化工原理課件干燥

化工原理A(2)PrinciplesofChemicalEngineeringA(2)A2-5化工原理A(2)A2-5第1章蒸餾第2章吸收第3章蒸餾和吸收塔設(shè)備第4章液-液萃取第5章干燥化工原理A（2）第1章蒸餾化工原理A（2）本章內(nèi)容提要§5-1概述§5-2

濕空氣的性質(zhì)及濕度圖*§5-3

干燥過程的物料衡算與熱量衡算*§5-4

干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系§5-5

干燥器本章內(nèi)容提要§5-1概述一、除濕及其方法1、何為除濕？

從濕物料中脫除濕分的過程稱為除濕。濕分不一定是水分?。ㄋ只蚱渌后w）2、除濕方法

機(jī)械法：擠壓（擰衣服、壓榨、過濾、離心分離）吸附法：固體吸附劑吸附（硅膠、無水CaCl2、分子篩等）干燥法：加熱（利用熱能，使?jié)裎锪现械臐穹制ィ?-1概述一、除濕及其方法1、何為除濕？從濕物料中脫除濕分的過干燥方法二、干燥方法傳導(dǎo)干燥

對(duì)流干燥

輻射干燥

介電干燥

§5-1概述干燥方法二、干燥方法傳導(dǎo)干燥對(duì)流干燥輻射干三、對(duì)流干燥的傳熱傳質(zhì)過程1、傳熱過程

干燥介質(zhì)Q濕物料表面Q濕物料內(nèi)部2、傳質(zhì)過程

濕物料內(nèi)部濕分濕物料表面濕分干燥介質(zhì)§5-1概述對(duì)流干燥是熱量和質(zhì)量同時(shí)、反向的傳遞過程。三、對(duì)流干燥的傳熱傳質(zhì)過程1、傳熱過程干燥介質(zhì)Q濕物料QNttwpwp干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體干燥過程：物料的去濕過程介質(zhì)的降溫增濕過程傳熱傳質(zhì)濕物料推動(dòng)力（t－tw）推動(dòng)力（pw－p）傳質(zhì)、傳熱同時(shí)發(fā)生本章討論以空氣作干燥介質(zhì)，以水為濕份的對(duì)流干燥過程。方向相反干燥介質(zhì)§5-1概述QNttwpwp干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體傳熱傳質(zhì)濕推動(dòng)力（t一、濕空氣的性質(zhì)*1．濕度Ｈ與相對(duì)濕度φ2．比容vH

3．比熱容cH4．焓I

5．干球溫度t與濕球溫度tw6．絕熱飽和溫度tas

7．露點(diǎn)td二、濕空氣的H-I圖*1．

H-I圖中的線群2．

H-I圖應(yīng)用§5-2濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖一、濕空氣的性質(zhì)*§5-2濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖一、濕空氣的性質(zhì)*（1）濕度H濕空氣的性質(zhì)：又稱濕含量或絕對(duì)濕度,為濕空氣中水汽的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比，H。§5-2濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖濕度、比容、比熱容、焓、溫度等。1、濕度與相對(duì)濕度一、濕空氣的性質(zhì)*（1）濕度H濕空氣的性質(zhì)：又稱濕含量或絕對(duì)(2)相對(duì)濕度φ居室里比較舒適的氣象條件是：室溫達(dá)25℃時(shí)，相對(duì)濕度控制在40%~50％為宜；室溫達(dá)18℃時(shí)，相對(duì)濕度應(yīng)控制在30%~40％。濕空氣中水汽分壓pv與同溫度水的飽和蒸汽壓ps的百分比稱為相對(duì)濕度，φ。相對(duì)濕度代表濕空氣的不飽和程度。φ=0，絕對(duì)干燥空氣，吸納水汽能力最強(qiáng)。φ=1，濕空氣達(dá)到飽和，不能作為干燥介質(zhì)。

0<φ<1，濕空氣未達(dá)到飽和。Φ愈低，表明該空氣吸濕能力越大。高溫干燥原理：

H一定，t↗，ps↗，而pv不變，→φ↘。濕空氣的性質(zhì)*（低壓干燥原理：pv↘，ps不變，→φ↘）（冰箱，冷凍干燥）(2)相對(duì)濕度φ居室里比較舒適的氣象條件是：室溫達(dá)25℃時(shí)2.比容（濕容積）vH[m3濕空氣

?kg干空氣]濕空氣的性質(zhì)*含1kg絕干氣的濕空氣之體積稱為濕空氣的比容，vH（常壓下）2.比容（濕容積）vH[m3濕空氣?kg干空氣]濕空氣3．比熱容（濕比熱）cH比熱容是指常壓下，含1kg絕干氣的濕空氣之溫度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的熱量，cH。濕空氣的性質(zhì)*

cg干空氣的比熱，kJ/(kg·℃)cv水汽的比熱，kJ/(kg·℃)1.01kJ/(kg·℃)1.88kJ/(kg·℃)[kJ/(kg干氣℃)]3．比熱容（濕比熱）cH比熱容是指常壓下，含1kg4．焓Ir0＝2490kJ/kg（水0℃時(shí)的汽化熱）含1kg絕干氣的濕空氣的焓，I。若Ig—絕干空氣的焓，kJ/kg絕干氣Iv—水汽的焓，kJ/kg水汽則濕空氣的性質(zhì)*

[kJ/kg干氣]通常規(guī)定，0℃時(shí)絕干空氣及液態(tài)水的焓為零。4．焓Ir0＝2490kJ/kg（水0℃時(shí)的汽化熱）含1k5．干球溫度

t和濕球溫度

tw

干球溫度t：用普通溫度計(jì)直接測(cè)得的濕空氣的溫度。是濕空氣的真實(shí)溫度。濕球溫度計(jì)：用濕紗布包裹溫度計(jì)的感溫部分（水銀球），紗布下端浸在水中，以保證紗布一直處于充分潤(rùn)濕狀態(tài)，這種溫度計(jì)稱為濕球溫度計(jì)。將濕球溫度計(jì)置于溫度為ｔ、濕度為Ｈ的流動(dòng)不飽和空氣中，濕紗布中的水分汽化，并向空氣主流中擴(kuò)散；同時(shí)汽化吸熱使?jié)窦啿贾械乃疁叵陆?，與空氣間出現(xiàn)溫差，引起空氣向水分傳熱。濕球溫度tw：當(dāng)空氣傳給水分的顯熱恰好等于水分汽化所需的潛熱時(shí)，空氣與濕紗布間的熱質(zhì)傳遞達(dá)到平衡，濕球溫度計(jì)上的溫度維持恒定。此時(shí)濕球溫度計(jì)所測(cè)得的溫度稱為濕空氣的濕球溫度。濕空氣的性質(zhì)*5．干球溫度t和濕球溫度tw干球溫度t：因此，空氣的濕球溫度tw與空氣的干球溫度ｔ和濕度Ｈ有關(guān)：tw=f(t，H)在一定總壓下，只要測(cè)出濕空氣的干、濕球溫度，就可由上式計(jì)算出空氣的濕度。干球溫度t和濕球溫度tw

實(shí)驗(yàn)證明，傳質(zhì)系數(shù)kH和對(duì)流傳熱系數(shù)均與空氣流速的0.8次方成正比，故可認(rèn)為其比值/kH與氣流速度無關(guān)，對(duì)于空氣～水蒸汽系統(tǒng)，當(dāng)被測(cè)氣體溫度不太高、流速>5m/s時(shí)，

/kH

=1.09。t越小，H越小，tw就越小因此，空氣的濕球溫度tw與空氣的干球溫度ｔ和濕度Ｈ有關(guān)：twtas,Hast,Htas6．絕熱飽和溫度tas絕熱飽和溫度tas:在與外界絕熱情況下，空氣與大量水經(jīng)過無限長(zhǎng)時(shí)間接觸后，達(dá)到與水溫相等的空氣溫度。設(shè)塔與外界絕熱，初始濕空氣（t，H）與大量水充分接觸，水分汽化進(jìn)入空氣中，汽化所需熱量由空氣溫度下降放出顯熱供給。若空氣與水分兩相有足夠長(zhǎng)的接觸時(shí)間，最終空氣為水汽所飽和，而溫度降到與循環(huán)水溫相同?？諝庠谒?nèi)的狀態(tài)變化是在絕熱條件下降溫、增濕直至飽和的過程，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度tas就是初始濕空氣（t，H）的絕熱飽和溫度，與之相應(yīng)的濕度稱為絕熱飽和濕度Has。濕空氣的性質(zhì)*

tas,Hast,Htas6．絕熱飽和溫度tas空氣傳給水分的顯熱=水分汽化所需的潛熱。絕熱塔內(nèi)氣液兩相間的傳熱過程為：tas是濕空氣的性質(zhì)，它是濕空氣在絕熱、冷卻、增濕過程中達(dá)到的極限冷卻溫度。在一定的總壓下，只要測(cè)出濕空氣的初始溫度t和絕熱飽和溫度tas，就可用上式算出濕空氣的濕度Ｈ。濕空氣：狀態(tài)（t,H,φ<1,I）→狀態(tài)(tas,Has,φ=1,Ias)為絕熱過程，所以焓不變，即有I=Ias。絕熱飽和溫度tas即空氣的絕熱飽和溫度tas也與空氣的干球溫度ｔ和濕度Ｈ有關(guān)：

t越小，H越小，tas就越小空氣傳給水分的顯熱=水分汽化所需的潛熱。絕熱塔內(nèi)氣液兩濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的差異：濕球溫度tw絕熱飽和溫度tas大量空氣與濕物料接觸。大量濕物料與空氣接觸?？諝獾臏囟群蜐穸炔蛔??？諝獾臏囟冉档?，濕度升高?？諝馀c濕物料之間進(jìn)行熱質(zhì)傳遞達(dá)到平衡時(shí)，濕物料表面的溫度。空氣在絕熱增濕過程中，焓不變，空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于湍流狀態(tài)下的水蒸汽～空氣系統(tǒng)，常用溫度范圍內(nèi)α/kH與濕空氣比熱容ｃH值很接近，同時(shí)ras≈rtw,即在一定溫度ｔ與濕度Ｈ下：

tw

tas絕熱飽和溫度tas（路易斯規(guī)則）水汽-空氣系統(tǒng)濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的差異：濕球溫度tw絕熱飽和7．露點(diǎn)td在總壓不變的條件下，將不飽和濕空氣(t,H,φ)冷卻，直至冷凝出水珠為止，此時(shí)，濕空氣的溫度稱為露點(diǎn)，td。相應(yīng)的濕度稱為飽和濕度，Hs,td。對(duì)水蒸氣－空氣系統(tǒng)，t，tw，tas，td

之間的關(guān)系為：不飽和空氣，t>tas(或tw)>td飽和空氣，t=tas(或tw)=td濕空氣的性質(zhì)*

t→td

等濕過程（H不變）,ps↓，φ↑t=td

時(shí)：7．露點(diǎn)td在總壓不變的條件下，將不飽和濕空氣(濕空氣的性質(zhì)*濕度相對(duì)濕度比容[m3濕空氣

?kg干空氣]比熱容焓濕球溫度絕熱飽和溫度[℃]干球溫度露點(diǎn)t→tas(或tw)

等焓過程t→td

等濕過程[-]tas≈tw自學(xué)教材P245【例5-1】,P249【例5-2】作業(yè)教材P293第1題濕空氣的性質(zhì)*濕度相對(duì)濕度比容[m3濕空氣?kg干空氣]二、濕空氣的H-I

圖*濕空氣的有關(guān)性質(zhì)可由前面所學(xué)的公式計(jì)算。工程上為了方便計(jì)算，常將濕空氣的各參數(shù)標(biāo)繪成圖，只要知道濕空氣任意兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，即可從圖上查出其它參數(shù)。常用的有濕度-焓（H-I）圖、溫度–濕度（t-H）圖等。我們僅討論應(yīng)用最廣的H-I圖。

教材中H-I圖是根據(jù)常壓數(shù)據(jù)繪制的，若系統(tǒng)總壓偏離常壓較遠(yuǎn)，則不能應(yīng)用此圖。1．

H-I圖中的線群§5-2濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖二、濕空氣的H-I圖*濕空氣的有關(guān)性質(zhì)可由前面H-I圖等I線群（0~680kJ/kg絕干空氣）等H線群（0~0.2kg水/kg絕干空氣）等φ線群(5%~100%)等蒸汽分壓pv線群（0~250℃）等t線群水蒸氣分壓線H-I圖等I線群（0~680kJ/kg絕干空氣）等H線群等濕降溫：等H線與φ=100%線交點(diǎn)→2.H-I圖應(yīng)用已知狀態(tài)點(diǎn)A等溫線→露點(diǎn)td等φ線→濕空氣的H-I圖*

1）根據(jù)H-I圖上濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)，可查出濕空氣的其它性質(zhì)參數(shù)。等焓線→等濕線→絕熱飽和溫度tas(或濕球溫度tw)等焓降溫：等I線與φ=100%線交點(diǎn)→確定濕空氣中水汽的分壓

pv

等H

線與蒸汽分壓線的交點(diǎn)→t（干球溫度）I（焓）H（濕度）φ（相對(duì)濕度）等濕降溫：等H線與φ=100%線交點(diǎn)→2.H-I圖應(yīng)用已知2）根據(jù)濕空氣的任意兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，可確定其狀態(tài)點(diǎn)。（注意：td–H、p–H、td–p、tw–I、tas–I等各對(duì)都不是相互獨(dú)立的）（a）由t–tw定狀態(tài)（b）由t–td定狀態(tài)（c）由t–φ定狀態(tài)（等焓）（等濕）（交點(diǎn)）H-I圖應(yīng)用自學(xué)教材P253【例5-3】作業(yè)教材P293第2題2）根據(jù)濕空氣的任意兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，可確定其狀態(tài)點(diǎn)。（注意§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算一、物料濕含量的表示方法1．濕基含水量2．干基含水量二、干燥系統(tǒng)的物料衡算*1．水分蒸發(fā)量W2．空氣消耗量L3．干燥產(chǎn)品流量Ｇ2三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算*1．熱量衡算的基本方程2．干燥系統(tǒng)的熱效率四、空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化1．等焓干燥過程2．非等焓干燥過程§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算一、物料濕含量的表示方干燥過程干燥室預(yù)熱室§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算干燥過程干燥室預(yù)熱室§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算已知：干燥介質(zhì)（空氣）的進(jìn)口條件，如溫度、濕度、壓力等；物料的進(jìn)口條件，如溫度，濕含量，質(zhì)量或質(zhì)量流率；物料的干燥要求（濕含量）。求解：干燥介質(zhì)用量；干燥條件（如進(jìn)干燥室的空氣溫度，出干燥室的空氣溫度和濕度等）；整個(gè)設(shè)備的熱能消耗；干燥室尺寸等等?！?-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算已知：§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算一、物料濕含量的表示方法§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算一、物料濕含量的表示方法§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算二、干燥系統(tǒng)的物料衡算*L—絕干空氣的消耗量，kg絕干氣/sH1,H2—濕空氣進(jìn)、出干燥器時(shí)的濕度，kg水/kg絕干氣G—絕干物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的流量，kg絕干料/sX1,X2—濕物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的干基含水量，kg水/kg絕干料G1,G2—濕物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的流量，kg濕物料/sw1,w2—濕物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的濕基含水量，kg水/kg濕物料連續(xù)逆流干燥物料衡算示意圖§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算二、干燥系統(tǒng)的物料衡算2、空氣消耗量L

每蒸發(fā)1kg水分時(shí)，消耗的絕干空氣量l

[kg水/s]對(duì)水分作物料衡算1、水分蒸發(fā)量W干燥系統(tǒng)的物料衡算*[kg絕干氣/kg水][kg絕干氣/s]（空氣獲得的水分）（物料失去的水分）2、空氣消耗量L每蒸發(fā)1kg水分時(shí)，消耗的絕干空氣量l[3、干燥產(chǎn)品流量G2

對(duì)進(jìn)出干燥器的絕干物料進(jìn)行衡算：

干燥系統(tǒng)的物料衡算*注意：干燥產(chǎn)品是指離開干燥器時(shí)的物料，并非是絕干物料，它仍是含少量水分的濕物料。[kg濕物料/s]3、干燥產(chǎn)品流量G2對(duì)進(jìn)出干燥器的絕干物料進(jìn)行衡算：干燥整個(gè)系統(tǒng)Q＝Qp

＋QD干燥器預(yù)熱器(忽略其熱損失)

Qp＝L(I1-I0)QD＝L(I2-I1)＋G(I2’-I1’)＋QL熱量衡算：其中物料的焓I’包括絕干物料的焓和水分的焓，即1、熱量衡算的基本方程連續(xù)逆流干燥熱量衡算示意圖三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算*§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算H0,H1,H2—濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時(shí)的濕度，kg/kg絕干氣I0,I1,I2—濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時(shí)的焓，kJ/kg絕干氣t0,t1,t2—濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時(shí)的溫度，℃Qp—單位時(shí)間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量，kWθ1,θ2—濕物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的溫度，℃I1’,I2’—濕物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的焓，kJ/kg絕干料QD

—單位時(shí)間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量，kWQL

—干燥器的熱損失速率，kW整個(gè)系統(tǒng)Q＝Qp＋QD干燥器預(yù)熱器(忽略其熱損失)Qp1、熱量衡算的基本方程(1)將濕度為H0的新鮮空氣L由t0加熱至t2，所需熱量系統(tǒng)所需總熱量(2)濕物料進(jìn)料G1=G2+W，其中干燥產(chǎn)品G2由θ1加熱至θ2，所需熱量為水分W

由θ1被加熱汽化并升溫至t2，所需熱量為(溫度θ1的水先降至0℃，汽化，再加熱至t2）包括:(3)干燥系統(tǒng)損失的熱量QL

因此干燥系統(tǒng)的熱量衡算*1、熱量衡算的基本方程(1)將濕度為H0的新鮮空氣L由t空氣升溫所需熱量蒸發(fā)水份所需熱量物料升溫所需熱量干燥器熱量損失和濕物料中水分帶入系統(tǒng)的焓，則有：若忽略空氣中水汽進(jìn)出系統(tǒng)的焓變干燥系統(tǒng)的熱量衡算*1、熱量衡算的基本方程空氣升溫所需熱量蒸發(fā)水份所需熱量物料升溫所需熱量干燥器2、干燥系統(tǒng)的熱效率干燥系統(tǒng)的熱量衡算*即有：熱效率愈高表明干燥系統(tǒng)的熱利用率愈好。

可通過提高t1、降低t2、提高H2及廢熱利用等措施來提高熱效率。自學(xué)教材P257【例5-5】但提高t1不適合熱敏性物料；降低t2、提高H2會(huì)導(dǎo)致干燥過程熱質(zhì)傳遞推動(dòng)力的降低，從而降低干燥速率。2、干燥系統(tǒng)的熱效率干燥系統(tǒng)的熱量衡算*即有：熱效率愈高四、空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算根據(jù)空氣在干燥器內(nèi)焓的變化，將干燥過程分為等焓過程與非等焓過程。1、等焓干燥過程(絕熱或理想干燥過程

)不向干燥器補(bǔ)充熱量，QD=0；忽略干燥器向周圍散失的熱量，QL=0；物料進(jìn)出干燥器的焓相等，I2’=I1’代入干燥器熱衡式QD＝L(I2-I1)＋G(I2’-I1’)＋QL得I2=I1（表明空氣通過干燥器時(shí)焓恒定）H0t0AIHt1Bt2C等焓干燥過程空氣的狀態(tài)變化示于H-I圖：由ｔ0及Ｈ0確定空氣進(jìn)入預(yù)熱器前的狀態(tài)點(diǎn)A

空氣在預(yù)熱器內(nèi)等濕加熱至ｔ1，即至點(diǎn)B

空氣在干燥器內(nèi)等焓吸濕降溫至t2，即至點(diǎn)C

t過點(diǎn)Ｂ的等焓線是理想干燥過程的操作線。條件：注意：四、空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化§5-3干燥過程的物料衡算與溫度

t濕度

H相對(duì)濕度φ空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化1、等焓干燥過程(絕熱或理想干燥過程

)加熱器H0φ0φ1φ2t0t1H1t2H2干燥室t0t1t2tt1HH1H0H1H2φφ0φ1φ1φ2思考：I？溫度t濕度H相對(duì)濕度φ空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化1、等2、非等焓干燥過程（實(shí)際干燥過程

）不向干燥器補(bǔ)充熱量，QD=0；不能忽略干燥器向周圍散失的熱量，QL>0；物料進(jìn)出干燥器時(shí)的焓不相等，I2’-I1’>0

空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化非等焓干燥過程空氣焓的變化情況空氣焓值降低空氣焓值增大空氣等溫變化，焓值增大代入式QD＝L(I2-I1)＋G(I2’-I1’)＋QL得I2<I1C1C2C3(2)空氣焓值增大

向干燥器補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量與加熱物料消耗的熱量之和,有I2>I1

向干燥器補(bǔ)充的熱量足夠多，能使空氣在干燥過程中維持恒定的溫度ｔ1

(3)空氣等溫變化It1Bt2CH條件：(1)空氣焓值降低2、非等焓干燥過程（實(shí)際干燥過程）不向干燥器補(bǔ)充熱量，例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進(jìn)行干燥，濕物料的流量為1kg/s，初始濕基含水量為3.5%，干燥產(chǎn)品的濕基含水量為0.5%?？諝鉅顩r為：初始溫度為25℃，濕度為0.005kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)干燥器的溫度為140℃，若離開干燥器的溫度選定為60℃和40℃，試分別計(jì)算需要的空氣消耗量及預(yù)熱器的傳熱速率。又若空氣在干燥器的后續(xù)設(shè)備中溫度下降了10℃，試分析以上兩種情況下物料是否返潮？假設(shè)干燥器為理想干燥器。

解：理想干燥器，空氣在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過程，絕干物料量：絕干空氣量：例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進(jìn)行干燥，濕預(yù)熱器的傳熱速率分析物料的返潮情況當(dāng)t2=60℃時(shí)，干燥器出口空氣中水汽分壓為t=60℃時(shí)，飽和蒸汽壓ps=12.34kPa，即此時(shí)空氣溫度尚未達(dá)到氣體的露點(diǎn)，不會(huì)返潮。當(dāng)t2=40℃時(shí)，干燥器出口空氣中水汽分壓為t=30℃時(shí)，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，物料可能返潮。自學(xué)教材P261、262【例5-6、例5-7

】作業(yè)教材P294第3、4題預(yù)熱器的傳熱速率分析物料的返潮情況當(dāng)t2=60℃時(shí)，干燥§5-4干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系一、物料中的水分*1．平衡水分及自由水分2．結(jié)合水分與非結(jié)合水分二、恒定干燥條件下的干燥速率曲線1、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線2、干燥速率曲線3、干燥機(jī)理三、恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算

§5-4干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系一、物料中的水分§5-4干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系一、物料中的水分濕物料內(nèi)部水分?jǐn)U散濕物料表面干燥介質(zhì)水分?jǐn)U散干燥傳質(zhì)過程：水分除去的難易程度取決于濕物料內(nèi)部物料與水分的結(jié)合方式。1、平衡水分與自由水分濕物料與某狀態(tài)的空氣接觸足夠長(zhǎng)時(shí)間后，熱質(zhì)傳遞達(dá)于平衡，物料表面水汽的分壓等于空氣中的水汽分壓，此時(shí)物料含水量恒定，此含水量稱為該物料在該空氣狀態(tài)下的平衡水分（平衡含水量），X*。[kg水分／kg絕干料]平衡水分是一定干燥條件下不能被干燥除去的那部分水分，是干燥的極限。平衡水分，X*濕物料中超過平衡水分的那部分水分稱為自由水分，自由水分可被干燥除去?！?-4干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系一、物料中的水分平衡水分與物料的種類有關(guān)平衡水分隨空氣相對(duì)濕度的增加而增加平衡水分隨溫度的升高而減少（∵溫度升高，水的飽和蒸汽壓增大，空氣相對(duì)濕度減?。┪锪现械乃?、平衡水分與自由水分平衡曲線在相同的空氣狀態(tài)下，不同物料的平衡水分有較大的差別；對(duì)于同一種物料，空氣的相對(duì)濕度越小，平衡水分越低，此即能夠被干燥除去的水分越多。

φ＝0時(shí)，各種物料的平衡水分均為零，即只有絕干空氣才有可能將濕物料干燥成絕干物料。平衡水分與物料的種類有關(guān)物料中的水分1、平衡水分與自由水分平在點(diǎn)B，濕物料與飽和空氣達(dá)平衡，物料表面水汽的分壓等于空氣中的水汽分壓，并等于同溫度下純水的飽和蒸汽壓ps。物料中的水分2、結(jié)合水分與非結(jié)合水分濕物料在B點(diǎn)的平衡水分XB*稱為結(jié)合水分。濕物料中超出XB*的那部分水分稱為非結(jié)合水。（∵φ=pv/ps=1）非結(jié)合水：機(jī)械地附著在物料表面（物料中的吸附水分和大孔隙中的水分），產(chǎn)生的蒸汽壓與純水的相同，易用干燥除去。結(jié)合水：與物料之間有物理化學(xué)作用（包括溶漲水分和毛細(xì)管中的水分），產(chǎn)生的蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，難用干燥除去

(其中平衡水分不能用干燥除去）。將某濕物料的平衡曲線延長(zhǎng)與φ=100%線交于點(diǎn)Ｂ。在點(diǎn)B，濕物料與飽和空氣達(dá)平衡，物料表面水汽的分壓二、恒定干燥條件下的干燥速率曲線§5-4干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系1、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線設(shè)計(jì)干燥器，需知物料達(dá)到一定的干燥要求所需要的干燥時(shí)間，為此要知道干燥速率。由于干燥同時(shí)涉?zhèn)鳠岷蛡髻|(zhì)，機(jī)理復(fù)雜，目前只能通過間歇干燥實(shí)驗(yàn)來測(cè)定干燥速率曲線。干燥過程恒定干燥：變動(dòng)干燥：干燥過程中空氣的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式等都不發(fā)生變化如用大量空氣干燥少量物料干燥過程中空氣的狀態(tài)不斷變化如連續(xù)操作的干燥過程實(shí)驗(yàn)中，用大量熱空氣干燥少量濕物料，空氣的溫度、濕度、氣速及流動(dòng)方式都恒定不變。實(shí)驗(yàn)中，測(cè)定每個(gè)Δτ時(shí)間間隔內(nèi)，物料質(zhì)量變化ΔW’及物料的表面溫度θ，直到物料的質(zhì)量不再變化，此時(shí)物料與空氣達(dá)到平衡，物料中所含水分即為該干燥條件下物料的平衡水分。再將物料置于烘箱內(nèi)烘干到恒重（控制溫度低于物料的分解溫度），即得絕干物料的質(zhì)量。二、恒定干燥條件下的干燥速率曲線§5-4干燥過程物料的平干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理后繪制干燥曲線：X-τ圖和θ-τ圖。物料含水量Ｘ與干燥時(shí)間τ的關(guān)系曲線物料表面溫度θ與干燥時(shí)間τ的關(guān)系曲線恒定干燥條件下某物料的干燥曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于干燥器的設(shè)計(jì)與放大時(shí)，生產(chǎn)條件應(yīng)與實(shí)驗(yàn)條件相似。干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理后繪制干燥曲線：X-τ2、干燥速率曲線干燥速率（通量）：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位干燥面積上汽化的水分質(zhì)量，U

[kg/(m2·ｓ)](干燥速率的微分式)由上圖物料含水量Ｘ與干燥時(shí)間τ的關(guān)系曲線可得dX/dτ

與X的關(guān)系，得到干燥速率曲線：可看出,干燥過程可大致劃分為兩個(gè)階段:I:ABC段AB段一般很短，通常并入BC段內(nèi)考慮恒速干燥階段II:CDE段

降速干燥階段兩個(gè)干燥階段間的交點(diǎn)Ｃ稱為臨界點(diǎn)，與點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的物料含水量稱為臨界含水量，以Xc表示，W’—

一批操作中汽化的水量，kgG’—一批操作中絕干物料的質(zhì)量，kg干燥速率隨物料含水量的減小而降低。恒定干燥條件下的干燥速率曲線Uc臨界點(diǎn)的干燥速率仍等于恒速干燥階段的速率，以Uc表示。2、干燥速率曲線干燥速率（通量）：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位干燥面積上汽I:

ABC段恒速干燥階段其中AB段為預(yù)熱段,干燥速率升高,物料含水量略有下降，表面溫度略有升高。在BC段內(nèi)，空氣傳給物料的顯熱恰等于水分汽化所需的潛熱，物料表面溫度維持在tw不變，物料的含水量隨干燥時(shí)間直線下降，而干燥速率保持恒定，故稱為恒速干燥階段。干燥速率曲線至B點(diǎn)，物料的表面溫度升至空氣的濕球溫度tw。I:ABC段恒速干燥階段其中AB段為預(yù)熱II:CDE段

降速干燥階段干燥速率曲線干燥進(jìn)入ＣＤ段后，物料開始升溫，熱空氣傳給物料的熱量一部分用于加熱物料使其由tw升高到θ2,另一部分用于水分汽化。在此階段內(nèi)干燥速率隨物料含水量的減少而降低，直至E點(diǎn)，物料的含水量等于平衡含水量X*

，干燥速率降為零，干燥過程停止。II:CDE段降速干燥階段干燥速率曲線干恒定干燥條件下的干燥速率曲線3、干燥機(jī)理恒速干燥階段與降速干燥階段中的干燥機(jī)理及影響因素各有不同。（1）恒速干燥階段此階段，物料表面充分潤(rùn)濕，與濕球溫度計(jì)的濕紗布表面的狀況類似。物料表面的溫度θ等于空氣的濕球溫度tw，物料表面空氣的濕度等于tw下的飽和濕度Hs,tw，且空氣傳給濕物料的顯熱恰等于水分汽化所需的汽化熱：其中空氣與物料表面的對(duì)流傳熱通量為濕物料與空氣的傳質(zhì)速率為因干燥在恒定的空氣條件下進(jìn)行，故隨空氣條件而變的α和kH值均不變，且(ｔ–tw)及(Hs,tw–H)也為定值。因此，上述二式表示的濕物料和空氣間的傳熱速率及傳質(zhì)速率均保持不變，即濕物料以恒定的速率U向空氣中汽化水分。由上三式整理得：恒定干燥條件下的干燥速率曲線3、干燥機(jī)理恒速干燥階段與降速干干燥機(jī)理恒速干燥階段的干燥速率的大小取決于物料表面水分的汽化速率，亦即決定于物料外部的干燥條件，與物料內(nèi)部水分的狀態(tài)無關(guān)，所以恒速干燥階段又稱為表面汽化控制階段。在恒速干燥階段中，濕物料內(nèi)部的水分向其表面?zhèn)鬟f的能力能完全滿足水分自物料表面汽化的要求，從而使物料表面始終維持恒定充分的潤(rùn)濕狀態(tài)。一般來說，恒速干燥階段汽化的水分為非結(jié)合水，與自由液面的汽化情況相同。干燥機(jī)理恒速干燥階段的干燥速率的大小取決于物料表面干燥機(jī)理（2）降速干燥階段從點(diǎn)Ｄ開始，汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動(dòng)，汽化所需熱量通過已被干燥的固體層而傳遞到汽化面，從物料中汽化出的水分也通過這層固體傳遞到空氣主流中，這時(shí)干燥速率比CD段下降得更快。濕物料的含水量降到Ｘc以后，水分自物料內(nèi)部向表面遷移的速率小于物料表面水分汽化速率，物料表面不能維持充分潤(rùn)濕。此時(shí)部分表面變干，空氣傳給的熱量不能全部用于汽化水分，有一部分用于加熱物料，因此干燥速率逐漸減小，物料溫度升高，在部分表面上汽化出的是結(jié)合水分。至點(diǎn)Ｅ時(shí)干燥速率降至零，物料中所含水分即為該空氣狀態(tài)下的平衡水分。至D點(diǎn)時(shí)，全部物料表面都不含非結(jié)合水。

降速階段的干燥速率取決于物料本身結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)關(guān)系不大。干燥機(jī)理（2）降速干燥階段從點(diǎn)Ｄ開始，汽化面逐漸向干燥機(jī)理（3）臨界含水量Xc臨界含水量Xc是恒速干燥段和降速干燥段的分界點(diǎn)，Ｘc值越大，轉(zhuǎn)入降速干燥段越早，相同的干燥任務(wù)所需干燥時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)干燥過程不利。Xc值的大小與物料的性質(zhì)、厚度及干燥速率等有關(guān)。例如，無孔吸水性物料的比多孔物料的大；物料層越厚越大；干燥介質(zhì)溫度高、濕度低，則恒速干燥段干燥速率大，這可能使物料表面板結(jié)，較早地進(jìn)入降速干燥段，Ｘc較大。了解影響Ｘc的因素，控制干燥操作：減低物料層的厚度，加強(qiáng)對(duì)物料的攪拌都可減小Xc，同時(shí)又可增大干燥面積。如采用氣流干燥器或流化床干燥器時(shí)，Ｘc值一般均較低。濕物料的臨界含水量通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，或從手冊(cè)中查得。干燥機(jī)理（3）臨界含水量Xc臨界含水量Xc是恒速干有機(jī)物料無機(jī)物料臨界含水量特征例子特征例子水分（干基含水量）很粗的纖維未染過的羊毛粗核無孔的物料，大至50目石英0.03～0.05晶體的、粒狀的、孔隙較少的物料，粒度為60-325目食鹽、海沙、礦石0.05～0.15晶體的、粒狀的、孔隙較少的物料麩酸結(jié)晶有孔的結(jié)晶物料硝石、細(xì)沙、粘土、細(xì)泥0.15～0.25粗纖維的細(xì)粉粗毛線、醋酸纖維、印刷紙、碳素顏料細(xì)沉淀物、無定形和膠體狀物料、粗無機(jī)顏料碳酸鈣、細(xì)陶土、普魯士藍(lán)0.25～0.5細(xì)纖維、無定形的和均勻狀態(tài)的壓緊物料淀粉、紙漿、厚皮革漿狀、有機(jī)物的無機(jī)鹽碳酸鈣、碳酸鎂、二氧化鈦、硬脂酸鈣0.5～1.0分散的壓緊物料、膠體狀態(tài)和凝膠狀態(tài)的物料鞣制皮革、糊墻紙、動(dòng)物膠有機(jī)物的無機(jī)鹽、觸媒劑、吸附劑硬脂酸鋅、四氯化錫、硅膠、氫氧化鋁1.0～30.0不同物料的臨界含水量有機(jī)物料無機(jī)物料臨界含水量特征例子特征例子水分（干基含水量）三、恒速干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算§5-4干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系分離變量，并確定積分邊界條件：τ＝0τ＝τ1干燥速率（1）利用干燥速度曲線進(jìn)行計(jì)算積分得恒速階段干燥時(shí)間τ1：根據(jù)恒速階段Uc的確定方法不同有兩種計(jì)算干燥時(shí)間的方法Uc為常數(shù)干燥速率1、恒速階段三、恒速干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算§5-4干燥過程物料的（2）用對(duì)流傳熱系數(shù)或傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算恒速階段干燥時(shí)間的計(jì)算前面由恒速段的干燥機(jī)理得到：代入式（3）恒速干燥的影響因素干燥速率越快，干燥時(shí)間越短空氣的流速越高（α、kH越大）空氣溫度越高（t越大）空氣濕度越低（H越?。┑珳囟冗^高、濕度過低，可能會(huì)因干燥速率太快而引起物料變形、開裂或表面硬化。此外，空氣速度太大，還會(huì)產(chǎn)生氣流夾帶現(xiàn)象。所以，應(yīng)視具體情況選擇適宜的操作條件。（2）用對(duì)流傳熱系數(shù)或傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算恒速階段干燥時(shí)間的計(jì)恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算2、降速階段汽化速率不為常數(shù)τ＝τ0Ucτ＝τ2（1）任何情況都可用圖解積分法求。（2）當(dāng)干燥曲線為直線或近似直線時(shí)，代入上式中積分得降速階段干燥時(shí)間τ2：總干燥時(shí)間：τ=τ1+τ2恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算2、降速階段汽化速率不為變動(dòng)干燥條件下的干燥操作§5-4干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系對(duì)變動(dòng)干燥條件下的干燥操作，干燥過程中空氣的狀態(tài)不斷變化。若干燥時(shí)濕空氣的狀態(tài)沿等I線變化，在逆流干燥器中空氣與濕物料的溫度分布如圖：干燥時(shí)間的計(jì)算（略）變動(dòng)干燥條件下的干燥操作§5-4干燥過程物料的平衡關(guān)系§5-5干燥器一、干燥器的主要型式1．廂式干燥器2．洞道式干燥器3．帶式干燥器4．轉(zhuǎn)筒干燥器5．氣流干燥器6．流化床干燥器7．噴霧干燥器8．滾筒干燥器二、干燥器的選型§5-5干燥器一、干燥器的主要型式干燥器分類干燥器下面按加熱方式分類進(jìn)行介紹干燥器分類干燥器下面按加熱方式分類進(jìn)行介紹類型干燥器對(duì)流干燥器廂式干燥器，氣流干燥器，沸騰干燥器，轉(zhuǎn)筒干燥器，噴霧干燥器傳導(dǎo)干燥器滾筒干燥器，真空盤架式干燥器輻射干燥器紅外線干燥器介電加熱干燥器微波干燥器常用干燥器按加熱方式分類類型干燥器對(duì)流干燥器廂式干燥器，氣流干燥器，沸騰干燥器，轉(zhuǎn)筒小型的稱為烘箱，大型的稱為烘房典型的常壓、間歇式、對(duì)流干燥設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)：物料得不到分散，干燥速率低，熱利用率較差,產(chǎn)品質(zhì)量不均勻,產(chǎn)量不大。適用場(chǎng)合：任何形狀的物料一、干燥器的主要型式1、廂式干燥器(盤式干燥器

)小型的稱為烘箱，大型的稱為烘房?jī)?yōu)點(diǎn)：對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)。適用場(chǎng)2、洞道式干燥器一、干燥器的主要型式

適用場(chǎng)合：處理量大、干燥時(shí)間長(zhǎng)的物料優(yōu)、缺點(diǎn)：同廂式干燥器2、洞道式干燥器一、干燥器的主要型式一、干燥器的主要型式3、帶式干燥器一、干燥器的主要型式3、帶式干燥器4、轉(zhuǎn)筒干燥器特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大，可連續(xù)操作。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。使用范圍廣，可干燥顆粒物料、膏糊狀物料、甚至液體物料。操作彈性大。一、干燥器的主要型式4、轉(zhuǎn)筒干燥器特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大，可連續(xù)操作。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，5、氣流干燥器適用場(chǎng)合：主要用于干燥晶體和小顆粒物料，尤其是熱敏性、易氧化、不宜粉碎的物料一、干燥器的主要型式5、氣流干燥器適用場(chǎng)合：主要用于干燥晶體和小顆粒物料，尤其是6、沸騰床干燥器（流化床干燥器）適用場(chǎng)合：主要用于干燥晶體和小顆粒物料優(yōu)點(diǎn)：干燥效率高。一、干燥器的主要型式6、沸騰床干燥器（流化床干燥器）適用場(chǎng)合：主要用于干燥晶體和7、噴霧干燥器一、干燥器的主要型式噴霧器結(jié)構(gòu)7、噴霧干燥器一、干燥器的主要型式噴霧器結(jié)構(gòu)一、干燥器的主要型式8、滾筒干燥器雙滾筒干燥器一、干燥器的主要型式8、滾筒干燥器雙滾筒干燥器一、干燥器的主要型式真空耙式干燥器微波干燥器紅外線干燥器冷凍干燥器一、干燥器的主要型式真空耙式干燥器微波干燥器紅外線干燥器冷凍§5-5干燥器二、干燥器的選型主要干燥器的選擇表

濕物料的狀態(tài)物料的實(shí)例處理量適用的干燥器液體或泥漿狀洗滌劑、樹脂溶液、鹽溶液、牛奶等大批量噴霧干煤器小批量滾筒干燥器泥糊狀染料、顏料、硅膠、淀粉、粘土、碳酸鈣等的濾餅或沉淀物大批量氣流干燥器、帶式干燥器小批量真空轉(zhuǎn)筒干燥器粉粒狀（0.01～20μm）聚氯乙烯等合成樹脂、合成肥料、磷肥、活性炭、石膏、鈦鐵礦、谷物大批量氣流干燥器、轉(zhuǎn)筒干燥器流化床干燥器小批量轉(zhuǎn)筒干燥器廂式干燥器塊狀（20～100μm）煤、焦碳、礦石等大批量轉(zhuǎn)筒干燥器小批量廂式干燥器片狀煙葉、薯片大批量帶式干燥器轉(zhuǎn)筒干燥器小批量穿流廂式干燥器小批量高頻干燥器短纖維酯酸纖維、硝酸纖維大批量帶式干燥器小批量穿流廂式干燥器一定大小的物料或制品陶瓷器、膠合板、皮革等大批量隧道干燥器§5-5干燥器二、干燥器的選型主要干燥器的選擇表濕物料對(duì)流傳導(dǎo)輻射介電物料衡算廂式洞道帶式轉(zhuǎn)筒氣流噴霧流化床干燥實(shí)驗(yàn)干燥曲線Ｘ-τ，θ-τ干燥章小結(jié)干燥濕空氣性質(zhì)及濕焓圖性質(zhì)濕焓圖：濕度H相對(duì)濕度φ干球溫度t濕球溫度tw露點(diǎn)td絕熱飽和溫度tas比容vH比熱容cH焓I等H線、等I線、等φ線、等t線、水蒸氣分壓pv線濕料中含水量的表示方法：熱量衡算干燥過程的物料衡算與熱量衡算干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系結(jié)合水分與非結(jié)合水分平衡水分X*與自由水分恒定干燥條件下的干燥速率恒定干燥條件下的干燥時(shí)間

tw

tast→tas(或tw)等Ｉ過程干燥速率U干燥速率曲線

U-X臨界含水量Xc恒速段降速段干燥方法干燥器對(duì)流式：非對(duì)流式：耙式真空、冷凍、紅外線、微波t→td

等Ｈ過程濕料中的水分：對(duì)流物料衡算廂式洞道干燥實(shí)驗(yàn)干燥曲線Ｘ-τ，θ-τ干燥章《化工原理》課程全部結(jié)束，祝愿大家取得好成績(jī)！

《化工原理實(shí)驗(yàn)》、《化工原理課程設(shè)計(jì)》再見！《化工原理》課程全部結(jié)束，祝愿大家取得好成績(jī)！化工原理A(2)PrinciplesofChemicalEngineeringA(2)A2-5化工原理A(2)A2-5第1章蒸餾第2章吸收第3章蒸餾和吸收塔設(shè)備第4章液-液萃取第5章干燥化工原理A（2）第1章蒸餾化工原理A（2）本章內(nèi)容提要§5-1概述§5-2

濕空氣的性質(zhì)及濕度圖*§5-3

干燥過程的物料衡算與熱量衡算*§5-4

干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系§5-5

干燥器本章內(nèi)容提要§5-1概述一、除濕及其方法1、何為除濕？

從濕物料中脫除濕分的過程稱為除濕。濕分不一定是水分！（水分或其它液體）2、除濕方法

機(jī)械法：擠壓（擰衣服、壓榨、過濾、離心分離）吸附法：固體吸附劑吸附（硅膠、無水CaCl2、分子篩等）干燥法：加熱（利用熱能，使?jié)裎锪现械臐穹制ィ?-1概述一、除濕及其方法1、何為除濕？從濕物料中脫除濕分的過干燥方法二、干燥方法傳導(dǎo)干燥

對(duì)流干燥

輻射干燥

介電干燥

§5-1概述干燥方法二、干燥方法傳導(dǎo)干燥對(duì)流干燥輻射干三、對(duì)流干燥的傳熱傳質(zhì)過程1、傳熱過程

干燥介質(zhì)Q濕物料表面Q濕物料內(nèi)部2、傳質(zhì)過程

濕物料內(nèi)部濕分濕物料表面濕分干燥介質(zhì)§5-1概述對(duì)流干燥是熱量和質(zhì)量同時(shí)、反向的傳遞過程。三、對(duì)流干燥的傳熱傳質(zhì)過程1、傳熱過程干燥介質(zhì)Q濕物料QNttwpwp干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體干燥過程：物料的去濕過程介質(zhì)的降溫增濕過程傳熱傳質(zhì)濕物料推動(dòng)力（t－tw）推動(dòng)力（pw－p）傳質(zhì)、傳熱同時(shí)發(fā)生本章討論以空氣作干燥介質(zhì)，以水為濕份的對(duì)流干燥過程。方向相反干燥介質(zhì)§5-1概述QNttwpwp干燥介質(zhì)：載熱體、載濕體傳熱傳質(zhì)濕推動(dòng)力（t一、濕空氣的性質(zhì)*1．濕度Ｈ與相對(duì)濕度φ2．比容vH

3．比熱容cH4．焓I

5．干球溫度t與濕球溫度tw6．絕熱飽和溫度tas

7．露點(diǎn)td二、濕空氣的H-I圖*1．

H-I圖中的線群2．

H-I圖應(yīng)用§5-2濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖一、濕空氣的性質(zhì)*§5-2濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖一、濕空氣的性質(zhì)*（1）濕度H濕空氣的性質(zhì)：又稱濕含量或絕對(duì)濕度,為濕空氣中水汽的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比，H?！?-2濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖濕度、比容、比熱容、焓、溫度等。1、濕度與相對(duì)濕度一、濕空氣的性質(zhì)*（1）濕度H濕空氣的性質(zhì)：又稱濕含量或絕對(duì)(2)相對(duì)濕度φ居室里比較舒適的氣象條件是：室溫達(dá)25℃時(shí)，相對(duì)濕度控制在40%~50％為宜；室溫達(dá)18℃時(shí)，相對(duì)濕度應(yīng)控制在30%~40％。濕空氣中水汽分壓pv與同溫度水的飽和蒸汽壓ps的百分比稱為相對(duì)濕度，φ。相對(duì)濕度代表濕空氣的不飽和程度。φ=0，絕對(duì)干燥空氣，吸納水汽能力最強(qiáng)。φ=1，濕空氣達(dá)到飽和，不能作為干燥介質(zhì)。

0<φ<1，濕空氣未達(dá)到飽和。Φ愈低，表明該空氣吸濕能力越大。高溫干燥原理：

H一定，t↗，ps↗，而pv不變，→φ↘。濕空氣的性質(zhì)*（低壓干燥原理：pv↘，ps不變，→φ↘）（冰箱，冷凍干燥）(2)相對(duì)濕度φ居室里比較舒適的氣象條件是：室溫達(dá)25℃時(shí)2.比容（濕容積）vH[m3濕空氣

?kg干空氣]濕空氣的性質(zhì)*含1kg絕干氣的濕空氣之體積稱為濕空氣的比容，vH（常壓下）2.比容（濕容積）vH[m3濕空氣?kg干空氣]濕空氣3．比熱容（濕比熱）cH比熱容是指常壓下，含1kg絕干氣的濕空氣之溫度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的熱量，cH。濕空氣的性質(zhì)*

cg干空氣的比熱，kJ/(kg·℃)cv水汽的比熱，kJ/(kg·℃)1.01kJ/(kg·℃)1.88kJ/(kg·℃)[kJ/(kg干氣℃)]3．比熱容（濕比熱）cH比熱容是指常壓下，含1kg4．焓Ir0＝2490kJ/kg（水0℃時(shí)的汽化熱）含1kg絕干氣的濕空氣的焓，I。若Ig—絕干空氣的焓，kJ/kg絕干氣Iv—水汽的焓，kJ/kg水汽則濕空氣的性質(zhì)*

[kJ/kg干氣]通常規(guī)定，0℃時(shí)絕干空氣及液態(tài)水的焓為零。4．焓Ir0＝2490kJ/kg（水0℃時(shí)的汽化熱）含1k5．干球溫度

t和濕球溫度

tw

干球溫度t：用普通溫度計(jì)直接測(cè)得的濕空氣的溫度。是濕空氣的真實(shí)溫度。濕球溫度計(jì)：用濕紗布包裹溫度計(jì)的感溫部分（水銀球），紗布下端浸在水中，以保證紗布一直處于充分潤(rùn)濕狀態(tài)，這種溫度計(jì)稱為濕球溫度計(jì)。將濕球溫度計(jì)置于溫度為ｔ、濕度為Ｈ的流動(dòng)不飽和空氣中，濕紗布中的水分汽化，并向空氣主流中擴(kuò)散；同時(shí)汽化吸熱使?jié)窦啿贾械乃疁叵陆?，與空氣間出現(xiàn)溫差，引起空氣向水分傳熱。濕球溫度tw：當(dāng)空氣傳給水分的顯熱恰好等于水分汽化所需的潛熱時(shí)，空氣與濕紗布間的熱質(zhì)傳遞達(dá)到平衡，濕球溫度計(jì)上的溫度維持恒定。此時(shí)濕球溫度計(jì)所測(cè)得的溫度稱為濕空氣的濕球溫度。濕空氣的性質(zhì)*5．干球溫度t和濕球溫度tw干球溫度t：因此，空氣的濕球溫度tw與空氣的干球溫度ｔ和濕度Ｈ有關(guān)：tw=f(t，H)在一定總壓下，只要測(cè)出濕空氣的干、濕球溫度，就可由上式計(jì)算出空氣的濕度。干球溫度t和濕球溫度tw

實(shí)驗(yàn)證明，傳質(zhì)系數(shù)kH和對(duì)流傳熱系數(shù)均與空氣流速的0.8次方成正比，故可認(rèn)為其比值/kH與氣流速度無關(guān)，對(duì)于空氣～水蒸汽系統(tǒng)，當(dāng)被測(cè)氣體溫度不太高、流速>5m/s時(shí)，

/kH

=1.09。t越小，H越小，tw就越小因此，空氣的濕球溫度tw與空氣的干球溫度ｔ和濕度Ｈ有關(guān)：twtas,Hast,Htas6．絕熱飽和溫度tas絕熱飽和溫度tas:在與外界絕熱情況下，空氣與大量水經(jīng)過無限長(zhǎng)時(shí)間接觸后，達(dá)到與水溫相等的空氣溫度。設(shè)塔與外界絕熱，初始濕空氣（t，H）與大量水充分接觸，水分汽化進(jìn)入空氣中，汽化所需熱量由空氣溫度下降放出顯熱供給。若空氣與水分兩相有足夠長(zhǎng)的接觸時(shí)間，最終空氣為水汽所飽和，而溫度降到與循環(huán)水溫相同。空氣在塔內(nèi)的狀態(tài)變化是在絕熱條件下降溫、增濕直至飽和的過程，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度tas就是初始濕空氣（t，H）的絕熱飽和溫度，與之相應(yīng)的濕度稱為絕熱飽和濕度Has。濕空氣的性質(zhì)*

tas,Hast,Htas6．絕熱飽和溫度tas空氣傳給水分的顯熱=水分汽化所需的潛熱。絕熱塔內(nèi)氣液兩相間的傳熱過程為：tas是濕空氣的性質(zhì)，它是濕空氣在絕熱、冷卻、增濕過程中達(dá)到的極限冷卻溫度。在一定的總壓下，只要測(cè)出濕空氣的初始溫度t和絕熱飽和溫度tas，就可用上式算出濕空氣的濕度Ｈ。濕空氣：狀態(tài)（t,H,φ<1,I）→狀態(tài)(tas,Has,φ=1,Ias)為絕熱過程，所以焓不變，即有I=Ias。絕熱飽和溫度tas即空氣的絕熱飽和溫度tas也與空氣的干球溫度ｔ和濕度Ｈ有關(guān)：

t越小，H越小，tas就越小空氣傳給水分的顯熱=水分汽化所需的潛熱。絕熱塔內(nèi)氣液兩濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的差異：濕球溫度tw絕熱飽和溫度tas大量空氣與濕物料接觸。大量濕物料與空氣接觸?？諝獾臏囟群蜐穸炔蛔??？諝獾臏囟冉档?，濕度升高?？諝馀c濕物料之間進(jìn)行熱質(zhì)傳遞達(dá)到平衡時(shí)，濕物料表面的溫度?？諝庠诮^熱增濕過程中，焓不變，空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于湍流狀態(tài)下的水蒸汽～空氣系統(tǒng)，常用溫度范圍內(nèi)α/kH與濕空氣比熱容ｃH值很接近，同時(shí)ras≈rtw,即在一定溫度ｔ與濕度Ｈ下：

tw

tas絕熱飽和溫度tas（路易斯規(guī)則）水汽-空氣系統(tǒng)濕球溫度tw與絕熱飽和溫度tas的差異：濕球溫度tw絕熱飽和7．露點(diǎn)td在總壓不變的條件下，將不飽和濕空氣(t,H,φ)冷卻，直至冷凝出水珠為止，此時(shí)，濕空氣的溫度稱為露點(diǎn)，td。相應(yīng)的濕度稱為飽和濕度，Hs,td。對(duì)水蒸氣－空氣系統(tǒng)，t，tw，tas，td

之間的關(guān)系為：不飽和空氣，t>tas(或tw)>td飽和空氣，t=tas(或tw)=td濕空氣的性質(zhì)*

t→td

等濕過程（H不變）,ps↓，φ↑t=td

時(shí)：7．露點(diǎn)td在總壓不變的條件下，將不飽和濕空氣(濕空氣的性質(zhì)*濕度相對(duì)濕度比容[m3濕空氣

?kg干空氣]比熱容焓濕球溫度絕熱飽和溫度[℃]干球溫度露點(diǎn)t→tas(或tw)

等焓過程t→td

等濕過程[-]tas≈tw自學(xué)教材P245【例5-1】,P249【例5-2】作業(yè)教材P293第1題濕空氣的性質(zhì)*濕度相對(duì)濕度比容[m3濕空氣?kg干空氣]二、濕空氣的H-I

圖*濕空氣的有關(guān)性質(zhì)可由前面所學(xué)的公式計(jì)算。工程上為了方便計(jì)算，常將濕空氣的各參數(shù)標(biāo)繪成圖，只要知道濕空氣任意兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，即可從圖上查出其它參數(shù)。常用的有濕度-焓（H-I）圖、溫度–濕度（t-H）圖等。我們僅討論應(yīng)用最廣的H-I圖。

教材中H-I圖是根據(jù)常壓數(shù)據(jù)繪制的，若系統(tǒng)總壓偏離常壓較遠(yuǎn)，則不能應(yīng)用此圖。1．

H-I圖中的線群§5-2濕空氣的性質(zhì)及濕焓圖二、濕空氣的H-I圖*濕空氣的有關(guān)性質(zhì)可由前面H-I圖等I線群（0~680kJ/kg絕干空氣）等H線群（0~0.2kg水/kg絕干空氣）等φ線群(5%~100%)等蒸汽分壓pv線群（0~250℃）等t線群水蒸氣分壓線H-I圖等I線群（0~680kJ/kg絕干空氣）等H線群等濕降溫：等H線與φ=100%線交點(diǎn)→2.H-I圖應(yīng)用已知狀態(tài)點(diǎn)A等溫線→露點(diǎn)td等φ線→濕空氣的H-I圖*

1）根據(jù)H-I圖上濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)，可查出濕空氣的其它性質(zhì)參數(shù)。等焓線→等濕線→絕熱飽和溫度tas(或濕球溫度tw)等焓降溫：等I線與φ=100%線交點(diǎn)→確定濕空氣中水汽的分壓

pv

等H

線與蒸汽分壓線的交點(diǎn)→t（干球溫度）I（焓）H（濕度）φ（相對(duì)濕度）等濕降溫：等H線與φ=100%線交點(diǎn)→2.H-I圖應(yīng)用已知2）根據(jù)濕空氣的任意兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，可確定其狀態(tài)點(diǎn)。（注意：td–H、p–H、td–p、tw–I、tas–I等各對(duì)都不是相互獨(dú)立的）（a）由t–tw定狀態(tài)（b）由t–td定狀態(tài)（c）由t–φ定狀態(tài)（等焓）（等濕）（交點(diǎn)）H-I圖應(yīng)用自學(xué)教材P253【例5-3】作業(yè)教材P293第2題2）根據(jù)濕空氣的任意兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，可確定其狀態(tài)點(diǎn)。（注意§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算一、物料濕含量的表示方法1．濕基含水量2．干基含水量二、干燥系統(tǒng)的物料衡算*1．水分蒸發(fā)量W2．空氣消耗量L3．干燥產(chǎn)品流量Ｇ2三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算*1．熱量衡算的基本方程2．干燥系統(tǒng)的熱效率四、空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化1．等焓干燥過程2．非等焓干燥過程§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算一、物料濕含量的表示方干燥過程干燥室預(yù)熱室§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算干燥過程干燥室預(yù)熱室§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算已知：干燥介質(zhì)（空氣）的進(jìn)口條件，如溫度、濕度、壓力等；物料的進(jìn)口條件，如溫度，濕含量，質(zhì)量或質(zhì)量流率；物料的干燥要求（濕含量）。求解：干燥介質(zhì)用量；干燥條件（如進(jìn)干燥室的空氣溫度，出干燥室的空氣溫度和濕度等）；整個(gè)設(shè)備的熱能消耗；干燥室尺寸等等?！?-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算已知：§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算一、物料濕含量的表示方法§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算一、物料濕含量的表示方法§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算二、干燥系統(tǒng)的物料衡算*L—絕干空氣的消耗量，kg絕干氣/sH1,H2—濕空氣進(jìn)、出干燥器時(shí)的濕度，kg水/kg絕干氣G—絕干物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的流量，kg絕干料/sX1,X2—濕物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的干基含水量，kg水/kg絕干料G1,G2—濕物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的流量，kg濕物料/sw1,w2—濕物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的濕基含水量，kg水/kg濕物料連續(xù)逆流干燥物料衡算示意圖§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算二、干燥系統(tǒng)的物料衡算2、空氣消耗量L

每蒸發(fā)1kg水分時(shí)，消耗的絕干空氣量l

[kg水/s]對(duì)水分作物料衡算1、水分蒸發(fā)量W干燥系統(tǒng)的物料衡算*[kg絕干氣/kg水][kg絕干氣/s]（空氣獲得的水分）（物料失去的水分）2、空氣消耗量L每蒸發(fā)1kg水分時(shí)，消耗的絕干空氣量l[3、干燥產(chǎn)品流量G2

對(duì)進(jìn)出干燥器的絕干物料進(jìn)行衡算：

干燥系統(tǒng)的物料衡算*注意：干燥產(chǎn)品是指離開干燥器時(shí)的物料，并非是絕干物料，它仍是含少量水分的濕物料。[kg濕物料/s]3、干燥產(chǎn)品流量G2對(duì)進(jìn)出干燥器的絕干物料進(jìn)行衡算：干燥整個(gè)系統(tǒng)Q＝Qp

＋QD干燥器預(yù)熱器(忽略其熱損失)

Qp＝L(I1-I0)QD＝L(I2-I1)＋G(I2’-I1’)＋QL熱量衡算：其中物料的焓I’包括絕干物料的焓和水分的焓，即1、熱量衡算的基本方程連續(xù)逆流干燥熱量衡算示意圖三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算*§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算H0,H1,H2—濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時(shí)的濕度，kg/kg絕干氣I0,I1,I2—濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時(shí)的焓，kJ/kg絕干氣t0,t1,t2—濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時(shí)的溫度，℃Qp—單位時(shí)間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量，kWθ1,θ2—濕物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的溫度，℃I1’,I2’—濕物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的焓，kJ/kg絕干料QD

—單位時(shí)間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量，kWQL

—干燥器的熱損失速率，kW整個(gè)系統(tǒng)Q＝Qp＋QD干燥器預(yù)熱器(忽略其熱損失)Qp1、熱量衡算的基本方程(1)將濕度為H0的新鮮空氣L由t0加熱至t2，所需熱量系統(tǒng)所需總熱量(2)濕物料進(jìn)料G1=G2+W，其中干燥產(chǎn)品G2由θ1加熱至θ2，所需熱量為水分W

由θ1被加熱汽化并升溫至t2，所需熱量為(溫度θ1的水先降至0℃，汽化，再加熱至t2）包括:(3)干燥系統(tǒng)損失的熱量QL

因此干燥系統(tǒng)的熱量衡算*1、熱量衡算的基本方程(1)將濕度為H0的新鮮空氣L由t空氣升溫所需熱量蒸發(fā)水份所需熱量物料升溫所需熱量干燥器熱量損失和濕物料中水分帶入系統(tǒng)的焓，則有：若忽略空氣中水汽進(jìn)出系統(tǒng)的焓變干燥系統(tǒng)的熱量衡算*1、熱量衡算的基本方程空氣升溫所需熱量蒸發(fā)水份所需熱量物料升溫所需熱量干燥器2、干燥系統(tǒng)的熱效率干燥系統(tǒng)的熱量衡算*即有：熱效率愈高表明干燥系統(tǒng)的熱利用率愈好。

可通過提高t1、降低t2、提高H2及廢熱利用等措施來提高熱效率。自學(xué)教材P257【例5-5】但提高t1不適合熱敏性物料；降低t2、提高H2會(huì)導(dǎo)致干燥過程熱質(zhì)傳遞推動(dòng)力的降低，從而降低干燥速率。2、干燥系統(tǒng)的熱效率干燥系統(tǒng)的熱量衡算*即有：熱效率愈高四、空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化§5-3干燥過程的物料衡算與熱量衡算根據(jù)空氣在干燥器內(nèi)焓的變化，將干燥過程分為等焓過程與非等焓過程。1、等焓干燥過程(絕熱或理想干燥過程

)不向干燥器補(bǔ)充熱量，QD=0；忽略干燥器向周圍散失的熱量，QL=0；物料進(jìn)出干燥器的焓相等，I2’=I1’代入干燥器熱衡式QD＝L(I2-I1)＋G(I2’-I1’)＋QL得I2=I1（表明空氣通過干燥器時(shí)焓恒定）H0t0AIHt1Bt2C等焓干燥過程空氣的狀態(tài)變化示于H-I圖：由ｔ0及Ｈ0確定空氣進(jìn)入預(yù)熱器前的狀態(tài)點(diǎn)A

空氣在預(yù)熱器內(nèi)等濕加熱至ｔ1，即至點(diǎn)B

空氣在干燥器內(nèi)等焓吸濕降溫至t2，即至點(diǎn)C

t過點(diǎn)Ｂ的等焓線是理想干燥過程的操作線。條件：注意：四、空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化§5-3干燥過程的物料衡算與溫度

t濕度

H相對(duì)濕度φ空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化1、等焓干燥過程(絕熱或理想干燥過程

)加熱器H0φ0φ1φ2t0t1H1t2H2干燥室t0t1t2tt1HH1H0H1H2φφ0φ1φ1φ2思考：I？溫度t濕度H相對(duì)濕度φ空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化1、等2、非等焓干燥過程（實(shí)際干燥過程

）不向干燥器補(bǔ)充熱量，QD=0；不能忽略干燥器向周圍散失的熱量，QL>0；物料進(jìn)出干燥器時(shí)的焓不相等，I2’-I1’>0

空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化非等焓干燥過程空氣焓的變化情況空氣焓值降低空氣焓值增大空氣等溫變化，焓值增大代入式QD＝L(I2-I1)＋G(I2’-I1’)＋QL得I2<I1C1C2C3(2)空氣焓值增大

向干燥器補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量與加熱物料消耗的熱量之和,有I2>I1

向干燥器補(bǔ)充的熱量足夠多，能使空氣在干燥過程中維持恒定的溫度ｔ1

(3)空氣等溫變化It1Bt2CH條件：(1)空氣焓值降低2、非等焓干燥過程（實(shí)際干燥過程）不向干燥器補(bǔ)充熱量，例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進(jìn)行干燥，濕物料的流量為1kg/s，初始濕基含水量為3.5%，干燥產(chǎn)品的濕基含水量為0.5%?？諝鉅顩r為：初始溫度為25℃，濕度為0.005kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)干燥器的溫度為140℃，若離開干燥器的溫度選定為60℃和40℃，試分別計(jì)算需要的空氣消耗量及預(yù)熱器的傳熱速率。又若空氣在干燥器的后續(xù)設(shè)備中溫度下降了10℃，試分析以上兩種情況下物料是否返潮？假設(shè)干燥器為理想干燥器。

解：理想干燥器，空氣在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過程，絕干物料量：絕干空氣量：例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進(jìn)行干燥，濕預(yù)熱器的傳熱速率分析物料的返潮情況當(dāng)t2=60℃時(shí)，干燥器出口空氣中水汽分壓為t=60℃時(shí)，飽和蒸汽壓ps=12.34kPa，即此時(shí)空氣溫度尚未達(dá)到氣體的露點(diǎn)，不會(huì)返潮。當(dāng)t2=40℃時(shí)，干燥器出口空氣中水汽分壓為t=30℃時(shí)，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，物料可能返潮。自學(xué)教材P261、262【例5-6、例5-7

】作業(yè)教材P294第3、4題預(yù)熱器的傳熱速率分析物料的返潮情況當(dāng)t2=60℃時(shí)，干燥§5-4干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系一、物料中的水分*1．平衡水分及自由水分2．結(jié)合水分與非結(jié)合水分二、恒定干燥條件下的干燥速率曲線1、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線2、干燥速率曲線3、干燥機(jī)理三、恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算

§5-4干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系一、物料中的水分§5-4干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系一、物料中的水分濕物料內(nèi)部水分?jǐn)U散濕物料表面干燥介質(zhì)水分?jǐn)U散干燥傳質(zhì)過程：水分除去的難易程度取決于濕物料內(nèi)部物料與水分的結(jié)合方式。1、平衡水分與自由水分濕物料與某狀態(tài)的空氣接觸足夠長(zhǎng)時(shí)間后，熱質(zhì)傳遞達(dá)于平衡，物料表面水汽的分壓等于空氣中的水汽分壓，此時(shí)物料含水量恒定，此含水量稱為該物料在該空氣狀態(tài)下的平衡水分（平衡含水量），X*。[kg水分／kg絕干料]平衡水分是一定干燥條件下不能被干燥除去的那部分水分，是干燥的極限。平衡水分，X*濕物料中超過平衡水分的那部分水分稱為自由水分，自由水分可被干燥除去?！?-4干燥過程物料的平衡關(guān)系與速率關(guān)系一、物料中的水分平衡水分與物料的種類有關(guān)平衡水分隨空氣相對(duì)濕度的增加而增加平衡水分隨溫度的升高而減少（∵溫度升高，水的飽和蒸汽壓增大，空氣相對(duì)濕度