中山大学化工原理课件-第9章-干燥

2020/6/1干燥Drying丁楠2020/6/1序言一、去湿及其方法二、干燥方法三、对流干燥的传热传质过程2020/6/1一、去湿及其方法1、何为去湿？从物料中脱除湿分的过程称为去湿。湿分：不一定是水分！2、去湿方法机械去湿法：挤压（拧衣服、过滤）物理法：浓硫酸吸收,分子筛吸附,膜法脱湿化学法：利用化学反应脱除湿分（CaO）干燥法：加热2020/6/1二、干燥方法1、传导干燥热能通过传热壁面以传导的方式传给湿物料被干燥的物料与加热介质不直接接触，属间接干燥优点：热能利用较多缺点：与传热壁面接触的物料易局部过热而变质，受热不均匀。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。2020/6/12、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，而将水分加热汽化。优点：生产能力强，干燥产物均匀缺点：能耗大例如用红外线干燥自行车表面油漆3、介电加热干燥将需干燥的物料置于交频电场内，利用高频电场的交变作用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。优点：干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。缺点：费用大。例如微波干燥食品2020/6/14、对流干燥热能以对流给热的方式由热干燥介质（通常热空气）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称为对流干燥。优点：受热均匀，所得产品的含水量均匀。缺点：热利用率低。讨论以热空气为干燥介质，以水为湿分的对流干燥2020/6/1三、对流干燥原理温度为t、湿份分压为p的湿热气体流过湿物料的表面，物料表面温度ti低于气体温度t。1、传热过程由于温差的存在，气体以对流方式向固体物料传热，使水分汽化；2、传质过程在分压差的作用下，水分由物料表面向气流主体扩散，并被气流带走。干燥介质Q湿物料表面Q湿物料内部湿物料内部水分湿物料表面水分干燥介质2020/6/1物料QNTtwpwp干燥介质：载热体、载湿体干燥过程：物料的去湿过程介质的降温增湿过程注意：只要物料表面的水分分压高于气体中水分分压，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，其目的在于加快水分汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。干燥是热、质同时传递的过程2020/6/1第一节湿空气的性质和湿度图一、湿空气的性质二、湿度图及其应用2020/6/1一、湿空气的性质1、水汽分压pwP（总压）=pa（干空气）+pw（水汽）空气中水汽分压越大，水汽含量就越高。摩尔量之比：（一）空气中水蒸气含量的表示方法2020/6/12、湿度H（humidity）湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比，又称湿含量。对于水蒸气~空气系统：awnnH2918awnn622.0wwawpPpnnkg水/kg干空气2020/6/1wwpPpH622.0wpPfH,当湿空气中水汽分压pw等于该空气温度下的饱和蒸汽压ps时，其湿度称为饱和湿度，用Hs表示。ssSpPpH622.0),(tPfHS2020/6/13、相对湿度百分数φ（relativehumidity）在总压P一定的条件下，湿空气中水蒸气分压pw与同温度下的饱和蒸汽压ps之比。相对湿度代表湿空气的不饱和程度，φ愈低，表明该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。Φ=1，湿空气达到饱和，不能作为干燥介质。2020/6/1将代入在总压一定时HTf,1、比容在湿空气中，1kg绝干空气体积和相应水汽体积之和，又称湿容积。（二）湿比容单位为m3湿空气⁄kg干空气HV2020/6/12732734.2218291tHVH273294.22TVPnRTV00TTVV取1Kmol，29Kg，22.4m3,KgmV/294.22302020/6/1HfcH1、比热常压下，将湿空气1Kg绝干空气及相应水汽的温度升高（或降低）1℃所需要（或放出）的热量，称为湿比热。（三）湿空气的热参数kJ/(kg干气K)ca干空气的比热，cv水气的比热，1.01kJ/(kg·K)1.88kJ/(kg·K)2020/6/12、湿空气的焓湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。Iw=r0+cwt焓是相对值，00C的干空气和液态水的焓为基准态（0），水汽包括00C时的汽化潜热和00C以上的显热，干空气只包括显热，Ia=catkJ/kg干气2020/6/1(四)湿空气的温度wt1）干球温度t用普通温度计测得的湿空气的真实温度2）湿球温度湿球温度计在温度为t，湿度为H的不饱和空气流中，达到平衡或稳定时所显示的温度。2020/6/1t大量的湿空气t,Htw水2020/6/1t大量的湿空气t,H水表面水的分压高N,kH水向空气主体传递Q,自身降温，吸热tw水温不再下降，达到平衡AHHkNwH)(wNrQ2020/6/1对于空气~水蒸气系统而言在一定的总压下，已知t、tw能否确定H?与水的初始状态无关事实上，不论水温如何，最终必将达到此动态平衡2020/6/13、绝热饱和冷却温度水分向空气中汽化空气降温增湿饱和ast绝热焓不变与外界无热量交换，既无热量补充，又无热量损失。2020/6/1对绝热饱和器作焓衡算，即可求出绝热饱和温度一般H及Has值均很小2020/6/1Htftas,是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。对于空气~水系统，注意：绝热饱和温度于湿球温度的区别和联系！水的状态无关是湿空气的性质，而与ast2020/6/11、湿球温度：大量空气与少量水接触后的稳定的水温，空气的状态，（t,H）不变。绝热饱和温度：少量空气与大量水经过接触后达到的稳定温度，空气增湿、降温。2、湿球温度：传质、传热仍在进行，因此属动态平衡范畴。绝热饱和温度：没有净的质量、热量传递进行，因此属静态平衡范畴。不同之处：1、湿空气均为等焓变化、2、均为空气状态（t、H）的函数3、对于空气水体系,twtas，相同之处：2020/6/14、露点特点：%100dddwHHppddwwdpPppPpHH622.0622.0t,pwt1,pwt2,pw=Ps,dtsp将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度dtdt2020/6/1对于水蒸汽~空气系统，干球温度、绝热饱和温度和露点间的关系为：不饱和空气：dwastttt)(饱和空气：dwastttt)(2020/6/1二.气体湿度图（Humiditychart）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。2020/6/1空气湿度图的绘制（Humiditychart）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。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。(1)等相对湿度线(等线)总压P一定，对给定的：因ps=f(t)，故H=f(t)。sspPpH622.0)(HHcrttasHasas(2)绝热冷却线（等tas线）对给定的tas：t=f(H)2020/6/1(3)湿热-湿度线(cH-H)总压P=101.325kPa时：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)HcH884.1005.1273004557.0002835.0tHvH273004557.0002835.0tHvasHas对于P=101.325kPa的饱和空气：若已知湿度和温度，即可由对应直线查得气体湿比容。由于Has=f(t)，故Has=f(t)。2020/6/11．查取湿空气的性质=1HP=1atmtdIcH三.湿度图的应用ttas=twVH2020/6/1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热饱和温度。读得tas=52℃，即tw=tas=52℃；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%；空气湿度图的用法（Useofhumiditychart）【例1】已知t=62℃，H=0.092，求、tas、tw、td、cH和iH。cH~H=60%1.18cHkJ/(kg绝干气体·K)0.092湿度Htdtas62℃温度tP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=1.18kJ/(kg绝干气体·K)；=100%52℃51℃2020/6/1空气湿度图的用法（Useofhumiditychart）在横轴上作t=52℃的等温线与=100%的等相对湿度线相交，作过此交点的绝热冷却线，与t=62℃的等温线的交点即为空气状态P点。【例2】测得空气的干球温度t=62℃，湿球温度tw=52℃，试求空气的H、、tas、td。解：tw=tas=52℃；先确定tas=52℃的绝热冷却线。=60%0.092湿度Htdtas62℃温度tP=100%52℃51℃由气体状态P点，用上例中类似的方法可以查出H=0.092，=60%，td=51℃2020/6/1空气湿度图的用法（Useofhumiditychart）【例3】已知空气的露点温度td=51℃，相对湿度=60%，试求t、H、tas、tw。解：由t=51℃的等温线与=100%的等相对湿度线的交点作过该点的等湿度线(H=0.092)，该线与=60%的等相对湿度线交于P点。=60%0.092湿度Htdtas62℃温度tP=100%52℃51℃由气体状态P点，用上例中类似的方法可以读出P点对应的空气参数：t=62℃，H=0.092，tas=tw=52℃2020/6/12．表示湿空气的状态变化过程两个独立参数，确定空气状态点，),(),(),(Ht,wdttttt）（=100%H=100%HABtt(a)加热过程(b)冷却过程ABC2020/6/1=100%HB绝热饱和线At(c)绝热增湿、降温过程2020/6/1ABCDΦ＝1tH湿空气在t－H图上经历如右图示A→B→C→D→A的封闭循环。试说明：（1）各部分的作用；（2）B、C两点所代表的空气何者接受水份的能力较强。答：A→B等湿增温B→C降温增湿C→D等湿降温至饱和D→A维持饱和降温降湿B点的相对湿度小,B点接受水分能力强2020/6/1将不饱和湿空气冷却至露点，再维持饱和度不变降温，请设计两个可行的过程（每一个过程有一个参数不变）将空气恢复到原状态，指出不变的参数，并在t-H图上定性画出该循环过程.①—等湿升温①—等湿升温②—等温增湿②—φ不变升温增湿2020/6/12020/6/1Hkg水/kg绝干气IkJ/kg绝干气t℃φpkPa横坐标H，等湿线（平行于纵坐标）纵坐标I，等焓线（45℃于横坐标）等温线t等相对湿度线φ等分压线p总压一定H＝0.622φps/(P-φps)p＝PH/(0.622+H)，一般H很小2020/6/1A由测出的参数确定湿空气的状态a）水与空气系统，已知空气的干球温度t和湿球温度tw，确定该空气的状态点A(t,H)。2020/6/1tdAb）水与空气系统中，已知t和td，求原始状态点A(t,H)。2020/6/1%Ac）水与空气系统中，已知t和φ，求原始状态点A的位置2020/6/1已知湿空气某两个可确定状态的独立变量，求该湿空气的其他参数和性质例：已知湿空气的干球温度t=30℃，相对湿度φ=0.6，求湿空气的湿度H，露点td、tas。%1006.0t=30AH=0.016kg/kg干气D等焓线Ctd=21℃2020/6/1一、湿物料中含水量的表示方法二、干燥系统的物料衡算三、干燥系统的热量衡算四、干燥过程的图解第二节干燥过程的物料与热量衡算2020/6/1一、湿物料中含水量的表示方法1、湿基含水量w2、干基含水