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第2章 湿空气的状态与焓湿图的应用第一课：湿空气 2.1湿空气的组成和状态参数 一、湿空气的组成 湿空气=干空气+水蒸气+污染物 1干空气：N278.09% O220.95% CO20.03% 看成理想气体 Ne 气体常数：Rg=287J/kg.k He 0.93% Ar2 水蒸气看成理想气体，气体常数461 J/kg.k3污染物 从空气调节的角度：湿空气干空气水蒸气（干空气成分基本不变，水蒸气变化大）二、湿空气的状态参数 1压力P（单位：帕，Pa） （1）大气压力：定义：地球表面的空气层在单位面积上所形成的压力称为大气压力； 特点：不是一个定值，随海拔高度变化而变化，随季节天气变化而变化。 一个标准大气压为1atm101325Pa1.01325bar 当地大气压干空气分压力水蒸气分压力 （BPg +Pq）其中水蒸气分压力（Pq） 定义：湿空气中，水蒸汽单独占有湿空气的容积，并具有与湿空气相同的温度时，所产生的压力称为水蒸气分压力。 湿空气可看成理想的混合气体，湿空气的压力等于干空气的分压力与水蒸气的分压力之和： P（B）=Pg+Pq 湿空气中水蒸气含量越多，则水蒸气的分压力越大。2温度t（单位：摄氏温标 0C） t（）以水的冰点温度为起点0，水的沸点100为定点。3湿空气的密度 定义：单位容积空气所具有的质量，即（kg/m3) 计算式： 结论：湿空气比干空气轻。 阴凉天大气压力比晴天低。 夏天比冬天大气压力低。 标准状态下，干空气密度 干=1.205kg/m3，湿空气密度略小于干空气密度。 工程上取湿=1.2kg/m34含湿量d（单位：g/kg干空气）： 定义：对应于1千克干空气的湿空气所含有的水蒸气量。 d622g/kg干空气 在一定范围内，空气中的含湿量随着水蒸气分压力的增加而增加，但是，在一定的温度下，湿空气所能够容纳的水蒸气量有一个限度，即空气所达到饱和状态，成为饱和空气。相应具有饱和水蒸气分压力和饱和含湿量。空气温度与饱和水蒸气分压力、饱和含湿量的关系（B=101325Pa）表1-1空气温度t/0C 饱和水蒸气分压力Pq,b(饱和)/Pa饱和含湿量db(饱和)/g/kg（干空气）1020301225233142327.6314.7027.20从表1-1看出，当温度增加时，湿空气的饱和水蒸气分压力、饱和含湿量也随之增加。 结论：B一定时，d随Pq升高而增大，反之亦然。 d一定时，Pq随B升高而上升，随B降低而下降。返回5相对湿度： 定义：表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。 相对湿度=100% =100% 空气=0时，是干空气，=100时为饱和湿空气。注意与d的区别：表示空气接近饱和的程度，空气在一定温度下的吸水能力，但并不反映空气中水蒸气的含量。d表示空气中水蒸气的含量，却无法直接反映出空气的潮湿程度和吸水能力。例如，A空气t100C，d7.63g/kg干空气； B空气t300C，d15g/kg干空气 A空气db(饱和)7.63g/kg干空气，=100为饱和空气； B空气db(饱和)27.20g/kg干空气，=55左右，为未饱和空气，具有较大吸湿能力。 结论：能表示空气的饱和程度，但不能表示水蒸气的含量。 d则相反，它能表示水蒸气的含量，但不能表示空气的饱和程度。6焓i（单位：kJ/kg干空气） 在空气调节中，空气的压力一般变化很小，近似于定压过程。而在定压过程中，可以直接用空气的焓变化来度量空气的热量变化。湿空气的焓是以1kg干空气作为计算基础，同时取00C的干空气和00C的水的焓为零，则含有1kg干空气的湿空气所具有的焓表示为i（kJ/kg干空气）；1kg干空气的焓表示为ig（kJ/kg干空气）；水蒸气的焓为表示iq（kJ/kg水蒸气）。 所以，i ig + diq （1.011.84d）t2500d（注：d以kg/kg干空气计算） 显热（随着温度变化的热量）潜热（00C的d千克水的汽化潜热，仅仅与d有关）例如，大气压为101325Pa，温度为200C，相对湿度为90，求湿空气的含湿量和焓。 解：查表1-1得，200C时饱和湿空气的水蒸气分压力Pq,b2331Pa，（1）由=100%得湿空气的水蒸气分压力为 PqPq,b0.923312097.9Pa（2）由d622/kg干空气得湿空气的含湿量为 d62213.2g/kg（干空气） （3）由i（1.011.84d）t2500d得湿空气的焓为 i（1.011.8413.2103）20250013.210 353.7kJ/kg（干空气）7湿空气的露点湿度tl定义：在含湿量不变的条件下，使未饱和空气冷却到饱和状态的温度叫做露点温度tl。 实例：秋季凌晨草地上挂露珠；冬季玻璃窗户上结冰花；夏季冷水管表面“出汗”等现象。 掌握露点温度的意义在于可以利用这个原理来完成空气冷却减湿的过程。 8空气湿球温度ts定义：用湿球温度计在空气中测量出来的湿度值，就称为湿球温度ts结论：空气中所含水蒸汽越少，则湿球温度越低，干、湿球温差就越大；反之，干、湿球温差越小，表明空气越湿润。第二课：焓-湿图（2学时） 12湿空气的焓湿图 由i1.01t+(2500+1.84t)d可知焓i由温度t和含湿量d决定； 由d622Pq,b/(BPq,b) 及 Pq,b由t决定可知当B一定时，相对湿度由温度t和含湿量d决定； 由d622可知当B一定时，水蒸气分压力Pq由d决定。 所以，在空气的6个状态参数t、d、B、I、Pq中，t、d、B是独立参数，其余参数可以从t、d、B三个独立参数计算出来。空调过程中取B为定值。 说明：1焓湿图是在大气压力B为某个定值时做出的，如果B不同，则所求参数也不同。 在实际应用中，为避免图面过大，常将坐标d改为水平线。 2热湿比湿空气焓的变化量/含湿量的变化量湿空气的热量变化量/湿量变化量 i/d()Q/W（）, 1000i/d()。 热湿比说明空气状态变化的方向和特征，应用热湿比确定空气状态变化过程，热湿比在焓湿图上是空气初末状态连线的斜率。 3当大气压一定时，水蒸气分压力Pq与含湿量d是一一对应关系，在d轴的上方设一条水平线，标出与d所对应的Pq值。例题1：例如，大气压为101325Pa，温度为200C，相对湿度为90，用焓湿图查出湿空气的含湿量和焓。解：由温度200C，相对湿度为90在焓湿图上确定湿空气的状态点，由该点查出：湿空气的含湿量为d13.2g/kg（干空气）； 湿空气的焓为i53.7kJ/kg（干空气）。例题2：已知大气压力为101325Pa，在焓湿图上确定空气的状态参数。 1、t = 22 0C， = 65% 2、i45 kJ/kg（干空气）, d7.2g/kg（干空气） 3、t = 22 0C，d7.2g/kg（干空气）第三课：焓湿图的应用（2学时）13焓湿图的应用 一、根据空气的干湿球温度在焓湿图上确定空气的状态和露点温度 1、干湿球温度计有两个温度计，一个测量空气的实际温度，称为干球温度t，另一个反映湿球纱布上热湿平衡的水温，即湿球纱布周围的饱和空气的温度，称为湿球温度ts。实际上，t和ts较容易测量，所以用干湿球温度计测定空气状态成为常用的主要手段。2、根据空气的干湿球温度在焓湿图上确定空气的状态 方法一：等湿球温度线法 根据计算，周围空气经过湿球变成饱和空气的过程中，空气状态变化过程的热湿比为 4.19 ts 在焓湿图上，4.19 ts的线即为等湿球温度线。 在焓湿图上，作湿球温度ts的等温线与相对湿度100的饱和线交于B点，然后过B点作4.19 ts的等湿球温度线，等湿球温度线与干球温度t的等温线相交于A，则A点即为所求空气的状态点。方法二、等焓线法 由于湿球温度ts300C，热湿比4.19 ts的过程线与0的等焓线非常接近，所以在空调过程中用等焓线代替等湿球温度线。在焓湿图上，作湿球温度ts的等温线与相对湿度100的饱和线交于B点，然后过B点作0的等焓线，等焓线与干球温度t的等温线相交于C点，则C点即为所求空气的状态点。例题1：用干湿球温度计测得某一状态空气的干球温度t200C，湿球温度ts150C，试在焓湿图上确定空气状态点及空气的相对湿度、含湿量和焓。解：方法一：等湿球温度线法 在焓湿图上，作湿球温度ts150C的等温线与相对湿度100的饱和线交于B点，然后过B点作4.19 ts4.191563的等湿球温度线，等湿球温度线与干球温度t200C的等温线相交于A，则A点即为所求空气的状态点。在B101325Pa的焓湿图上查出： 空气的相对湿度为58.8，含湿量为8.5g/kg干空气，焓41.8kJ/kg干空气。方法二、等焓线法 在焓湿图上，作湿球温度ts150C的等温线与相对湿度100的饱和线交于B点，然后过B点作0的等焓线，等焓线与干球温度t200C的等温线相交于C点，则C点即为所求空气的状态点。在B101325Pa的焓湿图上查出：空气的相对湿度为58.9，含湿量为8.52g/kg干空气，焓41.8kJ/kg干空气。例题2、已知B101325Pa，干球温度t450C，湿球温度ts300C，试在焓湿图上确定该湿空气状态参数（h、d、）。解：方法一：等湿球温度线法在焓湿图上，作湿球温度ts300C的等温线与相对湿度100的饱和线交于B点，然后过B点作4.19 ts4.1930125.7的等湿球温度线，等湿球温度线与干球温度t450C的等温线相交于A，则A点即为所求空气的状态点。在B101325Pa的焓湿图上查出：空气的相对湿度为34，含湿量为20.6g/kg干空气，焓98.6kJ/kg干空气方法二、等焓线法 在焓湿图上，作湿球温度ts300C的等温线与相对湿度100的饱和线交于B点，然后过B点作0的等焓线，等焓线与干球温度t450C的等温线相交于C点，则C点即为所求空气的状态点。在B101325Pa的焓湿图上查出： 空气的相对湿度为34.8，含湿量为21.1g/kg干空气，焓100kJ/kg干空气。 返回3、根据空气的干湿球温度在焓湿图上确定露点温度 结露：某一状态的未饱和空气，在含湿量不变的情况下，把该空气的温度下降到某一临界温度tl时，空气达到饱和，当温度进一步下降，空气中多余的水份凝结出来，形成露水。 露点温度：某一状态的空气在含湿量不变的情况下，冷却到饱和状态（100）时所具有的温度。 露点温度是判断湿空气是否结露的依据，只要湿空气的温度大于或等于其露点温度，则不会出现结露现象。 在焓湿图上确定露点温度的方法：首先在焓湿图上确定空气的状态点A，查出其含湿量d，然后由A点沿等焓线d向下与100线交于L点，则L点对应的温度即为露点温度。例题1：用干湿球温度计测得某一状态空气的干球温度t200C，湿球温度ts150C，试在焓湿图上确定空气状态点及露点温度。解：在焓湿图上，作湿球温度ts150C的等温线与相对湿度100的饱和线交于B点，然后过B点作0的等焓线，等焓线与干球温度t200C的等温线相交于A点，则A点即为所求空气的状态点。在B101325Pa的焓湿图上查出： 空气的相对湿度为58.9，含湿量为8.52g/kg干空气，焓41.8kJ/kg干空气。 然后由A点沿等焓线d向下与100线交于L点，则L点对应的温度即为露点温度。 例题2、已知B101325Pa，干球温度t450C，湿球温度ts300C，试在焓湿图上确定该湿空气状态点及露点温度 。解：在焓湿图上，作湿球温度ts300C的等温线与相对湿度100的饱和线交于B点，然后过B点作0的等焓线，等焓线与干球温度t450C的等温线相交于A点，则A点即为所求空气的状态点。在B101325Pa的焓湿图上查出： 空气的相对湿度为34.8，含湿量为21.1g/kg干空气，焓100kJ/kg干空气。 然后由A点沿等焓线d向下与100线交于L点，则L点对应的温度即为露点温度。tas（或tw）td 对于饱和的湿空气： t tas（或tw） td 幻灯片19二、湿空气的湿度图 在工程计算中，常用的是以湿空气的焓值I为纵坐标，湿度H为横坐标的焓湿图，即I-H图。 图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度t和湿度的湿空气状态。 l 等湿度线(等H线)：l 等焓线(等I线)：l 等温线(等t线)：l 等相对温度线（等线）l 水蒸汽分压线：幻灯片201 等湿度线(等H线) 一组与纵轴平行的直线。在同一条等H线上，湿空气的露点td不变。 2 等焓线(等I线) 一组与横轴平行的直线 。在同一条等I线上，湿空气的温度t随湿度H的增大而下降，但其焓值不变。3 等温线(等t线)I=(1.88t+2490)H+1.01t 当空气的干球温度t不变时，I与H成直线关系，故在I-H图中对应不同的t，可作出许多等t线。 各种不同温度的等温线，其斜率为(1.88t+2492)，故温度愈高，其斜率愈大。因此，这许多成直线的等t线并不是互相平行的。 幻灯片214 等相对温度线（等线） 当湿空气的湿度为一定值时，温度愈高，其相对湿度值愈低，即其作为干燥介质时，吸收水汽的能力愈强，故湿空气进入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度，目的除了提高湿空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而作为载湿体。5 水蒸汽分压线 该线表示空气的湿度与空气中的水蒸汽分压pv之间关系曲线。当湿空气的总压不变时，水蒸汽的分压pv随湿度而变化。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为kN/m2。 幻灯片22湿焓图的说明与应用 根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在H-I图上确定该空气的状态点，然后查出空气的其他性质。 非独立的参数如：tdH，pH，tdp，twI，tasI等，它们均在同一等H线或等I线上。AEDFBCtwtd =1HpI 干球温度t、露点td、湿球温度tw（或绝热饱和温度tas）都是由等t线确定的。幻灯片23 通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件是： （）湿空气的干球温度t和湿球温度tw； （）湿空气的干球温度t和露点td ； （）湿空气的干球温度t和相对湿度。0HA =1ttwI1230HA =1ttdI1230HA =1tI12幻灯片24例： 已知湿空气的总压为101.3kN/m2 , 湿度为H=0.02 kg水/kg干空气，干球温度为70o C。试用I-H图求解： (a)水蒸汽分压p； (b)相对湿度 ； (c)热焓； (d)露点td ； (e)湿球温度tw ； 解 由已知条件：101.3kN/m2， H=0.02 kg水/kg干空气，t=20o C，在I-H图上定出湿空气的状态点点。 pv=3kN/m2 =10% I122kJ/kg干空气 td=24oC tw=33o C幻灯片25三、湿空气的基本状态变化过程1 间壁式加热和冷却 若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。tBtABAtBtABA=1HI幻灯片262 间壁式冷却减湿 上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，继续冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。BA =1HIHAHB 利用上述方法，如果将凝结出来的水分设法除去，再将所得的饱和空气加热，则不会恢复原来的状态，而空气的湿度小于原空气的湿度，即达到减湿的目的。幻灯片273 不同状态空气的混合 设有状态不同的空气1和2，对应的干空气的量为G1和G2，对应的状态为（H1，I1），（H2，I2）。两空气混合后，由物料衡算和热量衡算，可求得 =1HII1InI2H1HnH21234detI 若混合后的空气状态点落入超饱和区，例如图中3-4直线上的d点，则混合物将分成气态的饱和空气和液态的水两部分，前者的状态点为过d点的等温线与=1线的交点e。幻灯片284 绝热冷却增湿过程 空气和水直接接触时，空气的状态变化可视为空气和液态水表面边界层内的饱和空气不断混合的过程。 若空气（以A点表示）与温度为tas的冷却水（其表面的饱和空气以B点表示）相接触，由于水温保持不变，B点的位置也固定不变，则空气的不断混合过程就表现为空气状态从A点不断向B点移动。BA =1HItAtas 绝热饱和过程的进行，其结果一方面表现为空气的冷却，另一方面表现为空气的增湿，故称为绝热冷却增湿过程。幻灯片29第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算 一、物料含水量的表示方法 第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算 干燥过程的计算中应通过干燥器的物料衡算和热量衡算计算出湿物料中水分蒸发、空气用量和所需热量，再依此选择适宜型号的鼓风机、设计或选择换热器等。一、物料含水量的表示方法 1 湿基含水量w以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数。幻灯片302 干基含水量： 不含水分的物料通常称为绝对干物料或称干料。以绝对干物料为基准的湿物料中含水量，称为干基含水量，亦即湿物料中水分质量与绝对干料的质量之比，单位为kg水分/kg绝干料。 两种含水量之间的换算关系为注：工业上常采用湿基含水量。幻灯片31二、物料衡算 通过物料衡算可确定将湿物料干燥到规定的含水量所蒸以的水分量、空气消耗量、干燥产品的流量。 新鲜空气L，H1干燥产品G2，X2废气L，H2湿物料G1，X1L绝干空气的消耗量，kg绝干气/s；H1，H2分别为湿空气进出干燥器时的湿度，kg水气/kg绝干气；X1，X2分别为物料进出干燥器时的干基含水量，kg水气/kg绝干料；G1，G2分别为物料进出干燥器时的流量，kg湿物料/s；G绝干物料的流量，kg绝干料/s。幻灯片321 水分蒸发量w 对上图所示的连续干燥器作水分的物料衡算，以1s为基准。 2 干空气消耗量 L幻灯片33 令l=L/W，称为比空气用量，其意义是从湿物料中气化1kg水分所需的干空气量。 如果新鲜空气进入干燥器前先通过预热器加热，由于加热前后空气的湿度不变，以H0表示进入预热器时的空气湿度，则有 上式说明：比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而与干燥过程所经历的途径无关。幻灯片34湿空气的消耗量为：3 干燥产品的流量G2式中 w1、w2物料进出干燥器时的湿基含水量幻灯片35例题例：在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后物料的含水量有10%降至2%（wb）。以热空气为干燥介质，初始湿度H1=0.008kg水/kg绝干气，离开干燥器时湿度为H2=0.05 kg水/kg绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。解：（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即进入干燥器的绝干物料为G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg绝干料/h水分蒸发量为W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水/h幻灯片36（2）空气消耗量原湿空气的消耗量为：L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气/h单位空气消耗量（比空气用量）为：（3）干燥产品量幻灯片37三、热量衡算 通过干燥器的热量衡算可以确定物料干燥所消耗的热量或干燥器排出空气的状态(H2，t2，I2 )。 LH0,t0,I0LH1,t1,I1QpQDG2,X2,2,I2LH2,t2,I2G1,X1,1,I1QL预热器干燥器Qp预热器的传热速率，kw；QD向干燥器中补充热量的速率，kw；QL干燥器的热损失速率，kw幻灯片381 预热器的热量衡算若忽略预热器的热损失，以1s为基准，则有2 干燥器的热量衡算3 干燥系统消耗的总热量幻灯片39湿物料的焓假设： （1）新鲜空气中水蒸气的焓等于离开干燥器时废空气中水蒸气的焓，即：Iv0=Iv2。 （2）进出干燥器的湿物料比热相等，即：Cm1=Cm2=Cm。幻灯片40由于 由上式可以看出：向系统输入的热量用于：加热空气、加热物料、蒸发水分、热损失等四个方面。幻灯片414 干燥系统的热效率定义：蒸发水分所需的热量为：Qv=w(2490+1.88t2)-4.1871w若忽略湿物料中水分代入系统中的焓，则有幻灯片42提高热效率的措施l 使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（注意吸湿性物料）；l 提高热空气进口温度（注意热敏性物料）；l 废气回收，利用其预热冷空气或冷物料；l 注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的热损失。幻灯片43例题例：某糖厂的回转干燥器的生产能力为4030kg/h（产品），湿糖含水量为1.27%，于310C进入干燥器，离开干燥器时的温度为360C ，含水量为0.18%，此时糖的比热为1.26kJ/kg绝干料0C 。干燥用空气的初始状况为：干球温度200C ，湿球温度170C ，预热至970C后进入干燥室。空气自干燥室排出时，干球温度为400C ，湿球温度为320C ，试求： （1）蒸发的水分量；（2）新鲜空气用量；（3）预热器蒸气用量，加热蒸气压为200kPa（绝压）；（4）干燥器的热损失，QD=0；（5）热效率。 t0=200C tw0=170C t1=970CQpQD=0G2=4030kg/h w2=0.18% 2=360C t2=400C tw2=320C 1=310C w1=1.27%QL预热器干燥器幻灯片44解：（1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即进入干燥器的绝干物料为G=G2（1-w2）=4030（1-0.18%）=4022.7kg绝干料/h水分蒸发量为W=G（X1-X2）=4022.7（0.0129-0.0018）=44.6kg水/h幻灯片45（2）新鲜空气用量：首先计算绝干空气消耗量。由图查得：当t0=200C，tw0=170C时，H0=0.011kg水/kg绝干料； 当t2=400C，tw2=320C时，H2=0.0265kg水/kg绝干料。绝干空气消耗量为：新鲜空气消耗量为：L=L（1+H0）=2877.4（1+0.011）=2909kg新鲜空气/h幻灯片46（3）预热器中的蒸气用量查H-I图，得I0=48kJ/kg干空气；I1= 127kJ/kg干空气；I2= 110kJ/kg干空气Qp=L(I1-I0)=2877.4（127-48）=2.27 105kJ /h 查饱和蒸气压表得：200kPa（绝压）的饱和水蒸气的潜热为2204.6 kJ /kg，故蒸气消耗量为： 2.27 105/2204.6=103kg/h幻灯片47（4）干燥器的热损失（5）热效率若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则有幻灯片48课外习题在常压连续理想干燥器中，用通风机将空气送至预热器，经1200C饱和蒸气加热后进入干燥器以干燥某种物料。已知空气状况为：进预热器前湿空气中水蒸气分压p0=1.175kPa，温度为150C，进干燥器前的温度为900C，出干燥器后的温度为500C。物料状况为：进干燥器前X1=0.15kg水/kg绝干料，出干燥器后X2=0.01kg水/kg绝干料。干燥器的生产能力为250kg/h（按干燥产品计），预热器的总传热系数为50w/m20C。试求通风机的送风量和预热器的传热面积。幻灯片49第四节 湿物料的性质及干燥机理一、湿物料的水分活度水分活度：水蒸气分压pv与同温度下纯水的饱和蒸气压ps之比。 物料的水分活度与其含水量和温度有关。一定温度下水分活度与含水量的关系曲线称为吸着等温线。aw含水量 水分活度不仅与物料的贮藏性有关，而且决定了干燥进行的方向。aw时，解吸水分（干燥）；幻灯片50二、平衡水分(equilibrium water)和自由水分(free water)划分依据：物料所含水分能否用干燥方法除去。 物料中的水分与一定温度t、相对湿度的不饱和湿空气达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件(t、 )下物料的平衡水分。 在干燥过程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的那一部分，称为自由水分。 l 平衡水分随物料的种类及空气的状态(t，)不同而异。l 平衡水分代表物料在一定空气状况下可以干燥的限度。幻灯片51三、结合水分(bound water)与非结合水分(unbound water) 划分依据：根据物料与水分结合力的状况1 结合水分 包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分、及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。 特点：籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。 幻灯片522 非结合水分 包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。特点：物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水分较容易。 强调：l 物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性质，而与干燥介质的状态无关；l 平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。幻灯片53 物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分之间的关系见图示。总水分自由水分平衡水分非结合水分结合水分x*x0x1空气相对湿度100%物料的含水量0幻灯片54四、干燥机理 1 湿度梯度的形成 湿物料表面水分的汽化，遂形成物料内部与表面的湿度差，促使物料内部的水分向表面移动。2 温度梯度的形成 在干燥过程中物料内外的温度不一致，温度梯度促使水分传递（称为热导湿），方向是从高温到低温。以上两种梯度导致的水分传递称为内部扩散。幻灯片553 外部的传质推动力： 水分由物料内部扩散到表面后，便在表面气化，可认为在表面附近存在一层气膜，在气膜内水蒸气分压等于物料中水分的蒸气压，水分在气相中的传质推动力为此蒸气压与气相主体中水蒸气分压之差。造成该分压的原因是：l 对对流干燥，由于介质的不断流动，带走气化的水分；l 对真空干燥而言，则是气化的水分被真空泵抽走。 水分的内部扩散和表面汽化是同时进行的，但在干燥过程的不同阶段其速率不同，从而控制干燥速率的机理也不相同。原因在于受到物料的结构、性质、湿度等条件和干燥介质的影响。幻灯片56l 在干燥过程中，当物料中水分表面汽化的速率小于内部扩散的速率时，称为表面汽化控制；强化措施（对对流干燥而言） ：提高空气的温度，降低相对湿度，改善空气与物料的接触和流动情况，均有助于提高干燥速率。l 当物料中水分表面汽化的速率大于内部扩散的速率，称为内部扩散控制。强化措施：从改善内部扩散着手，如：减少物料厚度、使物料堆积疏松、搅拌或翻动物料、采用微波干燥等。幻灯片57第五节 干燥速率和干燥时间一、恒定干燥条件下的干燥速率l 恒定干燥条件：干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，在整个干燥过程中均保持恒定。 l 干燥速率：单位时间内在单位干燥面积上汽化的水分量W。 u=dw/Ad 式中 u干燥速率,kg/m2h ； W汽化水分量,kg A干燥面积,m2； 干燥所需时间,h 幻灯片58 u=dw/Ad dW=-GdX u=dW/Ad=-GdX/Ad 式中 湿物料中绝对干料的量,kg ； X湿物料中干基的含水量,kg水/kg干物料； 负号表示物料含水随着干燥时间的增加而减少。幻灯片59影响干燥速率的因素（对对流干燥而言）影响干燥速率的因素（对对流干燥而言）l 湿物料的性质与形状：包括物理结构、化学组成、形状大小、料层厚薄及水分结合方式。l 物料的湿度：物料的水分活度与湿度有关，因而影响干燥速率。l 物料的温度：温度与水分的蒸气压和扩散系数有关。l 干燥介质的状态：温度越高，相对湿度越低，干燥速率越大。l 干燥介质的流速：由边界层理论可知，流速越大，气膜越薄，干燥速率越大。l 介质与物料的接触状况：主要是指介质的流动方向。流动方向垂直于物料表面时，干燥速率最快。幻灯片60二、干燥曲线与干燥速率曲线 1 干燥曲线：干燥过程中物料含水量X与干燥时间t、物料表面温度的关系曲线。 2 干燥速率曲线：物料干燥速率u与物料含水量X的关系曲线。 ABCDEX表面温度干燥时间ABCDEABCDEXU幻灯片61干燥过程分为恒速干燥和降速干燥两个阶段。 3 恒速干燥阶段： 如BC段所示（AB段为物料预热段，此段所需时间很短，一般并