干燥技術(shù)-學習濕空氣的性質(zhì)和濕度圖的應用

項目五干燥技術(shù)Drying任務一認識干燥生產(chǎn)裝置及工藝流程任務二干燥過程工藝條件的確定——濕空氣的性質(zhì)任務三干燥過程工藝條件的確定——物料、熱量衡算任務四恒定干燥條件下的干燥過程的計算化工單元操作技術(shù)Contents目1濕空氣的性質(zhì)2焓濕圖錄化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)濕空氣：指絕干空氣與水蒸汽的混合物。在干燥過程中，隨著濕物料中水份的汽化，濕空氣中水份含量不斷增加，但絕干空氣的質(zhì)量保持不變。因此，濕空氣性質(zhì)一般都以1kg絕干空氣為基準。操作壓強不太高時，空氣可視為理想氣體。系統(tǒng)總壓P

：濕空氣的總壓（kN/m2），即P干空氣

(Pg)與P水(PW)之和。干燥過程中系統(tǒng)總壓基本上恒定不變。且通常干燥在常壓下進行，常壓干燥的系統(tǒng)總壓接近大氣壓力，熱敏性物料的干燥一般在減壓下操作。一、濕空氣的性質(zhì)(一)濕空氣中水汽分壓PW化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)對于空氣-水蒸氣系統(tǒng)：Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96kg/kmol濕空氣中水氣的質(zhì)量與絕干空氣的質(zhì)量之比。(二)絕對濕度(濕度)Hkg水蒸汽/kg絕干空氣若濕份、絕干空氣的摩爾數(shù)為nw、ng，摩爾質(zhì)量為Mw

、Mg，則請思考：如果是氫氣-水系統(tǒng)，其濕度表示式？化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)(二)絕對濕度(濕度)H總壓一定時，濕空氣的濕度只與水蒸汽的分壓有關(guān)。當pw=ps時，濕度稱為飽和濕度，以Hs表示。(三)相對濕度φ濕度只表示濕空氣中所含水份的絕對數(shù)，不能反應空氣偏離飽和狀態(tài)的程度（即氣體的吸濕能力）。相對濕度：在總壓和溫度一定時，濕空氣中水汽的分壓pw

與系統(tǒng)溫度下水的飽和蒸汽壓ps

之比的百分數(shù)。化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)(三)相對濕度φ

值說明濕空氣偏離飽和空氣或絕干空氣的程度，

值越小吸濕能力越大；

=0

，p=0時，表示濕空氣中不含水分，為絕干空氣。

=1

，p=ps時，表示濕空氣被水汽所飽和，不能再吸濕。對于空氣-水系統(tǒng)：

=f(H,t)

ps隨溫度的升高而增加，H不變提高t，

，氣體的吸濕能力增加，故空氣用作干燥介質(zhì)應先預熱。H不變而降低t，

，空氣趨近飽和狀態(tài)。當空氣達到飽和狀態(tài)而繼續(xù)冷卻時，空氣中的水份將呈液態(tài)析出?；卧僮骷夹g(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)例5-1已知濕空氣中水汽分壓為10kPa，總壓為100kPa。試求該空氣成為飽和濕空氣時的溫度和濕度。解：（1）當φ=1時，pw=ps=10kPa，其相應的飽和溫度可查附錄七（飽和水蒸汽表），得到該飽和濕空氣的溫度t=45.3℃；

（2）該飽和濕空氣的濕度（飽和濕度）為：例5-2

若將例5-1的濕空氣分別加熱至60℃和90℃，其相對濕度各為多少？解：（1）當加熱至60℃時，查附錄七得到60℃下水的飽和蒸氣壓ps1=19.92kPa，則：

或

（2）當加熱至90℃時，ps2=70.14kPa，則：

或

化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)(四)比容

H(Humidvolume)或濕比容(m3/kg絕干氣體)比容：1kg絕干空氣和相應水汽(其所帶的Hkg水汽)體積之和。標態(tài)下1mol

任何氣體的體積為22.4升

1kmol22.4m3因此：化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)同理：于是：對比兩式：例5-3試計算總壓為101.33kPa、20℃下，濕度為0.01kg水/kg絕干空氣的濕空氣的水汽分壓和以質(zhì)量流量為1.5kg/s進入風機時的體積流量，m3/s?；卧僮骷夹g(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)解：已知H=0.01kg水/kg絕干空氣，t=20℃，p=101.33kPa。由1.5kg/s的濕空氣中絕干空氣的質(zhì)量流量為：

濕空氣的比容：

=0.843所以，進入風機時濕空氣的體積流量為：

化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)(五)比熱cH(Humidheat)或比熱容kJ/(kg˙℃)比熱：1kg絕干空氣及相應水汽(其所帶的Hkg水汽)溫度升高1℃所需要的熱量式中：cg

—絕干空氣的比熱，kJ/(kg·℃)；

cv

—水汽的比熱，kJ/(kg·℃)。對于空氣-水系統(tǒng)：cg=1.01kJ/(kg·℃)，cv=1.88kJ/(kg·℃)化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)例試計算總壓為100kPa、20℃下，濕度為0.01kg/kg的濕空氣的水汽分壓和以質(zhì)量流量為1.5kg/s進入風機時的體積流量，m3/s。解：已知H=0.01kg/kg，t=20℃，p=100kPa。由1.5kg/s的濕空氣中干空氣的質(zhì)量流量為

濕空氣的比容

所以，進入風機時的濕空氣的體積流量為

化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)4.焓I焓：1kg絕干空氣的焓與相應水汽(其所帶的Hkg水汽)的焓之和。由于焓是相對值，計算焓值時必須規(guī)定基準狀態(tài)和基準溫度，一般以0℃為基準，且規(guī)定在0℃時絕干空氣和液態(tài)水的焓值均為零，則對于空氣-水系統(tǒng)：顯熱項汽化潛熱項化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)例在總壓為101.33kPa、濕空氣的溫度65℃，相對濕度40%，試計算空氣的濕度H、比熱容cH、焓I、水汽分壓及比容。解：對于空氣-水系統(tǒng)，在總壓一定條件下，給出任何兩個獨立變量，便可以計算濕空氣的有關(guān)性質(zhì)。(1)濕空氣的濕度H由水的飽和蒸汽壓表查得，65℃水的飽和蒸汽壓ps=25kPa。則：(2)濕空氣的比熱容cH化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)(3)濕空氣的比熱容cH(4)水汽分壓pW(5)比容vH化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)

濕球溫度計測定濕球溫度的條件是保證純對流傳熱，即氣體應有較大的流速和不太高的溫度，否則，熱傳導或熱輻射的影響不能忽略，測得的濕球溫度會有較大的誤差。

通過測定氣體的干球溫度和濕球溫度，可以計算氣體的濕度。氣體ttwa.濕球溫度的測定5.濕空氣的溫度(1)空氣的干球溫度t：濕空氣的真實溫度，簡稱溫度(℃或K)。將溫度計直接插在濕空氣中即可測量。(2)空氣的濕球溫度化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)

當熱、質(zhì)傳遞達平衡時，氣體對液體的供熱速率恰等于液體汽化的需熱速率時：(2)空氣的濕球溫度a.定義qN對流傳熱hkH氣體t,H氣膜對流傳質(zhì)液滴表面tw,Hw液滴——濕球溫度tW

定義式化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)(2)空氣的濕球溫度因流速等影響氣膜厚度的因素對α和kH有相同的作用，可認為kH/α與速度等因素無關(guān)，而僅取決于系統(tǒng)的物性。飽和氣體:H=Hs，tW=t，即飽和空氣的干、濕球溫度相等不飽和氣體:H<Hs，tW

<t對于空氣-水系統(tǒng)：結(jié)論：tW

=f(t,H)，氣體的t和H一定，tW

為定值?；卧僮骷夹g(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)

物料充分濕潤，濕分在物料表面的汽化和在液面上汽化相同。物料經(jīng)過預熱，很快達到穩(wěn)定的溫度，由于對流傳熱強烈，物料溫度接近氣體的濕球溫度tw。

對于空氣-水系統(tǒng)，tw<100℃。當氣體的濕度一定時，氣體的溫度越高，干、濕球溫度的差值越大。結(jié)論：當物料充分濕潤時，可以使用高溫氣體做干燥介質(zhì)而不至于燒毀物料。例如，可以使用500℃的氣體烘干淀粉。t℃2060100200500tw

℃17.6228.3635.7647.6364.43

對初始溫度為20℃、相對濕度為80%的常壓空氣c.干燥過程物料的溫度化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)(3)絕熱飽和冷卻溫度tas

絕熱飽和冷卻溫度：不飽和的濕空氣等焓降溫到飽和狀態(tài)時的溫度。高溫不飽和空氣與水在絕熱條件下進行傳熱、傳質(zhì)并達到平衡狀態(tài)的過程。達到平衡時，空氣與水溫度相等，空氣被水的蒸汽所飽和。由于ras

和Has

是tas

的函數(shù)，故絕熱飽和溫度tas

是氣體溫度t和濕度H的函數(shù)。已知t和H，可以試差求解tas。對于空氣-水系統(tǒng)：絕熱飽和過程：化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)(4)露點td溫度為t的不飽和空氣在等濕下冷卻至溫度等于td的飽和狀態(tài)，此時H=Hs,td。露點：不飽和空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時的溫度，以td表示；相應的濕度為飽和濕度，以Hs,td表示。處于露點溫度的濕空氣的相對濕度

=1，空氣濕度達到飽和濕度，濕空氣中水汽分壓等于露點溫度下水的飽和蒸氣壓，則水蒸氣-空氣系統(tǒng)：不飽和空氣t>tas（或tw）>td；飽和空氣t=tas=td

化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)項目五干燥技術(shù)Drying任務一認識干燥生產(chǎn)裝置及工藝流程任務二干燥過程工藝條件的確定——濕空氣的性質(zhì)任務三干燥過程工藝條件的確定——物料、熱量衡算任務四恒定干燥條件下的干燥過程的計算化工單元操作技術(shù)Contents目1濕空氣的性質(zhì)2焓濕圖錄化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—濕空氣的性質(zhì)二、氣體濕度圖（Humiditychart）

濕空氣參數(shù)的計算比較繁瑣，甚至需要試差。為了方便和直觀，通常使用濕度圖?；卧僮骷夹g(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—焓濕圖等焓線（等I線）等濕度線（等H線）等溫線（等t線）等相對濕度線（等φ線）水汽分壓線化工單元操作技術(shù)任務二干燥過程工藝條件確定—焓濕圖空氣濕度圖的繪制對于空氣-水系統(tǒng)，tas

tw，等tas線可近似作為等tw線。每一條絕熱冷卻線上所有各點都具有相同的tas。橫坐標：空氣的濕度，所有的橫線為等濕度線。右側(cè)縱坐標：空氣的干球溫度。(1)等濕度線(等H線)(2)等焓線（等I線）

在同一條等濕線上不同點所代表的濕空氣狀態(tài)不同，但H相同，露點是將濕空氣等H冷卻至

=1時的溫度。(3)等干球溫度線(