化工原理课件-干燥

干燥
(2)相对湿度φ
湿空气的性质*
湿空气中水汽分压pv与同温度水的饱和蒸汽压ps的百分比称为相对湿度，φ 。
pv 100% ps
pv ps H 0.622 0.622 P pv P ps
相对湿度代表湿空气的不饱和程度。 φ=0，绝对干燥空气，吸纳水汽能力最强。 φ=1，湿空气达到饱和，不能作为干燥介质。 0<φ<1，湿空气未达到饱和。 Φ愈低，表明该空气吸湿能力越大。 高温干燥原理： H一定， t↗， ps↗，而 pv不变，→ φ↘ 。 （低压干燥原理： pv ↘ ， ps不变， → φ↘ ） （冰箱，冷冻干燥）
干燥
干球温度 t 和湿球温度 tw
空气以对流方式传给水的热量速率 = 水分气化所需的潜热速率
S t tw Nt rt k H S H s , t H rt
w w
w
w
tw t
kH rtw

H
s , tw
H

实验证明，传质系数kH和对流传热系数均与空气流速的0.8次方成正比，
kH 1.09 cH
tw tas
（路易斯规则）
但对其它体系，例如空气-甲苯系统，
k H =1.8cH，这时 tw 与 tas 就不等了。
干燥
7．露点td
湿空气的性质*
在总压不变的条件下，将不饱和湿空气(t,H,φ)冷却，直至冷凝出水珠为止， 此时，湿空气的温度称为露点，td。相应的湿度称为饱和湿度，Hs,td。
二、湿空气的 H-I 图*
湿空气的有关性质可由前面所学的公式计算。 工程上为了方便计算，常将湿空气的各参数标绘成图，只要知道湿空 气任意两个独立参数，即可从图上查出其它参数。
常用的有湿度-焓（ H-I）图、温度–湿度（t-H）图等。 我们仅讨论应用最广的H-I 图。 教材中H-I 图是根据常压数据绘制的，若系统总压偏离常压较远，则 不能应用此图。
湿分 湿物料表面 湿分 干燥介质
干燥
§5-1 概述
湿
tw
t Q
干
传热
推动力（t－tw）
方向相反
物
料
pw N p
燥
介 质
传质
推动力（pw－p）
干燥介质：载热体、载湿体
干燥过程：物料的去湿过程 介质的降温增湿过程 本章讨论以空气作干燥介质，以水为湿份的对流干燥过程。
传质、传热同时发生
干燥
§5-2 湿空气的性质及湿焓图
干燥
k H rtw
绝热饱和温度tas
tw t
湿球温度tw与绝热饱和温度tas的差异：

H
s , tw
H

ras tas t H as H cH
绝热饱和温度tas 大量湿物料与空气接触。
湿球温度tw 大量空气与湿物料接触。
空气的温度和湿度不变。 空气的温度降低，湿度升高。 空气与湿物料之间进行热质传递达到 空气在绝热增湿过程中，焓不变， 平衡时，湿物料表面的温度。 空气达到饱和时的温度。 实验证明，对于湍流状态下的水蒸汽～空气系统，常用温度范围内α/kH与 湿空气比热容ｃH值很接近，同时ras≈rtw, 即在一定温度ｔ与湿度Ｈ下： 水汽-空气系统
汽化。例如用红外线干燥法将自行车表面油漆干燥。
介电干燥 将需要干燥的电解质物料置于高频电场中，电能 在潮湿的电介质中转变为热能。如微波干燥食品。
干燥
§5-1 概述
三、对流干燥的传热传质过程
对流干燥是热量和质量同时、反向的传递过程。
1、传热过程
干燥介质 Q
湿物料表面
Q
湿物料内部
2、传质过程
湿物料内部
1、湿度与相对湿度
（1）湿度H
又称湿含量或绝对湿度 , 为湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比，H。
H
水汽的质量 绝干空气的质量
[kg 水/kg 干空气]
M v nv M v pv 水汽的摩尔数 18 绝干空气的摩尔数 M g ng M g P pv 29 p H 0.622 v H f P, pv P pv ps 饱和湿度 H s 0.622 H S f ( P, t ) P ps
对水蒸气－空气系统，t， tw， tas，td 之间的关系为： 不饱和空气，t > tas (或tw) >td 饱和空气， t = tas (或tw) = td
干燥
湿空气的性质*
湿空气性质：P、pv、H、φ、νH、cH、I、t、tw、tas、td pv ps H 0.622 0.622 湿度 [kg 水/kg 干空气] P pv P ps pv [-] 100% 相对湿度 ps
特点： t→td 等湿过程（H不变）, ps↓，φ↑
pv ps, td t=td 时：
H s , td
H Hs, td
s, t 100%
d
ps , td pv H 0.622 0.622 P pv P ps , td
ps , td
H s , td P 0.622 H s , td
1． H-I 图中的线群
干燥 H-wenku.baidu.com图
等I 线群（0~680 kJ/kg绝干空气）
等 线 群
t
（0~250℃）
等 蒸 汽 分 压 pv 线 群
等H线群（0~0.2kg水/kg绝干空气）
干燥
2. H-I图应用
湿空气的 H-I 图*
1）根据H-I图上湿空气的状态点，可查出湿空气的其它性质参数。 已知状态点A 确 定 等温线→ t（干球温度） 等焓线→ I（焓） 等湿线→ H（湿度） 等φ线→ φ（相对湿度） 等湿降温：等H线与φ=100%线交点→ 露点td 等焓降温：等I线与φ=100%线交点→ 绝热饱和温度tas (或湿球温度tw) 等H 线与蒸汽分压线的交点→ 湿空气中水汽的分压 pv
一、湿空气的性质*
1．湿度Ｈ与相对湿度φ 2．比容vH 3．比热容cH 4．焓I 5．干球温度t与湿球温度tw 6． 绝热饱和温度tas 7． 露点td
二、湿空气的 H-I 图*
1． H-I 图中的线群 2． H-I 图应用
干燥
§5-2 湿空气的性质及湿焓图
一、湿空气的性质*
湿空气的性质：湿度、比容、比热容、焓、温度等。
干燥
3．比热容（湿比热）cH
湿空气的性质*
比热容是指常压下，含1kg绝干气的湿空气之温度升高（或降低）1℃所吸 收（或放出）的热量，cH。
cH cg cv H
1.01 1.88 H
cg干空气的比热，kJ/(kg· ℃)
[kJ/(kg干气℃)]
cH f H
1.01kJ/(kg· ℃) 1.88kJ/(kg· ℃)
cv水汽的比热，kJ/(kg· ℃)
干燥
4．焓I
湿空气的性质*
含1kg绝干气的湿空气的焓，I。
若 Ig—绝干空气的焓，kJ/kg绝干气 Iv—水汽的焓，kJ/kg水汽 则
I I g Iv H
[kJ/kg干气]
通常规定，0℃时绝干空气及液态水的焓为零。
I g cg t
I v r0 cvt
干球温度 t


ras H s ,tw H 绝热饱和温度 tas t c H as H [℃] H t→tas(或tw) 等焓过程 t→td 等湿过程 露点 td

自学教材P245【例5-1】, P249 【例5-2】
作业教材P293 第1题
干燥
§5-2 湿空气的性质及湿焓图
tas f (t, H )
即空气的绝热饱和温度tas也与空气的干球温度ｔ和湿度Ｈ有关： t越小，H越小，tas就越小 tas是湿空气的性质，它是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限 冷却温度。 湿空气：状态（t, H,φ<1, I）→ 状态(tas, Has, φ=1, Ias) 为绝热过程，所以 焓不变，即有 I = Ias。 在一定的总压下，只要测出湿空气的初始温度t和绝热饱和温度tas，就可 用上式算出湿空气的湿度Ｈ。
居室里比较舒适的气象条件是：室温达25℃ 时，相对湿度控制在40%~50％ 为宜；室温达18℃ 时，相对湿度应控制在30%~40％ 。
干燥
2. 比容（湿容积）vH
湿空气的性质*
含1kg绝干气的湿空气之体积称为湿空气的比容 ，vH
比容
湿空气的体积 1kg绝干空气
[m3湿空气 ⁄ kg干空气]
1kg干空气的体积 Hkg水汽体积 H 1kg干空气
§5-4 干燥过程物料的平衡关系与速率关系 §5-5 干燥器
干燥
一、除湿及其方法 1、何为除湿？
§5-1 概述
从湿物料中脱除湿分的过程称为除湿。
湿分不一定是水分！（水分或其它液体）
2、除湿方法
机械法 ：挤压（拧衣服、压榨、过滤、离心分离）
吸附法：固体吸附剂吸附（硅胶、无水CaCl2、分子筛等） 干燥法：加热（利用热能，使湿物料中的湿分汽化而除去）
273 t P0 1 H 22.4 273 P 29 18
1 H 273 t H ( ) 22.4 29 18 273
nRT V P
（常压下）
V T P 0 V0 P T0
V T P0 n 22.4 273 P
t, H
tas
空气在塔内的状态变化是在绝热条件下降温、增湿直至饱和的过程， 达到稳定状态下的温度tas就是初始湿空气（t，H）的绝热饱和温度，与之 相应的湿度称为绝热饱和湿度Has。
干燥
绝热饱和温度tas
绝热塔内气液两相间的传热过程为： 空气传给水分的显热 = 水分汽化所需的潜热。
cH (t tas ) ( H as H )ras ras tas t ( H as H ) cH
r0＝2490 kJ/kg（水0℃时的汽化热）
I I g I v H cg cv H t r0 H
I 1.01 1.88H t 2490H
干燥
湿空气的性质*
5．干球温度 t 和湿球温度 tw
干球温度t：用普通温度计直接测得的湿空气的温度。是湿空气的真实温度。 湿球温度计：用湿纱布包裹温度计的感温部分（水银球），纱布下端浸在水 中，以保证纱布一直处于充分润湿状态，这种温度计称为湿球温度计。 将湿球温度计置于温度为ｔ、湿度为Ｈ的流 动不饱和空气中，湿纱布中的水分汽化，并向 空气主流中扩散；同时汽化吸热使湿纱布中的 水温下降，与空气间出现温差，引起空气向水 分传热。 湿球温度tw：当空气传给水分的显热恰好等 于水分汽化所需的潜热时，空气与湿纱布间的 热质传递达到平衡，湿球温度计上的温度维持 恒定。此时湿球温度计所测得的温度称为湿空 气的湿球温度。
干燥
二、干燥方法
§5-1 概述
产生的 传导干燥 热能通过传热壁面以传导方式传给物料， 湿分蒸气被气相（又称干燥介质）带走，或用真 空泵排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。
对流干燥 热能以对流方式加入物料，产生的蒸气被干燥介质所
干 带走。如干燥介质：热空气 湿分：水 燥 方 辐射干燥 由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物料表 面，为物料所吸收而重新变为热能，从而使湿分 法
故可认为其比值/ kH与气流速度无关，对于空气～水蒸汽系统，当被测气
体温度不太高、流速>5m/s时， / kH =1.09。 因此，空气的湿球温度tw与空气的干球温度ｔ和湿度Ｈ有关：tw=f (t，H) t越小，H越小，tw就越小 在一定总压下，只要测出湿空气的干、湿球温度，就可由上式计算出空 气的湿度。
A2-5
化工原理 A(2)
Principles of Chemical Engineering A(2)
干燥
化工原理 A（2）
第1章
第2章
蒸馏
吸收
第3章 蒸馏和吸收塔设备
第4章 液-液萃取
第5章 干燥
干燥
§5-1 概述
本章内容提要
§5-2 湿空气的性质及湿度图*
§5-3 干燥过程的物料衡算与热量衡算*
比容 比热容 焓
273 t H (286.6 461.8H ) P
cH 1.01 1.88H
[m3湿空气 ⁄ kg干空气]
[kJ/(kg 干气℃)]
I 1.01 1.88H t 2490H
k H rtw
[kJ/kg 干气]
湿球温度 tw t
tas≈tw
干燥
6．绝热饱和温度tas
tas, Has
湿空气的性质*
绝热饱和温度tas: 在与外界绝热情况下，空气与大 量水经过无限长时间接触后，达到与水温相等的空气 温度。 设塔与外界绝热，初始湿空气（t，H）与大量水充 分接触，水分汽化进入空气中，汽化所需热量由空气 温度下降放出显热供给。若空气与水分两相有足够长 的接触时间，最终空气为水汽所饱和，而温度降到与 循环水温相同。