干燥與濕空氣

干燥與濕空氣第1頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)概述一、去濕方法機(jī)械去濕法：過(guò)濾、壓榨和離心分離等。物理化學(xué)去濕法：用吸濕性物料如石灰、無(wú)水氯化鈣等吸收水分。熱能去濕法：加熱物料使水分或其中濕分汽化并排除，如蒸發(fā)、干燥等。第2頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、干燥過(guò)程的分類按操作方法：連續(xù)式、間歇式按操作壓力：常壓干燥、減壓（真空）干燥按熱能傳遞方式：傳導(dǎo)干燥、對(duì)流干燥、輻射干燥、和介電加熱干燥等。其中工業(yè)中最普遍使用的是對(duì)流干燥。第3頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、本章學(xué)習(xí)內(nèi)容計(jì)目的學(xué)習(xí)內(nèi)容：以空氣為干燥介質(zhì)，水為被去除濕分的對(duì)流干燥，即以對(duì)流方式，利用熱空氣將固體物料中的水分去除掉的單元操作。學(xué)習(xí)目的：1、掌握濕空氣的相關(guān)物性參數(shù)；2、空氣焓濕圖的結(jié)構(gòu)及用法；3、干燥過(guò)程的物料計(jì)算和熱量衡算；4、干燥時(shí)間的計(jì)算；5、了解干燥設(shè)備的類型。第4頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、干燥能夠進(jìn)行的條件物料干空氣，pVpW被干燥物料表面所產(chǎn)生水蒸汽的分壓pW大于干燥介質(zhì)（熱空氣）中水蒸汽的壓力pV。第5頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)及濕度圖一、濕空氣的性質(zhì)濕空氣：主要包含有絕對(duì)干燥的空氣和水蒸汽1、濕空氣的水分含量：（1）水蒸汽分壓pv第6頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）絕對(duì)濕度H（濕含量）濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕對(duì)干空氣的質(zhì)量之比，單位為：kg水汽/kg干空氣。第7頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（3）相對(duì)濕度ψ在一定溫度及總壓下，濕空氣中的水汽分壓pv

與同溫度下水的飽和蒸汽壓pS

之比。相對(duì)濕度可以反映濕空氣中水汽接近飽和的程度，當(dāng)ψ=0，表示濕空氣不含水分，即為絕干空氣。當(dāng)ψ=1，表示濕空氣為飽和空氣，不能再吸收水分，即不能用于干燥。第8頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、濕空氣的溫度：（1）干球溫度t：℃即濕空氣的溫度，用普通溫度計(jì)測(cè)量即可。（2）濕球溫度tW：℃將溫度計(jì)的感溫球用紗布包裹，紗布用水保持濕潤(rùn)，這支溫度計(jì)稱為濕球溫度計(jì)，它在空氣中達(dá)到平衡或穩(wěn)定時(shí)的溫度稱空氣的濕球溫度。

第9頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一干濕球溫度計(jì)第10頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一濕球溫度實(shí)際上表示濕紗布中水分的溫度，而并不代表空氣的真實(shí)溫度，由于此溫度由濕空氣的溫度、濕度所決定，故稱其為濕空氣的濕球溫度。它是代表濕空氣狀態(tài)或性質(zhì)的一種參數(shù)。（3）絕熱飽和溫度tas，℃絕熱飽和器，不飽和的空氣與大量水接觸，直至達(dá)到飽和。

第11頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一幾點(diǎn)說(shuō)明：①此過(guò)程對(duì)空氣而言，是H增加，焓值I不變的過(guò)程，即等焓增濕過(guò)程；②對(duì)于水-空氣系統(tǒng)，可認(rèn)為tw=tas；（4）濕空氣的露點(diǎn)td，℃不飽和的空氣在濕含量Ｈ不變的情況下冷卻，達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度，稱為該濕空氣的露點(diǎn)。對(duì)于不飽和濕空氣，t＞tw

＞td，對(duì)于飽和濕空氣，t=tw=td。第12頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、濕空氣的其它狀態(tài)參數(shù)（1）濕空氣的焓，I，KJ/Kg絕對(duì)干空氣濕空氣中1kg絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之和，稱為濕空氣的焓。Ｉ——濕空氣的焓，kJ/kg絕干空氣；

Ig——絕干空氣的焓，kJ/kg絕干空氣；

Iv——水汽的焓，kJ/kg水汽。第13頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）濕空氣的比熱CH，KJ/（Kg絕干空氣℃）常壓下，將濕空氣中1kg絕干空氣及相應(yīng)Ｈkg水汽的溫度升高1℃所需要的熱量，稱為濕空氣的比熱，簡(jiǎn)稱濕比熱。第14頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）濕空氣的比熱υH，m3/Kg絕干空氣1kg絕干空氣對(duì)應(yīng)的濕空氣的體積，稱為濕空氣的比容積，亦稱濕容積。第15頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、濕空氣的焓濕圖（I-H圖）1、構(gòu)造常用為總壓1atm下的焓濕圖，以H為橫坐標(biāo)，I為縱坐標(biāo)。為避免數(shù)據(jù)及曲線過(guò)于擁擠，常采用斜角坐標(biāo)系。圖中任何一點(diǎn)即代表一種特定的空氣狀態(tài)。上面共有五種曲線：（1）等焓線——與斜軸平行的一組直線；（2）等濕度線——與縱軸平行的一組直線；（3）等溫線——當(dāng)空氣的干球溫度t不變時(shí)，I與H成直線關(guān)系，在I-H圖中對(duì)應(yīng)不同的t，可作出許多等t線。其斜率為(1.88t+2492)，因此，不同的等t線之間并不是互相平行的。

第16頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（4）等相對(duì)濕度線——是一組從坐標(biāo)原點(diǎn)散發(fā)出的曲線，根據(jù)公式繪制。（5）水蒸汽分壓線——表示空氣的濕度Ｈ與空氣中的水蒸汽分壓之間的關(guān)系。水蒸汽的分壓pv只隨濕度Ｈ而變化。第17頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一等t線等ψ線水蒸汽分壓線等I線等H線IH第18頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、焓濕圖（I-H圖）的使用：（1）已知空氣在圖上的狀態(tài)點(diǎn)，利用各種曲線找到該空氣的狀態(tài)參數(shù)。例如：已知狀態(tài)點(diǎn)A求：①H，②I，③t，④ψ，⑤p，⑥tw，⑦tdAEDFBCtwtd

φ=1HpI第19頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）已知空氣的兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)，在圖上找到狀態(tài)點(diǎn)，再確定其它的狀態(tài)參數(shù)。例如：已知①t和tw②t和td

③t和ψ④H和t⑤p和t第20頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算一、物料衡算1、物料含水量的表示方法濕基含水率w干基含水率Ｘ第21頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、物料衡算主要包括水分蒸發(fā)量和絕對(duì)干空氣耗量的計(jì)算（1）水分蒸發(fā)量W

干燥過(guò)程如圖：

濕物料廢氣干物料熱空氣L,H1L,H2G1,w1,X1G2,w2,X2第22頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一G2—出干燥器的產(chǎn)品質(zhì)量，kg/hGc—濕物料中絕對(duì)干料的質(zhì)量，kg/hw1、w2—干燥前后物料的濕基含水量，kg/kg濕物料；X1、X2—干燥前后物料的干基含水量，kg水/kg干物料L—進(jìn)、出干燥器的絕干空氣的流量，kg/hH1、H2—進(jìn)、出干燥器的濕空氣的濕度，kg水/kg干空氣W—水分蒸發(fā)量，kg/h。G1—進(jìn)入干燥的濕物料質(zhì)量，kg/h第23頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第24頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）絕對(duì)干空氣耗量的計(jì)算在干燥過(guò)程中，絕對(duì)干空氣的流量不變，為L(zhǎng)只有其攜帶的水分的量是增加的，則所消耗的濕空氣的體積為第25頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、熱量衡算濕物料干物料新鮮空氣熱空氣廢氣G1,w1,θ1G2,w2,θ2QPQlt0,φ0t1,φ1t2,φ2L,H0,I0L,H1,I1L,H2,I2第26頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第27頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、預(yù)熱器的熱量衡算2、干燥室的熱量衡算第28頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一輸入=輸出，整理后得：第29頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第30頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、干燥系統(tǒng)的熱效率第31頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例8—6今有一干燥器，處理濕物料量為800kg／h。要求物料干燥后含水量由30％減至4％(均為濕基)。干燥介質(zhì)為空氣，初溫15℃，相對(duì)濕度為50％，經(jīng)預(yù)熱器加熱至120℃,進(jìn)入干燥器，出干燥器時(shí)降溫至45℃，相對(duì)濕度為80％。試求：(a)水分蒸發(fā)量W；

(b)空氣消耗量L、單位空氣消耗量l；

(c)如鼓風(fēng)機(jī)裝在進(jìn)口處，求鼓風(fēng)機(jī)之風(fēng)量V。

解(a)水分蒸發(fā)量W

第32頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(b)空氣消耗量L、單位空氣消耗量l由I—H圖中查得，空氣在to＝15℃，φo＝50％時(shí)的濕度為H0＝0.005kg水/kg干空氣

第33頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第34頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

第四節(jié)干燥速度和干燥時(shí)間一、物料中所含水分的性質(zhì)1、結(jié)合水分與非結(jié)合水分結(jié)合水分是指包括物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分、物料毛細(xì)管中的水分及以結(jié)晶水的形態(tài)存在于固體物料之中的水分等。非結(jié)合水分是指機(jī)械附著于固體表面的水分，如物料表面的吸附水分、較大孔隙中的水分等。第35頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一非結(jié)合水分與物料的結(jié)合力弱，其蒸汽壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓相同，干燥過(guò)程中較易除去；結(jié)合水分結(jié)合力強(qiáng)，其蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，致使干燥過(guò)程的傳質(zhì)推動(dòng)力降低，故較難除去。

2、平衡水分與自由水分物料干燥到一定程度時(shí)，其表面的水蒸汽分壓同空氣中水蒸汽分壓達(dá)到相等，即物料中水分與濕空氣達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)物料所含水分稱為該空氣條件下物料的平衡水分，表示為X

e。第36頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一干燥過(guò)程達(dá)到平衡以前物料中能夠除去的水分稱為自由水分。3、幾種水分的關(guān)系結(jié)合水分和非結(jié)合水分只取決于物料本身的性質(zhì)，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)無(wú)關(guān)；平衡水分與自由水分則還取決于干燥介質(zhì)的狀態(tài)，干燥介質(zhì)狀態(tài)改變時(shí)，平衡水分和自由水分的數(shù)值將隨之改變；一般，自由水分包括全部非結(jié)合水和部分結(jié)合水，而平衡水分則為結(jié)合水分。第37頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、干燥機(jī)理當(dāng)固體物料的含水量超過(guò)其平衡含水量時(shí)與干燥介質(zhì)接觸，雖則在開(kāi)始時(shí)水分均勻地分布在物料中，但由于濕物料表面水分的汽化，遂形成物料內(nèi)部與表面的濕度差，由于物料內(nèi)部的水分借擴(kuò)散作用向表面移動(dòng)而在表面汽化，汽化的水分被介質(zhì)及時(shí)帶走，從而達(dá)到使固體物料干燥的目的。第38頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一些物料中水分表面汽化的速率小于內(nèi)部擴(kuò)散的速率時(shí)，稱為表面汽化控制；另一些物料中水分表面汽化的速率大于內(nèi)部擴(kuò)散的速率，稱為內(nèi)部擴(kuò)散控制。

干燥過(guò)程中，水分的遷移分為自內(nèi)部向表面的擴(kuò)散和表面向外周的汽化，二者同時(shí)進(jìn)行著，但在不同的時(shí)間，干燥機(jī)理并不同。

第39頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、恒定干燥條件下的干燥速率恒定干燥條件：干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式，在整個(gè)干燥過(guò)程中均保持恒定。1、干燥速率指單位時(shí)間內(nèi)、單位干燥面積上蒸發(fā)的水分量W。第40頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、干燥曲線表示干燥過(guò)程中物料含水量X與干燥時(shí)間t、物料表面溫度θ關(guān)系的曲線，稱為干燥曲線。第41頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表示物料干燥速率u與物料含水量X關(guān)系的曲線，稱為干燥速率曲線。2、干燥速率曲線AEDCBuX0X1Xu0X2XeAEDCBuX0X1Xu0X2Xe第42頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一由圖中可知，干燥分恒速干燥階段（B-C段），降速干燥階段（C-E段）C點(diǎn)為恒速干燥向降速干燥的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，稱臨界點(diǎn)。第43頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、恒定干燥條件下的干燥時(shí)間1、恒速干燥時(shí)間t12、降速干燥時(shí)間t2可采用近似計(jì)算方法求t2

干燥速率曲線中，連接CE段成直線，即干燥速率與物料中的自由水分含量(X-Xe)成正比第44頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第45頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例8-2濕物料在恒定干燥條件下在5h內(nèi)由含水率35%降至10%，如果物料的平衡含水率為4%，臨界含水率為14%，求在同樣的干燥條件下，將物料干燥到含水率為6%（以上均為干基含水率）時(shí)，需要多少時(shí)間？解：已知第46頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第47頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第48頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第49頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期一化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，常用的烘干箱，它就是一個(gè)箱式干燥器