第八章第1节2012.ppt

2020 2 15 1 第八章干燥 一 概述二 湿空气的性质三 湿焓图及其应用 第一节湿空气的性质及湿焓图 2020 2 15 2 一 概述 在化学工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多的水分或有机溶剂 湿分 要制得合格的产品需要除去固体物料中多余的湿分 除湿方法 机械除湿 通过离心分离 沉降 过滤等方法除湿 吸附除湿 用干燥剂吸附除去物料中的水分 加热除湿 干燥 利用热能使湿物料中的湿分汽化 并排出生成的蒸汽 以获得湿含量达到要求的产品 除湿程度高 但能耗大 惯用做法 先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿分除去 然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿分干燥掉 以降低除湿的成本 干燥分类 本章重点 以不饱和热空气为干燥介质 除去湿物料中水分的连续对流干燥过程 2020 2 15 3 对流干燥 热能以对流给热的方式由热干燥介质 通常热空气 传给湿物料 使物料中的水分汽化 物料内部的水分以气态或液态形式扩散至物料表面 然后汽化的蒸汽从表面扩散至干燥介质主体 再由介质带走的干燥过程称为对流干燥 对流干燥过程原理 温度为t 湿分分压为p的湿热气体流过湿物料的表面 物料表面温度ti低于气体温度t 由于温差的存在 气体以对流方式向固体物料传热 使湿分汽化 在分压差的作用下 湿分由物料表面向气流主体扩散 并被气流带走 干燥是热 质同时传递的过程 干燥介质 用来传递热量 载热体 和湿分 载湿体 的介质 它将热量传给物料的同时把由物料中汽化出来的水分带走 注意 只要物料表面的湿分分压高于气体中湿分分压 干燥即可进行 这是干燥操作的必要条件 与气体的温度无关 气体预热并不是干燥的充要条件 其目的在于加快湿分汽化和物料干燥的速度 达到一定的生产能力 2020 2 15 4 对流干燥过程的实质 干燥过程 热空气流过湿物料表面 热量传递到湿物料表面 湿物料表面水分汽化并被带走 表面与内部出现水分浓度差 内部水分扩散到表面 传热过程 传质过程 传质过程 干燥过程推动力 传质推动力 物料表面水分压P表水 热空气中的水分压P空水传热推动力 热空气的温度t空气 物料表面的温度t物表 2020 2 15 5 干燥过程的基本问题 解决这些问题需要掌握的基本知识有 1 湿分在气固两相间的传递规律 2 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化 3 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征 4 干燥过程中物料衡算关系 热量衡算关系和速率关系 本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本问题 介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程 2020 2 15 6 二 湿空气的性质 湿空气 指绝干空气与水蒸气的混合物 在干燥过程中 随着湿物料中水份的汽化 湿空气中水份含量不断增加 但绝干空气的质量保持不变 因此 湿空气性质一般都以1kg绝干空气为基准 操作压强不太高时 空气可视为理想气体 系统总压P 湿空气的总压 kN m2 即P干空气与P水之和 干燥过程中系统总压基本上恒定不变 且 干燥操作通常在常压下进行 常压干燥的系统总压接近大气压力 热敏性物料的干燥一般在减压下操作 2020 2 15 7 1 湿分的表示方法 1 绝对湿度 湿度 H 湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比 又称湿含量 若湿空气中水蒸气和绝干空气的摩尔数 nv ng 和摩尔质量 Mv Mg 对于空气 水蒸气系统 Mv 18kg kmol Mg 29kg kmol 当湿空气中水汽分压pv等于该空气温度下的饱和蒸汽压ps 即空气达到饱和时 相应的湿度称为饱和湿度 用Hs表示 2020 2 15 8 2 相对湿度 湿度只表示湿空气中所含水分的绝对数 不能反映空气偏离饱和状态的程度 即气体的吸湿能力 相对湿度 在总压和温度一定时 湿空气中水汽的分压pv与系统温度下水的饱和蒸气压ps之比的百分数 又称相对湿度百分数 当pv 0时 0 表示湿空气中不含水分 为绝干空气 当pv ps时 1 表示湿空气被水汽所饱和 不能再吸湿 称为饱和空气 相对湿度是湿空气中水汽的相对值 说明湿空气偏离饱和空气的程度 由相对湿度值可以判断该湿空气能否作为干燥介质 值愈低表明该空气偏离饱和程度越远 吸湿能力越大 干燥能力越大 1 湿空气达到饱和 不能作为干燥介质 在总压一定时 2020 2 15 9 2 比体积 湿容积 H 在湿空气中 1kg绝干空气的体积和其所带有的Hkg水汽的体积之和称为湿空气的比体积 又称湿容积 3 比热容cH 常压下 将湿空气1kg绝干空气及其所带的Hkg水汽的温度升高 或降低 1 所需要 或放出 的热量 称为比热容 又称湿热 2020 2 15 10 4 焓I 湿空气中1kg绝干空气的焓与其所带的Hkg水汽的的焓之和 单位为 5 干燥过程的物料温度 由于焓是相对值 计算焓值时必须规定基准状态和基准温度 一般以0 为基准 且规定在0 时绝干空气和水汽的焓值均为零 1 干球温度t 湿空气的真实温度 简称温度 或K 将温度计直接插在湿空气中即可测量 2 湿球温度tw 湿球温度计在温度为t 湿度为H的不饱和空气流中 达到平衡或稳定时所显示的温度 2020 2 15 11 不饱和空气与水分之间存在湿度差 水分汽化向空气扩散 汽化时需要吸热 水分自身降温 传热速率 传质速率 两者关系 饱和气体 H Hs tw t 即饱和空气的干 湿球温度相等 不饱和气体 H Hs tw t 对于空气 水蒸气系统 通过测定气体的干球温度和湿球温度 可以计算气体的湿度 2020 2 15 12 3 绝热饱和冷却温度tas 绝热饱和过程 高温不饱和空气与水在绝热条件下进行传热 传质并达到平衡状态的过程 达到平衡时 空气与水温度相等 空气被水的蒸气所饱和 绝热饱和冷却温度 不饱和的湿空气等焓降温到饱和状态时的温度 水分向空气中汽化 绝热 空气降温增湿 焓不变 饱和 对绝热饱和塔作焓衡算 即可求出绝热饱和温度 2020 2 15 13 一般H及Has值均很小 由于cH和Has是H和tas的函数 故绝热饱和温度tas是气体温度t和湿度H的函数 是湿空气在绝热 冷却 增湿过程中达到的极限冷却温度 对于空气 水蒸气系统 而 同时 注意 绝热饱和温度与湿球温度的区别和联系 4 露点td 处于露点温度的湿空气的相对湿度 1 空气湿度达到饱和湿度 湿空气中水汽分压等于露点温度下水的饱和蒸气压 则 露点 不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度 以td表示 相应的湿度为饱和湿度 以Hs td表示 2020 2 15 14 温度为t的不饱和空气在等湿下冷却至温度等于td的饱和状态 此时H Hs td 水蒸气 空气系统 不饱和空气t tas 或tw td 饱和空气t tas 或tw td 三 湿度图及其应用 1 湿度图的组成 五个线群 1 等湿度线 等H线 群 2 等焓线 等I线 群 3 等干球温度线 等t线 群 4 等相对湿度线 等 线 群 5 蒸气分压线 2020 2 15 15 横坐标 湿空气的湿度值 左侧纵坐标 湿空气的干球温度值 右侧纵坐标 湿空气中水汽分压值 斜轴坐标 湿空气的焓值 1 等湿度线 等H线 群 等湿度线是平行于纵轴的线群 在同一条等湿线上不同点所代表的湿空气状态不同 但H相同 露点是将湿空气等H冷却至 1时的温度 2 等焓线 等I线 群 等焓线是平行于斜轴的线群 对于空气 水系统 tas tw 等tas线可近似作为等tw线 每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的tas 物理意义 以绝热冷却线上所有各点为始点 经过绝热饱和过程到达终点时 所有各状态的气体的温度都变为同一温度 3 等干球温度线 等t线 群 上式为线性方程 斜率是温度的函数 t越高 等t线的斜率越大故各等t是不平行的 2020 2 15 16 4 等相对湿度线 等 线 群 总压P一定 对给定的 因ps f t 故H f t 5 蒸气分压线 总压P一定 H 0 622时 pv H近似为直线关系 pv f H 2 湿度图的应用 100 空气达到饱和 无吸湿能力 100 属于未饱和空气 可作为干燥介质 越小 干燥条件越好 1 确定空气的干燥条件 2 由测出的参数确定湿空气的状态 3 已知湿空气某两个可确定状态的独立变量 求该湿空气的其他参数和性质 2020 2 15 17 新建文件夹 2 3H I的应用 swf 新建文件夹 2 利用I H