化工原理(下)干燥

第5章干燥通过本章学习，应掌握干燥的基本概念和原理；湿空气的性质及湿焓图；干燥过程的物料衡算与热量衡算方法；干燥过程的平衡关系与速率关系。了解干燥时间的计算；干燥设备的类型及结构特点。学习目的与要求5.1干燥过程概述5.1.1干燥的原理与应用第5章固体物料的干燥一、干燥过程的原理气、固相中所含湿分的不同分离物系固体中的湿分形成两相体系的方法引入一气相（干燥介质）传质原理（固相＋气相）固体物料干燥过程湿物料热空气气膜气相主体Q推动力t-twWpWtptN推动力pw-p二、干燥过程的应用应用示例湿聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯产品湿尿素干燥成尿素产品含水量3%含水量≤0.5%干燥含水量2%含水量≤0.3%干燥三、干燥过程与其他除湿方法的比较工程中的常用除湿方法机械除湿物理除湿利用热能除湿干燥除湿的特点除湿彻底能耗高为节能工业上多采用联合除湿机械除湿干燥除湿沉降过滤离心吸附干燥5.1干燥过程概述5.1.1干燥的原理与应用第5章固体物料的干燥5.1.2干燥过程的分类按操作压力分类干燥按传热方式分类干燥过程的分类常压干燥真空干燥√传导干燥对流干燥√按操作方式分类辐射干燥介电加热干燥√干燥间歇干燥连续干燥√干燥√√5.1干燥过程概述第5章固体物料的干燥5.2.1湿空气的性质5.2湿空气的性质及湿度图一、湿度H(湿含量)干燥介质干燥湿分计算基准湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比定义湿空气水分1kg绝干气kg水汽/kg绝干气H符号单位kg/kg绝干气湿空气中绝干气的质量湿空气中水汽的质量H常压下湿空气可视为理想气体pppH总622.0YYYMMgv622.02918一、湿度H(湿含量)水汽的分压总压湿空气中水汽与绝干气的摩尔比湿空气被水所饱和ssspppH总622.0若spp饱和湿空气)(tfps一、湿度H(湿含量)空气温度下纯水的饱和蒸汽压二、相对湿度%100sppsspppH总622.0湿空气中水汽分压与同温度水的饱和蒸汽压之比％定义符号单位～干燥能力吸收水分能力～～干燥速率传质推动力～p=0=0绝干空气p=ps=100％饱和空气二、相对湿度分析三、比体积vH绝干气湿空气kgm3Hv以1kg绝干气为基准的湿空气的体积m3湿空气/kg绝干气Hv绝干气水汽绝干气kgmm33定义符号单位设湿空气的温度为t湿空气的湿度为H湿空气的总压力为p总总ptHvH510013.12732734.2218291总ptH510013.1273273)244.1772.0(三、比体积vH四、比热容cH常压下将以1kg绝干气为基准的湿空气的温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量HckJ/(kg绝干气·℃)定义符号单位设湿空气的湿度为H则vgHHccc绝干气比热容水汽的比热容在常用温度范围内cg=1.01kJ/(kg绝干气·℃)cv=1.88kJ/(kg水汽·℃)HcH88.101.1四、比热容cH故有五、焓IkJ/kg绝干气以1kg绝干气为基准的湿空气的焓值则定义符号单位绝干气的焓值为Ig水汽的焓值为Iv设vgHIII湿空气的温度为t湿空气的湿度为H以0℃为基准设0)0()0(HrtHctcIvg0)(HrtHccvgHtHI2490)88.101.1(五、焓I则六、温度1.干球温度与湿球温度用普通温度计直接测得的湿空气的温度，称为干球温度，简称温度，以t表示。它是湿空气的真实温度。(1)干球温度t(2)湿球温度tW用湿球温度计测得的湿空气的温度，称为湿球温度。湿球温度可度量湿空气的湿度大小。tW是空气的温度t和湿度H的函数。湿球温度计示意图湿球温度计构成：用普通温度计，在其感温部位包上细纱布且浸在水中。不饱和湿空气水接触水分汽化:向气相主体传递(汽化热为水分本身温度降低放出显热)热量传递湿度差质量传递温度差热量由气相主体传递给水分(气相温度下降)达平衡状态t＝tw温度维持不变不饱和湿空气六、温度湿球温度的测量机理(3)湿球温度与干球温度及湿度的关系湿空气的干球温度为t湿空气的湿度为H设湿空气的湿球温度为tw气膜中饱和湿度为Hs,tw传热速率为)(wttSQJ/s传质速率为)(,HHSkNwtsHkg/s六、温度稳态下wtrNQ联立得)(,HHrkttwwtstHw测定t、tw湿度H未饱和湿空气ttw饱和湿空气t=tw)(Htftw，六、温度不饱和湿空气水绝热状态接触水分汽化:向气相主体传递(汽化热为水分本身温度降低放出显热)热量传递饱和湿空气湿度差质量传递温度差热量由气相主体传递给水分(气相温度下降－绝热冷却)达饱和状态t＝tasH＝Has＝100％2.绝热饱和冷却温度tas六、温度绝热饱和冷却塔示意图1－塔身2－填料3－循环泵绝热状态绝热饱和温度与干球温度及湿度的关系01)(rHtHccIvg未饱和湿空气的焓饱和湿空气的焓02)(rasasvasgHtcHcI绝热过程21II六、温度HvasgvgccHcHcc因为H、Has值很小整理得HHcrttasHasas通常HHck/wtasrr比较得aswtt六、温度不饱和湿空气饱和湿空气等湿下冷却达饱和状态t＝tdH＝Hs,td＝100％t～ps～示例：露珠的产生不饱和湿空气ttw（tas）td饱和湿空气t＝tw（tas）=td3.露点td六、温度湿球温度和绝热饱和温度都不是湿气体本身的温度,但都和湿气体的温度t和湿度H有关，且都表达了气体入口状态已确定时与之接触的液体温度的变化极限。在绝热条件下，用湿空气干燥湿物料，如果湿物料足够润湿，则其表面温度也就是湿空气的绝热饱和温度，亦即湿球温度，而湿球温度容易测定，因此湿空气在等焓过程中的其它参数的确定就比较容易了。练习题目思考题作业题:1、21.湿空气的湿度、相对湿度、比体积、比热容和焓各表示何意义，如何计算？2.湿空气的干球温度、湿球温度、绝热饱和冷却温度、露点各表示何意义，其关系如何？2491)88.101.1(HtHI++=,,HtI)-(-0HHcrttasHas=Httas,,ssP622.0ppH－＝s,pH622.0,,,dddtststsHPHp+=PHpddtsts,,,,)-(α-tw,HHrkttStwHw=Httw,,例1已知湿空气的温度为50℃，总压强为100kPa，湿球温度为30℃，试计算该湿空气以下个参数：（1）湿度；（2）相对湿度;(3)露点；（4）热焓；（5）湿比容。解：（1）由饱和水蒸气压力表查得，在tw=30℃时，水的饱和蒸汽压ps=4.25kPa，汽化潜热rw=2.423kJ/kg。在湿球温度下，空气的饱和湿度为：干空气水kgkgpPpHssw/0275.025.410025.4622.0622.0干空气水kgkgttrHH)3050(7.242309.10275.0)(09.1kPaHHPp094.20186.0622.00186.0100622.0%5.2334.12904.2spp湿空气的湿度为：（2）由饱和水蒸汽压表查得，在干球温度t=50℃，水的饱和蒸汽压ps=12.34kPa，求得该空气中的水蒸气分压为空气的相对湿度为干空气kgkJHrHccIvg/8.980186.0250050)0186.088.101.1()(0干空气kgmMHMPPTTvOHg/954.0)180186.0291(1003.101273502734.22)1(4.223002（3）在露点下，空气刚好达到饱和状态，空气中的水汽分压p=12.34kPa即为水露点下的饱和蒸汽压，故由饱和蒸汽压表查得，此空气的露点td=23℃。（4）若以0℃的水及0℃的空气的焓为基准，该空气的焓为（5）在压强不太高时，湿空气可视为理想气体，5.1干燥过程概述第5章固体物料的干燥5.2.1湿空气的性质5.2湿空气的性质及湿度图5.2.2湿空气的湿度图在一定总压下，湿空气的各参数中，只有两个是独立的，只要确定了湿空气的两个独立参数，湿空气的状态就确定了。工程上为了方便计算，常将湿空气各参数标绘成图，称为湿空气的湿度图。一、H－I图的构造湿空气的湿度图湿度－焓（H－I）图湿度－温度（H－t）图√湿空气的H－I图H－I图由以下线群组成等湿线（等H线）范围0～0.2kg/kg绝干气等焓线（等I线）范围0～680kJ/kg绝干气等温线（等t线）范围0～250℃等相对湿度线（等线）范围5～100％=100％饱和空气线水汽分压线（p线）范围0～26kPa一、H－I图的构造1.已知状态点求湿空气的参数已知状态点可由H-I图求出湿空气的各参数值：湿度H温度焓I相对湿度水汽分压p干球温度t绝热饱和冷却温度tas(湿球温度tW)露点td二、H－I图的应用已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW2.由两个独立参数确定其它参数已知两个独立参数可由H-I图确定湿空气的状态点，继而求出湿空气的各参数值。已知温度t－湿球温度tW已知温度t－露点td已知温度t－相对湿度二、H－I图的应用已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW5.1干燥过程概述第5章固体物料的干燥5.2湿空气的性质及湿度图5.3干燥过程的物料衡算与热量衡算5.3.1湿物料的性质一、湿物料的含水量1.湿基含水量kg/kg湿物料湿物料的总质量湿物料中水分质量w湿基含水量是指湿物料中水分的质量分率。工业上通常用湿基含水量表示湿含量。注意2.干基含水量干基含水量是指湿物料中水分质量与绝干物料的质量比。湿物料中绝干物料质量湿物料中水分质量Xkg/kg绝干料两种含水量之间的关系XXw1wwX1一、湿物料的含水量二、湿物料的比热容cm将以1kg绝干料为基准的湿物料的温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量mckJ/(kg绝干料·℃)定义符号单位设湿物料的干基湿含量为X则wsmXccc绝干料比热容水分的比热容在常用温度范围内cw=4.187kJ/(kg水·℃)Xccsm187.4故有二、湿物料的比热容cmkJ/kg绝干料以1kg绝干料为基准的湿物料的焓值则定义符号单位设wsXIII三、湿物料的焓II水的焓值为Iw绝干料的焓值为sI以0℃为基准)0()0(wsXccI)(wsXccmscXcI)187.4(则设湿物料的温度为湿物料的干基湿含量为X三、湿物料的焓I5.1干燥过程概述第5章固体物料的干燥5.2湿空气的性质及湿度图5.3干燥过程的物料衡算与热量衡算5.3.1湿物料的性质5.3.2干燥过程的物料衡算与热量衡算一、物料衡算干燥器物料衡算示意图干燥器新鲜空气L1H废气L2H湿物料G1X干燥产品G2X1G1w2G2wW绝干空气流量绝干物料流量干燥产品流量湿物料处理量1.水分蒸发量W)()(2112XXGHHLWkg/s以1s为基准，设干燥器内无物料损失，对干燥器作物料衡算一、物料衡算2211GXLHGXLH则单位时间内水分蒸发量2.空气消耗量L121221)(HHWHHXXGLkg绝干气/s得一、物料衡算由)()(2112XXGHHLW单位时间内消耗的绝干空气量湿空气(新鲜空气)的消耗量为)1(10HLLkg新鲜气/s湿空气(新鲜空气)的体积消耗量为HLvVm3新鲜气/s一、物料衡算设绝干空气消耗量为L湿空气的湿度为H1则单位空气消耗量为121HHWLlkg绝干气/kg水一、物料衡算单位时间内消耗的绝干空气量3.湿物料处理量及干燥产品流量)1()1(1122wGwGG21121)1(wwGGkg/s绝干料衡