第七章干燥.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 干 燥,Chapter 7 Drying,重点,：,湿空气的性质、,空气的焓湿图、,连续干燥过程的物料衡算和热量衡算、,干燥机理、干燥曲线,难点,：空气的焓湿图、干燥机理；,第一节概述,（,Introduction,）,在化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多的水分或有机溶剂,(,湿份,),，要制得合格的产品需要除去固体物料中多余的湿份除湿方法：机械去湿法,如离心分离、沉降、过滤加热去湿法,利用热能使湿物料中的湿份汽化除湿程度高，但能耗大惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以降低除湿的成本干燥分类：,去湿,：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的过程一、固体物料的去湿方法,：,机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法除去湿分物理化学去湿法：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。

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,固体的干燥,二、干燥过程的分类,1,、按操作压力分：,常压干燥,真空干燥,2,、按操作方式分：,连续式干燥,间歇式干燥,3,、按给湿物料提供热能的方式分：,传导干燥（间接加热干燥）：,将热能以传导的方式通过金属壁面传给湿物料特点：热能利用率高对流干燥（直接加热干燥）：,将热能以对流的方式传给与其直接接触的湿物料特点：热能利用率比传导干燥低辐射干燥：,热能以电磁波的形式由辐射器发射，射至湿物料表面被其吸收再转变为热能介电加热干燥：,将需要干燥的物料置于高频电场的交变作用使物料加热而达到干燥本章重点：以不饱和热空气为干燥介质，除去湿物料中水分的连续对流干燥过程三、对流干燥过程,1,、对流干燥的流程,空气,预热器,干燥器,废气,湿物料,干燥产品,2,、对流干燥的特点,湿物料,t,t,w,p,s,p,w,Q,N,必要条件：是物料表面所产生的是水蒸汽（或其它蒸汽）压力要大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压干燥介质：,用来传递热量（载热体）和湿份（载湿体）的介质由于温差的存在，气体以对流方式向固体物料传热，使湿份汽化；,在分压差的作用下，湿份由物料表面向气流主体扩散，并被气流带走。

对流干燥过程原理,温度为,t,、,湿份分压为,p,的湿热气体流过湿物料的表面，物料表面温度,t,i,低于气体温度,t,注意：,只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干燥即可进行，与气体的温度无关气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快湿份汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力H,t,Q,W,t,i,p,p,i,M,干燥是热、质同时传递的过程,干燥过程,热空气流过湿物料表面,热量传递到湿物料表面,湿物料表面水分汽化并被带走,表面与内部出现水分浓度差,内部水分扩散到表面,传热过程,传质过程,传质过程,干燥过程推动力,传质推动力：物料表面水分压,P,表水,热空气中的水分压,P,空水,传热推动力：热空气的温度,t,空气,物料表面的温度,t,物表,对流干燥过程实质,除水分量,空气消耗量,干燥产品量,热量消耗,干燥时间,物料衡算,能量衡算,涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系,涉及湿空气的性质,干燥过程基本问题,解决这些问题需要掌握的基本知识有：,(1),湿分在气固两相间的传递规律；,(2),湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化；,(3),物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；,(4),干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。

本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程湿空气：,指绝干空气与水蒸汽的混合物在干燥过程中，随着湿物料中水份的汽化，湿空气中水份含量不断增加，但绝干空气的质量保持不变因此，湿空气性质一般都以,1kg,绝干空气为基准操作压强不太高时，空气可视为理想气体系统总压,P,：,湿空气的总压（,kN/m,2,），即,P,干空气,与,P,水,之和干燥过程中系统总压基本上恒定不变且,干燥操作通常在常压下进行，常压干燥的系统总压接近大气压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作第二节 湿空气的性质及湿度图一、湿空气的性质,1,、水蒸气分压,p,v,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,2,湿度,(,humidity,),H,-,容纳水分的能力,又称为湿含量或比湿度,(absolute humidity),它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示，使用符号，其单位为：,kg,水气,/kg,干空气常温下，湿空气可视为理想气体，则有,在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压,p,v,等于该空气温度下纯水的饱和蒸气压,p,s,，,则有,由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和湿度,(,容纳水分的最大能力,),是温度和总压的函数，即,3,相对湿度,当,p,v,=0,时，,=0,，,表示湿空气不含水分，即为绝干空气。

当,p,v,=,p,s,时，,=1,，,表示湿空气为饱和湿空气当,p,v,p,s,时，,1,，表示湿空气为未饱和湿空气在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压,p,v,与同温度下水的饱和蒸汽压,p,S,之比的百分数，称为相对湿度,(,relative humidity,),，,用符号,表示，即,相对湿度,（,Relative humidity,）,若,t,总压下湿空气的沸点，湿份,p,s,P,，,最大,(,空气全为水汽,),湿份的临界温度，气体中的湿份已是真实气体，此时,=0,，理论上吸湿能力不受限制f,(,H,t,),p,s,随温度的升高而增加，,H,不变提高,t,，,，,气体的吸湿能力增加，故空气用作干燥介质应先预热H,不变而降低,t,，,，,空气趋近饱和状态当空气达到饱和状态而继续冷却时，空气中的水份将呈液态析出相对湿度：湿空气,吸收水分,的能力，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，,值越小，则吸湿能力越大湿度：湿空气,容纳水分,的能力,在一定总压和温度下，两者之间的关系为,相对湿度和绝对湿度的关系,相对湿度和绝对湿度的关系,饱和湿度：湿空气,容纳水分的最大,能力,4.,比容,H,(Humid volume),或湿比容,(m,3,/kg,绝干气体,),比容：,1kg,绝干空气和相应水汽体积之和。

5.,比热,c,H,(Humid heat),或比热容,KJ/(kg),比热：,1kg,绝干空气及相应水汽温度升高,1,所需要的热量,式中：,c,g,绝干空气的比热，,KJ/(kg,),；,c,v,水汽的比热，,KJ/(kg,),对于空气,-,水系统：,c,g,=,1.01 kJ/(kg),，,c,v,=,1.88 kJ/(kg),6.,焓,I,(Total enthalpy),焓：,1kg,绝干空气的焓与相应水汽的焓之和由于焓是相对值，计算焓值时必须规定基准状态和基准温度，一般以,0,为基准，且规定在,0,时绝干空气和水汽的焓值均为零，则,对于空气,-,水系统：,显热项,汽化潜热项,7.,干燥过程中的物料温度,(1),干球温度,t,：,湿空气的真实温度，简称温度,(,或,K),将温度计直接插在湿空气中即可测量,2),空,气的湿球温度（,Wet-bulb temperature,）,q,N,对流传热,h,k,H,气体,t,H,气膜,对流传质,液滴表面,t,w,H,w,液滴,气体,t,t,w,对于某一定温度的湿空气，其湿度,H,越大，湿球温度值,t,w,越高对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。

在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为：,Q=,A,（,t-t,w,）,气膜中水气向空气的传递速率为：,N=,k,H,（,H,w,-H,）,A,在稳定状态下，传热速率和传质速率之间的关系为：,Q=,Nr,w,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强调,：,湿球温度,t,w,定义式,饱和气体,:,H,=H,w,=,H,s,，,t,w,=,t,，,即饱和空气的干、湿球温度相等不饱和气体,:,H,H,s,，,t,w,t,as,（或,t,w,）,t,d,；,饱和空气,t=,t,as,=t,d,【,思考题,】,1,解释春季回潮、冬季干燥现象解释,春季回潮,-,湿度，饱和湿度，露点；冬季干燥,-,相对湿度2,在静止的空气中有一干球温度计和一湿球温度计，若这两种温度计所测得的温度相差较小时，即说明该空气的湿度,H,（大）若使静止的空气流动，则这两个温度计的温差将会（增大）分析：若两温度计所测温差小,-,说明空气中吸收水分少，本身容纳水分多，即湿度大若空气流动，则吸收水分的能力强，即温差大。

3,测定湿球温度和绝热饱和温度时，若水的初温不同，对测定结果是否有影响？为什么？,讨论：因为湿球温度和绝热饱和温度只是空气的状态函数，与水温无关分析：,相对湿度,1-,由,H,求,1,（查,20,时水的饱和蒸汽压,p,s,=2.334kpa,）,空气中的水气分压为：,2-,温度提高后，,Ps,提高，,H,不变且,p,不变，即空气中水汽分压来变例,7-1】,湿 空气在总压,101.3kpa,、干球温度为,20,下，湿度为,0.01,求：,相对湿度,温度提高到,50,，计算相对湿度,总压提高到,125kpa,，温度为,20,，计算相对湿度,如总压提高到,250kpa,，温度维持,20,不变，计算每,100m,3,原来湿空气所冷凝出来的水分量2-,温度提高后,-,减小,查附录,ps,=14.99kPa,2=,p,v,/p,s,=1.603/14.99=10.7,%,3-,温度不变，,H,不变，总压改变，则水汽分压为：,总压增大，相对湿度增大，吸收水分的能力降低总压,P,增大,-,求,Hs-,析出的水量当总压为,101.3kPa,时，空气中水气分压为,1.603kPa,，现总压为,250kPa,，约为原总压的,2.5,倍，因,p,v,与,ps,成正比，则理论上水气分压可达到,p,v,=2.5,1.603=4.01kPa,，但实际上,20,下水的饱和蒸汽压,p,s,=,2.334kPa,，因此在加压中必有水析出，空气中水气分压保持不变，空气湿度变为饱和湿度，即：,Hs=0.622p,s,/(p-p,s,)=0.622,2.334/(259-2.334)=0.00586,加压前空气湿度,H=0.01kg,水,/kg,干空气,加压后每,kg,干空气所冷凝水分量为：,H=H-Hs=0.01-0.00586=0.00414kg,水,/kg,干空气,原空气比容为：,v,H,=(0.772+1.244H)(273+T)/273=0.842m3/kg,干空气,则,100m,3,原湿空气所冷凝水分量为：,W,1000.00414/0.842=0.492kg,结论,1,当总压一定时，气体温度越高，其容纳水分的最大能力越大。

为何预热）,2,温度一定时，总压增大，空气容纳水分的最大能力下降，从而干燥多在常压或真空条件下进行二、湿度图,（,Humidity chart,）,湿空气参数的计算比较繁琐，甚至需要试差为了方便和直观，通常使用湿度图等湿线,等焓线,等温线,饱和空气线,p-H线,空气湿度图的绘制（,Humidity chart,）,对于空气,-,水系统，,t,as,t,w,，,等,t,as,。