(17-39-2009)工科—化工原理(下)干燥.ppt
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1、 第五章第五章 干燥干燥前言:前言:1.定义:去除水分的操作为干燥或去湿定义:去除水分的操作为干燥或去湿2.方法方法(1)机械法()机械法(2)热能法)热能法-传导、对流、辐射干燥,常传导、对流、辐射干燥,常用:传导和对流结合法用:传导和对流结合法3.过程:干燥速率过程:干燥速率=F(传热速率、传质速率)传热速率、传质速率)热空气把热量传给固体物料表面热空气把热量传给固体物料表面对流传热对流传热物料表面水分汽化进入热空气中物料表面水分汽化进入热空气中传质传质物料内部水分向物料表面扩散物料内部水分向物料表面扩散传质传质空气:称干燥介质,作用载热体和载湿体空气:称干燥介质,作用载热体和载湿体4.内
2、容:因目的选择干燥器规格型号,则需要:去水量、需热内容:因目的选择干燥器规格型号,则需要:去水量、需热量、干燥时间,量、干燥时间,1 湿空气的性质、湿空气的性质、2去水量和需热量计算去水量和需热量计算3干燥时间计算干燥时间计算 、4干燥器类型干燥器类型1 湿空气的性质和湿度图湿空气的性质和湿度图一一.湿空气的性质湿空气的性质基准:单位绝干空气(基准:单位绝干空气(1kg)1.湿度湿度H和相对湿度和相对湿度(1).定义:定义:(3).讨论:干空气讨论:干空气p=0,则,则H=0 水气饱和的湿空气:水气饱和的湿空气:2.相对湿度相对湿度(2)H与与的关系的关系3.比容比容 vH (1)定义:定义:
3、1kg绝干空气为基准的湿空气的体积绝干空气为基准的湿空气的体积(2)表达式(与表达式(与H和操作条件的关系)和操作条件的关系)4.湿空气的比热容(与湿空气的比热容(与H的关系)的关系)5.湿空气的焓湿空气的焓I(1)定义:)定义:1kg绝干空气的焓与其所含水气的焓的和绝干空气的焓与其所含水气的焓的和 I=Ig+IvH(2)焓的基态温度:规定)焓的基态温度:规定0oC干空气和液态水干空气和液态水的焓为的焓为0(3)表达式:)表达式:I=(t-0)+HCv(t-0)+Hro I=(Cg+HCv)t+Hro ro为为0oC时水的汽化热:时水的汽化热:2490kJ/kg,则,则I=(1.01+1.88
4、7H)t+2490H6.干球温度干球温度t和湿球温度和湿球温度tW(1)干球温度)干球温度t 定义:空气的真实温度,直接用定义:空气的真实温度,直接用wenduji8测出的温度测出的温度 注意:并非绝干空气温度,只是为区别于湿球温度而命名注意:并非绝干空气温度,只是为区别于湿球温度而命名(2)湿球温度)湿球温度tW A.为何引入为何引入tW:求:求H。因。因、v vH H、C CH H、I I均为均为H H的函数,而的函数,而H H不易测,且不易测,且H=H=f(tf(t,tW)B.B.湿球温度的结构和测温原理湿球温度的结构和测温原理结构结构 水棉布温度计空气Ht测定原理:当空气传给棉测定原理
5、:当空气传给棉布上的水的显热布上的水的显热=水分汽化所水分汽化所需汽化热时读数为需汽化热时读数为tW说明:说明:*虽空气与湿布间有传虽空气与湿布间有传热和传质,因空气流通,则空热和传质,因空气流通,则空气的温度和湿度视为恒定气的温度和湿度视为恒定*为减少辐射和传导传热的影响,测定时空气流速为减少辐射和传导传热的影响,测定时空气流速5m/sC.如何用如何用t、tW求求H当当tW恒定时,空气向棉布上的水传热速率为恒定时,空气向棉布上的水传热速率为Q=S S(t-tW)气膜中水汽向空气的传质速率为气膜中水汽向空气的传质速率为N=N=k kH(H(HS ,tW-H)S-H)SN N:kg/skg/sk
6、 kH:以湿度为推动力的传质系数:以湿度为推动力的传质系数H HS ,tW:tW下空气的饱和湿度,若下空气的饱和湿度,若tW下水的汽化热为下水的汽化热为r rtW,则有则有 Q=N r rtWS S(t-tW)=k kH(H(HS ,tW-H)S-H)S r rtWtW=t-(k kH r rtW/)(H(HS ,tW-H)-H)D.D.讨论:讨论:tW tW(或或tas)td 对饱和空气有对饱和空气有 t=tW(或或tas)=td二二.湿空气的湿空气的H-I图图1.简介简介(1)什么是)什么是H-I图图:用各种图线表示湿空气的各种参数(用各种图线表示湿空气的各种参数(H、I、P水分水分、t-
7、t-)间的关系图为)间的关系图为(2)绘制)绘制H-I图的目的:用两个已知量查出其它量图的目的:用两个已知量查出其它量(3)说明:除了)说明:除了H-I图还有图还有H-t图图2.H-I图(常压下)图(常压下)(1)H-I图的坐标:夹角图的坐标:夹角1350将斜轴将斜轴I的数据投影在辅助水平轴上的数据投影在辅助水平轴上 0680H1H2H3H4I1 I2 I3 1350(2)H-I图上各条线讨论图上各条线讨论A.等等H线群线群 纵轴纵轴,00.2kg/kg绝绝干空气干空气B.等等I线线群斜群斜轴轴 斜斜轴轴,0680kJ/kg绝绝干空气干空气C.等温(干球温度)线群等温(干球温度)线群 线群绘制
8、方法:根据线群绘制方法:根据H-I关系绘制关系绘制因因I=(1.88t+2490)H+1.01t例当例当t=2000C时,时,H 0.02 0.04 I 259.32 316.64t范围:范围:02500CD等等线线绘制方法:绘制方法:P已知,而已知,而Ps=f(T),则对则对有:有:H-H-t-t-作图即可作图即可 的范围:的范围:11.5%11.5%100%100%说明:说明:=100%=100%的空气不能作为干燥介质的空气不能作为干燥介质E.E.蒸汽分压线蒸汽分压线绘制方法:因绘制方法:因 H=0.622Pv/(P-Pv)H=0.622Pv/(P-Pv)则则 HP HP HPvHPv=0
9、.622Pv=0.622Pv PvPv=HP/(0.622+H)HP/0.622=HP/(0.622+H)HP/0.622当当P P一定时,一定时,PvPv与与H H为线性关系为线性关系PvPv范围:范围:0 0260kPa260kPa(3 3)如何使用)如何使用H-IH-I图图例:常压下某湿空气的温度例:常压下某湿空气的温度t t为为2020O OC C,H=0.0147kgH=0.0147kg水水/kg/kg绝干绝干空气,(空气,(1 1)求)求、v vH H、C CH H、I I (2 2)若)若t t为为5050O OC C,各项又为多少?,各项又为多少?解解(1)t=20OC,H=0
10、.0147由图查出由图查出=100%=100%,I=58 kJ/kgI=58 kJ/kg绝干空气绝干空气v vH H、C CH H用前述公式计算用前述公式计算(2 2)计算方法同()计算方法同(1 1)例已知常压下空气的例已知常压下空气的t=30OC,H=0.02403 kg/kgkg/kg绝干空气,确定绝干空气,确定空气的状态并求水蒸气分压空气的状态并求水蒸气分压PvPv、t td d、t tasas解:由解:由t=30OC,H=0.02403 得状态点为得状态点为AH=0.02403t=30OCA(1)求求Pv:由:由H和和Pv=f(H)线查出)线查出Pv=3.8kPaPv=f(H)Pv(
11、2)求t td d:由H=0.02703与=100%=100%的交点下的的交点下的t t为为t td d=28=28OCt=28OC=100%=100%(3)求求t tasas:过:过A的等焓线的等焓线与与=100%=100%线的交点温度线的交点温度即为即为t tasas=28=28OC作业:1、2 2 干燥干燥过过程的物料和程的物料和热热量衡算量衡算前言(前言(1)目的:)目的:进进行行设计计设计计算或操作算或操作计计算算 (2)内容:湿物料性)内容:湿物料性质质,空气性,空气性质质,物料和,物料和热热量衡算,量衡算,空气在干燥空气在干燥过过程中的程中的 状状态变态变化化一一.湿物料的性湿物
12、料的性质质1.湿基含水量湿基含水量w质质量百分数量百分数 w=(水分(水分质质量量/湿物料湿物料质质量)量)100%2.干基含水量干基含水量X质质量比量比X=湿物料中水的湿物料中水的质质量量/湿物料中湿物料中绝绝干物料的干物料的质质量量说说明:明:w与与X的关系:的关系:w=X/(1+X)或或X=w/(1-w)3.湿物料比湿物料比热热容容CmCm=Cs+XCm 【kJ/kg觉觉干物料干物料OC】Cm=Cs+4.187 X4.湿物料的焓湿物料的焓I若湿物料的温度若湿物料的温度为为,则则I =Cs=Cs+X +X CwCw =(Cs+4.187X)=(Cs+4.187X)=Cm=Cm 二二.干燥系
13、干燥系统统的物料衡算的物料衡算1.1.计计算内容:算内容:单单位位时间时间去水量去水量W W 单单位位时间时间得得绝绝干干产产品的量品的量G G 单单位位时间时间空气消耗量空气消耗量L L绝绝干干2.2.各物理量的各物理量的计计算公式算公式 如如图图湿空气湿空气L、H1湿空气湿空气L、H2湿物料湿物料G、X1或或G1、w1湿物料湿物料G、X2或或G2、w2G1、G2:kg湿物料湿物料/sG:kg绝干物料绝干物料/s3.W、G、L的计算的计算(1)W=?单位时间内对水分进行衡算有单位时间内对水分进行衡算有LH1+GX1=LH2+GX2 W=L(H2-H1)=G(X1-X2)(2)求)求L=?L=
14、W/(H2-H1)或)或 l=L/W=1/(H2-H1)L单位空气消耗量:蒸发单位空气消耗量:蒸发1kg水所需空气(绝干)的量水所需空气(绝干)的量(3)G=?G2=?公式一:公式一:G=W/(X1-X2)公式二:因公式二:因G1(1-W1)=G2(1-W2)则则 G2=G1(1-W1)/(1-W2)3.干燥系统的热量衡算干燥系统的热量衡算(1)内容:求整个干燥系统消耗的总热量)内容:求整个干燥系统消耗的总热量Q 计算干燥系统的热效率计算干燥系统的热效率(2 2)各物理量表达式)各物理量表达式 如图如图预热器预热器干燥器干燥器QPQL=0QL kJ/sQDL、H0、t0、I0新新鲜气鲜气L、H
15、1、t1、I1L、H2、t2、I2废气废气G、X1、1、I I1 1 G、X2、2、I I2 2 (3)求)求QA.用焓表示的用焓表示的Q:因:因 Q=QP+QD对预热器有:对预热器有:QP+L I0=L I1则则 QP=L(I1-I0)对干燥器有:对干燥器有:QD+L I1+G I I1 1 =L I2+G I I2 2 +QL 则则QD=L(I2-I1)+G(I2-I1)+QL则则Q=QP+QDQ=L(I2-I0)+G(I2-I1)+QLB.用温度和比热表示的用温度和比热表示的Q分析:加入干燥系统的分析:加入干燥系统的Q的用途的用途用途一:用于补充热损失用途一:用于补充热损失QL用途二:湿
16、度为用途二:湿度为H0的新鲜空气由的新鲜空气由t0升到升到t2吸收的热量为吸收的热量为 L(Cg+Cv H0)(t2-t0)=L(1.01+4.187 H0)(t2-t0)用途三:干燥产品用途三:干燥产品G由由1加热到加热到2吸收的热量吸收的热量 GCm2(2-1)用途四:去除的水分由用途四:去除的水分由1液态变为液态变为t2下的气态下的气态 已知水从已知水从0OC液态变为液态变为0OC气态吸热气态吸热2490kJ/kg设计如下过程求蒸发设计如下过程求蒸发W吸收的热量吸收的热量W,0OC液态液态吸热吸热W,0OC气态气态吸热吸热W,t2气态气态W,1液态液态则吸收的热量则吸收的热量=W(249
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- 17 39 2009 工科 化工 原理 干燥
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