的最大湿度，称为饱和湿度，以H s表示。

式中 p s ——同温度下水的饱和蒸汽压，N/。

注：由于水的饱和蒸汽压只与温度有关，故饱和湿度是湿空气总压和温度的函数。

2、相对湿度φ

当总压一定时，湿空气中水蒸汽分压p v 与一定总压下空气中水汽分压可能达到的最大值之比的百分数，称为相对湿度。

（1）定义式

（2）意义：相对湿度表明了湿空气的不饱和程度，反映湿空气吸收水汽的能力。 φ=1（或100%），表示空气已被水蒸汽饱和，不能再吸收水汽，已无干燥能力。φ愈小，即Pv 与Ps 差距愈大，表示湿空气偏离饱和程度愈远，干燥能力愈大。

（3）H 、φ、t 之间的函数关系：

可见，对水蒸汽分压相同，而温度不同的湿空气，若温度愈高，则Ps 值愈大，φ值愈小，干燥能力愈大。

以上介绍的是表示湿空气中水分含量的两个性质，下面来学习与热量衡算有关的性质。

3、湿比热c H ：

定义：将1kg 干空气和其所带的H kg 水蒸气的温度升高1℃所需的热量。简称湿热。

H H c c c V a H 88.101.1+=+= kJ/kg 干空气·℃

式中 c a ——干空气比热，其值约为1.01 kJ/kg 干空气·℃

c v ——水蒸汽比热，其值约为1.88 kJ/kg 干空气·℃

4、焓I ：

湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其所带H kg 水蒸汽的焓之和。