广东工业大学：《化工原理 Principles of Chemical Engineering》课程教学资源（PPT教案课件）第五章 干燥

第五章干燥 定义 机械法,沉降、过滤 除湿方法〈物理化学法,吸附 热能法,即干燥,一种利用热能的除湿方法√ 分类 常压干燥 真空干燥 连续干燥 间歇干燥 传导干燥,间接干燥 对流干燥,直接干燥 辐射干燥,电磁波 介电干燥,高频电场 联合干燥 第一节湿空气的性质及湿度图 5-1-1湿空气的性质 湿度H(绝对湿度,湿含量): 单位质量干空气所带的水汽质量,即 ∥=水汽质量m=nM2=181=062P-kg水汽/kg千空气 干空气质量 ng M29

第五章 干 燥 一、 定义 机械法，沉降、过滤 除湿方法 物理化学法，吸附 热能法，即干燥，一种利用热能的除湿方法 二、 分类 常压干燥 真空干燥 连续干燥 间歇干燥 传导干燥，间接干燥 对流干燥，直接干燥 辐射干燥，电磁波 介电干燥，高频电场 联合干燥 第一节 湿空气的性质及湿度图 5-1-1 湿空气的性质 一、 湿度H（绝对湿度，湿含量）： 单位质量干空气所带的水汽质量，即 水汽 干空气 (1) 干空气质量 水汽质量 k g k g P p p n n n M n M m m H g v g g v v g v 0.622 , / 29 18 − = = = =

空气饱和时,H=0652P-P 相对湿度 水汽分压与水的饱和蒸汽压之比,即 P 100% 代入式(1),得H=0622P 比容v 单位质量干空气所具有的湿空气体积,即 湿空气体积 干空气质量m3/k 由 V RT 得 m MP V RT PVo Vo 所以m=MPRD=MP 224TB 224TP 273+t101325×103 所以v="g+h=(0.73+1.244H1)213 四、比热c(湿热): 常压下1kg干空气和其所带的Hkqg水汽升高1C所需的热量,即 101+1.88H

空气饱和时， 。 二、 相对湿度： 水汽分压与水的饱和蒸汽压之比，即 代入式(1)，得 。 三、 比容vH : 单位质量干空气所具有的湿空气体积，即 由 得 所以 所以 四、 比热cH（湿热）： 常压下1kg干空气和其所带的Hkg水汽升高1C所需的热量，即 s s s P p p H − = 0.622 = 100% ps p  s s P p p H   − = 0.622 vH , m / kg 3 干空气质量 湿空气体积 = RT M m PV = nRT = v MP RT m V = = P P T T M V RT PV MP RT m V v 0 0 0 0 0 0 = =  =   P P T T vg 0 29 0 22.4 =   P P T T vv 0 18 0 22.4 =   P t vH vg Hvv H 5 1.01325 10 273 273 (0.773 1.244 )   + = + = +  cH = cg + Hcv = 1.01+1.88H

五、焓I: 1kg干空气和其所带的Hkg水汽的焓,即 1=lg+H,=cg(-0)+ht。+hk,(t-0) (c, +Hc, )t+ Hro=cHt+ Hro 空气 温度t =(1.01+1.88H)+2490H 分压p 湿度H 干球温度t和湿球温度t 干球温度:真实温度 将湿球温度计置于大量不饱和空气(t,H)中,设开始时水分与空气温度相同,因空气不饱和, 水分必然汽化,汽化所需热量只能由水分本身温度下降放出显热而供给 水温下降后,与空气间出现温度差,空气又传递显热给水分,当空气传给水分的显热等于 水分汽化所需的潜热时,水温维持稳定,该温度即为空气的湿球湿度t 此时Q N=kHS(H-h) O=Nr kH 解之t 七、绝热饱和温度ts 不饱和空气(t,H)在绝热饱和器中与大量的水充分接触,设开始时水与空气温度相同, 因空气不饱和,水必然汽化,汽化所需热量来自空气温度的下降,以及水温的下降。当气温 下降放出的显热等于水分汽化所需潜热时,出口气温和水温维持稳定,该温度即为空气的绝 热饱和温度

五、 焓I： 1kg干空气和其所带的Hkg水汽的焓，即 六、干球温度t和湿球温度tw 干球温度：真实温度 将湿球温度计置于大量不饱和空气(t，H)中，设开始时水分与空气温度相同，因空气不饱和， 水分必然汽化，汽化所需热量只能由水分本身温度下降放出显热而供给。 水温下降后，与空气间出现温度差，空气又传递显热给水分，当空气传给水分的显热等于 水分汽化所需的潜热时，水温维持稳定，该温度即为空气的湿球湿度tw。 此时 解之 七、 绝热饱和温度t as 不饱和空气(t，H)在绝热饱和器中与大量的水充分接触，设开始时水与空气温度相同， 因空气不饱和，水必然汽化，汽化所需热量来自空气温度的下降，以及水温的下降。当气温 下降放出的显热等于水分汽化所需潜热时，出口气温和水温维持稳定，该温度即为空气的绝 热饱和温度。 H t H c Hc t Hr c t Hr I I HI c t Hr Hc t g v H g v g v (1.01 1.88 ) 2490 ( ) ( 0) ( 0) 0 0 0 = + + = + + = + = + = − + + − ( ) w Q =S t −t w t H p t 湿度 分压 温度 空气 t ps ( ) N k S H , H w = H s t − w Q = Nrt ( ) H , H k r t t w w s t H t w = − −  t w t Q N p pw ps t

稳定后,汽化所需潜热完全来自气温下降放出的显热, 同时水汽又以潜热的形式将显热带回气相,所以过程等焓 空气 IH. 或近似等焓。 该过程也称为绝热降温增湿过程。 1=(C,+Hc, )t+ Hro 空气 Hc t+H 由等焓,得cg+Hc,)+o=(cg+Ha,)ta+Hla 一般情况下,g 补充水 解之 te =t-(H-h) 对水~空≈1.09≈C 所以 八、露点t: 不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度。 由H=0622D t=25C,p=1.707kPap,=3.l68kPa,φ=P=5388% t=15C,p=1.707kPap,=1.707kPag=2=100% P 1=50,P=0873Pap,=0873Pap=P=10%/拿 所以露点就是以水汽分压作为饱和蒸汽压来确定的温度,即

稳定后，汽化所需潜热完全来自气温下降放出的显热， 同时水汽又以潜热的形式将显热带回气相，所以过程等焓 或近似等焓。 该过程也称为绝热降温增湿过程。 由等焓，得 一般情况下， 解之 对水~空气 ， 所以 八、 露点t d： 不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度。 由 所以露点就是以水汽分压作为饱和蒸汽压来确定的温度，即 2 t , H , I as as 空气 1 t, H, I 空气 as t 补充水 as t →t as t →t 1 0 I (c Hc )t Hr = g + v + 2 0 I (c H c )t H r = g + as v as + as 0 0 (c Hc )t Hr (c H c )t H r g + v + = g + as v as + as g v g as v H c + Hc  c + H c = c ( ) 0 H H c r t t as H as = − − H H c k 1.09   tw r  r 0 w as t  t P p p H − = 0.622 = 25 , =1.707 , = 3.168 , = = 53.88% s s p p t C p kPa p kPa  =15 , =1.707 , =1.707 , = =100% s s p p t C p kPa p kPa  = 5 , = 0.873 , = 0.873 , = =100% s s p p t C p kPa p kPa  雾

得H=0622P P-Ps. 所以p4=0622+1 t>ta(t,)>ta 和空气 =ta (t=ta

得 所以 不饱和空气 饱和空气 d d d s t s t s t P p p H , , , 0.622 − = d d d s t s t s t H H P p , , , 0.622 + = as w d t  t (t )  t as w d t = t (t ) = t

5-1-2湿空气的H工图(湿焓图) 湿空气的状态由两个独立的性质确定,其他性质可以计算,但计算繁琐,有时还要式 差。工程上为了计算方便,常用算图来表示湿空气各性质之间的关系。下面讨论常用的湿焓 图(HI图)。 等H线:与纵轴平行 等工线 等t线 由I=(101+1.88H)t+2490H 得=(1.88r+2490H+1.0 1,k//kg干气 上式是以t为参数的直线方程, 且t↑,斜率个, 所以等t线为一族非平行直线。 四、等q线 横轴(斜轴) H,kg水/kg气 辅助水平轴 由=0622°P 知当P一定时,给定φ时, H=f(P,)=f() 所以是一族曲线 五、水汽分压线 由H=0622_P 得 0622+H=f(H) (P一定时) 是一条近似直线(H<0622)

5-1-2 湿空气的H-I图（湿焓图） 湿空气的状态由两个独立的性质确定，其他性质可以计算，但计算繁琐，有时还要式 差 。工程上为了计算方便，常用算图来表示湿空气各性质之间的关系。下面讨论常用的湿焓 图(H-I图)。 一、 等H线：与纵轴平行 二、 等I线：与斜轴平行 三、 等t线 由 得 上式是以t为参数的直线方程， 且t，斜率， 所以等t线为一族非平行直线。 四、等线 由 知当P一定时，给定时， 所以是一族曲线 五、水汽分压线 由 得 ，(P一定时) 是一条近似直线(H0.622) I = (1.01+1.88H)t + 2490H I = (1.88t + 2490)H +1.01t s s P p p H   − = 0.622 H f ( p ) f (t) s = =  P p p H − = 0.622 ( ) 0.622 f H H HP p = + = 辅助水平轴 H, kg水/ kg干气 横轴(斜轴) I, kJ / kg干气

六、HI图的说明与应用 1.已知空气状态点A,求其他参数 B(H) Ias,tM F(p) 已知一对独立参数,求状态点 q=100% (2)t和t q=100% (3)t和

六、 H-I 图的说明与应用 1．已知空气状态点A，求其他参数 2．已知一对独立参数，求状态点 (1) t 和tw (2) t 和td (3) t 和 A B C D E F H I as w t , t d t p B(H) C(I) ( ) as w D t or t ( ) d E t F( p) A t as w t , t  =100% A t d t  =100% A t  =100% 

第二节干燥过程的物料衡算与热量衡算 5-2-1湿物料中含水量的表示方法 湿基含水量wm=水分质量x100 基合水量X X干物料质量k水分/k8千物料 显然w 1+F十 5-2-2干燥系统的物料衡算 水分蒸发量W 新鲜空气(L2H1) 废气(L,H2) 干燥产品G2,x2,G 湿物料(G1X,G) 设L一干空气消耗量,kg干空气/s G—干物料流量,kq干物料 W一水分蒸发量,kg/ G1、G2-湿物料进出干燥器时的流量,kg湿物料/s。 对干燥器进行水分的物料衡算 则LH1+GX1=LH2+GY2 W=G(X1-X2)=L(H2-H1)

第二节 干燥过程的物料衡算与热量衡算 5-2-1 湿物料中含水量的表示方法 一、 湿基含水量w 二、 干基含水量X X 显然 ， 5-2-2 干燥系统的物料衡算 一、 水分蒸发量W 设L—干空气消耗量，kg干空气/s； G—干物料流量，kg干物料/s； W—水分蒸发量，kg/s； G1、G2—湿物料进出干燥器时的流量，kg湿物料/s。 对干燥器进行水分的物料衡算 则 = 100% 湿物料质量 水分质量 w 水分 干物料 干物料质量 水分质量 = , k g / k g X X w + = 1 w w X − = 1 ( , ) 新鲜空气 L H1 ( , , ) 干燥产品 G2 X2 G ( , , ) 湿物料 G1 X1 G ( , ) 废气 L H2 LH1 +GX1 = LH2 +GX2 ( ) ( ) W = G X1 − X2 = L H2 − H1

空气消耗量 由上式得:L=Gx1-X2)W H2-H1H2-H1 L F1==m1-B ,单位空气消耗量,kg干空气/kg水分。 干燥产品流量G 年燥器进行干物料衡算 则G(1-m1)=G2(1-n2)=G 所以G2 G1(1-w1) 5-2-3干燥系统的热量衡算 、热量衡算的基本方程 L,H,t, I L,Hno-预热器 干燥器 L,H2,l2,l2 →>G1,X1,B1,1 Gxe. 2D 对预热器进行焓衡算 则Ll+Q Qp=L(1-l0) 对干燥器进行焓衡算 则M1+G1+QD=Ll2+G/2+Q

二、 空气消耗量 由上式得： 或 ，单位空气消耗量，kg干空气/kg水分。 三、 干燥产品流量G2 对干燥器进行干物料衡算 则 所以 5-2-3 干燥系统的热量衡算 一、 热量衡算的基本方程 对预热器进行焓衡算 则 对干燥器进行焓衡算 则 2 1 2 1 1 2 ( ) H H W H H G X X L − = − − = 2 1 1 W H H L l − = = G1 (1−w1 ) = G2 (1−w2 ) = G 2 1 1 2 1 (1 ) w G w G − − = 0 0 0 L, H , t , I 预热器 1 1 1 L, H , t , I 2 2 2 L, H , t , I 2 2 2 2 G , X , , I 1 1 1 1 G , X , , I 干燥器 Qp QD QL LI0 + Qp = LI1 ( ) 1 0 Q L I I p = − D QL LI1 +GI 1  +Q = LI2 +GI 2  +

所以Q=l(l2-l1)+G(l2-1)+Q 所以Q=Q+QD=L(12-l0)+G(n-h)+Q 为方便,假定 1)新鲜空气中水汽的焓等于废气中水汽的焓 湿物料进出王燥器时的比热相等,并可取其平均值 即c1 而 由J=12o+H0lo=cxl+1nH 12=lg2+H2l2=cg12+l2H2 相减并代入假定(1),得 12-l0=cx(2-t0)+l2(H2-H0)=cg(2-t0)+(+c1212)H2-H) =101(12-10)+(2490+1.8812)(H2-H0) 又由 ce 相减,并代入假定(2),得 12-l1=c22-cB1=Cm(B2-B1) 所以Q=101L(42-n)+L(H2-HX2490+1.882)+Gcn(B2-)+Q =101(t2-t0)+W(2490+1.8812)+Gcn(2-61)+Q2 二、干燥系统的热效率 们=然发水分所需的热量 100% 向干燥系统输入的总热量 x100%=g

所以 所以 为方便，假定 (1) 新鲜空气中水汽的焓等于废气中水汽的焓 即 (2) 湿物料进出干燥器时的比热相等，并可取其平均值 即 而 由 相减并代入假定(1)，得 又由 相减，并代入假定(2)，得 所以 二、干燥系统的热效率 D QL Q = L(I 2 − I 1 )+G(I 2  − I 1 )+ p D QL Q = Q + Q = L(I 2 − I 0 ) + G(I 2  − I 1 ) + v0 v2 I = I m c = c = c 1 2 s Xcw c = c + 0 0 0 0 0 0H0 I I H I c t I = g + v = g + v 2 2 2 2 2 2H2 I I H I c t I = g + v = g + v 1.01( ) (2490 1.88 )( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) 2 0 2 2 0 2 0 2 0 2 2 0 2 0 0 2 2 2 0 t t t H H I I cg t t Iv H H cg t t r cv t H H = − + + − − = − + − = − + + − 1 11 I = c 2 22 I = c ( ) 2 1 = 22 − 11 = 2 −1  −  m I I c c c m L m L L t t W t Gc Q Q L t t L H H t Gc Q = − + + + − + = − + − + + − + 1.01 ( ) (2490 1.88 ) ( ) 1.01 ( ) ( )(2490 1.88 ) ( ) 2 0 2 2 1 2 0 2 0 2 2 1     = 100% = 100% Q QV 向干燥系统输入的总热量 蒸发水分所需的热量 