西北大学化工原理电子教案14.干燥14.1概述14.1.1固体去湿方法和干燥过程应用一使固体物料达一定含湿量，便于运输、储藏、加工处理和使用。物料的去湿方法(1）机械去湿法(2）物理化学去湿法（3）热能去湿法（干燥）一利用热能除去固体物料中湿分。工业上一般将物料先进行机械去湿（沉降、过滤、离心分离等）后再用干燥。干燥操作分类1.按操作压力一常压干燥真空干燥：处理热敏性、易氧化、或要求含湿量低的物料。2.按操作方式一连续干燥间歇干燥：适用小批量、多品种、要求干燥时间长的物料。3.按加热方式一热传导干燥：又称间接加热干燥：对流传热干燥：又称直接加热干燥：辐射干燥介电干燥冷冻干燥对流干燥过程的特点一热、质同时传递的过程1.干燥介质（热空气）将热量传给湿物料：Λ2.物料表面湿分汽化，并通过表面处气膜向气流主体扩0:散；香水分汽化量3.由于表面湿分汽化，使物料内部与表面间产生湿分p水汽分压差，湿分以气态或液态由固体内部向表面扩散。干燥过程的必要条件一推动力物料表面湿分分压pw>空气中湿分的分压p1
西北大学化工原理电子教案 14. 干燥 14.1 概述 14.1.1 固体去湿方法和干燥过程 应用—使固体物料达一定含湿量，便于运输、储藏、加工处理和使用。 物料的去湿方法 (1) 机械去湿法 (2) 物理化学去湿法 (3) 热能去湿法（干燥）—利用热能除去固体物料中湿分。 工业上一般将物料先进行机械去湿（沉降、过滤、离心分离等）后再用干燥。 干燥操作分类 1． 按操作压力—常压干燥 真空干燥：处理热敏性、易氧化、或要求含湿量低的物料。 2． 按操作方式—连续干燥 间歇干燥：适用小批量、多品种、要求干燥时间长的物料。 3． 按加热方式—热传导干燥：又称间接加热干燥； 对流传热干燥：又称直接加热干燥； 辐射干燥 介电干燥 冷冻干燥 对流干燥过程的特点—热、质同时传递的过程 湿 物 料 热 空 气 气膜 θi pi p 水汽分压 W 水分汽化量 Q t 1． 干燥介质（热空气）将热量传给湿物料； 2． 物料表面湿分汽化，并通过表面处气膜向气流主体扩 散； 3． 由于表面湿分汽化，使物料内部与表面间产生湿分 差，湿分以气态或液态由固体内部向表面扩散。 干燥过程的必要条件—推动力 物料表面湿分分压pW > 空气中湿分的分压p 1
西北大学化工原理电子教案干燥介质一一般为不饱和的热空气，它既是载热体，又是载湿体。干燥速率由传热速率和传质速率共同支配。对流干燥过程的流程如下图所示：干爆器预热器空气废气①干燥产品湿物料14.1.2干燥过程的经济性1、鼓风一消耗电力2、预热一消耗热能3、热损失要提高干燥过程的经济性，必须采取措施回收热量，考虑能源的综合利用。14.2干燥静力学14.2.1湿空气的状态参数在干燥过程中，湿空气中的湿分在不断汽化，但绝对干空气量是不变的，因此湿空气的各个参数都是以单位质量绝对干空气为基准的。空气中水分含量的表示方法(1)水汽分压prP（总压）=Pg（干空气）+pv（水汽）(2)相对湿度定义一在一定总压下，= P- ×100%Ps相对湿度是衡量湿空气的不饱和程度，$=100%的湿空气，表示湿空气已被水汽饱和；?越低，湿空气偏离饱和程度越大，干燥能力越强：可见，相对湿度能反映湿空气的干燥（吸水气）能力。（3）（绝对）湿度H2
西北大学化工原理电子教案 干燥介质—一般为不饱和的热空气，它既是载热体，又是载湿体。 干燥速率由传热速率和传质速率共同支配。 对流干燥过程的流程如下图所示： 空气 预热器 湿物料 干燥器 废气 干燥产品 14.1.2 干燥过程的经济性 1、 鼓风—消耗电力 2、 预热—消耗热能 3、 热损失 要提高干燥过程的经济性，必须采取措施回收热量，考虑能源的综合利用。 14.2 干燥静力学 14.2.1 湿空气的状态参数 在干燥过程中，湿空气中的湿分在不断汽化，但绝对干空气量是不变的，因此湿空气的 各个参数都是以单位质量绝对干空气为基准的。 空气中水分含量的表示方法 （1） 水汽分压pv P（总压）=pg（干空气）+pv（水汽） （2） 相对湿度 φ 定义—在一定总压下， φ ×= %100 s v p p 相对湿度是衡量湿空气的不饱和程度， φ=100%的湿空气，表示湿空气已被水汽饱和； φ 越低，湿空气偏离饱和程度越大，干燥能力越强； 可见，相对湿度 φ 能反映湿空气的干燥（吸水气）能力。 （3）（绝对）湿度 H 2
西北大学化工原理电子教案湿空气中湿分的质量m,定义：H=湿空气中干空气的质量m。M,n,-!M,.P.MngM,P-p18P,Pr=0.622—[kg水/kg干空气]29 P-pvP-pv饱和湿度Hs=0.622_PP-ps可见饱和湿度与空气的总压和温度有关。op因为pv=ps，H=0.622P-Op,与过程计算有关的参数湿空气的比体积UH(1)定义一含有单位质量干空气的湿空气的体积。m干空气+m水分[m/kg干空气]UH=kg干空气=Ug+UH273+t1.0133×10522.422.4H)=(P2918273273+t1.0133×105=(0.773+1.244H)273P（2）湿空气的比热容cH定义一含有单位质量干空气的湿空气，温度升高1K所需的热量。CH=Cg+cvH=1.01+1.88H[kJ/kg干空气·K]湿空气的比热容随湿空气的湿度而变化3
西北大学化工原理电子教案 定义： g v m m H 湿空气中干空气的质量 湿空气中湿分的质量 = v v g v gg vv pP p M M nM nM − ⋅== v v v v pP p pP p − = − ⋅= 622.0 29 18 [kg 水/kg 干空气] 饱和湿度 s s S pP p H − = 622.0 可见饱和湿度与空气的总压和温度有关。 因为pv=φps， s s pP p H ϕ ϕ − = 622.0 与过程计算有关的参数 （1） 湿空气的比体积υ H 定义—含有单位质量干空气的湿空气的体积。 干空气 干空气 水分 kg m m H 3 3 + υ = [m3 /kg干空气] υ υvg ⋅+= H P t H P t H 5 5 100133.1 273 273 )244.1773.0( 100133.1 273 273 ) 18 4.22 29 4.22 ( × ⋅ + ⋅+= × ⋅ + ⋅+= （2）湿空气的比热容cH 定义—含有单位质量干空气的湿空气，温度升高 1K所需的热量。 cH=cg+cvH =1.01+1.88H [kJ/kg 干空气·K] 湿空气的比热容随湿空气的湿度而变化. 3
西北大学化工原理电子教案（3）湿空气的恰IH定义一湿空气的恰为所含干空气的恰和水汽的恰之和。以1kg干空气为基准：In=I,+HI,[kJ/kg干空气]恰是相对值，取0℃下的干空气和液态水的恰为基准态，干空气只包括显热，Ig=cgt水汽包括0℃时的汽化潜热和0℃以上的显热，I,=ro+ctlH=(cg+c,H)t+roH=(1.01+1.88H)+2492H可见湿度越大、温度越高，则恰越大。湿空气的温度★干球温度1露点t一将不饱和空气在等湿（H不变）下冷却至饱和状态，此时的温度称为露点?(dew-point)。饱和状态一指H=Hs，P=ps，9=100%；若空气温度下降至露点以下，将有水滴析出（称露水）。湿度越大，露点越高。应用：1）测得空气的露点，求空气的湿度一Ps,d2-H=Hsd=0.622P-PsJd2）已知空气的总压P和湿度H，利用等湿过程，求露点一HP，查水汽表，对应的温度为t。Ps,d = P,=0.622+H可见，空气的露点是反映空气湿度的一个特征温度。★湿球温度tw机理一将湿球温度计放入温度为1、湿度为H的不饱和空气中，假设开始时，湿球纱布中水分的温度等于空气温度，空气与湿球上的水之间无热量传递。1）由于湿球表面p>p，湿球表面的水分汽化并向空气扩散，由于空气与湿球之间无温度差，故水分汽化所需的热量只能取自于湿球上的水，使湿球温度下降；4
西北大学化工原理电子教案 （3）湿空气的焓IH 定义—湿空气的焓为所含干空气的焓和水汽的焓之和。 以 1kg 干空气为基准： IH=Ig+HIv [kJ/kg干空气] 焓是相对值，取 0o C下的干空气和液态水的焓为基准态， 干空气只包括显热，Ig=cgt 水汽包括 0o C时的汽化潜热和 0o C以上的显热， Iv=r0+cvt IH=(cg+cvH)t+r0H=(1.01+1.88H)t+2492H 可见湿度越大、温度越高，则焓越大。 湿空气的温度 干球温度 t 露点td—将不饱和空气在等湿（H不变）下冷却至饱和状态，此时的温度称为露点 （dew-point）。 饱和状态－指H=Hs，p=ps，φ=100%；若空气温度下降至露点以下，将有水滴析出（称 露水）。湿度越大，露点越高。 应用： 1）测得空气的露点，求空气的湿度— tds tds tds pP p HH , , , 622.0 − −== 2）已知空气的总压 P 和湿度 H，利用等湿过程，求露点— H HP pp vtds + == 622.0 , ，查水汽表，对应的温度为td 可见，空气的露点是反映空气湿度的一个特征温度。 湿球温度tW 机理—将湿球温度计放入温度为 t、湿度为 H 的不饱和空气中，假设开始时，湿球纱布 中水分的温度等于空气温度，空气与湿球上的水之间无热量传递。 1）由于湿球表面ps>pv，湿球表面的水分汽化并向空气扩散，由于空气与湿球之间无温度差， 故水分汽化所需的热量只能取自于湿球上的水，使湿球温度下降； 4
西北大学化工原理电子教案干湿球温度计2）由于湿球温度小于空气温度，有热量从空气向湿球传递；温辣温计3）刚开始时，传递的热量尚不够水汽化所需之热，湿2球温度继续下降：4）传热速率随温度差增大而增大，最后达到动态平衡，此时湿球的水温不再下降，而达到一个稳定的温度，称湿球温度。事实上，不论水温如何，最终必将达到此动态平衡由于湿空气量大，水分的汽化并不影响空气的H和t。而湿球温度是由空气的H和t所决定，因此湿球温度是湿空气的一个状态参数。实际应用：由干球温度和湿球温度，求湿度H1.空气向湿球表面的传热速率：Q=αA（t-tw）2.湿球表面水分向空气主体的对流传质速率N=kmA(Hw-H)式中：kH—以湿度差为推动力的传质系数；kg水/m2-sA一湿球纱布的表面积；m2Hw一在湿球温度下，空气的饱和湿度：kg水/kg干空气H一在干球温度下，空气的饱和湿度；kg水/kg干空气3.在平衡时：9Q=aA(t-tw)=kHA（Hw-H)rw_k"w(Hw-H)得：w=t-a实验证明kH、α都与气速的0.8次方成正比，所以kHlα与气速无关，对空气-水系统，α/kh=1.09×10"JAH(kg水℃)湿球温度计必须安放在空气流速大于5m/s的环境中，以减少热辐射和热传导的影响。★绝热饱和温度tas绝热饱和器安*.22X5
西北大学化工原理电子教案 2）由于湿球温度小于空气温度，有热量从空气向湿球 传递； 3）刚开始时，传递的热量尚不够水汽化所需之热，湿 球温度继续下降； 干球温度计 湿球温度计 气流 H，t t 水 湿纱布 tW 干湿球温度计 4）传热速率随温度差增大而增大，最后达到动态平衡， 此时湿球的水温不再下降，而达到一个稳定的温度，称 湿球温度。 事实上，不论水温如何，最终必将达到此动态平衡由于湿空气量大，水分的汽化并不影 响空气的 H 和 t。而湿球温度是由空气的 H 和 t 所决定，因此湿球温度是湿空气的一个状态 参数。 实际应用：由干球温度和湿球温度，求湿度 H 1．空气向湿球表面的传热速率： Q=αA（t-tW） 2．湿球表面水分向空气主体的对流传质速率： N=kHA（HW-H） 式中：kH—以湿度差为推动力的传质系数；kg水/m2 ·s A—湿球纱布的表面积；m 2 HW—在湿球温度下，空气的饱和湿度；kg水/kg干空气 H—在干球温度下，空气的饱和湿度；kg 水/kg 干空气 3．在平衡时： Q=αA（t-tW）=kHA（HW-H）rW 得： HH )( rk tt W WH W −= − α 实验证明kH、α都与气速的 0.8 次方成正比，所以kH/α与气速无关， 对空气-水系统，α/ kH ≈1.09×10 3 J⋅ΔH(kg水⋅ o C) 湿球温度计必须安放在空气流速大于 5m/s 的环境中，以减少热辐射和热传导的影响。 绝热饱和温度tas 绝热隔墙 补充水 tas，Has tas 空气 H，t 绝热饱和器 5