化工原理 電子教案 第十章 固體干燥

1、.：.；13枯燥13.1概述一、物料的去濕方法機械去濕：含水較高時，機械分別方法；吸附去濕：含水較低時，用枯燥劑 CaCl2、硅膠；供熱枯燥：加熱汽化水分；二、枯燥分類按操作方式分 延續(xù)枯燥：工業(yè)常用；間歇枯燥：小批量；按操作壓強分 常壓枯燥 真空枯燥：要求處置后物料濕分低或熱敏性物質(zhì)；按傳熱或供熱方式分1傳導枯燥 2對流枯燥 3輻射枯燥 4介電加熱枯燥 5結(jié)合枯燥三、對流枯燥過程的條件及特點枯燥介質(zhì)熱空氣 汽化濕份水分對流枯燥的必要條件：物料外表水汽分壓空氣中水汽分壓傳質(zhì)推進力，反之，那么為枯燥逆過程吸濕；特點氣固兩相之間將發(fā)生 1熱量、質(zhì)量同時傳送 物料水分枯燥介質(zhì)；枯燥介質(zhì)熱量物料；普通

2、兩者方向相反 2過程的方向和極限 A 方向 溫度梯度為傳熱方向判據(jù)：熱量傳送方向 水汽分壓為傳質(zhì)方向判據(jù)：質(zhì)量傳送方向 B 極限情況 取決于枯燥條件 包括平衡條件：相平衡、熱平衡 兩相的相對流量因目的不同，可以分為如下兩大類以傳熱為目的，伴有傳質(zhì)過程。如空氣的直接水冷，目的是為了提高水溫，利用余熱降低空氣溫度；以傳質(zhì)為目的，伴有傳熱過程。如空調(diào)中空氣的增減濕； 四、本章重點濕空氣的性質(zhì)表征、形狀參數(shù)及計算掌握濕度圖的運用及枯燥過程計算；掌握恒速及降速枯燥的機理；13.2 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖濕空氣是干空氣和水氣的混合物。在對流枯燥過程中，最常用的枯燥介質(zhì)是濕空氣，將濕空氣預(yù)熱成熱空氣后與濕物料

3、進展熱量與質(zhì)量交換，可見濕空氣既是載熱體，也是載濕體。在枯燥過程中，濕空氣的水氣含量、溫度及焓等性質(zhì)都會發(fā)生變化。所以，在研討枯燥的過程之前，首先要了解表示濕空氣性質(zhì)或形狀的參數(shù)，如溫度，相對濕度、干球濕度、露點、濕球溫度、比容濕容積、比熱、焓及絕熱飽和溫度等的物理意義及相互間的關(guān)系。 13.2.1濕空氣的性質(zhì)及表征一、空氣中水汽含量的表示方法 1水汽分壓 表示絕干空氣分壓 表示總壓 (1) 2空氣的濕含量濕度或絕對濕度及飽和濕度 一定，僅受影響 (2) 飽和溫度假設(shè)等于同溫度下水的飽和蒸汽壓，那么此時濕度為飽和濕度，以表示 3僅為之函數(shù)，當一定，僅與有關(guān)；3空氣的相對濕度 表該形狀空氣接受水

4、分才干， 4 與有關(guān)。當相對濕度=100時，表示濕空氣中的水汽已到達飽和，此時水汽的分壓為同溫度下水的飽和蒸汽壓，亦即濕空氣中水汽分壓的最高值。相對濕度越低，那么距飽和程度越遠，表示該濕空氣的吸收水汽才干越強。故，濕度只能表示出水汽含量的絕對值，而對相濕度值卻能反映濕空氣吸收水汽的才干。因，將其代入式(2)中，得 (5) 由上式可見，當總壓一定時，空氣的濕度隨著空氣的相對溫度及濕度而變，即 6二、濕空氣的焓和濕比熱以1干空氣為基準，以0為基準，并設(shè)濕空氣濕度；kJ/kg干空氣 7 干空氣比熱1.01kJ/kg. ,水汽比熱1.88kJ/kg。水在0下的汽化潛熱 2492kJ/kg所以 令濕比熱

5、 所以即 8 三、濕空氣的比容濕比容 濕空氣的比容為單位質(zhì)量干空氣及其所帶水汽的總體積，以符號表示。 由此：干空氣 水汽的體積為 常壓下溫度為、濕度為的濕空氣的比容為 9四、絕熱冷卻過程和絕熱飽和溫度 右圖所示為一空氣增濕塔，設(shè)有溫度為，濕度為的飽和空氣在塔內(nèi)與大量水接觸，水用泵循環(huán)，假設(shè)設(shè)備保溫良好，那么熱量只在汽液兩相之間傳送，而對周圍環(huán)境是絕熱的。這時可以為水溫完全均勻，故水向空氣中汽化時所需的潛熱，只能取自空氣中的顯熱，這樣，空氣的溫度下降，而濕度添加，即空氣失去顯熱，而水汽將此部分熱量以潛熱的方式帶回空氣中，故空氣的焓值可視為不變忽略水汽的顯熱，這一過程為空氣的絕熱降溫增濕過程及等焓

6、過程。 絕熱增濕過程進展到空氣被水汽所飽和，那么空氣的溫度不再下降，而等于循環(huán)水的溫度，稱此溫度為該空氣的絕熱飽和溫度(adiabatic saturation temperature)，用符號表示，其對應(yīng)的飽和濕度為，此刻水的溫度亦為。 AA空氣空氣 水現(xiàn)進一步分析這過程，在空氣絕熱增濕過程中，空氣失去的是顯熱，而得到的是汽化水帶來的潛熱，空氣的溫度和濕度雖隨過程的進展而變化，但其焓值不變。 在塔內(nèi)恣意取一截面AA，空氣在該截面處的形狀為，濕質(zhì)量熱容為。以1kg干空氣為基準，在截面AA和塔頂之間列熱量衡算式。以為基準溫度，那么補充水所帶入的焓為零。在穩(wěn)定情況下，空氣釋放出的顯熱等于水分汽化后

7、帶回空氣的潛熱，所以有： 10溫度下水的汽化潛熱。五、露點 不飽和的空氣在濕含量不變的情況下冷卻，到達飽和形狀時的溫度，稱為該濕空氣的露點(dew piont),用符號表示。露點是濕空氣的一個物理性質(zhì)，當?shù)竭_露點時，空氣的濕度為飽和濕度。假設(shè)知飽和濕度那么用式(3)求出飽和蒸汽壓。 當空氣從露點繼續(xù)冷卻時，其中部分水蒸汽便會以露點方式凝結(jié)出來。 空氣的總壓一定，露點時的飽和水蒸汽壓僅與空氣的濕度有關(guān)，即 11濕度越大，越大，如知空氣的總壓及濕度，可由式(3)求得飽和水蒸汽壓，然后，由飽和水蒸汽壓表查得對應(yīng)的溫度，即為空氣的露點。同樣，知空氣的總壓和露點，即可求得空氣的濕度，此即露點法測定空氣濕

8、度的根據(jù)。六、濕球溫度 1干球溫度溫度計的感溫球露在空氣中，稱為干球溫度計，所測得的溫度為空氣的干球溫度，簡稱為空氣的溫度。 2濕球溫度溫度計B的感溫球用紗布包裹，紗布用水堅持潮濕，這支溫度計稱為濕球溫度計，它在空氣中所到達的平衡或穩(wěn)定的溫度稱空氣的濕球溫度(wet bulb temperature),用號w表示。不飽和空氣的濕球溫度低于干球溫度。 3濕球溫度計測定空氣濕球溫度的機理設(shè)有大量的不飽和空氣，其溫度為，水汽分壓為，濕度為。該空氣以高速(通常氣速m/s，以減少輻射和熱傳導的影響經(jīng)過濕球溫度計的濕布紗外表。假設(shè)開場時設(shè)濕紗布水分的初溫高于空氣的露點，那么紗布外表的水蒸汽壓比空氣中水汽分

9、壓高，水汽便自濕紗布外表汽化，并擴至空氣主體中去，汽化水分所需的潛熱，首先只能取自濕紗布中水的顯熱，因此使水溫下降。當水溫低于空氣的干球溫度時，熱量那么由空氣傳向紗布中的水分，其傳熱速率隨著兩者溫差增大而增大，當由空氣傳入紗布的傳熱速率恰好等于自紗布外表汽化水分的傳熱速率時，那么兩者到達平衡形狀，這時濕紗布中的水溫即堅持恒定。稱這恒定或平衡的溫度為該空氣的濕球溫度。因濕空氣的流量大，在流過濕紗布外表時可以為其溫度和濕度均不改動。應(yīng)指出的是：濕球溫度實踐上是濕紗布中水分的溫度，而并不代表空氣的真實溫度，由于此溫度由濕空氣的溫度、濕度所決議，故稱其為濕空氣的濕球溫度，所以它是闡明濕空氣形狀或性質(zhì)的

10、一種參數(shù)。對于某一定干球溫度的濕空氣，其相應(yīng)的溫度越低，濕球溫度值越低。而對于飽和濕空氣而言，其濕球溫度與干球溫度相等。 假設(shè)濕空氣的溫度為，濕球溫度為w，那么空氣向紗布外表的傳熱速率為 12式中 傳熱速率，； 空氣至濕紗布的對流傳熱系數(shù)，；空氣與紗布的接觸面積，；同時濕紗布中水分向空氣的傳質(zhì)速率為 13式中傳質(zhì)速率或水分汽化速率，； 以濕度差為推進力的傳質(zhì)系數(shù)，；空氣與紗布的接觸面積，；濕空氣在溫度為下的飽和濕度，空氣的濕度，；因濕球處的熱量達平衡形狀，空氣向濕紗布外表的傳熱速率應(yīng)等于水分汽化所需的熱量，即 14水在濕球溫度時的汽化潛熱，； 由以上各式可得： 15 整理上式可得： 16對于空

11、氣水系統(tǒng)，在絕熱條件下，上式可以寫成 17式(10)與式(17)比較，可得：對于和一樣的濕空氣，可以為絕熱飽和溫度和濕球溫度數(shù)值相等，但對于其他物系，那么，這時濕球溫度比絕熱飽和溫度要高。不過應(yīng)強調(diào)指出的是：絕熱飽和溫度與濕球溫度是兩個完全不同的概念。但是兩者都是濕空氣形狀(和)的函數(shù)。特別是對空氣水汽系統(tǒng)，兩者在數(shù)值上近似相等，這給枯燥計算帶來很大的方便。因濕球溫度是比較容易測定的，而，那么可根據(jù)空氣的干球溫度和絕熱飽和溫度(因), 從空氣的濕度圖中，查得空氣的濕度。 從上述結(jié)論可看出，表示空氣的性質(zhì)的三個溫度的大小，對于不飽和濕空氣為 ；對于已達飽和的濕空氣那么有13.2.2空氣濕度圖及其

12、用法一、空氣濕度圖 在總壓一定時，濕空氣的各個參數(shù)中，只需兩個參數(shù)是獨立的，即規(guī)定兩個相互獨立的參數(shù)，濕空氣的形狀就被獨一確定。工程上為了方便起見，將各參數(shù)之間的關(guān)系在平面坐標上繪制成濕度圖。根據(jù)目的和運用上的方便可以選擇不同的獨立參數(shù)作為坐標，由此所得的濕度圖的方式也不同。 目前工程計算中用得比較廣泛的是采用溫度作為橫坐標、濕度作為縱坐標所繪制的濕度圖，也稱圖。 圖中包括五種線，其意義如下：等干球溫度線 簡稱等線，一切與縱坐標平行的直線都是等線。等濕含量線 簡稱等線，一切與橫坐標平行的直線都是等線。等相對濕度線 簡稱等線，由當為一定值時，由于飽和蒸汽壓僅系溫度的函數(shù)，可以標繪出許多的點而銜接成等線。的線稱為飽和線，