第九章干燥 §1概述 9-1干燥的分类和用途 、何谓干燥单元操作? 讲到干燥,自然联想起农村晒谷子,生活中晒衣服,想必干燥即除水操作。如果干燥在 太阳下才能实现,则化肥厂,制药厂,染织厂需要开辟大规模的“晒场”,才能正常生产 显然生活中的晒衣服与干燥的操作是有区别的。 那么,什么叫干燥单元操作呢 利用热能使湿物料的湿份汽化,水汽或湿份蒸汽经气流带走,从而获得固体产品的 操作。如图9-1所示。 dW(水汽) 气流→> 湿产品 干产品 图9-1干燥示意图 二、干燥操作在化工生产中的应用。 化工原料工业,聚氯乙稀的含水量不能高于0.3%,否则影响制品的质量。制药工业, 抗菌素的水分含量太高,会影响使用期限。染料工业,未经干燥的染料,影响染色质量。所 以化工、轻工、造纸、制革、木材、食品等工业均利用到多种类型的干燥操作 三、干燥操作的分类 按传热方式分为:传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥: 按操作压力分为:常压干燥、真空干 按操作方式分为:连续式、间歇式 §2湿空气与性质湿度图 9-2湿空气概述 什么是湿空气:大气是干空气与水汽的混合物,亦称为湿空气 要研究空气的性质,首先想到,湿空气是混合物,则混合的比例是多少呢?所以要研究, 湿度性质(湿度,相对湿度,绝对湿度百分数) 其次想到,空气是气体,应适用于气体状态方程,即温度、压力、体积。所以要研究, 温度性质(干球温度、湿球温度、绝热饱和湿度、露点) 容积性质(湿容积、饱和湿容积)。由于大气压力,对一定地区,约为定值,所以不研 究压力性质
第九章 干燥 §1 概述 9-1 干燥的分类和用途 一、何谓干燥单元操作？ 讲到干燥，自然联想起农村晒谷子，生活中晒衣服，想必干燥即除水操作。如果干燥在 太阳下才能实现，则化肥厂，制药厂，染织厂需要开辟大规模的“晒场”，才能正常生产。 显然生活中的晒衣服与干燥的操作是有区别的。 那么，什么叫干燥单元操作呢？ ——利用热能使湿物料的湿份汽化，水汽或湿份蒸汽经气流带走，从而获得固体产品的 操作。如图 9-1 所示。 图 9-1 干燥示意图 二、干燥操作在化工生产中的应用。 化工原料工业，聚氯乙稀的含水量不能高于 0.3％，否则影响制品的质量。制药工业， 抗菌素的水分含量太高，会影响使用期限。染料工业，未经干燥的染料，影响染色质量。所 以化工、轻工、造纸、制革、木材、食品等工业均利用到多种类型的干燥操作。 三、干燥操作的分类： 按传热方式分为：传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥； 按操作压力分为：常压干燥、真空干燥； 按操作方式分为：连续式、间歇式。 §2 湿空气与性质湿度图 9-2 湿空气概述 什么是湿空气：大气是干空气与水汽的混合物，亦称为湿空气。 要研究空气的性质，首先想到，湿空气是混合物，则混合的比例是多少呢？所以要研究， ——湿度性质（湿度，相对湿度，绝对湿度百分数） 其次想到，空气是气体，应适用于气体状态方程，即温度、压力、体积。所以要研究， ——温度性质（干球温度、湿球温度、绝热饱和湿度、露点） ——容积性质（湿容积、饱和湿容积）。由于大气压力，对一定地区，约为定值，所以不研 究压力性质
再其次,要研究空气对湿物料的传热,所以要研究, 空气的比热性质(湿热.焓) 所以要研究湿空气,实质是研究空气的四大类性质。为了叙述方便,我们假设下面三个 前提:(1)干燥过程的湿空气,可作为理想气体处理,诸如理想气体方程式,道尔顿分压定 律,均可应用于湿空气。(2)因为干空气是作为热载体,它的质量在干燥过程中始终不变 所以湿空气的有关参数均为单位质量的干空气为基准。(3)系统总压P=1013kPa 9-3湿空气性质 、湿度H。一一湿空气中单位质量干空气所具有的水汽质量,kg·kg干空气。 湿空气中水汽的质量M,n 湿空气中干空气的质量Mn 式中,M一水汽的分子量,M=18 kg. kmor Mx——空气的分子量,M2=29g:Amor n一一水汽的摩尔数,AmOl n2一空气的摩尔数,Amol 若湿空气总压为P,水汽分压为p,则干空气分压为P-p p=nRT,(P-P)=ng2RT,相除得: P ng H18p-=0622P 29P-P P-p 在式(D)中,若分压等于同温度下的饱和蒸气压,即P=P,时,则此时湿度H称 为饱和湿度,用H,表示, H,=0622.B P-p 二、绝对湿度百分比。一一在一定温度和总压下,湿空气的湿度与饱和湿度之比的百分 数,即是: 1009=(P-p,)P×100 H (P-pp 相对湿度 在一定总压下,湿空气的水汽分压p与同温下饱和水蒸汽压P,之
2 再其次，要研究空气对湿物料的传热，所以要研究，——空气的比热性质（湿热．焓） 所以要研究湿空气，实质是研究空气的四大类性质。为了叙述方便，我们假设下面三个 前提：（1）干燥过程的湿空气，可作为理想气体处理，诸如理想气体方程式，道尔顿分压定 律，均可应用于湿空气。（2）因为干空气是作为热载体，它的质量在干燥过程中始终不变， 所以湿空气的有关参数均为单位质量的干空气为基准。（3）系统总压 P = 101.3 kPa。 9-3 湿空气性质 一、湿度 H。——湿空气中单位质量干空气所具有的水汽质量， −1 kg kg 干空气。 湿空气中干空气的质量 湿空气中水汽的质量 H = = g g w w M n M n 式中， M w——水汽的分子量， 1 18 − M = kg kmol w ； M g ——空气的分子量， 1 29 − M = kg kmol g ； w n ——水汽的摩尔数， kmol ； g n ——空气的摩尔数， kmol ； 若湿空气总压为 P ，水汽分压为 p ，则干空气分压为 P − p pV = nwRT ，(P − p)V = ng RT ，相除得： g w n n P p p = − P p p P p p H − = − = 0.622 29 18 ……………(I) 在式 (I) 中，若分压等于同温度下的饱和蒸气压，即 p = ps 时，则此时湿度 H 称 为饱和湿度，用 Hs 表示， s s s P p p H − = 0.622 二、绝对湿度百分比。——在一定温度和总压下，湿空气的湿度与饱和湿度之比的百分 数，即是： 100% ( ) ( ) 100% − − = s s s P p p P p p H H 三、相对湿度。——在一定总压下，湿空气的水汽分压 p 与同温下饱和水蒸汽压 s p 之
比,即相对湿度,以Q示之, P ……() Ps P,=f(7 q=f(P,7) Q的物理意义, 由定义得P4-P=P,-q·P,=P,(1-q) 当φ=1时,推动力P,-P=0,说明此时的湿空气已被水汽饱和,不能再吸收水 分了 减少,即φ<1时,p-P>0,湿空气吸收能力增加 q→>0时,p,-P→>P,,说明此时湿空气吸湿能力增至最大。所以说,相对湿度 表示了湿空气吸湿能力 H能否表达湿空气的吸湿能力呢? 由H=0622.P P=0622 H 所以P-p=P,06x 由此式看出,H的大小,并不能确定推动力(P,-P)的大小,所以说,H只能表达 湿空气中,水汽含量的绝对值,并不能表示湿空气吸湿能力的大小。所以式(D)、(m)合 并得, h=0.622-P P-g·P 此式将H,q,T联系在一起,是个重要公式 四、湿空积V。——湿空气的比容,即每kg千空气和其所带的Hkg水汽所具 有的体积,以V表示,单位是mkg千空气 干空气比容,每kg干空气的体积,g示之 水汽比容,每kg水汽的体积,V示之。 VH =ve+h
3 比，即相对湿度，以 示之， ps p = ………………………(II) ( ) ' ps = f T = f ( p,T) 的物理意义， 由定义得 − = − = (1−) ps p ps ps ps 当 = 1 时，推动力 ps − p = 0 ，说明此时的湿空气已被水汽饱和，不能再吸收水 分了。 减少，即 1 时， ps − p 0 ，湿空气吸收能力增加。 → 0 时， ps − p → ps ，说明此时湿空气吸湿能力增至最大。所以说，相对湿度 ， 表示了湿空气吸湿能力。 H 能否表达湿空气的吸湿能力呢？ 由 s s s P p p H − = 0.622 1 0.622 + = H P p 所以 1 0.622 + − = − H P ps p ps 由此式看出， H 的大小，并不能确定推动力 ( p p) s − 的大小，所以说， H 只能表达 湿空气中，水汽含量的绝对值，并不能表示湿空气吸湿能力的大小。所以 式 (I) 、(II) 合 并得， s s P p p H − = 0.622 …………………( ) a I 此式将 H ， ，T 联系在一起，是个重要公式。 四、湿空积 VH 。——湿空气的比容，即每 kg 干空气和其所带的 H kg 水汽所具 有的体积，以 VH 表示，单位是 3 −1 m kg 干空气。 干空气比容，每 kg 干空气的体积， Vg 示之； 水汽比容，每 kg 水汽的体积， Vw 示之。 VH = Vg +VwH
1kg干空气,为。km,在压力为101.3kPa,温度为T时,其体积为 RT ………(a) 29kg千空气,在压力为1013Pa,温度为273K时,其体积为: 2241=1R 101 2241T T =0.773 273 273 同理,1kg水汽,摩尔数为。,在压力为101.3Pa时 RT 其体积为 …………(d) 101.3 得 22.41T 18273 H=Vx+H=(0.773+12441)m1 (团 亦可这样导出,1kg干空气为10km0,H烟水汽为H/kml,在压力为 1013Pa时,总体积为: _2928 O b)得:Vn=2241 H 2928273 T (0.773+1.244H) 273 (团) 五、饱和容积——被水汽饱和的湿空气比容,以VBs表示 被水汽饱和的湿空气湿度为H m=(0.773+1.244H,) 六、湿热CH。湿空气的比热。—一在常压下,1kg干空气和其所带的Hkg水汽升 高温度1K,所需的热量,称为湿热 Cu=C+Ch
4 1 kg 干空气，为 29 1 kmol ，在压力为 101.3kPa ，温度为 T 时，其体积为： 101.3 29 1 RT Vg = ………………………(a) 29 kg 干空气，在压力为 101.3kPa ，温度为 273 K 时，其体积为： 101.3 1 273 22.41 = R ………………………(b) ( ) ( ) b a 得： 273 0.773 29 273 22.41 T T Vg = = …………………(c) 同理，1 kg 水汽，摩尔数为 18 1 ，在压力为 101.3kPa 时， 其体积为 101.3 18 1 RT Vw = …………………(d) ( ) ( ) b d 得： 273 1.244 18 273 22.41 T T Vw = = …………………(e) 273 (0.773 1.244 ) T VH = Vg +VwH = + H …………………(III ) 亦可这样导出，1 kg 干空气为 29 1 kmol , H kg 水汽为 18 H kmol ，在压力为 101.3kPa 时，总体积为： 101.3 ) 29 28 1 ( RT H VH + = …………………( f ) ( ) ( ) b f 得： 273 ) 29 28 1 22.41( H T VH = + 273 (0.773 1.244 ) T VH = + H ………………(III ) 五、饱和容积 VHS 。 ——被水汽饱和的湿空气比容，以 VHS 表示。 被水汽饱和的湿空气湿度为 Hs 273 (0.773 1.244 ) T VHs = + Hs 六、湿热 CH 。湿空气的比热。 ——在常压下，1 kg 干空气和其所带的 H kg 水汽升 高温度 1 K ，所需的热量，称为湿热。 CH = Cg + CvH
式中,C一千空气比热,kJ·kg-千空气K C,—水汽的比热,k八·kg-干空气·K 在工程计算中,常取CE=101Jkg-K,C,=1884/kg·K C=101+1.88H …(m) 七、焓l°湿空气热焓,为每1kg千空气与其所带的Hkg水汽所具有的热焓之和 HH=l,+lh 一般焓的计算是以273K为基准的。 g=C(T-273) ,=C,(T-273)+ 式中,l1——湿空气的焓,k八kg千空气K —千空气的焓,J·kg-干空气K —水汽的焓,kJ·kg-千空气·K-; r—水在273K时的汽化潜热,取1=2492k/kg-1 代入式(g),得: =C2(-273)+C,(7-273)H+10H=(C+C,HT-273)+r0H =(1.01+1.8HT-273)+2492H 9-4湿空气的温度性质 八、干球温度T。——用普通温度计量法所测得的湿空气的温度,称为干球温度。单位 用开尔文温度 九、露点Td。——不饱和的湿空气在总压与湿度保持不变的情况下,降低温度,使之 达到饱和状态之湿度,即为露点 h=0.622P Ps 某湿空气T下的湿度H,与该湿空气在某一温度下的湿度H应相等。(H,=H),即
5 式中， Cg ——干空气比热， −1 −1 kJ kg 干空气 K Cv ——水汽的比热， −1 −1 kJ kg 干空气 K 在工程计算中，常取 1 1 1.01 − − Cg = kJ kg K ，Cv =1.88 −1 −1 kJ kg K CH =1.01+1.88H ………………(IV ) 七、焓 H I 。湿空气热焓，为每 1 kg 干空气与其所带的 H kg 水汽所具有的热焓之和。 I H = I g + I vH …………………(g) 一般焓的计算是以 273 K 为基准的。 I = C (T − 273) g g 0 I C (T 273) r v = v − + 式中， H I ——湿空气的焓， −1 −1 kJ kg 干空气 K ； g I ——干空气的焓， −1 −1 kJ kg 干空气 K ； v I ——水汽的焓， −1 −1 kJ kg 干空气 K ； 0 r ——水在 273 K 时的汽化潜热，取 1 0 2492 − r = kJ kg 。 代入式 (g) ，得： I H = Cg (T − 273) + Cv (T − 273)H + r0H ＝(Cg + CvH)(T − 273) + r0H H I ＝（1.01+1.88H)(T − 273) + 2492H ………………(V ) 9-4 湿空气的温度性质 八、干球温度 T 。——用普通温度计量法所测得的湿空气的温度，称为干球温度。单位 用开尔文温度。 九、露点 Td 。——不饱和的湿空气在总压与湿度保持不变的情况下，降低温度，使之 达到饱和状态之湿度，即为露点。 s s s P p p H − = 0.622 某湿空气 Td 下的湿度 Hs 与该湿空气在某一温度下的湿度 H 应相等。 (H H) s = ，即