第七章 干燥

第七章 干燥第一节 概述一、去湿——除去固体物料中湿分（水分或其它熔剂）的单元操作。

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。

去湿方法——1。

机械去湿法2．加热去湿法（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。

二、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 冷冻干燥三、对流干燥过程——热、质同时传递的过程热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p W 空气中湿分的分压p 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。

第二节湿空气的性质和湿度图一、湿空气性质在干燥过程中，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。

1．湿空气中湿含量的表示法（1）水汽分压p vP（总压）=p g（干空气）+p v（水汽）（2）相对湿度φ定义—在一定总压下，φ%100⨯=svp 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 定义： gvm m H 湿空气中干空气的质量湿空气中湿分的质量=vvg v g g v v p P p M M n M n M -⋅==vv v v p P p p P p -=-⋅=622.02918 [kg 水/kg 干空气] 饱和湿度ssS p P p H -=622.0 可见饱和湿度与空气的总压和温度有关。

因为p v=φp s ， ss p P p H ϕϕ-=622.02．湿空气的比容、比热容和焓（1） 湿空气的比容（湿比容，又称湿容积）H υ定义—含有单位质量干空气的湿空气的体积。

干空气水分干空气kg m m H 33+=υ [m 3/kg 干空气]Hv g ⋅+=υυPt H Pt H 55100133.1273273)244.1773.0(100133.1273273)184.22294.22(⨯⋅+⋅+=⨯⋅+⋅+=（2）湿空气的比热容c H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。

c H =c g +c v H=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）湿空气的焓I H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：I H =I g +HI v [kJ/kg 干空气]焓是相对值，取0 0C 下的干空气和液态水的焓为基准态（0）， 干空气只包括显热，I g =c g t水汽包括0 0C 时的汽化潜热和0 0C 以上的显热， I v =r 0+c v tI H =(c g +c v H )t +r 0H=(1.01+1.88H )t +2492H可见湿度越大、温度越高，则焓越大。

3．湿空气的温度 （1）干球温度t（2）露点t d —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=H s ，p=p s ，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 td s td s p P p H H ,,,622.0--==2）已知空气的总压P 和湿度H ，利用等湿过程，求露点— HHPp p v td s +==622.0, ，查水汽表，对应的温度为t d可见，空气的露点是反映空气湿度的一个特征温度。

（3）湿球温度t W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。

气流t干湿球温度计1）由于湿球表面p s>p v，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；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；4）传热速率随温度差增大而增大，最后达到动态平衡，即传热速率=湿球表面水分汽化所需的热量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-t W）2．湿球表面水分向空气主体的对流传质速率：N=k H A（H W-H）式中：k H—以湿度差为推动力的传质系数；kg水/m2·sA—湿球纱布的表面积；m2H W—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-t W）=k H A（H W-H）r W得： )(H H r k t t W WH W --=α实验证明k H 、α都与气速的0.8次方成正比，所以k H /α与气速无关， 对空气-水系统，α/ k H ≈1.09⨯10 3J ⋅ΔH(kg 水⋅0C)⋅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。

（4）绝热饱和温度t as绝热降温增湿过程（绝热饱和过程）—设：绝热饱和器与外界无热量交换，既无热量补充，又无热量损失。

当温度为t ，湿度为H 的不饱和空气与大量循环喷淋水充分接触，由于空气中的水汽分压小于水滴上的水汽分压，水要汽化，使水温下降，与空气间形成温度差，热量由空气向水传递。

但由于传递的热量不够水汽化所需之热量，水温继续下降，直到一稳定值t as 。

此时，空气降温所传递的热量正好提供水汽化所需之热量，空气与水之间达到了热的平衡。

空气温度也降至t as ，湿度由H 增大到t a s 下的饱和湿度H as 。

温度t as 称为湿空气（t ，H ）的绝热饱和温度。

绝热饱和器在绝热增湿过程中，虽然空气将显热传给了水，但水份汽化又将等量的热量带回到空气来。

因此，空气的温度、湿度随着过程进行变化，而焓值基本不变——等焓过程。

以0C 为温度基准，进入绝热饱和器湿空气的焓I 1=c H t+Hr 0 离开绝热饱和器湿空气的焓I 2=c Has t as +H as r 0 ∵I 1 = I 2c H t+Hr 0= c Has t as +H as r 0由于H 、H as 与1相比很小，∴c H ≈ c Has则 )(0H H c r t t as Has --= 上式表示绝热饱和温度t as 是由空气初始状态t 和H 所决定的，是空气的状态函数。

应用：t a 和t W 两者意义虽然不同，但都是湿空气的初始状态的函数。

特别对空气—水系统，由于c H =α/k H ，则 t as ≈t W 。

t W 容易测定，用t W 代替t as ，这对干燥计算带来方便。

对不饱和湿空气：t > t W > t d对饱和湿空气： t = t W = t d 二、 湿空气的湿度图1．湿度图（I —H 图）的构造（1） 等湿度（H ）线（2） 等焓（I ）线——又称绝热增湿过程线 I=1.01t +（1.88t +2492）H （3） 等温（t ）线（4） 等相对湿度（ϕ）线：ssp P p H ϕϕ-=622.0饱和空气线ϕ=100%，只有位于此线上方，才是不饱和空气，用作干燥介质。

（5） 水汽分压线：HHPp +=662.02．湿度图的用法湿空气的各项参数有：四个温度，H ，φ，I ，p ，只要规定两个相互独立的参数，通过湿度图，就能知道湿空气的状态。

（1）湿空气状态A（2）由两个温度确定湿空气的状态 1）t 和t W 2）t 和t d 3）t W 和t d 4）t 和φ例：已知湿空气的总压为101.325kPa ，相对湿度为50%，干球温度为20%。

试用湿度图求取此空气的(1)水汽分压p ； (2)湿度H ； (3)焓I ； (4)露点t d ； (5)湿球温度t w ； (6)如果将含500kg/h 干空气的湿空气预热至1170C ，求所需热量Q 。

It（t as ）t Wt解： （1） p=1.2 kPa ；（2） H=0.0075 kg 水/kg 干空气； （3） I 0=39 kJ/kg 干空气； （4） t d =100C ； （5） t w =140C ；（6） I 1=138 kJ/kg 干空气Q =500⨯（I 1 -I 0）=500⨯（138-39）=49500 kJ/h=13.6kW第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算教学目的：通过物料衡算和热量衡算，计算从湿物料中去除的水分W 、相应需消耗的空气量L 和所需的热量，再进行干燥器及其它辅助设备的设计选择。

一、湿物料含水量的表示方法1．湿基含水量w ——以湿物料为计算基准 湿物料的总质量湿物料中水分的质量=w [kg 水分/kg 湿物料]2．干基含水量X ——以湿物料中绝干物料为计算基准 量湿物料中绝干物料的质湿物料中水分质量=X [kg 水分/kg 绝干物料]换算：w w X -=1 ， XXw +=1二、干燥过程的物料衡算1. 绝干物料流量 kg/h)1()1(2211w G w G G c -=-=热空气 L L ，H 2 G 1，w 1产品 G 2，w 2含水量 X G Gw W c ==' 2．水分蒸发量 kg/h对干燥器内的水分量作物料衡算： 2211LH X G LH X G c c +=+水分蒸发量 )()(1221H H L X X G W c -=-= 3. 干空气消耗量 kg/h12H H WL -=单位空气消耗量 )(112H H l -=[kg 干空气/kg 水分]1）单位空气消耗量l 仅与湿空气初始及最终湿度有关，而与路径无关； 2）空气经预热器，湿度不变，即H 1=H 0由于夏天的湿度比冬天大，故对同一干燥过程，夏天的空气消耗量l 为大。