《食品工程原理》教案 (第26-27次课4学时) 一、授课题目 第四章物料干燥 第一节概述 第二节湿空气的性质及湿烙图 二、教学目的和要求 通过本次课的学习，要求学生了解物料干燥的相关概念，学握湿空气的基本性质，学 会运用湿焓图。 三、教学重点和难点 重点：湿含量、湿球温度、露点温度等概念：湿烙图 难点：湿烙图 四、教学过程 第0负共38负
第四章物料干燥 第一节概述 口去湿：除去物料中的水分和或具它溶剂（统称为湿分）的过程。 口去湿的方法： 1机械去湿法：即通过过滤、玉榨、抽吸和离心分离等方法除去湿分。 2.物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收水分。该法费用高， 操作麻烦，只适用于小批量固体物料的去湿，或用于除去气体中的水分。 3热能去湿法：如蒸发、干燥等用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生 的蒸气排除，藉此来除去固体物料中湿分的操作，称为国体的王燥。 口干燥过程的分类 口按操作压力：常压干燥、真空干燥 口按操作方式：连续式、间歇式 口按传热方式：传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热干燥，以及由其中两科 或三种方式组成的联合干燥。 口在工业上应用最普遍的是对流干燥。通常使用的干燥介质是空气，被除去的湿分 是水分。空气既是载热体又是载湿体。 口物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。 口干燥过程进行的条件：被干燥物料表面所产生水汽（或其它蒸汽）的压力大于干 燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压，压关越大，干燥过程进行越快。所以干燥介质须及 时将汽化的水汽带走，以保持一定的汽化水的推动力。 第0负共38负
第二节湿空气的性质及湿度图 一、湿空气的性质 1水蒸气分压p 空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分压定律，则有 P P-Pv ns 2湿度(humidity)H 又称为湿含量或绝对温度(absout humidity).它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对 气的质量之比表示，使用符号H,其单位为：kg水气g干空气。 湿空气中水气的质量 n,M, H=湿空气中绝干空气的质量”n,M, 常温下，湿空气可视为理想气体，则有 H= 18p,=0.622 29(P-P) P-P 在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压pV等于该空气温废下纯水的饱和蒸气压，则有 H,=0.62p=P, 由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿度是温度和总压的函数，即 H.=f(t,P) 3相对湿度中 在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压P,与同温度下水的饱和蒸汽压s之比的 百分数，称为相对湿度elative hmidi,用符号心表示，即p=卫L×1O0% P. 当pw0时，功0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。 第1贞共38贞（第四章物料干燥）
当p,=p,时，=l,表示湿空气为饱和空气。 相对湿度和绝对湿度的关系 ◆相对湿度：可以说明湿空气偏离饱和空气的程度，能用于判定该湿空气能否作为 干燥介质，中值与越小，则吸湿能力越大。 ◆湿度：是湿空气含水量的绝对值，不能用于分辨湿空气的吸湿能力 在一定总压和课度下，两者之间的关系为H=0.62P二9P一 9p, 4湿空气的比热CH 在常压下，将湿空气中1kg绝干空气及相应Hkg水汽的温度升高（或降低）1℃所需 要（或放出）的热量，称为比热，又称为湿热，用符号CH表示，单位是kJ/(g绝干气·℃) 即c=cg+e 式中c—湿空气的比热，k(g绝干气℃)：cg—绝干空气的比热，kg绝干气℃)： 一水气的比热，k(g水气C) 在常用的温度范围内，有 9m=1.01+1.881 上式说明：湿空气的比热只是湿度的函数 5湿空气的焓1 湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和，称为湿空气的烙，用符号I表示 单位是kkg干空气。I=g+H 式中I—湿空气的焓，kg绝干气：g—绝干空气的格，kkg绝干气： —水气的格，kkg水气 注：空气的焓是根据干空气及液态水在0℃时烙为零作基准而计算的，因此，对于温度 为1及湿度为H的湿空气，其焓包括由0℃的水变为0℃的水汽所需的潜热及湿空气由 0℃升温至t℃所需的显热之和，即 I=(cg+Hc,)t+。0 =(1.01+1.88H)+2490H 第2贞共38贞（第四章物料干燥）
6湿空气的比容vm 在湿空气中，Ikg绝干气体积和相应的Hkg水气体积之和，称为湿空气的比容，亦称 湿容积humid volume),用符号vu表示，单位为：m湿空气kg绝干气。 '4=m绝于气+m水气 g绝干气 4=(0+x24×273+1×1.013×10 273 =(0.772+1.24H)×22.4×273+1x1.013×105 273 7露点t 不饱和的空气在湿含量H不变的情况下冷却，达到饱和状态时的温度，称为该湿空气 的露点(dew piont),用符号tu表示。 在露点时，空气的湿度为饱和湿度，中=1。 H4= 0.622ps H.P P-Pst4 Pssa 0.622+H 当空气从露点继续冷却时，其中部分水蒸汽便会以露珠的形式凝结出来。空气的总压 一定，露点时的饱和水蒸汽压P,仅与空气的湿度Hs,t4有关，即PHs,)或tF (s,)湿度越大，tH越大。 8干球温度t和湿球温度t 干球温度t空气的温度： 湿球温度tw:不饱和空气的湿球温度t低于干球温度t。 第3贞共38贞（第四章物料干燥）
形成原理（如图所示）： 在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率 为：Q=aS(ttw) 气膜中水气向空气的传递速率为：N=k知(H,wH)S 在稳定状态下，穿热速率和传质速率之间的关系为： Q-Nrw 1.=1-k(H-H) 对空气~水蒸气系统而言，ak1.09 强调： ·湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真实温度，由于此温 度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态 或性质的一种参数。 ·对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温度值越低。对于饱和湿 空气而言，其湿球温度与干球温度相等。 9绝热饱和温度t 形成原理：绝热降温增湿过程及等烙过程 绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和，则空气的温度不再下降，而等于循环水的温 度，称此温度为该空气的绝热饱和温度，用符号表示，其对应的饱和湿度为H,此 刻水的温度亦为t 在空气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得 到的是汽化水带来的潜热，空气的温度和湿度虽随过程 的进行而变化，但其格值不变。 塔顶和塔底处湿空气的焓分别为： L1=(c。+Hc)t+Hr 12=(cg+H as cy)tas Hasro 第4贞共38贞（第四章物料干燥）
空气在绝热增湿过程中为等焓过程，即：1= 由于H和Hs值与1相比皆为一很小的数值，故可视为C:、C不随湿度而变，即 CCs则有1=1-(H-H) 实验测定表明，对于在湍流状态下的空气一水蒸气系统而言，kH≈CH，同时 r0≈r,故在一定温度t和湿度H下，有tw≈ts 强调：绝热饱和温度，与湿球温度tw是两个完全不的概念。但是两者都是湿空气状态 和)的函数。特别是对空气一水气系统，两者在数值上近似相等，对其他系统而言，不 存在此关系。 对空气一水蒸气系统，干球温度、绝热饱和温度（或湿球温度）及露点之问的关系 为：对于不饱和湿空气：t>t(或tw)>ta 对于饱和的湿空气：t=tas(或w)=ta 二、湿空气的湿度图 在工程计算中，常用的是以湿空气的焓值【为纵坐标，湿度H为横坐标的烙湿图即 IH图。 图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度t和湿度H的湿空气状态。 ●等湿度线（等H线）： ·等烙线（等I线）： ●等温线（等t线）： ·等相对温度线（等小线） ●水蒸汽分压线： 1等湿度线（等H线） 一组与纵轴平行的直线。在同一条等H线上，湿空气的露点不变。 2等焓线（等1线） 一组与横轴平行的直线。在同一条等I线上，湿空气的温度t随湿度Ⅱ的增大而下 降，但其烙值不变。 第5贞共38（第四章物料干燥）
3等温线（等t线） =(1.88t+2490)1.01t 当空气的干球温度t不变时，I与H成直线关系，故在-H图中对应不同的t,可作出 许多等t线。各种不同温度的等温线，其斜率为(1.88+2492)，故温度愈高，其斜率愈大。 因此，这许多成直线的等t线并不是互相平行的。 4等相对温度线（等中线 当湿空气的湿度为一定值时，温度愈高，其相对湿度中值愈 H=0.622P,低，即其作为干燥介质时，吸收水汽的能力愈强，故湿空气进 P-op. 入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度，日的除了提高湿 空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而作为载湿体。 5水蒸汽分压线 HP 该线表示空气的湿度H与空气中的水蒸汽分压之间关系 P= 0.622+H 曲线。当湿空气的总压P不变时，水蒸汽的分压p,随湿度H 而变化。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为kNm2。 湿焓图的说明与应用 根括湿空气任意两个独立的参数，就可以在H图上确定该空气的状态点，然后查出 空气的其他性质。 非独立的参数如：trH,pH,trp,tw,tI等，它们均在同一等H线或等I线上。 干球温度t、露点t、湿球温度tw(或绝热饱和温度ts)都是由等t线确定的。 第6贞共38英（第四章物料干燥
通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件是： (1)湿空气的干球温度t和湿球温度： (2)湿空气的干球温度t和露点a: (3)湿空气的干球温度1和相对湿度中。 例：已知湿空气总压为101.3kN/m2,湿度为H=0.02kg水/kg干空气，千球温度为 70℃。试用-H图求解： (a)水蒸汽分压p:(b)相对湿度中：(c)热格I:(d)露点d:(e)湿球温度v: 解由己知条件：P=101.3kNm,H0.02kg水kg干空气，=20C,在1-H图上定出 湿空气的状态点A点。pm=3kNm:=10%:=122kJkg干空气：1d24℃：=33℃ 三、湿空气的基本状态变化过程 1间壁式加热和冷却 若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中 的含水量始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程， 过程线为垂直线。 2间壁式冷却减湿 上述问壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱 和状态，继续冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝结出来， 而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。 利用上述方法，如果将凝结出来的水分设法除去，再 将所得的饱和空气加热，则不会恢复原来的状态，而 空气的湿度小于原空气的湿度，即达到减湿的日的。 第7贞共38贞（第四章物料干燥】
3不同状态空气的混合 设有状态不同的空气1和2，对应的干空气的量为G1和G2,对应的状态为(H1,11) (H2,2)。两空气混合后，由物料衡算和热量衡算，可求得 H。=GH+G,H 1。=G+G21 G1+G2 G1+G2 若混合后的空气状态点落入超饱和区，例如图中 直线上的d点，则混合物将分成气态的饱和空气和 液态的水两部分，前者的状态点为过d点的等温线与 中=l线的交点e。 4绝热冷却增湿过程 空气和水直接接触时，空气的状态变化可视为空气和液态水表面边界层内的饱和空气 不断混合的过程。 若空气（以A点表示）与温度为的冷却水（其表面的饱和空气以B点表示）相 接触，由于水温保持不变，B点的位置也固定不变，则空气的不晰混合过程就表现为空气 状态从A点不断向B点移动， 绝热饱和过程的进行，其结果一方面表现为空气 的冷却，另一方面表现为空气的增湿，故称为绝热冷 却增湿过程。 第8贞共38贞（第四章物料干燥）