化工原理-干燥

《化工原理》电子教案/目录1目录第十三章干燥第一节概述第二节湿空气的性质及湿度图一、湿空气的性质二、湿度图三、湿度图的应用第三节干燥过程的计算一、湿物料中含水率的表示方法二、物料衡算三、热量衡算《化工原理》电子教案/目录2目录习题课第四节干燥速率和干燥时间一、干燥速率二、物料中的几种水分三、干燥过程及机理四、恒定干燥条件下干燥时间的计算第五节干燥器一、常用工业干燥器第十三章小结第三版第18次印刷的教材更正《化工原理》电子教案/第十三章3/101第十三章干燥第一节概述（1）机械分离法-----即通过压榨、过滤和离心分离等方法去湿。这种方法无法彻底去除湿分。（2）吸附脱水-----即用固体吸附剂，如CaCl2、硅胶等吸去物料中所含的水分。这种方法只能除去少量湿分。（3）干燥法------指利用热能，使湿物料中的湿分气化而除去的方法。湿物料：湿分----水分或其它液体除湿方法：本章将介绍湿分湿物料《化工原理》电子教案/第十三章4/101第一节概述干燥法介电加热干燥传导干燥对流干燥辐射干燥------热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿分蒸气被气相（又称干燥介质）带走，或用真空泵排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。---热能以对流方式加入物料，产生的蒸气被干燥介质所带走。----由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物料表面，被物料所吸收而重新变为热能，从而使湿分汽化。例如用红外线干燥法将自行车表面油漆干燥。----将需要干燥的电解质物料置于高频电场中，电能在潮湿的电介质中转变为热能，例如微波干燥食品。本章介绍的内容，干燥介质以热空气、湿分以水为例。《化工原理》电子教案/第十三章5/101第二节湿空气的性质及湿度图绝干空气的质量水汽的质量H2918wwavpPpMM绝干空气的摩尔数水汽的摩尔数一．湿空气的性质（1）水汽分压pw干空气水蒸汽本章用到的湿空气性质包括：水的浓度、比热容、比容（密度）、焓、温度等。1．湿空气中水蒸气含量的表示方法湿空气---气体混合物（2）湿度pwpa---又称湿含量，单位kg水/kg干空气思考1：H属于前面介绍的哪一类浓度？质量比总压P思考2：取1kg干空气作为湿度定义基准又何好处？干燥过程中干空气的质量不变《化工原理》电子教案/第十三章6/101第二节湿空气的性质及湿度图一．湿空气的性质1．湿空气中水蒸气含量的表示方法ssspPpH622.0饱和湿度wwpPpH622.0swpp（3）相对湿度sspPpH622.0值愈大，表示空气的吸湿能力越小；＝1时，饱和。此式只能用于psP情形；当psP时，＝pw/P。因为pw最大只能达到总压P。＝1----水汽分压与其可能达到的最大值之比。《化工原理》电子教案/第十三章7/101一．湿空气的性质2．湿比容H-----1kg干空气对应的湿空气的体积，单位为m3湿空气⁄kg干空气干空气水气体积干空气的体积kgHkgkgH11PtHPtHH5510013.1273273244.1773.010013.12732734.2218291PTnV510013.12734.22PnRTVPPTTVV000标态1kg干空气？kg水汽湿空气H比容的一般定义：物质物质的体积比容kgkg11思考1：为什么取1kg干空气作为定义基准？思考2：1kg干空气对应的湿空气的质量为多少kg？体积呢？《化工原理》电子教案/第十三章8/101一．湿空气的性质比热容的一般定义：kJ/(kgK)HcccwaHH88.101.13．湿比热容cH----kJ/(kg干气K)此时，湿空气的质量＝（1+H）kgca干空气的比热，kJ/(kg·K)cw水气的比热，kJ/(kg·K)1.01kJ/(kg·K)1.88kJ/(kg·K)《化工原理》电子教案/第十三章9/101一．湿空气的性质焓的一般定义：kJ/kg通常规定，0℃时绝干空气及液态水的焓为零。----kJ/kg干气此时，湿空气的质量＝（1+H）kg0tcIaaHIIIwa00tcrIwwHrtHccwa0HtHI249288.101.14．湿空气的焓I0℃时水的汽化潜热，r02492kJ/kg《化工原理》电子教案/第十三章10/101一．湿空气的性质5．干球温度t----用普通温度计测出的空气温度，简称温度，是空气的真实温度t空气t,Ht,H《化工原理》电子教案/第十三章11/101一．湿空气的性质空气t,Ht,Ht湿球温度计传热twtw大量湿球温度计6、湿球温度tw----用湿球温度计测出的空气温度开始时，传质速率最大，传热速率最小。当达到平衡时，传质所需的热量速率等于传热速率，湿纱布中的水温达到稳定值（肯定比t低），这一温度就是湿球温度，用tw表示。大量、快速流动的空气（空气的流速应大于5m/s）与少量水接触；传质----因存在传质推动力，湿纱布中的水汽化进入空气，此过程需要吸热（水提供），因此水温下降；传热---产生传热温差，热量将从空气传入湿纱布；wpsp传质思考1：为什么酷暑的季节，在水里比在岸上凉快？ttw《化工原理》电子教案/第十三章12/101一．湿空气的性质动态平衡思考2：上述传热、传质平衡为动态平衡，为什么？思考3：若空气（大量）静止，湿球温度计测出的温度与tw相比高还是低？传热、传质终了（即达到平衡）时，传热、传质仍在进行。若空气大量，则测出的温度就是tw，只不过，达到tw所需时间要更长，因为传热方式此时以导热、自然对流为主，比强制对流要小。空气t,Ht,Ht湿球温度计传热twtw大量湿球温度计wpsp传质为了快速、准确地测出tw。思考4：为什么空气要大量、快速流动？《化工原理》电子教案/第十三章13/101一．湿空气的性质wwHArHHkHHrkttwwHw6、湿球温度tw---是水温，但是却由空气决定，与水无关。空气以对流方式传给水的热量速率＝水分汽化所需的潜热速率空气t,Ht,Ht湿球温度计传热twtw大量湿球温度计wpsp传质思考5：湿球温度是水温，为什么要在湿空气性质里介绍？可见，tw＝f（t，H），而与水的初始状态无关。《化工原理》电子教案/第十三章14/101一．湿空气的性质HHrkttwwHw思考6：上述湿球温度测定过程中，湿空气是等焓的吗？空气t,Ht,Ht湿球温度计传热twtw大量湿球温度计wpsp传质KkgkJckHH09.1kH、主要与空气流速有关，Hk却几乎与流速无关；对空气水系统，当被测气体温度不太高、流速5m/s时，因空气t、H不变，故湿空气为等焓（称为Lewis规则）《化工原理》电子教案/第十三章15/101一．湿空气的性质tas补充水绝热湿空气t,Htas绝热饱和塔示意图传热传质Htastt空气温度与水温相等7．绝热饱和温度tas少量塔无穷高设备在绝热条件下干燥湿物料时思考1：绝热饱和温度在什么场合下能遇到？ast少量空气与大量水；经过无限长时间接触；ast饱和空气---是水温思考2：上述绝热塔中，湿空气等焓吗？是的。因为空气降温放出的显热给了水，但水并没有升温，这部分能量又被水蒸汽以潜热的形式带回空气中。思考3：上述传热、传质平衡为静态平衡，为什么？塔顶没有净的质量、热量传递进行。《化工原理》电子教案/第十三章16/101一．湿空气的性质asII1asasaswawaHrtHccHrtHcc00HaswawacHccHcc7．绝热饱和温度tasHrtHccIwa0湿空气为等焓变化---是水温tas补充水Ias绝热湿空气t,HI1tas绝热饱和塔示意图塔无穷高astast饱和空气假设HHcrttasHas0),(Htftas可见，但是却由空气决定，与水无关。思考4：绝热温度是水温，为什么要在湿空气性质里介绍？原因如下：《化工原理》电子教案/第十三章17/101一．湿空气的性质tas补充水空气tas,Has绝热空气t,Htas绝热饱和塔示意图HHcrttasHas0空气t,Ht,Htw湿球温度计HHrkttwwHw湿球温度tw与绝热饱和温度tas的异同：相同之处：湿空气均为等焓变化、均为空气状态（t、H）的函数空气-水体系，有twtaswHHrrck0,但对其它体系，例如空气甲苯系统，/kH=1.8cH,这时tw与tas就不等了。《化工原理》电子教案/第十三章18/101一．湿空气的性质tas补充水空气tas,Has绝热空气t,Htas绝热饱和塔示意图空气t,Ht,Htw湿球温度计湿球温度tw与绝热饱和温度tas的异同：不同之处：tw----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；属动态平衡。tas----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；属静态平衡；《化工原理》电子教案/第十三章19/101一．湿空气的性质wpHtddwdHHpp1dddpPpHH622.08．露点td在总压不变的条件下，将不饱和湿空气冷却，直至冷凝出水珠为止（即达到饱和状态），此时，湿空气的温度称为露点，用td表示。特点：冷却dddpHtddwHHpp思考：若已知t、H，如何求td？思考：若已知t、td，如何求H？dp查饱和蒸汽压表《化工原理》电子教案/第十三章20/101一．湿空气的性质32122CF自由度数PtHH510013.1273273244.1773.0%100swppwwpPpH622.0sspPp622.0HcH88.101.1HtHI249288.101.1HHrkttwwHwHHcrttasHas0dt汇总：不饱和湿空气性质：P、H、pw、、cH、I、t、tw、tas、td，共10个只需已知3个变量，其他均可通过上述函数关系计算得到，但有时需试差。若用图求解就不用试差了。《化工原理》电子教案/第十三章21/101二．湿度图常用的湿度图：3个独立变量取为P、t、H----温湿图（t-H图）P、I、H----焓湿图（I-H图）《化工原理》电子教案/第十三章22/101sspPpH622.0HcH88.101.1273273773.0ta273273244.1773.0tHSHS湿比热容线（P=1atm时）tH等线饱和比容线干空气比容线绝热饱和线等焓线等湿球温度线HtHI249288.101.1aswttHHcrttasHas0湿度图湿比热容线cH,kJ/kgK《化工原理》电子教案/第十三章23/101湿比热容线（P=1atm时）tH等线饱和比容线干空气比容线绝热饱和线等焓线等湿球温度线saHaHHHs三、湿度图的应用1、查湿空气性质例如：已知t、H)(aswttdt湿比热容线cH,kJ/kgK值需用线性内插求sHsHaHc《化工原理》电子教案/第十三章24/101三、湿度图的应用2．表示湿空气的状态变化过程（1）加热过程（2）冷却过程（3）干燥过程增湿、降温焓增大等焓焓减小《化工原理》电子教案/第十三章25/101三、湿度图的应用ABCAHBHCHAtCtBt2．表示湿空气的状态变化过程（1）加热过程（2）冷却过程（3）干燥过程（4）两股湿空气混合----杠杆原则CBACCBACABttttHHHHLL《化工原理》电子教案/第十三章26/101ABCAHBHCHAtCtBt杠杆原则证明：CBACCBACABttttHHHHLLCBALLLCCBBAAHLHLHLCBACCBACHHHHABLL回忆：杠杆原则就是物料衡算由物料衡算可得：L---绝干空气