第八章干燥 ●内容简介 本章主要介绍以湿空气为干燥介质、湿分为水的对流干燥过程的理论基础，对湿空气的 性质、干燥过程的相平衡、干燥过程的基本计算、工业常用干燥设备进行了较为详细的讨论。 静本章重点 ①湿空气性质 ②固体物料干操村程的相平衡！ ③恒定干燥条件下的干燥曲线和干燥速度曲线 ④基本干燥过程计算， 包 嵘过程的物料衡算、热量衡算和干燥时间的计算 ⑤典型干燥设备的工作原理、结构特点。 ●本章难点 空气性质中的绝热饱和温度：和湿球温度w的概念及二者的异同 81概述 1.物料的去湿方法 化工生产中的固体原料、产品或半成品为便于进一步的加工、运输、贮存和使用，常常需 要将其中所含的湿分（水或有机溶剂）去除至规定指标，这种操作简称为”去湿”。“去湿“的 方法可分为以下三类： (1机械去湿 2吸附去湿 (3)热能去湿即干燥 "去湿”方法中较为常用的方法是干燥。 ①干燥过程：利用热能除去固体湿物料中湿分的单元操作。 ②干燥过程的本质：被除去的湿分从固相转移到气相中（固相为被干燥的物料，气相为干燥 介质)。在去湿过程中，湿分发生相变，耗能大、费用高，但湿分去除较为彻底。 ③干燥过程分类 (a)按操作压力可分为常压干燥、真空干燥。 (b)按操作方式可分为连续式、间歇式。 (c)按照热能供给湿物料的方式干燥可分为以下四种： 传号干燥：热能通过传热噬面以传导方式加热物料，产生的蒸汽被干燥介质带走 对流干燥： 燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式传递给物料，产生蒸汽被干燥介 质带走 辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，被物料吸收转化为热能，使 湿分汽化。 介电加热干燥：将需要干燥的物料放在高频电场内，利用高频电场的交变作用，将湿物料 加热，并汽化湿分。 本章主要讨论干燥介质是空气，湿分是水的对流干燥过程 2对流干燥的特点 ()对流干燥流程： 预热器 千燥器 湿物料 子娘产品 图8，】干焕流程示意围 如图8.1所示，湿空气经风机送入预热器，加热到一定温度后送入干燥器与湿物料直接
第八章 干燥 内容简介 本章主要介绍以湿空气为干燥介质、湿分为水的对流干燥过程的理论基础，对湿空气的 性质、干燥过程的相平衡、干燥过程的基本计算、工业常用干燥设备进行了较为详细的讨论。 本章重点 ①湿空气性质； ②固体物料干燥过程的相平衡； ③恒定干燥条件下的干燥曲线和干燥速度曲线； ④基本干燥过程计算，包括干燥过程的物料衡算、热量衡算和干燥时间的计算； ⑤典型干燥设备的工作原理、结构特点。 本章难点 湿空气性质中的绝热饱和温度 tas 和湿球温度 tw 的概念及二者的异同； 8.1 概述 1.物料的去湿方法 化工生产中的固体原料、产品或半成品为便于进一步的加工、运输、贮存和使用，常常需 要将其中所含的湿分（水或有机溶剂）去除至规定指标, 这种操作简称为"去湿"。"去湿"的 方法可分为以下三类： ⑴机械去湿 ⑵吸附去湿 ⑶热能去湿即干燥 "去湿"方法中较为常用的方法是干燥。 ①干燥过程：利用热能除去固体湿物料中湿分的单元操作。 ②干燥过程的本质：被除去的湿分从固相转移到气相中(固相为被干燥的物料，气相为干燥 介质)。在去湿过程中，湿分发生相变，耗能大、费用高，但湿分去除较为彻底。 ③干燥过程分类： （a）按操作压力可分为常压干燥、真空干燥。 （b）按操作方式可分为连续式、间歇式。 （c）按照热能供给湿物料的方式,干燥可分为以下四种： 传导干燥：热能通过传热壁面以传导方式加热物料，产生的蒸汽被干燥介质带走。 对流干燥：干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式传递给物料，产生蒸汽被干燥介 质带走。 辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，被物料吸收转化为热能，使 湿分汽化。 介电加热干燥：将需要干燥的物料放在高频电场内，利用高频电场的交变作用，将湿物料 加热，并汽化湿分。 本章主要讨论干燥介质是空气，湿分是水的对流干燥过程。 2.对流干燥的特点 ⑴对流干燥流程： 如图 8.1 所示，湿空气经风机送入预热器，加热到一定温度后送入干燥器与湿物料直接
接触，进行传质、传热，最后废气自干燥器另一端排出。 干燥若为连续过程，物料被连续的加入与排出，物料与气流接触可以是并流、逆流或其 它方式。若为间过程 湿物料被成批放入干燥器内，达到一定的要求后再取出 经预热的高温热空气与低温湿物料接触时，热空气传热给固体物料，若气流的水汽分压 低于固体表面水的分压时，水分汽化并进入气相，湿物料内部的水分以液态或水汽的形式扩 散至表面，再汽化进入气相，被空气带走。所以，干燥是传热、传质同时进行的过程，但传 递方向不同。 传热 传质 方向从气相到固体从固体到气相 推动力温度差水汽分压差 (②干燥过程进行的必要条件 ①湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压： ②干燥介质将汽化的水汽及时带走。 为确定干燥过程所需空气用量、热量消耗及干燥时间，而这些问题均与湿空气的性质有 关。为此，以下介绍湿空气的性质。 8.2湿空 气的性质与湿度图 8.2.1湿空气的性质 湿空气：含有湿分的空气。 基准：干燥过程中，绝干空气的质量不变，故干燥计算以单位质量绝干空气为基准 如何表征空气中所含水分的大小？通常用两个参数：湿度、相对湿度。 1.湿度（湿含量）H 湿度H是湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。 (1)定义式 M 188 H=M29 =0622，kg1g干空气 式中：Ma一一干空气的摩尔质量，kg/kmol: 一一水蒸汽的摩尔质量，ke/kmol: 。 -湿空气中干空气的千摩数，kmol: 一湿空气中水蒸汽的千摩尔数，kmol。 (2)以分压比表示 H=0.622p-p, 式中：P,一一水蒸汽分压，Nm2 P——湿空气总压，Nm2。 (3)饱和湿度Hs: 若湿空气中水蒸汽分压恰好等于该温度下水的饱和蒸汽压P5,此时的湿度为在该温度 下空气的最大湿度，称为饱和湿度，以s表示
接触，进行传质、传热，最后废气自干燥器另一端排出。 干燥若为连续过程，物料被连续的加入与排出，物料与气流接触可以是并流、逆流或其 它方式。若为间歇过程，湿物料被成批放入干燥器内，达到一定的要求后再取出。 经预热的高温热空气与低温湿物料接触时，热空气传热给固体物料，若气流的水汽分压 低于固体表面水的分压时，水分汽化并进入气相，湿物料内部的水分以液态或水汽的形式扩 散至表面，再汽化进入气相，被空气带走。所以，干燥是传热、传质同时进行的过程，但传 递方向不同。 传热 传质 方向 从气相到固体 从固体到气相 推动力 温度差 水汽分压差 ⑵干燥过程进行的必要条件： ①湿物料表面水汽压力大于干燥介质水汽分压； ②干燥介质将汽化的水汽及时带走。 为确定干燥过程所需空气用量、热量消耗及干燥时间，而这些问题均与湿空气的性质有 关。为此，以下介绍湿空气的性质。 8.2 湿空气的性质与湿度图 8.2.1 湿空气的性质 湿空气：含有湿分的空气。 基准：干燥过程中，绝干空气的质量不变，故干燥计算以单位质量绝干空气为基准。 如何表征空气中所含水分的大小？通常用两个参数：湿度、相对湿度。 1.湿度（湿含量）H 湿度 H 是湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。 （1）定义式 式中：Ma——干空气的摩尔质量，kg/kmol； Mv——水蒸汽的摩尔质量，kg/kmol； ——湿空气中干空气的千摩数，kmol； ——湿空气中水蒸汽的千摩尔数，kmol。 （2）以分压比表示 式中： ——水蒸汽分压，N/ ； P——湿空气总压，N/ 。 （3）饱和湿度 Hs： 若湿空气中水蒸汽分压恰好等于该温度下水的饱和蒸汽压 Ps，此时的湿度为在该温度 下空气的最大湿度,称为饱和湿度，以 Hs 表示
Ha=0.622P-p, D. 式中：p,-一同温度下水的饱和蒸汽压，Nm2。 注：由于水的饱和蒸汽压只与温度有关，故饱和湿度是湿空气总压和温度的函数。 2.相对湿度φ 当总压一定时，湿空气中水蒸汽分压，与一定总压下空气中水汽分压可能达到的最大值 之比的百分数，称为相对湿度。 (1)定义式 -号10% (P.≤PD P-2g×100% (>P (②)意义：相对湿度表明了湿空气的不饱和程度，反映湿空气吸收水汽的能力。 p1(或100%)，表示空气已被水蒸汽饱和，不能再吸收水汽，已无干燥能力。φ愈小， 即Pv与Ps差距愈大，表示湿空气偏离饱和程度愈远，干燥能力愈大。 (3H、p、【之间的函数关系： H=06 可见，对水蒸汽分压相同，而温度不同的湿空气，若温度愈高，则Ps值愈大，·值愈 小，干燥能力愈大。 以上介绍的是表示湿空气中水分含量的两个性质，下面来学习与热量衡算有关的性质。 3湿比热cm: 定义：将kg干空气和其所带的Hkg水蒸气的温度升高1℃所需的热量。简称湿热。 c4=c+cvH=1.o1+1.88HUe干空气·C 式中：Ca -干气比热，其值约为101kJ八干气·℃ Cv- 水蒸汽比热，其值约为1.88kg干空气·℃ 4烙1： 湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其所带Hkg水蒸汽的焓之和。 计算基淮：0℃时干空气与液态水的焓等于零。 1=c1+(+c,)H=H+(c,+c,H)1=2492H+1.01+1.88H)tkg干空气 式中：一0℃时水蒸汽汽化潜热，其值为2492kg 5.湿空气比容U烟 定义：每单位质量绝干空气中所具有的空气和水蒸汽的总体积。 =,+H=07+124n27'x101310 273 m1kg干气 由上式可见，湿比容随其温度和湿度的增加而增大。 6.器点td ()定义：一定压力下，将不饱和空气等湿降温至饱和，出现第一滴露珠时的温度
式中： s p ——同温度下水的饱和蒸汽压，N/ 。 注：由于水的饱和蒸汽压只与温度有关，故饱和湿度是湿空气总压和温度的函数。 2.相对湿度 φ 当总压一定时,湿空气中水蒸汽分压 pv 与一定总压下空气中水汽分压可能达到的最大值 之比的百分数,称为相对湿度。 ⑴定义式 ⑵意义：相对湿度表明了湿空气的不饱和程度，反映湿空气吸收水汽的能力。 φ=1（或 100%），表示空气已被水蒸汽饱和,不能再吸收水汽，已无干燥能力。φ 愈小， 即 Pv 与 Ps 差距愈大，表示湿空气偏离饱和程度愈远，干燥能力愈大。 ⑶H、φ、t 之间的函数关系： 可见，对水蒸汽分压相同，而温度不同的湿空气，若温度愈高，则 Ps 值愈大，φ 值愈 小，干燥能力愈大。 以上介绍的是表示湿空气中水分含量的两个性质，下面来学习与热量衡算有关的性质。 3.湿比热 cH： 定义：将 1kg 干空气和其所带的 Hkg 水蒸气的温度升高 1℃所需的热量。简称湿热。 kJ/kg 干空气·℃ 式中：Ca——干空气比热，其值约为 1.01 kJ/kg 干空气·℃ Cv——水蒸汽比热, 其值约为 1.88 kJ/kg 干空气·℃ 4.焓 I： 湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其所带 Hkg 水蒸汽的焓之和。 计算基准：0℃时干空气与液态水的焓等于零。 I c t r c t H r H c c H t H H t g v g v ( ) ( ) 2492 (1.01 1.88 ) = + 0 + = 0 + + = + + kJ/kg 干空气 式中：r0——0℃时水蒸汽汽化潜热，其值为 2492kJ/kg。 5.湿空气比容H 定义：每单位质量绝干空气中所具有的空气和水蒸汽的总体积。 m k g干气 P t H g wH H / 101.3 10 273 273 (0.773 1.244 ) 3 2 + = + = + 由上式可见,湿比容随其温度和湿度的增加而增大。 6.露点 td (1)定义：一定压力下，将不饱和空气等湿降温至饱和，出现第一滴露珠时的温度
H=0622p-pa B 式中：Pg一为露点ta时饱和蒸汽压，也就是该空气在初始状态下的水蒸汽分压。 (2)计算ta HP P4-0622+月 计算得到P。,查其相对应的饱和温度，即为该湿含量H和总压P时的露点ta (3)同样地，由露点t:和总压P可确定湿含量H。 H=0.622P, P-Pa 7干、湿球温度 (1)干球温度：在空气流中放置一支普通温度计，所测得空气的温度为，相对于湿球温度 而言，此温度称为空气的干球温度。 (2)湿球温度：如图所示，用水润湿纱布包裹温度计的感湿球，即成为一湿球温度计。将 它置于一定温度和湿度的流动的空气中，达到稳态时所测得的温度称为空气的湿球温度，以 【表示 ⊙过程分析：当不饱和空气流过湿球表面时，由于湿纱布表面的恤和蒸汽压大于空气中的水 燕汽分压，在湿纱布表面和气体之间存在着湿度差，这一湿度差使湿纱布表面的水分汽化被 气流带走，水分汽化所需潜热，首先取自湿纱布的显热，使其表面降温，于是在湿纱布表面 与气流之间又形成了温度差，这一温度差将引起空气向湿纱布传递热量。 外充液，温度 图8.2湿球温度计 ②计算式：当单位时间由空气向湿纱布传递的热量恰好等于单位时间自湿纱布表面汽化水分 所需的热量时，湿纱布表面就达到一稳态温度，即湿球温度。经推导得： 6,=-(H,- 式中：H一一湿空气在温度为w下的饱和湿度，kg水kg干气： H 一空气的湿度，kg水kg干气。 ③实验表明：当流速足够大时，热、质传递均以对流为主，且k知及α都与空气速度的0.8 次幂成正比，一般在气速为3.8~10.2m5s的范围内，比值a近似为一常数（对水蒸汽与空
式中： ——为露点 时饱和蒸汽压, 也就是该空气在初始状态下的水蒸汽分压 pv 。 （2）计算 计算得到 ，查其相对应的饱和温度，即为该湿含量 H 和总压 P 时的露点 。 （3）同样地，由露点 和总压 P 可确定湿含量 H。 d d P p p H − = 0.622 7.干、湿球温度 （1）干球温度：在空气流中放置一支普通温度计，所测得空气的温度为 t，相对于湿球温度 而言，此温度称为空气的干球温度。 （2）湿球温度：如图所示，用水润湿纱布包裹温度计的感湿球，即成为一湿球温度计。将 它置于一定温度和湿度的流动的空气中，达到稳态时所测得的温度称为空气的湿球温度，以 tw 表示。 ①过程分析：当不饱和空气流过湿球表面时，由于湿纱布表面的饱和蒸汽压大于空气中的水 蒸汽分压，在湿纱布表面和气体之间存在着湿度差，这一湿度差使湿纱布表面的水分汽化被 气流带走，水分汽化所需潜热，首先取自湿纱布的显热，使其表面降温，于是在湿纱布表面 与气流之间又形成了温度差，这一温度差将引起空气向湿纱布传递热量。 ②计算式：当单位时间由空气向湿纱布传递的热量恰好等于单位时间自湿纱布表面汽化水分 所需的热量时，湿纱布表面就达到一稳态温度，即湿球温度。经推导得： 式中：Hw——湿空气在温度为 tw 下的饱和湿度，kg 水/kg 干气； H——空气的湿度，kg 水/kg 干气。 ③实验表明：当流速足够大时，热、质传递均以对流为主，且 kH 及 α 都与空气速度的 0.8 次幂成正比，一般在气速为 3.8～10.2m/s 的范围内，比值 α/kH 近似为一常数(对水蒸汽与空
气的系统，ak=0.96~1.005)。此时，湿球温度tw为湿空气温度t和湿度H的函数。 注意 >湿球温度不是状态函 >在测量湿球温度时， 气速度一般需大于5ms,使对流传热起主要作用，相应减少热辐 射和传导的影响，使测量较为精确。 8.绝热饱和温度t, (1)定义：绝热饱和过程中，气、液两相最终达到的平衡温度称为绝热饱和温度。 绝热饱和过程 不饱和气体在与外界绝热的条件下和大量的液体接触，若时间足够长，使传热、传质趋 于平衡，则最终气体被液体蒸汽所饱和，气体与液体温度相等，此过程称为绝热饱和过程。 绝热饱和过程说明： 厂补充水 图8.}绝热恒和塔示意图 图83表示了在一绝热良好的增湿塔中，湿度H和温度1的不饱和空气由塔底引入，水 由塔底经循环泵送往塔项，喷淋而下：与空气成逆流接触，然后回到塔底再循环使用。在该 过程中，水量很大，达到稳定后，全塔的水温相同，设为。气液在逆流接触中，由于空 气处于不饱和状态，水分则不断汽化进入空气。又由于系统与外界无热量交换，水分汽化所 香光化潜热只能取自空气的显热，于是气体沿搭上升时。不断地冷却和指遇若塔足够高， 使得气、液有充足的 妾触时间 气体到塔 将与液 平衡 程的极限 空气已被水分所饱和，液体不再汽化。气体的温度也不再降低，达到入口气体在绝热增湿过 程的极限温度，其值与水温1相同，即为该空气的绝热饱和温度。 此时气体的湿度为。下的饱和湿度H。塔内底部的湿度差和温度差最大，顶部为零。 除非进口气体是饱和湿空气，否则，绝热饱和温度总是低于气体进口温度，即<。由于 循环水不断汽化至空气中，所以须向塔内补充一部分温度为的水 (2)计算式 以单位质量的干空气为基准，在稳态下对全塔作热量衡算，气体放出的显热=液体汽化 的潜热，即： cat-au)=(H。-H)r. 或 =-兰(H-闭
气的系统，α/kH=0.96～1.005)。此时，湿球温度 tw 为湿空气温度 t 和湿度 H 的函数。 注意： 湿球温度不是状态函数； 在测量湿球温度时，空气速度一般需大于 5m/s，使对流传热起主要作用，相应减少热辐 射和传导的影响，使测量较为精确。 8. 绝热饱和温度 tas （1）定义：绝热饱和过程中，气、液两相最终达到的平衡温度称为绝热饱和温度。 绝热饱和过程： 不饱和气体在与外界绝热的条件下和大量的液体接触，若时间足够长，使传热、传质趋 于平衡，则最终气体被液体蒸汽所饱和，气体与液体温度相等，此过程称为绝热饱和过程。 绝热饱和过程说明： 图 8.3 表示了在一绝热良好的增湿塔中，湿度 H 和温度 t 的不饱和空气由塔底引入，水 由塔底经循环泵送往塔顶，喷淋而下；与空气成逆流接触，然后回到塔底再循环使用。在该 过程中，水量很大，达到稳定后，全塔的水温相同，设为 tas。气液在逆流接触中，由于空 气处于不饱和状态，水分则不断汽化进入空气。又由于系统与外界无热量交换，水分汽化所 需汽化潜热只能取自空气的显热，于是气体沿塔上升时，不断地冷却和增湿，若塔足够高， 使得气、液有充足的接触时间，气体到塔顶后将与液体趋于平衡，达到过程的极限。此时， 空气已被水分所饱和，液体不再汽化，气体的温度也不再降低，达到入口气体在绝热增湿过 程的极限温度，其值与水温 t 相同，即为该空气的绝热饱和温度。 此时气体的湿度为 tas 下的饱和湿度 Has。塔内底部的湿度差和温度差最大，顶部为零。 除非进口气体是饱和湿空气，否则，绝热饱和温度总是低于气体进口温度，即 tas＜t。由于 循环水不断汽化至空气中，所以须向塔内补充一部分温度为 tas 的水。 （2）计算式： 以单位质量的干空气为基准，在稳态下对全塔作热量衡算,气体放出的显热＝液体汽化 的潜热，即： 或