北京化工大學(xué)-《化工原理》-課件-第八章-干燥

18.干燥8.1

濕空氣的性質(zhì)與濕度圖8.2

干燥過程的物料衡算與熱量衡算8.3

干燥速率與干燥時間8.4

干燥器18.干燥8.1濕空氣的性質(zhì)與濕度圖8.2干2

在化工生產(chǎn)中，一些固體產(chǎn)品或半成品可能混有大量的濕分，將濕分從物料中去除的過程，稱為去濕。去濕的方法可分為以下三類：機誡去濕：用于去除固體物料中大部分濕分。吸附去濕：用于去除少量濕分。熱能去濕（干燥）：向物料供熱以汽化其中的濕分的單元操作。2在化工生產(chǎn)中，一些固體產(chǎn)品或半成品可能混有3干燥過程的分類：常壓干燥真空干燥連續(xù)式間歇式傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）對流干燥（直接加熱干燥）輻射干燥介電加熱干燥按操作壓力分按操作方式分按供熱方式分3干燥過程的分類：常壓干燥連續(xù)式傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）按操4根據(jù)供熱方式不同，干燥可分為以下四種情況：傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）：熱能通過壁面以傳導(dǎo)方式加熱物料。對流干燥（直接加熱干燥）：干燥介質(zhì)與濕物料直接接觸，并以對流方式加熱濕物料。輻射干燥：熱能以電磁波的形式射到濕物料表面。介電加熱干燥：將濕物料置于高頻電場內(nèi)，使其被加熱。4根據(jù)供熱方式不同，干燥可分為以下四種情況：傳導(dǎo)干燥（間接加5

本章主要討論對流干燥，干燥介質(zhì)是熱空氣，除去的濕分是水分。

對流干燥是傳熱、傳質(zhì)同時進行的過程，但傳遞方向不同，是熱、質(zhì)反向傳遞過程：傳熱傳質(zhì)方向推動力氣固固氣溫度差水汽分壓差5本章主要討論對流干燥，干燥介質(zhì)是熱空氣，除6干燥過程進行的必要條件：*物料表面水汽壓力大于干燥介質(zhì)中水汽分壓；*

干燥介質(zhì)要將汽化的水分及時帶走。6干燥過程進行的必要條件：78.1

濕空氣的性質(zhì)與濕度圖8.1.1 濕空氣的性質(zhì)8.1.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用78.1濕空氣的性質(zhì)與濕度圖8.1.1 濕空氣的性88.1.1 濕空氣的性質(zhì)通常用兩個參數(shù)來表征空氣中所含水分的大?。?/p>

濕度H及相對濕度φ88.1.1 濕空氣的性質(zhì)通常用兩個參數(shù)來表征空氣中所含水9一、濕度（濕含量）H定義：濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕干空氣質(zhì)量之比。濕空氣是由水蒸汽和絕干空氣構(gòu)成。H

=Kg水汽Kg絕干空氣=nwMwng

Mg=18.02nw28.95ngnw：濕空氣中水汽的摩爾數(shù)，kmol；

ng：濕空氣中絕干空氣的摩爾數(shù)，kmol；Mw：水汽的分子量，kg/kmol；Mg：空氣的平均分子量，kg/kmol。9一、濕度（濕含量）H濕空氣是由水蒸汽和絕干空氣構(gòu)成。H10當(dāng)濕空氣可視為理想氣體時，則有：式中：pw為空氣中水蒸汽分壓。即：當(dāng)P為一定值時，10當(dāng)濕空氣可視為理想氣體時，則有：式中：pw為空氣中水蒸汽11

當(dāng)濕空氣中水蒸汽分壓

pw恰好等于同溫度下水蒸汽的飽和蒸汽壓ps時，則表明濕空氣達(dá)到飽和，此時的濕度H為飽和濕度Hs。二、相對濕度定義：在一定溫度及總壓下，濕空氣的水汽分壓pw與同溫度下水的飽和蒸汽壓ps之比的百分?jǐn)?shù)。即：即：11當(dāng)濕空氣中水蒸汽分壓pw恰好等于同溫12結(jié)論：

濕度H

只能表示出水汽含量的絕對值，而相對濕度卻能反映出濕空氣吸收水汽的能力。當(dāng)φ=1時：

pw=ps，濕空氣達(dá)飽和，不可作為干燥介質(zhì)；當(dāng)φ<1時：

pw<ps，濕空氣未達(dá)飽和，可作為干燥介質(zhì)。φ越小，濕空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn)，干燥能力越大。12結(jié)論：當(dāng)φ=1時：φ越小，濕空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn)，干13【例7-1】

濕空氣中水的蒸汽分壓pw=17.5mmHg，總壓P=760mmHg，求20℃時的相對濕度；若空氣分別被加熱到50℃和120℃，求值。相對濕度φ與濕度

H

的關(guān)系：13【例7-1】相對濕度φ與濕度H的關(guān)系：14三、濕空氣的比熱與焓

1、濕比熱（濕熱）cH

[kJ/kg干氣?℃]定義：在常壓下，將1kg干空氣和其所帶有的Hkg水汽升高溫度1℃所需的熱量。：干空氣比熱=1.01kJ/kg干氣?℃：水汽比熱=1.88kJ/kg水汽?℃式中14三、濕空氣的比熱與焓：干空氣比熱=1.01kJ/k152、焓（熱含量）I

[kJ/kg干氣]

定義：濕空氣的焓為干空氣的焓與水汽的焓之和。計算基準(zhǔn)：

以0℃干空氣及0℃液態(tài)水的焓值為0作基準(zhǔn)。

因此，對于溫度為t、濕度為H的濕空氣，其焓值包括由0℃的水變?yōu)?℃水汽所需的潛熱及濕空氣由0℃生溫至t℃所需的顯熱之和。152、焓（熱含量）I [kJ/kg干氣]因此，對16即：式中：I：溫度為t、濕度為H的濕空氣的焓值。[kJ/kg干氣]；Ig：干空氣的焓值。[kJ/kg干氣]；Iv：水汽的焓值。[kJ/kg水汽]；r0：0℃時水的汽化潛熱。r0=2492kJ/kg水汽。16即：式中：17

由上式可知，濕空氣的焓值只與濕空氣的濕度及溫度有關(guān)。即：17由上式可知，濕空氣的焓值只與濕空氣的濕度18四、濕空氣的比容（濕容積）υH [m3濕空氣/kg干氣]定義：每單位質(zhì)量絕干空氣中所具有的濕空氣（絕干空氣和水蒸汽）的總體積。式中：：壓力P

、溫度t下濕空氣比容。[m3濕氣/kg干氣]：壓力P

、溫度t下干空氣比容。

[m3干氣/kg干氣]：壓力P

、溫度t下水汽比容。[m3水/kg水]18四、濕空氣的比容（濕容積）υH [m3濕空氣/kg干氣]19、的數(shù)值為：所以：19、的數(shù)值為：所以：20綜合以上分析可得： 當(dāng)總壓力P為一定值時，另外：濕空氣密度20綜合以上分析可得： 當(dāng)總壓力P為一定值時，另外：濕空氣密21定義：一定壓力下，將不飽和空氣等濕降溫至飽和，出現(xiàn)第一滴露珠時的溫度。濕度H與露點td的關(guān)系：五、露點tdpd：td下的飽和蒸汽壓。21定義：一定壓力下，將不飽和空氣等濕降溫至濕度H與露點t22干球溫度t是用普通溫度計測得的濕空氣的真實溫度。濕球溫度計在空氣中所達(dá)到的平衡或穩(wěn)定的溫度。濕球溫度計：溫度計的感溫球用紗布包裹，紗布用水保持濕潤，這支溫度計為濕球溫度計。不飽和空氣的濕球溫度tw低于干球溫度t。六、干球溫度t七、濕球溫度tw22干球溫度t是用普通溫度計測得的濕空氣的真實溫度。濕球溫度23濕球溫度計工作原理分析23濕球溫度計工作原理分析24濕球溫度tw計算公式（推導(dǎo)過程見P332）:式中：：空氣至濕紗布的對流傳熱系數(shù)，W/m2?℃；：以濕度差為推動力的傳質(zhì)系數(shù)，kg/m2?s?H；：水在濕球溫度tw時的汽化潛熱，kJ/kg水；：濕空氣在溫度為tw下的飽和濕度，kg水/kg干氣；：空氣的濕度，kg水/kg干氣。24濕球溫度tw計算公式（推導(dǎo)過程見P332）:式中：：空氣25*物系性質(zhì)：與α

、kH有關(guān)的物性；*

空氣狀態(tài)：t、H；*

流動條件：α/kH

。

實驗表明，α與kH都Re與的0.8次冪成正比，故α

與kH之比值與流速無關(guān)，只與物性有關(guān)。當(dāng)物系已確定，則物系性質(zhì)就不再改變，此時，濕球溫度只與氣相狀態(tài)有關(guān)，即：影響濕球溫度tw的三方面因素：25*物系性質(zhì)：與α、kH有關(guān)的物性；26

對于空氣—水系統(tǒng)：

當(dāng)空氣流速u

5m/s時，傳熱以對流方式為主，有：

因此，濕球溫度是濕空氣的溫度和濕度的函數(shù)，即當(dāng)t、H一定時，tw也為定值?？蓪憺椋?/p>

在實際生產(chǎn)中，常常利用干、濕球溫度計來測量空氣的濕度。1.09kJ/kg℃26對于空氣—水系統(tǒng)：因此，濕球溫度是濕27七、絕熱飽和溫度tas

定義：空氣絕熱增濕至飽和時的溫度。絕熱飽和器工作原理分析：27七、絕熱飽和溫度tas28

經(jīng)過以上分析可知，在空氣絕熱增濕過程中，空氣失去的顯熱與汽化水分帶來的潛熱相等，空氣的溫度和濕度雖隨過程的進行而變化，但其焓值不變。推導(dǎo)過程見P334ras：tas溫度下水的汽化潛熱，kJ/kg水；Has：空氣的絕熱飽和濕度，kg水/kg干氣；cH：濕空氣的比熱，kJ/kg干氣?℃

28經(jīng)過以上分析可知，在空氣絕熱增濕過程中29濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的關(guān)系：tw：大量空氣與少量水接觸，空氣t、H的不變；tas：大量水與一定量空氣接觸，空氣降溫、增濕。tw：是傳熱與傳質(zhì)速率均衡的結(jié)果，屬于動平衡；tas：是由熱量橫算與物料衡算導(dǎo)出的，屬于靜平衡。tw與tas數(shù)值上的差異取決于α/kH

與cH兩者之間的差別。

29濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的關(guān)系：tw30當(dāng)空氣為不飽和狀態(tài)：ttw(tas)td；當(dāng)空氣為飽和狀態(tài)：t

=tw(tas)=td?？諝狻w系，，空氣—甲苯體系，，twtas30當(dāng)空氣為不飽和狀態(tài)：ttw(tas)td；318.1.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用一、濕度圖五條線：1.等H線；2.等I線；3.等t線；4.等φ線；5.水蒸氣分壓線。318.1.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用一、濕度圖五條線：32二、濕度圖的應(yīng)用1、利用濕度圖查取濕空氣的物性32二、濕度圖的應(yīng)用1、利用濕度圖查取濕空氣的物性332、濕空氣狀態(tài)點的確定332、濕空氣狀態(tài)點的確定34【例7-2】在總壓為101.3kpa下，空氣的溫度為20℃，濕度為0.01kg水/kg干氣。試求：1.φ、td、

tw；2.總壓P與濕度H不變，將空氣溫度提高至50℃時的φ；3.溫度t與濕度H不變，將空氣總壓提高至120kpa時的φ；4.若總壓提高至300kpa，溫度仍為20℃，每100m3原來的濕空氣所冷凝出來的水分量？34【例7-2】在總壓為101.3kpa下，空氣的溫度為2035結(jié)論：

因此，提高濕空氣溫度t，不僅提高了濕空氣的焓值，使其作為載熱體外，也降低了相對濕度使其作為載濕體。【例7-3】教材P281、例7-235結(jié)論：因此，提高濕空氣溫度t，不僅提高367.2

干燥過程的物料衡算與熱量衡算7.2.1 濕物料中含水量7.2.2干燥過程的物料衡算7.2.3熱量衡算7.2.4空氣出口狀態(tài)的確定7.2.5干燥器的熱效率367.2干燥過程的物料衡算與熱量衡算7.2.1 377.2.1 濕物料中含水量兩種表示方法：一、濕基含水量w[kg水/kg濕物料]377.2.1 濕物料中含水量兩種表示方法：一、濕基含水38二、干基含水量X[kg水/kg干物料]三、兩者關(guān)系38二、干基含水量X[kg水/kg干物料]三、兩者397.2.2干燥過程的物料衡算干燥流程圖預(yù)熱器L,t0,H0L,t1,H1干燥器L,t2,H2

濕物料G1,w1,(X1),θ1

產(chǎn)品G2,w2,(X2),θ2新鮮空氣廢氣397.2.2干燥過程的物料衡算干燥流程圖預(yù)熱40L——絕干空氣質(zhì)量流量，[kg干氣/hr]；G1、G2——物料進出干燥器總量，[kg物料/hr]。一、絕干物料量Gc[kg干物料/hr]二、汽化水分量W[kg水/hr]水分汽化量＝濕物料中水分減少量＝濕空氣中水分增加量40L——絕干空氣質(zhì)量流量，[kg干氣/hr]；一、絕干物41三、絕干空氣用量L[kg干氣/hr][kg干氣/kg水]

比空氣用量：每汽化1kg的水所需干空氣的量。（單位空氣消耗量）41三、絕干空氣用量L[kg干氣/hr][kg干氣/k42四、濕空氣參數(shù)1.濕空氣用量[kg濕氣/kg水][kg濕氣/hr]2.濕空氣體積[kg濕氣/kg水][kg濕氣/hr]3.濕空氣密度[kg濕氣/m3濕氣]42四、濕空氣參數(shù)1.濕空氣用量[kg濕氣/kg水][kg437.2.3熱量衡算QLI1,L,t1,H1

產(chǎn)品G2,w2,(X2),θ2

濕物料G1,w1,(X1),θ1I2,L,t2,H2廢氣I0,L,t0,H0新鮮空氣QP預(yù)熱器QD干燥器437.2.3熱量衡算QLI1,L,t1,H144QP：預(yù)熱器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]；QD：干燥器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]。外加總熱量Q＝QP＋QD汽化1kg水所需熱量：[kJ/kg水]44QP：預(yù)熱器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]；外加總熱量Q＝45一、預(yù)熱器的加熱量計算qP若忽略熱損失，則[kJ/kg水]二、干燥器的熱量衡算輸入量（1）濕物料帶入熱量（焓值）45一、預(yù)熱器的加熱量計算qP若忽略熱損失，則[kJ/kg46cM：干燥后物料比熱，[kJ/kg濕料℃]；cw：水的比熱，[kJ/kg水℃]。（2）空氣帶入的焓值[kJ/kg水]（3）干燥器補充加入的熱量[kJ/kg水]46cM：干燥后物料比熱，[kJ/kg濕料℃]；（2）空氣帶472.輸出量（1）干物料帶出焓值：（2）廢氣帶出焓值：（3）熱損失：Σ輸入＝Σ輸出物料升溫所需熱量472.輸出量（1）干物料帶出焓值：（2）廢氣帶出焓值：（48所需外加總熱量q：48所需外加總熱量q：4949507.2.4空氣出口狀態(tài)的確定一、等焓干燥過程（絕熱干燥過程或理想干燥過程）——空氣在進、出干燥器的焓值不變。過程分析：507.2.4空氣出口狀態(tài)的確定一、等焓干燥過程（絕熱51令：則有：：外界補充的熱量及濕物料中被汽化水分帶入的熱量；：熱損失及濕物料進出干燥器熱量之差。51令：則有：：外界補充的熱量及濕物料中被汽化水分：熱損失及52等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況，其一無熱損失濕物料不升溫干燥器不補充熱量濕物料中汽化水分帶入的熱量很少52等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況，其一無熱損失濕物料不53

空氣放出的顯熱完全用于蒸發(fā)水分所需的潛熱，而水蒸汽又把這部分潛熱帶回到空氣中，所以空氣焓值不變。以上兩種干燥過程均為等焓干燥過程。若即：濕物料中水分帶入的熱量及干燥器補充的熱量正好與熱損失及物料升溫所需的熱量相抵消，此時，空氣的焓值也保持不變。其二53空氣放出的顯熱完全用于蒸發(fā)水分所需的潛熱54二、實際干燥過程1.補充熱量大于損失的熱量即——在非絕熱情況下進行的干燥過程。2.補充熱量小于損失的熱量即54二、實際干燥過程1.補充熱量大于損失的熱量即——在非絕553.空氣出口狀態(tài)的確定方法——即確定H2、I2(H2、I2)（1）計算法（2）圖解法舉一例題553.空氣出口狀態(tài)的確定方法——即確定H2、I2(H2、567.2.5干燥器的熱效率一、熱效率定義：二、影響熱效率的因素1.567.2.5干燥器的熱效率一、熱效率定義：二、影響熱效57

因此，t2不能過低，一般規(guī)定t2比進入干燥器時空氣的濕球溫度tw高20~50℃。2.3.回收廢氣中熱量4.加強管道保溫，減少熱損失57因此，t2不能過低，一般規(guī)定t2比進入干587.3

干燥速率與干燥時間7.3.1 物料中所含水分性質(zhì)7.3.2 恒定干燥條件下的干燥速率7.3.3 恒定干燥條件下恒速階段干燥時間7.3.4 恒定干燥條件下降速階段干燥時間587.3干燥速率與干燥時間7.3.1 物料中所含水597.3.1 物料中所含水分性質(zhì)一、物料與水分結(jié)合方式吸附水分：濕物料的粗糙外表面附著的水分。毛細(xì)管水分：多孔性物料的孔隙中所含的水分。溶脹水分：是物料組成的一部分，可透入物料細(xì)胞壁內(nèi)，使物料的體積為之增大。597.3.1 物料中所含水分性質(zhì)一、物料與水分結(jié)合方式60二、平衡水分與自由水分1.平衡水分（X*）——不能用干燥方法除去的水分。2.自由水分（X－X*）——可用干燥方法除去的水分。X*=f（物料種類、空氣性質(zhì)）60二、平衡水分與自由水分1.平衡水分（X*）——不能用干61三、結(jié)合水分與非結(jié)合水分結(jié)合水分

——水與物料結(jié)合力強，pw<ps。2.非結(jié)合水分

——水與物料結(jié)合力弱，pw＝ps。

結(jié)合水分與非結(jié)合水分只與物料的性質(zhì)有關(guān)，而與空氣的狀態(tài)無關(guān)，這是與平衡水分的主要區(qū)別。平衡水分一定是結(jié)合水分。61三、結(jié)合水分與非結(jié)合水分結(jié)合水分2.非結(jié)合水分626263【例7-4】在常壓25℃下，水分在ZnO與空氣間的平衡關(guān)系為：相對濕度φ＝100%，平衡含水量X*＝0.02kg水/kg干料相對濕度φ＝40%，平衡含水量X*＝0.007kg水/kg干料現(xiàn)ZnO的含水量為0.25kg水/kg干料，令其與25℃，φ＝40%的空氣接觸，求物料的自由水分、平衡水分、結(jié)合水分和非結(jié)合水分。63【例7-4】在常壓25℃下，水分在ZnO與空氣間的平衡關(guān)647.3.2 恒定干燥條件下的干燥速率一、干燥速率定義——單位時間、單位干燥面積汽化水分量。[kg水/m2?s]恒定干燥條件：空氣的溫度、濕度、流速及物料接觸方式不變。647.3.2 恒定干燥條件下的干燥速率一、干燥速率定義65二、干燥曲線及干燥速率曲線——用于描述物料含水量X、干燥時間τ及物料表面溫度θ之間的關(guān)系曲線。1.干燥曲線65二、干燥曲線及干燥速率曲線——用于描述物料含水1.662.干燥速率曲線ABC段：恒速干燥階段

AB段：預(yù)熱段

BC段：恒速段CDE段：降速干燥階段C點：臨界點

XC：臨界含水量E點：平衡點

X*：平衡水分662.干燥速率曲線ABC段：恒速干燥階段C點：臨界點67三、恒速干燥階段前提條件：濕物料表面全部潤濕。汽化速率（傳質(zhì)速率）：[kg水/m2?s]傳熱速率：——恒速干燥速率67三、恒速干燥階段前提條件：濕物料表面全部潤濕。汽化速率（68恒速干燥特點：1.U＝UC＝const.2.物料表面溫度為tw3.去除的水分為非結(jié)合水分4.影響U的因素：恒速干燥階段——表面汽化控制階段只與空氣的狀態(tài)有關(guān)，而與物料種類無關(guān)68恒速干燥特點：1.U＝UC＝const.69四、降速干燥階段實際汽化表面減小汽化面內(nèi)移降速干燥階段特點：1.2.物料表面溫度3.除去的水分為非結(jié)合、結(jié)合水分4.影響u的因素：與物料種類、尺寸、形狀有關(guān)，與空氣狀態(tài)關(guān)系不大。69四、降速干燥階段實際汽化表面減小降速干燥階段特點：1.70五、臨界含水量XC1.吸水性物料XC大于不吸水性物料

XC2.物料層越薄、分散越細(xì)，XC

越低3.恒速干燥uC

越大，XC

越高。70五、臨界含水量XC1.吸水性物料XC大于不吸水性物717.3.3 恒定干燥條件下恒速階段干燥時間由干燥速率定義式：對于恒速干燥：U＝UC＝const.恒速干燥所需時間717.3.3 恒定干燥條件下恒速階段干燥時間由干燥速率72UC的來源：（1）

由干燥速率曲線查得求取α經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式：（1）氣體流動方向與物料平行[w/m2k]G＝2500~3000質(zhì)量流速 [kg/m2hr]72UC的來源：求取α經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式：[w/m2k]G＝273（2）氣體流動方向與物料垂直G＝4000~20000[kg/m2hr]73（2）氣體流動方向與物料垂直G＝4000~20000747.3.4 恒定干燥條件下降速階段干燥時間求U的方法：（1）圖解積分法（2）近似計算法總干燥時間：747.3.4 恒定干燥條件下降速階段干燥時間求U的方758.4

干燥器8.4.1干燥器的基本要求8.4.2常用工業(yè)干燥器758.4干燥器8.4.1干燥器的基本要求8.4768.4.1干燥器的基本要求1.保證產(chǎn)品質(zhì)量2.干燥速率大，干燥時間短3.熱效率高4.干燥介質(zhì)流動阻力小5.勞動強度低768.4.1干燥器的基本要求1.保證產(chǎn)品質(zhì)量77干燥器分類：間歇常壓干燥器——盤架式干燥器間歇減壓干燥器——耙式干燥器連續(xù)常壓干燥器——回轉(zhuǎn)式干燥器、氣流干燥器噴霧干燥器連續(xù)減壓干燥器——減壓滾筒干燥器77干燥器分類：間歇常壓干燥器——盤架式干燥器788.4.2常用工業(yè)干燥器盤架式干燥器耙式干燥器回轉(zhuǎn)式干燥器氣流干燥器沸騰床干燥器噴霧干燥器788.4.2常用工業(yè)干燥器盤架式干燥器7979808081818282838.干燥8.1

濕空氣的性質(zhì)與濕度圖8.2

干燥過程的物料衡算與熱量衡算8.3

干燥速率與干燥時間8.4

干燥器18.干燥8.1濕空氣的性質(zhì)與濕度圖8.2干84

在化工生產(chǎn)中，一些固體產(chǎn)品或半成品可能混有大量的濕分，將濕分從物料中去除的過程，稱為去濕。去濕的方法可分為以下三類：機誡去濕：用于去除固體物料中大部分濕分。吸附去濕：用于去除少量濕分。熱能去濕（干燥）：向物料供熱以汽化其中的濕分的單元操作。2在化工生產(chǎn)中，一些固體產(chǎn)品或半成品可能混有85干燥過程的分類：常壓干燥真空干燥連續(xù)式間歇式傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）對流干燥（直接加熱干燥）輻射干燥介電加熱干燥按操作壓力分按操作方式分按供熱方式分3干燥過程的分類：常壓干燥連續(xù)式傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）按操86根據(jù)供熱方式不同，干燥可分為以下四種情況：傳導(dǎo)干燥（間接加熱干燥）：熱能通過壁面以傳導(dǎo)方式加熱物料。對流干燥（直接加熱干燥）：干燥介質(zhì)與濕物料直接接觸，并以對流方式加熱濕物料。輻射干燥：熱能以電磁波的形式射到濕物料表面。介電加熱干燥：將濕物料置于高頻電場內(nèi)，使其被加熱。4根據(jù)供熱方式不同，干燥可分為以下四種情況：傳導(dǎo)干燥（間接加87

本章主要討論對流干燥，干燥介質(zhì)是熱空氣，除去的濕分是水分。

對流干燥是傳熱、傳質(zhì)同時進行的過程，但傳遞方向不同，是熱、質(zhì)反向傳遞過程：傳熱傳質(zhì)方向推動力氣固固氣溫度差水汽分壓差5本章主要討論對流干燥，干燥介質(zhì)是熱空氣，除88干燥過程進行的必要條件：*物料表面水汽壓力大于干燥介質(zhì)中水汽分壓；*

干燥介質(zhì)要將汽化的水分及時帶走。6干燥過程進行的必要條件：898.1

濕空氣的性質(zhì)與濕度圖8.1.1 濕空氣的性質(zhì)8.1.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用78.1濕空氣的性質(zhì)與濕度圖8.1.1 濕空氣的性908.1.1 濕空氣的性質(zhì)通常用兩個參數(shù)來表征空氣中所含水分的大?。?/p>

濕度H及相對濕度φ88.1.1 濕空氣的性質(zhì)通常用兩個參數(shù)來表征空氣中所含水91一、濕度（濕含量）H定義：濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕干空氣質(zhì)量之比。濕空氣是由水蒸汽和絕干空氣構(gòu)成。H

=Kg水汽Kg絕干空氣=nwMwng

Mg=18.02nw28.95ngnw：濕空氣中水汽的摩爾數(shù)，kmol；

ng：濕空氣中絕干空氣的摩爾數(shù)，kmol；Mw：水汽的分子量，kg/kmol；Mg：空氣的平均分子量，kg/kmol。9一、濕度（濕含量）H濕空氣是由水蒸汽和絕干空氣構(gòu)成。H92當(dāng)濕空氣可視為理想氣體時，則有：式中：pw為空氣中水蒸汽分壓。即：當(dāng)P為一定值時，10當(dāng)濕空氣可視為理想氣體時，則有：式中：pw為空氣中水蒸汽93

當(dāng)濕空氣中水蒸汽分壓

pw恰好等于同溫度下水蒸汽的飽和蒸汽壓ps時，則表明濕空氣達(dá)到飽和，此時的濕度H為飽和濕度Hs。二、相對濕度定義：在一定溫度及總壓下，濕空氣的水汽分壓pw與同溫度下水的飽和蒸汽壓ps之比的百分?jǐn)?shù)。即：即：11當(dāng)濕空氣中水蒸汽分壓pw恰好等于同溫94結(jié)論：

濕度H

只能表示出水汽含量的絕對值，而相對濕度卻能反映出濕空氣吸收水汽的能力。當(dāng)φ=1時：

pw=ps，濕空氣達(dá)飽和，不可作為干燥介質(zhì)；當(dāng)φ<1時：

pw<ps，濕空氣未達(dá)飽和，可作為干燥介質(zhì)。φ越小，濕空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn)，干燥能力越大。12結(jié)論：當(dāng)φ=1時：φ越小，濕空氣偏離飽和程度越遠(yuǎn)，干95【例7-1】

濕空氣中水的蒸汽分壓pw=17.5mmHg，總壓P=760mmHg，求20℃時的相對濕度；若空氣分別被加熱到50℃和120℃，求值。相對濕度φ與濕度

H

的關(guān)系：13【例7-1】相對濕度φ與濕度H的關(guān)系：96三、濕空氣的比熱與焓

1、濕比熱（濕熱）cH

[kJ/kg干氣?℃]定義：在常壓下，將1kg干空氣和其所帶有的Hkg水汽升高溫度1℃所需的熱量。：干空氣比熱=1.01kJ/kg干氣?℃：水汽比熱=1.88kJ/kg水汽?℃式中14三、濕空氣的比熱與焓：干空氣比熱=1.01kJ/k972、焓（熱含量）I

[kJ/kg干氣]

定義：濕空氣的焓為干空氣的焓與水汽的焓之和。計算基準(zhǔn)：

以0℃干空氣及0℃液態(tài)水的焓值為0作基準(zhǔn)。

因此，對于溫度為t、濕度為H的濕空氣，其焓值包括由0℃的水變?yōu)?℃水汽所需的潛熱及濕空氣由0℃生溫至t℃所需的顯熱之和。152、焓（熱含量）I [kJ/kg干氣]因此，對98即：式中：I：溫度為t、濕度為H的濕空氣的焓值。[kJ/kg干氣]；Ig：干空氣的焓值。[kJ/kg干氣]；Iv：水汽的焓值。[kJ/kg水汽]；r0：0℃時水的汽化潛熱。r0=2492kJ/kg水汽。16即：式中：99

由上式可知，濕空氣的焓值只與濕空氣的濕度及溫度有關(guān)。即：17由上式可知，濕空氣的焓值只與濕空氣的濕度100四、濕空氣的比容（濕容積）υH [m3濕空氣/kg干氣]定義：每單位質(zhì)量絕干空氣中所具有的濕空氣（絕干空氣和水蒸汽）的總體積。式中：：壓力P

、溫度t下濕空氣比容。[m3濕氣/kg干氣]：壓力P

、溫度t下干空氣比容。

[m3干氣/kg干氣]：壓力P

、溫度t下水汽比容。[m3水/kg水]18四、濕空氣的比容（濕容積）υH [m3濕空氣/kg干氣]101、的數(shù)值為：所以：19、的數(shù)值為：所以：102綜合以上分析可得： 當(dāng)總壓力P為一定值時，另外：濕空氣密度20綜合以上分析可得： 當(dāng)總壓力P為一定值時，另外：濕空氣密103定義：一定壓力下，將不飽和空氣等濕降溫至飽和，出現(xiàn)第一滴露珠時的溫度。濕度H與露點td的關(guān)系：五、露點tdpd：td下的飽和蒸汽壓。21定義：一定壓力下，將不飽和空氣等濕降溫至濕度H與露點t104干球溫度t是用普通溫度計測得的濕空氣的真實溫度。濕球溫度計在空氣中所達(dá)到的平衡或穩(wěn)定的溫度。濕球溫度計：溫度計的感溫球用紗布包裹，紗布用水保持濕潤，這支溫度計為濕球溫度計。不飽和空氣的濕球溫度tw低于干球溫度t。六、干球溫度t七、濕球溫度tw22干球溫度t是用普通溫度計測得的濕空氣的真實溫度。濕球溫度105濕球溫度計工作原理分析23濕球溫度計工作原理分析106濕球溫度tw計算公式（推導(dǎo)過程見P332）:式中：：空氣至濕紗布的對流傳熱系數(shù)，W/m2?℃；：以濕度差為推動力的傳質(zhì)系數(shù)，kg/m2?s?H；：水在濕球溫度tw時的汽化潛熱，kJ/kg水；：濕空氣在溫度為tw下的飽和濕度，kg水/kg干氣；：空氣的濕度，kg水/kg干氣。24濕球溫度tw計算公式（推導(dǎo)過程見P332）:式中：：空氣107*物系性質(zhì)：與α

、kH有關(guān)的物性；*

空氣狀態(tài)：t、H；*

流動條件：α/kH

。

實驗表明，α與kH都Re與的0.8次冪成正比，故α

與kH之比值與流速無關(guān)，只與物性有關(guān)。當(dāng)物系已確定，則物系性質(zhì)就不再改變，此時，濕球溫度只與氣相狀態(tài)有關(guān)，即：影響濕球溫度tw的三方面因素：25*物系性質(zhì)：與α、kH有關(guān)的物性；108

對于空氣—水系統(tǒng)：

當(dāng)空氣流速u

5m/s時，傳熱以對流方式為主，有：

因此，濕球溫度是濕空氣的溫度和濕度的函數(shù)，即當(dāng)t、H一定時，tw也為定值?？蓪憺椋?/p>

在實際生產(chǎn)中，常常利用干、濕球溫度計來測量空氣的濕度。1.09kJ/kg℃26對于空氣—水系統(tǒng)：因此，濕球溫度是濕109七、絕熱飽和溫度tas

定義：空氣絕熱增濕至飽和時的溫度。絕熱飽和器工作原理分析：27七、絕熱飽和溫度tas110

經(jīng)過以上分析可知，在空氣絕熱增濕過程中，空氣失去的顯熱與汽化水分帶來的潛熱相等，空氣的溫度和濕度雖隨過程的進行而變化，但其焓值不變。推導(dǎo)過程見P334ras：tas溫度下水的汽化潛熱，kJ/kg水；Has：空氣的絕熱飽和濕度，kg水/kg干氣；cH：濕空氣的比熱，kJ/kg干氣?℃

28經(jīng)過以上分析可知，在空氣絕熱增濕過程中111濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的關(guān)系：tw：大量空氣與少量水接觸，空氣t、H的不變；tas：大量水與一定量空氣接觸，空氣降溫、增濕。tw：是傳熱與傳質(zhì)速率均衡的結(jié)果，屬于動平衡；tas：是由熱量橫算與物料衡算導(dǎo)出的，屬于靜平衡。tw與tas數(shù)值上的差異取決于α/kH

與cH兩者之間的差別。

29濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的關(guān)系：tw112當(dāng)空氣為不飽和狀態(tài)：ttw(tas)td；當(dāng)空氣為飽和狀態(tài)：t

=tw(tas)=td。空氣—水體系，，空氣—甲苯體系，，twtas30當(dāng)空氣為不飽和狀態(tài)：ttw(tas)td；1138.1.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用一、濕度圖五條線：1.等H線；2.等I線；3.等t線；4.等φ線；5.水蒸氣分壓線。318.1.2 空氣的濕度圖及其應(yīng)用一、濕度圖五條線：114二、濕度圖的應(yīng)用1、利用濕度圖查取濕空氣的物性32二、濕度圖的應(yīng)用1、利用濕度圖查取濕空氣的物性1152、濕空氣狀態(tài)點的確定332、濕空氣狀態(tài)點的確定116【例7-2】在總壓為101.3kpa下，空氣的溫度為20℃，濕度為0.01kg水/kg干氣。試求：1.φ、td、

tw；2.總壓P與濕度H不變，將空氣溫度提高至50℃時的φ；3.溫度t與濕度H不變，將空氣總壓提高至120kpa時的φ；4.若總壓提高至300kpa，溫度仍為20℃，每100m3原來的濕空氣所冷凝出來的水分量？34【例7-2】在總壓為101.3kpa下，空氣的溫度為20117結(jié)論：

因此，提高濕空氣溫度t，不僅提高了濕空氣的焓值，使其作為載熱體外，也降低了相對濕度使其作為載濕體?！纠?-3】教材P281、例7-235結(jié)論：因此，提高濕空氣溫度t，不僅提高1187.2

干燥過程的物料衡算與熱量衡算7.2.1 濕物料中含水量7.2.2干燥過程的物料衡算7.2.3熱量衡算7.2.4空氣出口狀態(tài)的確定7.2.5干燥器的熱效率367.2干燥過程的物料衡算與熱量衡算7.2.1 1197.2.1 濕物料中含水量兩種表示方法：一、濕基含水量w[kg水/kg濕物料]377.2.1 濕物料中含水量兩種表示方法：一、濕基含水120二、干基含水量X[kg水/kg干物料]三、兩者關(guān)系38二、干基含水量X[kg水/kg干物料]三、兩者1217.2.2干燥過程的物料衡算干燥流程圖預(yù)熱器L,t0,H0L,t1,H1干燥器L,t2,H2

濕物料G1,w1,(X1),θ1

產(chǎn)品G2,w2,(X2),θ2新鮮空氣廢氣397.2.2干燥過程的物料衡算干燥流程圖預(yù)熱122L——絕干空氣質(zhì)量流量，[kg干氣/hr]；G1、G2——物料進出干燥器總量，[kg物料/hr]。一、絕干物料量Gc[kg干物料/hr]二、汽化水分量W[kg水/hr]水分汽化量＝濕物料中水分減少量＝濕空氣中水分增加量40L——絕干空氣質(zhì)量流量，[kg干氣/hr]；一、絕干物123三、絕干空氣用量L[kg干氣/hr][kg干氣/kg水]

比空氣用量：每汽化1kg的水所需干空氣的量。（單位空氣消耗量）41三、絕干空氣用量L[kg干氣/hr][kg干氣/k124四、濕空氣參數(shù)1.濕空氣用量[kg濕氣/kg水][kg濕氣/hr]2.濕空氣體積[kg濕氣/kg水][kg濕氣/hr]3.濕空氣密度[kg濕氣/m3濕氣]42四、濕空氣參數(shù)1.濕空氣用量[kg濕氣/kg水][kg1257.2.3熱量衡算QLI1,L,t1,H1

產(chǎn)品G2,w2,(X2),θ2

濕物料G1,w1,(X1),θ1I2,L,t2,H2廢氣I0,L,t0,H0新鮮空氣QP預(yù)熱器QD干燥器437.2.3熱量衡算QLI1,L,t1,H1126QP：預(yù)熱器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]；QD：干燥器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]。外加總熱量Q＝QP＋QD汽化1kg水所需熱量：[kJ/kg水]44QP：預(yù)熱器內(nèi)加入熱量，[kJ/hr]；外加總熱量Q＝127一、預(yù)熱器的加熱量計算qP若忽略熱損失，則[kJ/kg水]二、干燥器的熱量衡算輸入量（1）濕物料帶入熱量（焓值）45一、預(yù)熱器的加熱量計算qP若忽略熱損失，則[kJ/kg128cM：干燥后物料比熱，[kJ/kg濕料℃]；cw：水的比熱，[kJ/kg水℃]。（2）空氣帶入的焓值[kJ/kg水]（3）干燥器補充加入的熱量[kJ/kg水]46cM：干燥后物料比熱，[kJ/kg濕料℃]；（2）空氣帶1292.輸出量（1）干物料帶出焓值：（2）廢氣帶出焓值：（3）熱損失：Σ輸入＝Σ輸出物料升溫所需熱量472.輸出量（1）干物料帶出焓值：（2）廢氣帶出焓值：（130所需外加總熱量q：48所需外加總熱量q：131491327.2.4空氣出口狀態(tài)的確定一、等焓干燥過程（絕熱干燥過程或理想干燥過程）——空氣在進、出干燥器的焓值不變。過程分析：507.2.4空氣出口狀態(tài)的確定一、等焓干燥過程（絕熱133令：則有：：外界補充的熱量及濕物料中被汽化水分帶入的熱量；：熱損失及濕物料進出干燥器熱量之差。51令：則有：：外界補充的熱量及濕物料中被汽化水分：熱損失及134等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況，其一無熱損失濕物料不升溫干燥器不補充熱量濕物料中汽化水分帶入的熱量很少52等焓過程：等焓過程又可分為兩種情況，其一無熱損失濕物料不135

空氣放出的顯熱完全用于蒸發(fā)水分所需的潛熱，而水蒸汽又把這部分潛熱帶回到空氣中，所以空氣焓值不變。以上兩種干燥過程均為等焓干燥過程。若即：濕物料中水分帶入的熱量及干燥器補充的熱量正好與熱損失及物料升溫所需的熱量相抵消，此時，空氣的焓值也保持不變。其二53空氣放出的顯熱完全用于蒸發(fā)水分所需的潛熱136二、實際干燥過程1.補充熱量大于損失的熱量即——在非絕熱情況下進行的干燥過程。2.補充熱量小于損失的熱量即54二、實際干燥過程1.補充熱量大于損失的熱量即——在非絕1373.空氣出口狀態(tài)的確定方法——即確定H2、I2(H2、I2)（1）計算法（2）圖解法舉一例題553.空氣出口狀態(tài)的確定方法——即確定H2、I2(H2、1387.2.5干燥器的熱效率一、熱效率定義：二、影響熱效率的因素1.567.2.5干燥器的熱效率一、熱效率定義：二、影響熱效139

因此，t2不能過低，一般規(guī)定t2比進入干燥器時空氣的濕球溫度tw高20~50℃。2.3.回收廢氣中熱量4.加強管道保溫，減少熱損失57因此，t2不能過低，一般規(guī)定t2比進入干1407.3

干燥速率與干燥時間7.3.1 物料中所含水分性質(zhì)7.3.2 恒定干燥條件下的干燥速率7.3.3 恒定干燥條件下恒速階段干燥時間7.3.4 恒定干燥條件下降速階段干燥時間587.3干燥速率與干燥時間7.3.1 物料中所含水1417.3.1 物料中所含水分性質(zhì)一、物料與水分結(jié)合方式吸附水分：濕物料的粗糙外表面附著的水分。毛細(xì)管水分：多孔性物料的孔隙中所含的水分。溶脹水分：是物料組成的一部分，可透入物料細(xì)胞壁內(nèi)，使物料的體積為之增大。597.3.1 物料中所含水分性質(zhì)一、物料與水分結(jié)合方式142二、平衡水分與自由水分1.平衡水分（X*）——不能用干燥方法除去的水分。2.自由水分（X－X*）——可用干燥方法除去的水分。X*=f（物料種類、空氣性質(zhì)）60二、平衡水分與自由水分1.平衡水分（X*）——不能用干143三、結(jié)合水分與非結(jié)合水分結(jié)合水分

——水與物料結(jié)合力強，pw<ps。2.非結(jié)合水分

——水與物料結(jié)合力弱，pw＝ps。

結(jié)合水分與非結(jié)合水分只與物料的性質(zhì)有關(guān)，而與空氣的狀態(tài)無關(guān)，這是與平衡水分的主要區(qū)別。平衡水分一定是結(jié)合水分。61三、結(jié)合水分與非結(jié)合水分結(jié)合水分2.非結(jié)合水分14462145