干燥與濕空氣

干燥與濕空氣第一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)概述一、去濕方法機械去濕法：過濾、壓榨和離心分離等。物理化學去濕法：用吸濕性物料如石灰、無水氯化鈣等吸收水分。熱能去濕法：加熱物料使水分或其中濕分汽化并排除，如蒸發(fā)、干燥等。第二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日二、干燥過程的分類按操作方法：連續(xù)式、間歇式按操作壓力：常壓干燥、減壓（真空）干燥按熱能傳遞方式：傳導干燥、對流干燥、輻射干燥、和介電加熱干燥等。其中工業(yè)中最普遍使用的是對流干燥。第三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日三、本章學習內(nèi)容計目的學習內(nèi)容：以空氣為干燥介質(zhì)，水為被去除濕分的對流干燥，即以對流方式，利用熱空氣將固體物料中的水分去除掉的單元操作。學習目的：1、掌握濕空氣的相關物性參數(shù)；2、空氣焓濕圖的結構及用法；3、干燥過程的物料計算和熱量衡算；4、干燥時間的計算；5、了解干燥設備的類型。第四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日四、干燥能夠進行的條件物料干空氣，pVpW被干燥物料表面所產(chǎn)生水蒸汽的分壓pW大于干燥介質(zhì)（熱空氣）中水蒸汽的壓力pV。第五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)及濕度圖一、濕空氣的性質(zhì)濕空氣：主要包含有絕對干燥的空氣和水蒸汽1、濕空氣的水分含量：（1）水蒸汽分壓pv第六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日（2）絕對濕度H（濕含量）濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕對干空氣的質(zhì)量之比，單位為：kg水汽/kg干空氣。第七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日（3）相對濕度ψ在一定溫度及總壓下，濕空氣中的水汽分壓pv

與同溫度下水的飽和蒸汽壓pS

之比。相對濕度可以反映濕空氣中水汽接近飽和的程度，當ψ=0，表示濕空氣不含水分，即為絕干空氣。當ψ=1，表示濕空氣為飽和空氣，不能再吸收水分，即不能用于干燥。第八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日2、濕空氣的溫度：（1）干球溫度t：℃即濕空氣的溫度，用普通溫度計測量即可。（2）濕球溫度tW：℃將溫度計的感溫球用紗布包裹，紗布用水保持濕潤，這支溫度計稱為濕球溫度計，它在空氣中達到平衡或穩(wěn)定時的溫度稱空氣的濕球溫度。

第九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日干濕球溫度計第十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日濕球溫度實際上表示濕紗布中水分的溫度，而并不代表空氣的真實溫度，由于此溫度由濕空氣的溫度、濕度所決定，故稱其為濕空氣的濕球溫度。它是代表濕空氣狀態(tài)或性質(zhì)的一種參數(shù)。（3）絕熱飽和溫度tas，℃絕熱飽和器，不飽和的空氣與大量水接觸，直至達到飽和。

第十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日幾點說明：①此過程對空氣而言，是H增加，焓值I不變的過程，即等焓增濕過程；②對于水-空氣系統(tǒng)，可認為tw=tas；（4）濕空氣的露點td，℃不飽和的空氣在濕含量Ｈ不變的情況下冷卻，達到飽和狀態(tài)時的溫度，稱為該濕空氣的露點。對于不飽和濕空氣，t＞tw

＞td，對于飽和濕空氣，t=tw=td。第十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日3、濕空氣的其它狀態(tài)參數(shù)（1）濕空氣的焓，I，KJ/Kg絕對干空氣濕空氣中1kg絕干空氣的焓與相應水汽的焓之和，稱為濕空氣的焓。Ｉ——濕空氣的焓，kJ/kg絕干空氣；

Ig——絕干空氣的焓，kJ/kg絕干空氣；

Iv——水汽的焓，kJ/kg水汽。第十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日（2）濕空氣的比熱CH，KJ/（Kg絕干空氣℃）常壓下，將濕空氣中1kg絕干空氣及相應Ｈkg水汽的溫度升高1℃所需要的熱量，稱為濕空氣的比熱，簡稱濕比熱。第十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日（2）濕空氣的比熱υH，m3/Kg絕干空氣1kg絕干空氣對應的濕空氣的體積，稱為濕空氣的比容積，亦稱濕容積。第十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日二、濕空氣的焓濕圖（I-H圖）1、構造常用為總壓1atm下的焓濕圖，以H為橫坐標，I為縱坐標。為避免數(shù)據(jù)及曲線過于擁擠，常采用斜角坐標系。圖中任何一點即代表一種特定的空氣狀態(tài)。上面共有五種曲線：（1）等焓線——與斜軸平行的一組直線；（2）等濕度線——與縱軸平行的一組直線；（3）等溫線——當空氣的干球溫度t不變時，I與H成直線關系，在I-H圖中對應不同的t，可作出許多等t線。其斜率為(1.88t+2492)，因此，不同的等t線之間并不是互相平行的。

第十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日（4）等相對濕度線——是一組從坐標原點散發(fā)出的曲線，根據(jù)公式繪制。（5）水蒸汽分壓線——表示空氣的濕度Ｈ與空氣中的水蒸汽分壓之間的關系。水蒸汽的分壓pv只隨濕度Ｈ而變化。第十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日等t線等ψ線水蒸汽分壓線等I線等H線IH第十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日2、焓濕圖（I-H圖）的使用：（1）已知空氣在圖上的狀態(tài)點，利用各種曲線找到該空氣的狀態(tài)參數(shù)。例如：已知狀態(tài)點A求：①H，②I，③t，④ψ，⑤p，⑥tw，⑦tdAEDFBCtwtd

φ=1HpI第十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日（1）已知空氣的兩個狀態(tài)參數(shù)，在圖上找到狀態(tài)點，再確定其它的狀態(tài)參數(shù)。例如：已知①t和tw②t和td

③t和ψ④H和t⑤p和t第二十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)干燥過程的物料衡算和熱量衡算一、物料衡算1、物料含水量的表示方法濕基含水率w干基含水率Ｘ第二十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日2、物料衡算主要包括水分蒸發(fā)量和絕對干空氣耗量的計算（1）水分蒸發(fā)量W

干燥過程如圖：

濕物料廢氣干物料熱空氣L,H1L,H2G1,w1,X1G2,w2,X2第二十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日G2—出干燥器的產(chǎn)品質(zhì)量，kg/hGc—濕物料中絕對干料的質(zhì)量，kg/hw1、w2—干燥前后物料的濕基含水量，kg/kg濕物料；X1、X2—干燥前后物料的干基含水量，kg水/kg干物料L—進、出干燥器的絕干空氣的流量，kg/hH1、H2—進、出干燥器的濕空氣的濕度，kg水/kg干空氣W—水分蒸發(fā)量，kg/h。G1—進入干燥的濕物料質(zhì)量，kg/h第二十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日第二十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日（2）絕對干空氣耗量的計算在干燥過程中，絕對干空氣的流量不變，為L只有其攜帶的水分的量是增加的，則所消耗的濕空氣的體積為第二十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日二、熱量衡算濕物料干物料新鮮空氣熱空氣廢氣G1,w1,θ1G2,w2,θ2QPQlt0,φ0t1,φ1t2,φ2L,H0,I0L,H1,I1L,H2,I2第二十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日第二十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日1、預熱器的熱量衡算2、干燥室的熱量衡算第二十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日輸入=輸出，整理后得：第二十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日第三十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日3、干燥系統(tǒng)的熱效率第三十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日例8—6今有一干燥器，處理濕物料量為800kg／h。要求物料干燥后含水量由30％減至4％(均為濕基)。干燥介質(zhì)為空氣，初溫15℃，相對濕度為50％，經(jīng)預熱器加熱至120℃,進入干燥器，出干燥器時降溫至45℃，相對濕度為80％。試求：(a)水分蒸發(fā)量W；

(b)空氣消耗量L、單位空氣消耗量l；

(c)如鼓風機裝在進口處，求鼓風機之風量V。

解(a)水分蒸發(fā)量W

第三十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日(b)空氣消耗量L、單位空氣消耗量l由I—H圖中查得，空氣在to＝15℃，φo＝50％時的濕度為H0＝0.005kg水/kg干空氣

第三十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日第三十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日

第四節(jié)干燥速度和干燥時間一、物料中所含水分的性質(zhì)1、結合水分與非結合水分結合水分是指包括物料細胞壁內(nèi)的水分、物料毛細管中的水分及以結晶水的形態(tài)存在于固體物料之中的水分等。非結合水分是指機械附著于固體表面的水分，如物料表面的吸附水分、較大孔隙中的水分等。第三十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日非結合水分與物料的結合力弱，其蒸汽壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓相同，干燥過程中較易除去；結合水分結合力強，其蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，致使干燥過程的傳質(zhì)推動力降低，故較難除去。

2、平衡水分與自由水分物料干燥到一定程度時，其表面的水蒸汽分壓同空氣中水蒸汽分壓達到相等，即物料中水分與濕空氣達到平衡狀態(tài)，此時物料所含水分稱為該空氣條件下物料的平衡水分，表示為X

e。第三十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日干燥過程達到平衡以前物料中能夠除去的水分稱為自由水分。3、幾種水分的關系結合水分和非結合水分只取決于物料本身的性質(zhì)，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)無關；平衡水分與自由水分則還取決于干燥介質(zhì)的狀態(tài)，干燥介質(zhì)狀態(tài)改變時，平衡水分和自由水分的數(shù)值將隨之改變；一般，自由水分包括全部非結合水和部分結合水，而平衡水分則為結合水分。第三十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日二、干燥機理當固體物料的含水量超過其平衡含水量時與干燥介質(zhì)接觸，雖則在開始時水分均勻地分布在物料中，但由于濕物料表面水分的汽化，遂形成物料內(nèi)部與表面的濕度差，由于物料內(nèi)部的水分借擴散作用向表面移動而在表面汽化，汽化的水分被介質(zhì)及時帶走，從而達到使固體物料干燥的目的。第三十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日一些物料中水分表面汽化的速率小于內(nèi)部擴散的速率時，稱為表面汽化控制；另一些物料中水分表面汽化的速率大于內(nèi)部擴散的速率，稱為內(nèi)部擴散控制。

干燥過程中，水分的遷移分為自內(nèi)部向表面的擴散和表面向外周的汽化，二者同時進行著，但在不同的時間，干燥機理并不同。

第三十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日三、恒定干燥條件下的干燥速率恒定干燥條件：干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式，在整個干燥過程中均保持恒定。1、干燥速率指單位時間內(nèi)、單位干燥面積上蒸發(fā)的水分量W。第四十頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日2、干燥曲線表示干燥過程中物料含水量X與干燥時間t、物料表面溫度θ關系的曲線，稱為干燥曲線。第四十一頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日表示物料干燥速率u與物料含水量X關系的曲線，稱為干燥速率曲線。2、干燥速率曲線AEDCBuX0X1Xu0X2XeAEDCBuX0X1Xu0X2Xe第四十二頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日由圖中可知，干燥分恒速干燥階段（B-C段），降速干燥階段（C-E段）C點為恒速干燥向降速干燥的轉(zhuǎn)折點，稱臨界點。第四十三頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日四、恒定干燥條件下的干燥時間1、恒速干燥時間t12、降速干燥時間t2可采用近似計算方法求t2

干燥速率曲線中，連接CE段成直線，即干燥速率與物料中的自由水分含量(X-Xe)成正比第四十四頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日第四十五頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日例8-2濕物料在恒定干燥條件下在5h內(nèi)由含水率35%降至10%，如果物料的平衡含水率為4%，臨界含水率為14%，求在同樣的干燥條件下，將物料干燥到含水率為6%（以上均為干基含水率）時，需要多少時間？解：已知第四十六頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日第四十七頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日第四十八頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日第四十九頁，共六十六頁，編輯于2023年，星期日化學實驗室，常用的烘干箱，它