天津大学版《化工原理》课件

ps ,td
H s，td P 0.622 H s，td
空气—水：<1,则t>tw=tas>td 当=1，则t=tw=tas=td
化工原理 干燥
材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
例1.N2与苯蒸汽体系。在系统总压为102.4kPa、温度为293K时， 系统中苯蒸汽的分压为7.32kPa。现拟采用加压冷却的方法回 收混合气体中的苯，问须将混合气体加压至多少压强，并同时 冷却到283K，才能回收75%的苯？若维持恒压冷却，且使苯的 回收率达到75%，则需要冷却至多少温度？
干燥过程
L=？, t0 , H0 新鲜空气 Qp=? Qd=? L, t1 , H1 干 燥 器 废气 L, t2=？ , H2=？ 湿物料 G1, w1, (X1), 1
预热器
产品 G2, w2, (X2), 2
二 干基湿含量 X
Hale Waihona Puke BaiduX
§8-2-1 物料中含水量的表示方法 一 湿基湿含量 w
水分质量 100% 湿物料的总质量
总压一定时，饱和湿度只与物系所处的温度有关。它表述了一 定压强和温度下湿气体所能容纳湿分蒸汽的最大值。 二 相对湿度
p 100% ps
M w ps H M g P ps
值越低，气体偏离饱和的程度越远，吸湿潜力越大； =100% 时，p= ps，气体已被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。 = f (H, t)。 t↑ ，则ps ↑ ，若H 不变，则t↑，。 若H 不变， t↓ ，则 ，。当气体达到饱和状态(露点)而继续 冷却时，气体中的湿份将呈液态析出，此时=1（不变）。
2788.51 ln ps 20.7936 T 52.36
ps : Pa
T :K
解： M 6 12 6 78kg / kmol M 28kg / kmol v g
H0 Mv p 78 7.32 0.21447kg( 苯 ) kg( 绝干氮气) M g P p 28 102.4 7.32
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§8-2 干燥过程的物料衡算和热量衡
§8-2-3 干燥系统的热量衡算 湿废气体 L, H2, t2, I2
Qd
Qp ：预热器
湿物料 G1 , w1 , 1, cm1 湿气体 L, H0, t0, I0 Qp 预热器
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干 燥 器
干燥产品 G2 , w2 , 2, cm2
Ql
湿含量的概念，传质方向与限度的确定；恒定干燥条件下的干燥
曲线及干燥速率曲线及测定方法，恒速段降速段、临界湿含量的 概念及影响因素，恒定干燥条件下干燥式间的计算；典型干燥设 备的结构特点及设计原则。
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§8-0 概述
多余湿份 精制 聚合 聚四氟乙烯： 单体 常用的除湿方法 机械除湿：通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿。 吸附除湿：用固体吸附剂，如CaCl2、硅胶等吸去物料中所含 的水分。 供热干燥：指利用热能，使湿物料中的湿分气化而除去的方法。 干燥介质：用于为湿物料提供热量并作为湿汽的载体。
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制盐： 卤水
蒸发 洗涤
结晶 离心分离
？？ ？？
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§8-0 概述
干燥方法的分类 根据操作压强：常压干燥、真空干燥
根据操作方式：连续干燥、间歇干燥 根据加热方式可分为传导干燥、对流干燥（箱式干燥器、回转
圆筒干燥器、洞道式干燥器、流化床干燥器（两种） 、气流
水 气 分 压
kPa
H
kg水/kg绝干气
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
=100%
水 气 分 压
kPa
绝 干 气
H
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kg水/kg绝干气
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§8-2 干燥过程的物料衡算和热量衡图
等H线、等I线、等t线、等φ线、蒸汽分压线
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
1．由 t、H 查取湿空气的性质 2.由t、td查湿空气的性质 3. 由t、tas 查湿空气的性质 4. 由t、 查湿空气的性质 5．湿空气被加热的状态变化过程 6.湿空气被冷却的状态变化过程 7．湿空气绝热增湿的状态变化过程 8.湿空气混合的状态变化过程
2788.51 2788.51 ln ps 20.7936 T 52.36 T 52.36 20.7936 ln ps|T ? K T 263.2 K
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
§ 8-1-2 湿空气的H-I 图 湿空气的H-I 图由以下诸线群组成：
⑶ 强化干燥速率的；
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⑷ 选择合理的干燥方法。
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
§8-1-1 干燥介质的性质
湿气体 = 绝干气体 + 湿份蒸汽 一 湿度
( 干燥介质中湿气的质量 湿气的摩尔数 摩尔质量 M w ) H 干燥介质中绝干气的质 量 绝干气的摩尔数 摩尔质量 M ) ( g Mw p H P p Mg
七 绝热饱和冷却温度tas
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
空气(ф <1、T、H） 平衡 热量传递 质量传递
I1 (cg Hcv )t Hr0 I 2 (cg H as cv )tas H as r0
大量循环水
（绝热）
第八章 干 燥
教学要求
§ 8-0 概述
§ 8-1 湿气的性质和湿焓图
§ 8-2 干燥过程的物料衡算和
热量衡算
§ 8-3 固体物料在干燥过程中
的平衡关系与速率关系 § 8-4 干燥设备 复习
教学要求
重 点：干燥介质的性质，干燥过程的物、热衡算，干燥过程
的平衡及速率关系。
覆盖内容：干燥过程的基本概念，干燥介质的作用；干燥介质的 性质与t-H(I-H)图；干燥过程的物、热衡算，对特殊干燥过程热 衡算式的简化，干燥过程的热效率与干燥效率；干燥过程的平衡 关系，结合湿份、非结合湿份、平衡湿份、自由湿份及最大吸湿
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
绝 干 气
=100% tas
水 气 分 压
kPa
H
kg水/kg绝干气
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
绝 干 气
=100%
对于空气-水系统：
p H 0.622 P p
Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96 kg/kmol 总压一定时，湿气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
ps 饱和湿度 H s 0.622 P ps
向气体提供 的热量，kW；
Qd ：向干燥
器补充的热 量，kW；
Ql ：干燥器
热气体 L, H1, t1, I1
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的散热损失， kW。
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§8-2 干燥过程的物料衡算和热量衡
一 热量衡算的基本方程 1.预热器消耗的热量 L H0 预热器 L H1 预热器——加热空气。根据加热方 t0 I 0 t1 I 1 式可分为两类： QP 直接加热式：如热风炉→高温烟气 间接换热式：如间壁换热器。 基准 范围 对间壁式，则H0=H1，即 ：
若维持恒压冷却使回收率达到75%，则：
H0=0.21447kg(苯）/（kg绝干氮气） H1=0.05362kg(苯）/（kg绝干氮气）
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
ps|T ? K Mv H 1 H s|T ? K H 1 M g P ' ps|T ? K P 102.4kPa ps|T ? K P 1.9337kPa Mv 1 1 M g H s|T ?
水分质量 100% 湿物料中绝干物料的质 量
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§8-2 干燥过程的物料衡算和热量衡
§8-2-2 干燥系统的物料衡算
基准 控制体（衡算范围） 对象
湿废气 体 L , H2 干燥产品 G2 , w2
G1 ：kg/s；G2 ：kg/s；Gc ：kg/s； w1 、w2 ：湿含量（湿基）； L ：kg/s；H1 、H2 ：湿度；W ：kg/s。
H 0 H1 H 1 H 0 ( 1 ) H 1 0.05362kg( 苯 ) kg( 绝干氮气) H0
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ps|T 283 K Mv H 1 H s|T 283 K H 1 M g P ' ps|T 283 K 2788.51 ps|T 283 K exp( 20.7936 ) 6.05kPa 283 52.36 P ' 320.4kPa
因为H 及H as都很小，故cg Hcv cg H as cv
r0 t as t H as H cH
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t as f ( t , H )
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
八 露点td
H s，td
0.622 ps ,td P ps , td
一 水分蒸发量
W G1 G2 Gc ( X 1 X 2 ) L( H 2 H1 )
湿物料 G1 , w1
热空气 L , H1
二 空气消耗量
W L H 2 H1
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三 干燥产品流量
G2 G1 W Gc ( 1 X 2 )
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干燥器、喷雾干燥器）、辐射干燥和介电加热干燥。 对流干燥——化工生产中最常用的干燥方式： 空气预热器，热空气干燥器，湿料与热空气进行热、质传 递。结果：空气中湿分含量升高、固体物料中湿分含量减小。
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§8-0 概述
干燥是热、质同时传递的过程 干燥介质：用来传递热量（载热体）和湿份（载湿体）的介质。 注意：只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压 ，干 燥即可进行，与气体的温度无关。 气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快湿份汽化和 物料干燥的速度，达到一定的生产能力。 固体干燥过程的基本问题可以归结为以下四个方面： ⑴ 确定干燥介质用量； ⑵ 优化干燥条件的；
空气——水 H
四 比热容cH
c H c g 1 cv H
空气——水
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c H 1.005 1.884H
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
五 焓I
I H I g Iv H I H ( c g Hcv )t r0 H c H t r0 H . 空气-水 I H ( 1.005 1.884H )t 2491 27H
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
三 比容
H
1kg绝干气体的体积 Hkg湿气体积 1kg绝干气体
H 273 t 1.013 105 1 22.4 273 P 29 18 273 t 1.013 105 0.773 1.244H 273 P
六 干球温度t 和湿球温度tw
u>5m/s
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
稳态：空气递给水的热量=水分汽化所需的热量
A(t tw ) Nrt kH ( H s,t H ) Art
tw t k H rtw
w w
w

( H s ,t w H )