湿空气的H-I图

7-3干燥过程的物料衡算和热量衡算

7-3-1湿物料中含水量的表示 湿基含水量w(工业常用)
湿物料中水分的质量 w kg水分 / kg湿料 湿物料的总质量

干基含水量X(便于计算)
湿物料中水分的质量 X kg水分 / kg干料 湿物料中绝干物料的质量
W～X：
X W 1 X
Kg水/Kg湿料
t0 273 15 273 H 0.774 1.244 H 0 0.772 1.244 0.0073 0.824 273 273
qv=2089.2×0.824＝1721.5m3/h
第四节 物料的平衡含水量和干燥速率
X～τ曲线及θ～τ曲线称为干燥曲线，
干 基 含 水 量
结合水与非结合水
结合水：与物料结合力强，其蒸气压低 于同温下纯水的饱和蒸气压。所以干燥 结合水较困难。
按 结 合 方 式 分
非结合水：与物料结合力较弱，其蒸 气压与同温下纯水的蒸气压相同。所 以干燥非结合水较容易。
• 非吸水性物料的平衡水分几 乎等于零；吸水性物料的平衡 水分较高，而且随空气状况不 同而有较大的变化。 • 当空气的相对湿度为零时， 任何物料的平衡水分均为零。 由此可知只有使物料与相对湿 度为零的空气相接触，才有可 能获得绝干的物料。
L（I1 I 2） G （ QL QD c I 2 I1 ）
如果上式等号右侧各项之和 等于零，即忽略设备的热损 失和物料进出干燥器温度变 化，且不向干燥器补充热量， 则有I1=I2，即干燥过程为理 想干燥过程，湿空气在干燥 器中经历等焓降温增湿过程。 在这种情况下，只要已知出 口废气的另一个独立参数 （如t2或φ2），在I-H图上从 状态点A（t0，I0，H0）沿等I 线，可找到出口状态点C（t2， I2=I1，H2）。
六、H-I图的说明与应用

1.确定空气状况的参数对必须相互独立。但td-H、 td-p、p-H及tw-I这些“参数对”是无法确定空 气状况的。通常采用的参数对为：t-tw，t-td，tφ确定空气状况。 2.∵H与φ=100%对应的t即是td，I与φ=100% 求出tas；∴等温线群可以同时解决四种温度的 查找任务。
预热器
G
H1，t1，I1
干燥器
废气 G
H2，t2，I2
LC
Qp 加热量
LC
X2，θ2，I´2
QD 补充热量
X1，θ1，I´1
产品
湿物料
干燥过程的热量衡算包括预热器和干燥器两部分。
一、预热器的热量衡算 对预热器进行热量衡算可以得到加热蒸汽的消耗量。
空气 G 、 H 0 、 t 0 、 I0 Qp 预热器 G 、 H 1 、 t 1 、 I1 热空气


蒸发水分所需的热量 100% 向干燥系统输入的总热量 W (r0 cv t 2 cw1 ) Q
在常压绝热干燥器内干燥某湿物料，湿物料 的流量为600kg•h-1，从含水量20％干燥至2 ％（均为湿基含水量）。温度为20℃，湿度 为0.013kg水•kg-1绝干气的新鲜空气经预热 器升温至100℃后进入干燥器，空气出干燥 器的温度为60℃. (1)完成上述任务需要多少kg绝干空气•h-1？ (2)空气经预热器获得了多少热量？

w1 x1 0.25kg水 / kg干料 1 w1
w2 x2 0.0204kg水 / kg湿料 1 w2
绝干物料质量流量：LC=600(1-ω1)=480kg干料/h 蒸发的水分： W= LC (X1-X2)=480(0.25-0.0204)=110.2kg水分/h 湿空气的焓：I1=(1.01+1.88H1)t1+2490H1=135.8KJ 因为等焓干燥 I2=(1.01+1.88H2)t2+2490H2=I1 干燥后空气的湿度：H2＝0.02889 G= W /(H2-H1)=6935kg干气/h （2 ） Qp= G (I1-I0)= G (1.01+1.88H0)(t1-t0)=573907kJ/h
物 料 表 面 温 度
物料湿含量—干燥时间(干燥曲线)，
图中点A表示物料初始 含水量为X1
AB段为物料的预热段
A
B
BC段的斜率dX/dτ变大， 湿 含 X与τ基本呈直线关 量
系，此阶段内空气传 给物料的显热等于水 分从物料中气化所需 的气化热。
C
X
D
D
时间τ
干燥三阶段
1.预热阶段AB 刚开始时，物料的温度小于该空气条件下 的湿球温度，由于温度差，空气向物料传 热，物料升温。同时，物料表面的水汽压 力大于空气的水汽分压，物料表面水分汽 化，当水汽化所需的热量等于空气传入物 料的热量时，预热阶段结束。
2 湿空气的H-I图
湿空气的I-H图，为了使各种关系曲线分散开，采 用两坐标交角1350的斜角坐标系。为了便于读取数 据，将横轴上湿度H的数值投影到与纵轴正交的辅 助水平轴上。 一、“等H线”群 一组平行于纵轴 的平线
二、“等I线”群 一组平行于斜轴(135°)的平行线。
三、“等t线”群 一组相互不平行的直线 群。t↑→斜率↑ 线群不平行的原因： 由(7-16)得： I=(1.88t+2490)H+1.01t

四、“等φ线”群 利用H-I图中的H， t坐标画出φ线。

PS H 0.622 Pt Ps
沿I线由φ＜100%→φ=100%移动中，当湿度H 为定值时，温度t越高，相对湿度φ越低。
五、水气分压线 把式（7-6） H 0.622 Pv 改写成
pH pv 0.622 H
P Pv
在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下： 空气进入预热器的温度为15℃,湿含量为0.0073kg水•kg1绝干气，焓为35kJ•kg-1绝干空气；空气进干燥器温度 为90℃，焓为109 kJ•kg-1绝干空气；空气出干燥器温度 为50℃；湿含量为0.023 kg水•kg-1绝干气；进干燥器物 料含水量为0.15kg水•kg-1绝干料；出干燥器物料含水量 为0.01kg水•kg-1绝干料；干燥器生产能力为237kg•h-1 （按干燥产品计）。试求： (1)绝干空气的消耗量（kg绝干气•h-1）； (2)进预热器前风机的流量（m3•s-1）；
利用下列已知条件确定湿空气状态：

（1）湿空气的干球温度t和湿球温度tw, 由 t-tW 确定状态点 A
绝热饱和温度：饱和湿度，等焓过程
（2）已知湿空气的干球温度t和露点td
湿空气的湿度就是露点下饱和湿度 露点：饱和湿空气的温度。
（3）已知湿空气的干球温度t和湿度
状态点确定后就可以读出其它参数
W X Kg水/Kg干料 1W
1.干燥产品流量L2
Lc L1 (1 w1 ) L2 (1 w2 )
2.水分蒸发量W W Lc ( X 1 X 2 ) G( H 2 H1 )
Lc-湿物料中绝干空气的质量流量，kg干料/h L1-进入干燥器的湿物料质量流量， kg/h L2-出干燥器的产品质量流量， kg/h w1、w2－干燥前后物料的湿基含水量，kg水/kg湿料 W-湿物料在干燥器内蒸发的水分量，kg水分/h G－干空气的质量流量，kg干气/h H1、H2－进出干燥器的湿空气湿度，kg水/kg干气 X1、X2－湿物料和产品的干基含水量，kg水/kg干料
物料的平衡含水量曲线
x﹡：平衡含 水量
平衡水分和自由水分 平衡水分：将湿物料与一定状态的空气接触发 生去湿，直到物料表面所产生的蒸汽压与空气 中的水蒸气分压相等为止。此时物料中所含的 水分称为该空气状态下物料的平衡水分，用X* 表示。平衡水分是湿物料在一定空气状态下干 燥的极限。 自由水分：物料中超过平衡水分的那一部分 水分，称为自由水分。自由水分是在一定干燥 条件下（空气的t、H）下可以出去的水分。
Q p G( I1 I 0 )
忽略预热器的热损失，可以得到预热器的耗 热量Qp：
G：干空气的流量（kg干气/h）
G(1.01 1.88H 0 )( t1 t0 )
I (1.01 1.88H )t 2490H
二、干燥器的热量衡算
QL 热空气 G 、 H 1 、 t 1 、 I1 产品 干燥器 废气 G 、 H 2 、 t 2 、 I2 湿物料
W Lc ( X 1 X 2 ) G( H 2 H1 )
干空气消耗量：
W G H 2 H1
（kg干ห้องสมุดไป่ตู้气/h）
单位空气消耗量： G
W
1 H 2 H1
（kg干空气/kg水）
二 干燥过程的热量衡算
目的：确定干燥过程的各项热量分配情况和热量消耗。 热损失 QL
G
H0，t0，I0
I t1 t2 I0 t0 0 H0=H1 H2 B φ1% C φ2%

A φ0%
I1=I2 φ=100%
H
三、干燥系统消耗的总热量Q
Q Q p QD L( I 2 I 0 ) Gc ( I 2 I1 ) GL
用于： （1）加热空气；（2）蒸发物料中的水分； （3）加热物料；（4）补偿周围热损失QL。 四、干燥系统的热效率
LC、X2、2、I´2
QD
LC、X1、1、I´1
单位时间内进入干燥器的热量 = 单位时间内带出干燥器 的热量
GI1 Lc I 1 QD GI 2 Lc I 2 QL 整理得 G（I 1 I 2） G （ QL QD c I 2 I1 ）
I cs Xcw
• 若物料与一定湿度的空气进 行接触，物料中总有一部分水 分不能被除去，这部分水分就 是平衡水分。它表示在该空气 状态下物料能被干燥的限度。
干燥速率—单位时间，单位干燥面积上气化的水 分量。
——（7-32）
G-干空气质量流量，kg干气/h Lc-绝干物料质量流量，kg干料/h I1、I2－空气进干燥器的焓、出干燥器的焓， kJ/kg干气 ' ' I 1、I 2 －物料进干燥器的焓、出干燥器的焓， kJ/kg干料 QD－单位时间内向干燥器补充的热量，kW QL－单位时间内干燥器损失的热量，kW
t0=15℃, H0=0.0073, I0=35, t1=90℃, I1=109, t2=50℃, H2=0.023, x1=0.15, x2=0.01, L2=237kg/h x2=w2/(1-w2), w2=x2/(1+x2)=0.01/1.01=0.01 Lc=L2(1-w2)=237(1-0.01)=234.6 W=Lc(x1-x2)=234.6(0.15-0.01)=32.8 ①G=W/(H2-H1)=32.8/(0.023-0.0073)=2089.2kg干气/h ②qv=G•vH

2.恒速干燥BC:水分汽化速率保持恒定 在恒定的干燥条件下干燥时，物料表面的温 度θ=湿球温度tW (定)，则湿含量一定。它 类似于测湿球温度。传热推动力（t-tw以及 水分汽化推动力（HW-H）恒定不变。 干燥速率与物料本身性质无关，取决于物料 表面的水分汽化速率。

3．降速干燥阶段CDE C点称为临界点，该点的物料含水量称为临界含水 量Xc,为恒速干燥和降速阶段的极限。内部水分向 表面的移动速率已来不及向表面补充足够的水分 以维持整个表面的润湿，开始出现不润湿点。 D点开始表面完全不润湿，汽化表面从物料表面向 内部转移。 E点的物料含水量称为平衡含水量X﹡，为物料干 燥的极限。此时物料温度等于空气温度。 此阶段内干燥速率随物料含水量的减小而降低。 降速阶段干燥速率的变化规律与物料性质及其内 部结构有关。
在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下： 空气进入预热器的温度为15℃,湿含量为0.0073kg水•kg1绝干气，焓为35kJ•kg-1绝干空气；空气进干燥器温度 为90℃，焓为109 kJ•kg-1绝干空气；空气出干燥器温度 为50℃；湿含量为0.023 kg水•kg-1绝干气；进干燥器物 料含水量为0.15kg水•kg-1绝干料；出干燥器物料含水量 为0.01kg水•kg-1绝干料；干燥器生产能力为237kg•h-1 （按干燥产品计）。试求： (1)绝干空气的消耗量（kg绝干气•h-1）； (2)进预热器前风机的流量（m3•s-1）；