第七章干燥 第一节概述 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 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.按操作压力一常压干燥 真空干燥:处理热敏性、易氧化、或要求含湿量低的物料。 2.按操作方式一连续干燥 间歇干燥:适用小批量、多品种、要求干燥时间长的物料。 3.按加热方式一热传导干燥: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 W水公海县
1 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 湿 物 料 热 空 气 气膜 θ pW p 水汽分压 W 水分汽化量 Q t
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>空气中湿分的分压p 干燥介质———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 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千空气为基准的 湿空气中湿含量的表示法 (1)水汽分压p P(总压)=p3(干空气)+P(水汽) (2)相对湿度φ 定义一在一定总压下
2 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 pW 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 pv P（总压）=pg（干空气）+pv（水汽） （2） 相对湿度 φ 定义—在一定总压下
Pr 100% P 相对湿度是衡量湿空气的不饱和程度, p=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能反映湿空气的千燥(吸水气)能力 (3)(绝对)湿度H 定义 湿空气中湿分的质量m H湿空气中干空气的质量m M, n,Mr p P =18.P=0622P队g水g干空气 29P P 饱和湿度Hy=0622 P 可见饱和湿度与空气的总压和温度有关 因为p-=gp,H=0622 2.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)Un 定义一含有单位质量干空气的湿空气的体积 m干空气+m3水分 [m3/kg千空气 kg干空气 D+D·H
3 φ = 100% s v p 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： g v m m H 湿空气中干空气的质量 湿空气中湿分的质量 = v v g v g g v v P p p M M M n M n − = = v v v v P p p P p p − = − = 0.622 29 18 [kg 水/kg 干空气] 饱和湿度 s s S P p p H − = 0.622 可见饱和湿度与空气的总压和温度有关。 因为 pv=φps， s s P p p H − = 0.622 2．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 定义—含有单位质量干空气的湿空气的体积。 干空气 干空气 水分 kg m m H 3 3 + = [m3 /kg 干空气] = g + v H
224224273+t10133×105 273 P 273+t10133×105 (0.773+1.244H) 273 (2)湿空气的比热容cH 定义一含有单位质量干空气的湿空气,温度升高IK所需的热量 CH=Cg+cvH =101+1.88H kJ/kg千空气K] 湿空气的比热容随湿空气的湿度而变化 (3)湿空气的焓l 定义一湿空气的焓为所含干空气的焓和水汽的焓之和。 以1kg千空气为基准 1H=lg+HIn kJ/kg千空气 焓是相对值,取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,l=cgt 水汽包括0C时的汽化潜热和0℃C以上的显热, ly=ro+C,t IH=(cg+crH)roH=(101+1.88H)+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 b 饱和状态—指H=H,P=p;,9=100%;若空气温度下降至露点以下
4 P t H P t H 5 5 1.0133 10 273 273 (0.773 1.244 ) 1.0133 10 273 273 ) 18 22.4 29 22.4 ( + = + + = + （2）湿空气的比热容 cH 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。 cH=cg+cvH =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 IH 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： IH=Ig+HIv [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，Ig=cgt 水汽包括 0 0C 时的汽化潜热和 0 0C 以上的显热， Iv=r0+cvt IH=(cg+cvH)t+r0H=(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 td—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=Hs，p=ps，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 H=H,a=0622--P s,d P 2)已知空气的总压P和湿度H,利用等湿过程,求露点一 P ,查水汽表,对应的温度为td 0.622+H 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m千湿球温度计 气流 机理将湿球温度计放入温度为湿度为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
5 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— s td s td s td P p p H H , , , 0.622 − = = − 2）已知空气的总压 P 和湿度 H，利用等湿过程，求露点— H HP ps td pv + = = 0.622 , ，查水汽表，对应的温度为 td 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 tW 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 H，t t 干 球 温 度 计 湿 球 温 度 计 水 湿 纱 布 tW 干湿球温度计
1)由于湿球表面p>p,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 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。而湿球温 度是由空气的H和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H 空气向湿球表面的传热速率:Q=a4(tm) 2.湿球表面水分向空气主体的对流传质速率 N=kHA(Hw-H) 式中:km以湿度差为推动力的传质系数;kg水m2s A湿球纱布的表面积;m2 Hm-在湿球温度下,空气的饱和湿度;kg水/kg干空 H—在干球温度下,空气的饱和湿度;kg水kg千空气 3.在平衡时:Q=a4(1m)=kA(HmH)r
6 1）由于湿球表面 ps>pv，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 H 1．空气向湿球表面的传热速率： Q=αA（t-tW） 2．湿球表面水分向空气主体的对流传质速率： N=kHA（HW-H） 式中：kH—以湿度差为推动力的传质系数；kg 水/m2 ·s A—湿球纱布的表面积；m2 HW—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-tW）=kHA（HW-H）rW
得:t (H-H) 实验证明k、a都与气速的08次方成正比所以k与气速无关, 对空气水系统,/kr≈1.09×103△H(kg水C 湿球温度计必须安放在空气流速大于5ms的环境中,以减少热辐 射和热传导的影响 (4)绝热饱和 绝热饱和器 四 空气 绝热降温增湿过程(绝热饱和过程)一 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1,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—稳定值ω。此时,空气降温 所传递的热量正好提供水汽化所需之热量气与水之间达到了热的平 衡。空气温度也降至ω,湿度由H增大到ls下的饱和湿度Has 温度l称为湿空气(t,H)的绝热饱和温度
7 得： (H H) k r t t W H W W = − − 实验证明 kH、α 都与气速的 0.8 次方成正比，所以 kH/α 与气速无关， 对空气-水系统，α/ kH ≈1.0910 3 JΔH(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 tas 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 tas。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 tas，湿度由 H 增大到 tas 下的饱和湿度 Has。 温度 tas 称为湿空气（t，H）的绝热饱和温度。 绝热隔墙 补充水 tas，Has tas 空气 H，t 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C为温度基准, 进入绝热饱和器湿空气的焓=cHt+Hro 离开绝热饱和器湿空气的焓l2= CHas tas+Haro =l2 CHi+Hro= cHas tas+hasro 由于H、Ha与1相比很小,cH≈cHas 则 上式表示绝热饱和温度l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:L和w两者意义虽然不同,但都是湿空气的初始状态的函数 特别对空气一水系统,由于cH=ak,则astw。l容易测定,用t 代替as,这对干燥计算带来方便。 对不饱和湿空气:1>m>ta 对饱和湿空气:t=l=t 二、湿空气的湿度图 湿度图(-H图)的构造
8 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 I1=cH t+Hr0 离开绝热饱和器湿空气的焓 I2=cHas tas+Has r0 ∵I1 = I2 cH t+Hr0= cHas tas+Has r0 由于 H 、Has 与 1 相比很小，∴cH ≈ cHas 则 ( ) 0 H H c r t t as H as = − − 上式表示绝热饱和温度 tas 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：ta 和 tW 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 cH=α/kH ，则 tas≈tW 。tW 容易测定，用 tW 代替 tas，这对干燥计算带来方便。 对不饱和湿空气：t> tW> td 对饱和湿空气： t= tW= td 二、湿空气的湿度图 1．湿度图（I—H 图）的构造
电乌吻吻 一了 10图 0.010,020.030.04 湿度H/kg水/kg干空气 图7-4湿空气的IH图(总压101.325kPa) (1)等湿度(H)线 (2)等焓()线——又称绝热增湿过程线 =101H(1.88+2492)H (3)等温(t)线 (4)等相对湿度()线:H=0622卿 P 饱和空气线o=100%,只有位于此线上方,才是不饱和空气,用作
9 （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（）线： s s P p p H − = 0.622 饱和空气线=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 HP 0.662+H 2.湿度图的用法 湿空气的各项参数有:四个温度,H,g,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 (las ) tw (2)由两个温度确定湿空气的状态 1)t和 2)t和t 3)t和t )t和q 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度H;(3焓;(4露点t;(5湿球温度和; (6如果将含500kgh干空气的湿空气预热至11內C,求所需热量Q
10 干燥介质。 （5） 水汽分压线： H HP p + = 0.662 2．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 tW 2）t 和 td 3）tW 和 td 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 td； (5)湿球温度 tw； (6)如果将含 500kg/h 干空气的湿空气预热至 1170C，求所需热量 Q。 A A I t （tas）tW td H p φ 线 φ=100%线 等温线 水汽分压线 等焓线 等 湿 度 线