《化工原理》干燥

《化工原理》第九章干燥

§1 概述

一、概念

干燥是利用热能除去湿固体物料中湿份（水分或其它液体）的操作。二、干燥与蒸发的区别

蒸发：溶剂分子从料液表面进入气相。料液表面溶剂蒸汽分压始终是饱和蒸汽压，蒸发速率由传热速率控制。

干燥：溶剂分子从湿物料表面进入气相。湿物料表面溶剂蒸汽分压不一定是饱和蒸汽压，干燥速率同时由传热速率和传质速率所控制。

三、干燥操作进行的必要条件

干燥是热质同时传递过程，干空气将热量传给湿物料；湿物料将湿份传给干空气。

湿物料表面水汽（或其它蒸汽）的分压大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压→干燥

湿物料表面水汽（或其它蒸汽）的分压等于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压→平衡

湿物料表面水汽（或其它蒸汽）的分压小于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压→增湿（回潮）

干燥操作进行的必要条件：湿物料表面水汽（或其它蒸汽）的分压必需大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压。

四、干燥分类

1、按操作压力的大小分类

常压干燥和真空干燥

2、按操作方式分类

1） 传导干燥（间接加热干燥）

2） 对流干燥（直接加热干燥）

3） 辐射干燥

4） 介电加热干燥（高频加热干燥）

3、按操作流程分类

连续干燥

间歇干燥

§2 湿空气的性质

一、水蒸气分压P w

湿空气 P 总 = P a + P w

饱和湿空气 P 总 = P a + P S

二、湿度（湿含量）H

定义：单位质量绝干空气中所含水分的质量。

w w a w a w a a w w p P p p p M M n M n M H -⋅=⋅=⋅⋅==2918量湿空气中绝干空气的质湿空气中水蒸气的质量

湿空气的湿度：

w w p P p H -⋅=622.0

饱和湿空气的湿度：

S S S p P p H -⋅=622.0

20o C 233.2m kN p S =,

绝干空气水kg kg H S 015.033.23.10133.2622.0=-⨯=

80o C 24.47m kN p S =,

绝干空气水kg kg H S 55.04.473.1014.47622.0=-⨯=

例：求20o C 下mmHg p w 54.17=时的H 和H S 及50o C 下mmHg

p w 35=时的H 和H S 。

三、相对湿度（水蒸气的饱和度）ϕ

定义：湿空气中水蒸气分压与相同温度下水的饱和蒸汽压之比。

S w p p =ϕ

1〈ϕ，空气中水蒸气未饱和，湿空气能够继续接受水分（可以用作干燥介质）。

1=ϕ，空气中水蒸气达到饱和，湿空气不能继续接受水分（不能用作

干燥介质）。

1〉ϕ，空气中水蒸气过饱和，湿空气不能继续接受水分（不能用作干

燥介质）。

湿度H 不能反映湿空气继续接受水分的能力；

相对湿度ϕ能够反映湿空气继续接受水分的能力；

饱和蒸汽压与温度相对应，所以()t p f w ,=ϕ

所以，某湿空气继续接受水分的能力与其水蒸气分压及温度有关。

例：含水蒸气的空气相对湿度为%50=ϕ，温度为55o C ，求北京地区和拉萨

地区大气压下的湿含量H 。

北京地区大气压力为mmHg 770，拉萨地区大气压力为

mmHg 4.459。55o C 时水的饱和蒸汽压为15.7kPa 。

四、比容 H v

定义：含单位质量（1千克）绝干空气的湿空气的总体积。

单位：m 3/kg （绝干空气）

计算式：

H v =1 kg 绝干空气的体积 + H kg 水气的体积

()P t H P t H v v w a 5

5100133.1273273244.1772.0100133.12732734.2218291⨯⨯+⨯+=⨯⨯+⨯⨯⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=+=

五、比热（湿热）H c

定义：在常压下将含1 kg 绝干空气和 H kg 水蒸气的湿空气温度升高1o C 所需的总热量。

单位：kJ /kg （绝干空气）·o C

H c = 将1 kg 绝干空气温度升高1o C 所需的热量+ H kg 水蒸气温度升高1o C

所需的热量。

H c c w a ⋅+=

H c H 88.101.1+=

六、焓I

定义：含1 kg 绝干空气的湿空气的焓。即当温度为t o C 时，湿空气中1 kg 绝干空气的焓与 H kg 水蒸气的焓之和。

单位：kJ /kg （绝干空气）

I = 1 kg 绝干空气的焓 + H kg 水蒸气的焓

I = I a + H·I w

若规定0 o C 以下绝干空气和水蒸气的焓为零，则

()()H

t H H t c r t c I w a 249088.101.10+⋅⋅+=⋅⋅++⋅=

七、露点温度 t d

定义：不饱和湿空气在总压和湿度不变的情况下进行冷却而达到饱和状态时

的温度。（等湿降温过程）

露点下的湿度为饱和湿度。 d d d St St St p P p H -⋅

=622.0

露点在干燥过程中的意义：

1、通过测定露点可以测定湿空气的湿度。

2、干燥过程中，任何一处与物料接触的空气的温度都必须高于露点，否则

物料将增湿。

3、粉尘回收操作中，为了确保粉尘不致回潮，一般要求操作温度超出露点15o C 以上。

八、干球温度t

用普通温度计测得的湿空气的真实温度。

九、湿球温度t w

湿球温度计：用水保持湿润的湿纱布包裹温度计的感温部位（水银球），这种温度计称为湿球温度计。

湿球温度t w ：湿球温度计在湿空气中的温度读数。

湿球温度计上的热质平衡：

※ 水银球外湿纱布上的水汽化→吸收潜热→水银球温度降低

※ 水银球与周围空气存在温差→空气向纱布传热→水银球温度升高

湿纱布中水分向空气中汽化的传质速率为：

()A H H k N w St H ⋅-⋅=

式中：H k 是以湿度差为推动力的传质系数。

单位：kg/m 2·s·

∆H Stw H 是湿纱布表面空气层的湿度。

H 是空气主体的湿度。

A 是传质面积。

水分汽化吸收的潜热量为：

()tw Stw H tw r A H H k r N Q ⋅⋅-⋅=⋅=

空气向湿纱布的传热量为：