大连理工大学化工原理课程讲义-干燥1(精品).ppt

第第9 章章 干干 燥燥 9.1 概概 述述 去湿去湿:将固体物料中所含的湿分（水或有机溶剂）去除至规定指标的操作。去湿方法：去湿方法：机械去湿法 能耗少、费用低，但湿分去除不彻底；物理去湿法 受吸湿剂的平衡浓度的限制，且只适 用于脱除微量湿分。干燥方法干燥方法 工业上利用热能去湿的方法。9.1.1 物料的干燥物料的干燥干燥过程干燥过程：利用热能除去固体物料中的湿分（水或其他溶剂）的单元操作。真空干燥 操作压力常压干燥间歇干燥 连续干燥 操作方式分类分类：机理机理：质量传递：质量传递：湿份的转移，由固相到气相，以蒸汽分压为推动力。热量传递：热量传递：由气相到固相，以温度差为推动力。物料湿分热空气tQNpiip热空气与物料间传热和传质传导干燥对流干燥辐射干燥介电加热干燥 加热方式9.1.2 对流干燥对流干燥 利用热空气和湿物料作相对运动，气体的热量传递给湿物料，使湿物料的湿分汽化并传递到气体中，并被带走。说说明明：对流干燥是动量、热量、质量传递同时进行的传递过程。典型的对流干燥流程：典型的对流干燥流程：风机预热器干燥器空气蒸气湿物料干燥产品 对流干燥流程示意图9.2 湿空气性质及湿度图湿空气性质及湿度图 湿空气湿空气：含有湿分的空气，是常用的干燥介质，且一般情况下可视为理想气体。9.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数 干燥过程中，干空气的质量不变，故干燥计算以单位质量干空气为基准（干基）。（1）湿度）湿度H（湿含量或绝对湿度湿含量或绝对湿度）湿空气中水蒸气质量和干空气质量之比。kg水/kg干 空气视为理想气体，则：饱和湿度饱和湿度Hs:湿空气中水蒸气分压等于该温度下水的饱和蒸汽压。（2）相对湿度）相对湿度 相对湿度表明湿空气的不饱和度，反映湿空气吸收水汽的能力。H=f(,t)在 p=101.3 kN/m2时 （4）湿比热容湿比热容 cH （kJ/kg干空气干空气 C）ca：干空气比热容，约1.01 kJ/kg干空气C；cv：水蒸汽比热容，约1.88kJ/kg干空气C。（3）湿比体积湿比体积 H (m3/kg干空气干空气)基准基准:0C干空气、0C时液态水的焓为零。r0：0C时水蒸气汽化热，2490 kJ/kg（6）绝热饱和温度绝热饱和温度tas 绝绝热热饱饱和和过过程程:系统与外界绝热，不饱和气体与液体长时间接触，传热传质达平衡态时，则：（5）湿比焓湿比焓I (kJ/kg干空气干空气)稳态下，以单位质量的干空气为基准，对全塔作热量衡算得：绝热饱和温度是状态函数绝热饱和温度是状态函数 绝热饱和过程可当作等焓处理绝热饱和过程可当作等焓处理 即空气的入口焓近似等于空气的出口焓。补充水t、Htas、Has空气空气 绝热饱和塔示意图（7）干、湿球温度干、湿球温度 干球温度与湿球温度干球温度与湿球温度干球温度：普通温度计测出的空气温度；湿球温度：湿球温度计测出的空气温度。气流吹过湿份气化表面降温热量传递稳态时，空气传入的显热等于水的汽化潜热。注意：湿球温度不是状态函数注意：湿球温度不是状态函数。补充液，温度 tw空气湿度 H温度 t 湿球温度计的原理 应用应用 近似为常数（=0.961.005），数值上等于相同条件下的绝热饱和温度，故可以用其确定空气状态。说明：说明：测量湿球温度时，空气速度一般需大于5 m/s，使测量 较为精确。（8）露点露点td保持空气的H不变，降低温度，使其达到饱和状态时的温度。pd：为露点td时饱和蒸汽压，既该空气在初始状态下的水蒸气分压pv。9.2.2 湿球温度和绝热饱和温度之间的关系湿球温度和绝热饱和温度之间的关系 相同点：相同点：tas、tw与t和H 有关：即则其中表明：表明：对于空气和水系统，两者在数值上近似相等。不同点：不同点：tas、tw 本质上截然不同。湿空气的四个温度t 、tw 、tas、td可用来确定空气状态。对于一定状态的空气，它们之间的关系是：（1）tas 由相平衡得出的，是空气的热力学性质；tw 则取决于气液间的动力学因素 传递速率。（2）tas是大量水与空气接触，最终达到两相平衡时的温度，过程中气体的温度和湿度都是变化的；tw 是少量水和大量的空气的连续气流接触，传热传质达到稳态时的温度，过程中气体的温度和湿度近似不变。（3）绝热饱和过程中，气、液间的传递推动力由大变小，最终趋于零；测量湿球温度时，稳定后的气、液间的传递推动力不变。不饱和空气：不饱和空气：t tas=tw td饱和空气：饱和空气：t=tas=tw=td 9.2.3 湿空气的湿度图湿空气的湿度图 根据相律，当压力一定时，双组分、单相的湿空气自由度为2。湿度图：湿度图：t-H 图 和 I-H 图等温度线 （坐标轴X）；等湿度线 （坐标轴Y）；等相对湿度线；（1）湿空气的湿度图）湿空气的湿度图（t-H图，一定总压下）固定，则可确定t，H的关系 绝热饱和线（等湿球温度线）；湿比热线；比容线；干比容线 汽化潜热-温度线。饱和湿比容线2280225024602370234023102430240024900203040506010708090100温 度/1101200.010.030.020.080.060.050.040.100.120.140.16H湿空气的湿度-温度图湿度/kg.(kg干空气)-1汽化潜热/kJ.(kgH2O)-1湿比体积/m3.(kg干空气)-11.350.950.851.350.751.051.251.15汽化潜热对湿度湿比热容对温度饱和比体积对温度湿比体积对温度 H=0.140.120.080.100.040.060.020.00绝热饱和线1.001.051.101.151.201.251.301.35湿比热容/kJ.(kgH2O.)-1（2）湿度图的应用湿度图的应用 求湿空气的性质参数 HBCADH=0.016kg/kg干空气H=0.016kg/kga-t-ttH-tHs-tcH-HHtd=0.6cHcHt湿空气状态变化过程的图示=1ABt1t2tH加热=1ABt1t2tH冷却td不同温度、湿度的气流的混合过程=1ABt1t2tHt3H1H2H3绝热饱和、非绝热增湿过程=1tHBBBSAttasHHas湿基含水量湿基含水量 w：kg/kg湿物料干基含水量干基含水量 X:kg/kg干物料换算关系换算关系9.3.1 湿物料含水量的表示方法湿物料含水量的表示方法 9.3 固体物料干燥过程的相平衡固体物料干燥过程的相平衡（1）干燥平衡曲线）干燥平衡曲线 温度一定，对于一定的湿物料长时间接触湿空气，达到平衡状态。平衡蒸气压平衡蒸气压：平衡状态下湿物料表面的蒸气压。平衡含水量平衡含水量：平衡状态下物料的含水量。9.3.2 水分在气、固之间的平衡及干燥平衡曲线水分在气、固之间的平衡及干燥平衡曲线 p-X*(或或p*-X)线线 平衡含水量=f (物料的性质，空气的状态)可见：pV=0 X=0 当 时，pV X 当 时，SSDTEBCOAppSp*AXSp1pCp*CX*XAXB平衡含水量曲线（t 常数）-X线线-X 图受温度的影响相对较小754210389112611060402080100481216202428/%X*/kg（水）/100kg（绝对干燥物料）某些物料的平衡含水量（常温下）1新闻纸2羊毛3消化纤维4丝5皮革6陶土7烟叶8肥皂9牛皮胶10木材11玻璃丝12棉花（2）物料中所含水分的性质物料中所含水分的性质 自由水分和平衡水分自由水分和平衡水分 平衡水分平衡水分：用一定状态的湿空气，干燥某湿物料，物料能够达到的极限含水量称为对应于该空气状态的平衡水分。即：X X*可能被空气干燥的水分。结合水分和非结合水分结合水分和非结合水分 结结合合水水分分：固、液之间结合力较强的水分，存在于物料细胞壁内或毛细管内。注注：结合水产生的蒸汽压小于小于同温度下纯水的蒸汽压。非非结结合合水水分分：固液之间结合力较弱的水分，如物料表面的附着水分，或物料表面大孔内的水分。注注：非结合水产生的蒸汽压等于等于同温度下纯水的蒸汽压。（2）非结合水分是在干燥中容易除去的水分，而结合水分较难除去。是结合水还是非结合水仅决定于固体物料本身的性质，与空气状态无关。注意：注意：（1）自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的划分除与物料有关外，还决定于空气的状态。（3）平衡曲线的应用）平衡曲线的应用确定过程进行的方向确定过程进行的方向 物料脱水而被干燥；物料吸水而增湿；相平衡。确定过程的推动力确定过程的推动力 传质推动力：传质推动力：湿份的传递方向，视推动力的方向而定，或增湿或干燥。传热推动力：传热推动力：空气的温度与湿物料表面温度之差。确定在给定干燥介质的条件下，湿物料中可能去除的水分确定在给定干燥介质的条件下，湿物料中可能去除的水分及干燥后物料的最低含水量及干燥后物料的最低含水量。水分的种类1000结合水份非结合水份自由水份平衡水份XSX*/%X100作业：P321 1、4