化工原理：干燥

热空气
L , H1
W G1 G2 G(X1 X 2 ) L(H2 H1)
G G1(1 w1) G2 (1 w2 )
汽化W kg湿分所消耗绝干气体量 L
W
H2 H1
绝干气体比消耗
结论:
l L 1 W H2 H1
1.绝干气体比只与空气前后的湿度差有关,与空气经过的途 径无关. 2.从湿物料中需要除去的水分量W决定于物料的初始含水量 X1和干燥程度X2。干燥要求X2一定的情况下，初始含水量 X1愈高，W愈大，需要L愈大，操作费用愈高，因此，通常 湿物料在干燥之前先用能耗低的机械去湿法脱水，尽量降低 X1，以降低干燥操作费用。
湿度 H
解 ： 由 t=62℃ 的 等 温 线 和 H=0.092 的 等 湿 度 线 可 以 确 定一个交点P：过P点的等 线上读得 =60%；
cH kJ/(kg绝干气
1.18
体·K)
cH ~ H = 100% = 60%
过P点的绝热冷却线与
=100%的等相对湿度线的交 点在横坐标上对应的值即为绝
cH cg 1 cv H
式中：cg — 绝干气体的比热，J/(kg绝干气体·℃)； cv — 湿份蒸汽的比热，J/(kg湿份蒸汽·℃) 。
对于空气-水系统：
cg=1.005 kJ/(kg·℃)，cv=1.884 kJ/(kg·℃)
cH 1.01 1.88H
6、湿空气的焓iH ( 或干基湿焓)
第八章 干 燥
第一节、概述
在工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多的水分 或有机溶剂 (湿份)，要制得合格的产品需要除去固体物料中多 余的湿份。这种除去湿分的操作称为去湿。 例如： 制盐工业中，在过饱和的氯化钠溶液中生成的食盐晶粒； 塑料工业中，氯乙烯单体在水相中聚合制成的塑料颗粒； 食品工业中，由鲜牛奶制奶粉。
物理意义：以绝热冷却线上所有各点为始点，经过绝热饱和过 程到达终点时，所有各状态的气体的温度都变为同一温度。
(3) 湿比热-湿度线 (cH - H)
cH 1.005 1.884 H
湿比热是湿度的函数，在图中的温度范围内与温度无关。
(4) 湿比容-温度线 (H - H)
总压 P = 101.325 kPa 时：vH 0.002835 0.004557 H t 273
8.露点温度 露点温度：将不饱和气体在保持总压和湿度不变的情况下进 行冷却而达到饱和时的温度，简称露点。
当气体的 P、H 不变，则湿分分压 pv 不变。 ps = pv, ts=td, =1
Hs, td 0.622 ps,td P ps,td
P一定时,露点仅与空气湿度有关,用于测定湿度
露点温度测定方法：
第二节 湿气体的性质
湿气体：绝干气体与湿份蒸汽的混合物，其性质与湿份蒸汽 的数量有关。 在干燥过程中，随着物料中湿份的汽化，气体中湿份蒸汽的 含量在不断增加，但绝干气体的量保持不变。为计算方便， 通常取单位质量的绝干气体作为计算基准。
1、湿气体的干球温度和总压
干球温度 t ：湿气体的真实温度，简称温度（℃ 或 K）。
➢ H 不变而降低 t，，气体趋近饱和状态。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。
4、湿空气比容vH （或干基湿比容）
1kg绝干空气及其所携带的H kg湿分蒸汽的总体积 单位：m3/kg绝干气体
vH
vg
vv
1 29
H 22.4 t 18
273 273
(2)、绝对湿度(湿度) H
湿气体中湿份蒸汽的质量与绝干气体的质量之比。若湿份蒸
汽和绝干气体的摩尔数 (nv, ng) 和摩尔质量 (Mv , Mg)
H nvM v M v pv ng M g M g P pv
kg湿份蒸汽ol，Mg=28.96
kg/kmol
H 0.622 pv P pv
1.总压一定时，气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。 2.湿度只表示湿气体中所含湿份的绝对数，不能反映气体偏 离饱和状态的程度（气体的吸湿潜力）。
3、相对湿度
一定的系统总压和温度下，气体中湿份蒸汽的分压 pv 与系 统温度下湿份的饱和蒸汽压 ps 之比。
若已知湿度和温度，即可由对应直线查得气体湿比容。
对于P = 101.325 kPa 的饱和空气：
vHas 0.002835 0.004557 Has t 273
由于Has= f (t) ，故Has = f (t) 。
二、空气湿度图的用法
【例1】已知 t=62℃，H=0.092，求、tas、tw、td、cH 和 iH。
优点：热能利用较高。 缺点：与传热壁面接触的物料在干燥时易局部过热而变质。
辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射至湿物料表面 后，被物料所吸收转化为热能，而将水分加热汽化。 优点：生产强度大几十倍，且设备紧凑，干燥时间短，产品 干燥均匀而洁净。 缺点：能耗大，适用于干燥表面积大而薄的物料。
对流干燥：热能以对流给热的方式由热干燥 介质(通常是热空气)传给湿物料，使物料中 的水分汽化，物料内部的水分以气态或液 态形式扩散至物料表面，然后汽化的蒸汽 从表面扩散至干燥介质主体，再由介质带 走的干燥过程。
Q Nrw
rw:水分在湿求球温度下的汽化热
kH 对流传质 N
tw
t
kH
rw (Hw
H)
—— 湿球温度 tw 定义式
tw
t
kH
rw ( H w
H)
因流速等影响气膜厚度的因素对 α 和 kH 有相同的 作用，可认为 kH / α 与速度等因素无关，而仅取决
于系统的物性。
饱和气体：H = Hw，tw = t，即饱和气体的干、湿球温度相等。 不饱和气体：H < Hw，tw < t。
热饱和温度。读得 tas=52℃， 即tw = tas=52 ℃；
P 0.092
td
tas
51℃52℃ 62℃
温度 t
过P点的等湿度线（H=0.092）与 =100%的等相对湿度线的 交点，在横坐标上对应的值即为露点温度，读得 td=51℃；
过P点的等湿度线与 cH -H 线的交点在顶部横轴上的读数即为 cH ，读得 cH =1.18 kJ/(kg绝干气体·K) ；
3、干燥：通过加热汽化去除湿分。借助于热能，使物料中 的湿分汽化，并将产生的蒸汽加以排除或带离物料。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， 可去除物料表面以致内部的湿分。
惯用做法：先采用机械方法把固体所含的大部分湿份除去， 然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以降低 除湿的成本。
将一面用冷却剂冷却的镜子置于气样中，当与镜面接触的气 体开始析出液体时，镜面上形成的薄雾使光线的反射能力开 始变差，此时镜面的温度即为露点温度。
气体湿度图
湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了方便和直 观，通常使用湿度图。
一、空气湿度图的绘制
横坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线。 右侧纵坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。
第二节 干燥过程的物料衡算和热量衡算
一、物料湿分的表示方法
湿基湿含量 w：单位质量的湿物料中所含液态湿分的质量。
w
物料所含液态湿份的质量 湿物料的质量
WT Gc WT
kg水/kg湿料
干基湿含量 X：单位质量的绝干物料中所含液态湿分的质量。
X
物料所含液态湿份的质量 绝干物料的质量
WT Gc
kg水/kg干料
对于空气-水系统： iH (1.01 1.88H )t 2490 H
7. 气体的湿球温度tw 通过测定气体的干球温度和湿球温度，可以计算气体的湿度：
(1) 湿球温度的测定
t t
因不饱和空气和水分之间存在湿度差,水分必然
w
汽化,向空气主流扩散,汽化所需的汽化热由水分 气体
本身温度下降放出显热供给,水温下降后,与空气 H 间存在温度差,空气传热给水分,当传给水分的显
pv 100 %
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，气体被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。
对于空气-水系统：
H 0.622 ps P ps
讨论：
H 0.622 ps P ps
➢ = f (H, t)。 ps 随温度的升高而增加，H 不变,提高 t， ，气体的吸湿能力增加，故气体用作干燥介质应预热。
干燥方法的分类：
按操作压强来分： （1）常压干燥 （2）真空干燥：适用于处理热敏性、易氧化或要求产品含湿 量很低的物料
按操作方式来分： （1）连续式 （2）间歇式
根据加热方法分: (1)传导干燥 (2)对流干燥 (3)辐射干燥
传导干燥：热能通过传热壁面以传导的方式传给湿物料，使 其中的水分汽化，然后，所产生的蒸汽被干燥介质带走，或 用真空泵抽走。
换算关系：
w X 1 X
X w 1 w
物料湿含量通常以湿基湿含量表示，但在干燥计算中以干基 湿含量表示较为方便。
第二节 干燥过程的物料衡算和热量衡算
一、物料衡算
湿废气体
L , H2
湿物料
G1 , w1
G1 — 湿物料进口的质量流率，kg/s； G2 — 产品出口的质量流率，kg/s； G — 绝干物料的质量流率，kg/s； w1 — 物料的初始湿含量； w2 — 产品湿含量； 干燥产品 L — 绝干气体的质量流率，kg/s； G2 , w2 H1 — 气体进干燥器时的湿度； H2 — 气体离开干燥器时的湿度； W —单位时间内汽化的水分量，kg/s。
热等于水分汽化所需的汽化热,湿球温度计温度
保持稳定,为湿球温度
空气向棉布表面的传热速率为:
Q A(t tw)
水汽向空气的传热速率为:
N kH S(Hw H)
kH:以湿度差为传质推动力的传质系数
气膜
稳态下,传热速率与传质速率的关系为: 气体
t, H
对流传热 q h
液滴 表面 tw , Hw
液滴
将温度计直接插在湿气体中即可测量。
系统总压 P ：即湿气体的总压（kPa）。干燥过程中系统总
压基本上恒定不变。 干燥操作通常在常压下进行，常压干燥的系统总压接近大气 压力。
2、湿份
(1)、湿份分压
湿气体中湿份蒸汽的压力，用 pv 表示（kPa ）；
当气体为湿份蒸汽所饱和时，湿份分压达到最大值，即系统 温度下湿份的饱和蒸汽压ps。
(1) 等相对湿度线 (等 线)
H 0.622 ps P ps
总压 P 一定，对给定的 ： 因 ps= f (t) ，故 H = f (t) 。
(2) 绝热冷却线（等 tas 线）
t
tas
ras cH
(H as
H)
对给定的 tas： t = f (H)
对于空气-水系统，tas tw，等 tas 线可近似作为等tw线。 每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的 tas 。
101 .325 P
(0.287 0.462 H ) t 273 P
常压下(P=101.325kPa) ：
vH (0.002835 0.004557 H )(t 273)
5、湿空气的比热cH（或干基湿比热）
1kg 绝干气体及所含H kg湿份蒸汽温度升高1℃所需要的 热量，单位：J/(kg绝干气体·℃)
工业去湿方法 1、机械脱水：沉降或过滤，实质上是固、液相的分离过程。 湿分不发生相变，能耗少，费用低，但湿分去除不彻底，只适 用于物料间大量水分的去除，一般用于初步去湿，为进一步干 燥作准备。
2、物理除湿：用吸湿性较强的化学药品(如无水氯化钙、 苛性钠等)或吸附剂(如分于筛、硅胶等)来吸收或吸附物料 中水分，该法适用于除少量湿分。
1kg 绝干气体及所含H kg湿份蒸汽所具有焓的总和
iH ig Hiv kJ/kg绝干气体
计算焓值时取0℃下的绝干气体和液态湿份的焓为零，则：
绝干气体的焓为 ig cg (t 0) cg t
湿分蒸汽的焓包括液态湿分在0℃的汽化潜热和0℃以上的显
热，即
iv r0 cvt
iH (cg Hcv )t r0H cH t r0H
对流干燥过程原理
温度为 t、湿份分压为 pv 的湿热气体流
H
过湿物料的表面，物料表面温度 ti 低于气
t
体温度 t。
ti
q
由于温差的存在，气体以对流方式向 固体物料传热，使湿份汽化；在分压 差的作用下，湿份由物料表面向气流 主体扩散，并被气流带走。
p
W
i
M
p
干燥是热、质同时传递的过程
干燥的必要条件：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。