中农食品工程原理课件

，重点：空气焓湿、干燥机理、干燥曲线、干燥时间计算；困难：空气焓湿图、干燥机理；第八章材料干燥、除湿：去除材料中水分和其他溶剂(统称湿分类)的过程。除湿方法：机械除湿：即通过过滤、压制、吸入和离心去除湿点。理化除湿：用石灰、无水氯化钙等吸湿性物质吸收水分。本法成本高，操作麻烦，适合去除少量固体材料的除湿或气体的水分。除热湿：像蒸发、干燥等，通过加热方法蒸发水分或其他溶剂，通过去除结果蒸汽，去除固体物质中的湿分，称为固体干燥。第一节概述，干燥工艺分类，工作压力：大气压干燥、真空干燥、工作方式：连续、间歇、传热方式：传导干燥、对流干燥、辐射干燥和中间电加热干燥，其中两种或三种方式组成的耦合干燥。业界最普遍使用的是对流干燥。常用的干燥介质是空气，去除的湿分数是水分。空气既是热载体，又是湿气载体。物质的干燥过程属于热和物质传递的结合。干燥过程的条件：干燥材料表面产生的水蒸气(或其他蒸汽)的压力大于干燥介质中水蒸气(或其他蒸汽)的分压，压差越大，干燥过程就越快。因此，干燥介质必须及时获取汽化的水蒸气，保持一定的蒸发水动力。1水蒸气分压PV空气中水蒸气分压越大，水分含量越高，根据气体分压规律，湿度2 (humidity)H有时称为湿或绝对温度(absolutehumidity)。湿空气中水蒸气的质量与绝对干燥空气的质量之比，使用符号h表示kg水蒸气/kg干燥空气。第二节湿空气的性质和湿度也为1，在室温下可视为理想气体的湿空气的性质，在饱和状态下，湿空气的水蒸气分压力PV等于该空气温度下纯水的饱和蒸汽压PS，水的饱和蒸汽压与温度相关，因此湿空气的饱和蒸汽压是温度和总压力的函数，即3相对湿度，pv=0到=0，表示没有湿气的湿空气是绝对干燥空气Pv=ps时，=1表示潮湿空气是饱和空气。relativehumidity(相对湿度)符号所示的特定温度和总压力下，湿空气的水蒸气分压PV等温度下进制的饱和蒸汽压pS的比率为相对湿度：符号，表示相对湿度可以偏离饱和空气多远，该湿空气可以用作干燥介质，值越小，吸湿性就越大。湿度：湿空气水分含量的绝对值，不能用于区分湿空气吸湿性。恒定总压力和温度下相对湿度和绝对湿度的关系，相对湿度和绝对湿度的关系，4湿湿空气的比热CH，公式的cH湿空气的比热，kj/(绝对干气体oc)；Cg绝对干燥空气的比热，kj/(绝对干燥气体oc)；Cv水蒸气的比热、kj/(水蒸气oC)、常识：湿空气的比热只是湿度的函数。在大气压力下，用比热、湿热、湿热、符号CH表示湿空气中1kg的绝对干燥空气和相应HKG水蒸气的温度，单位为kJ/(1999绝对干燥气体oC)，即在常用温度范围内5湿空气的焓I，湿空气中1kg，注：空气的焓是根据干燥空气和液态水从0oC到0的焓计算的，因此，t和湿度为h的潮湿空气的焓是将0oC中的水变成0oC中的水蒸气所需的潜热和潮湿空气从0oC加热到toC所需的适当热量之和，6湿空气的成本vH，1kg的绝对干燥气体体积和相应的Hkg水蒸气体积之和，湿空气的成本容量不饱和空气冷却而不改变湿含量h，达到饱和状态时的温度称为该湿空气的露点，用符号TD表示。 如果露点处的空气继续冷却，水蒸气的一部分会凝结成露水。空气总压力仅与露点时饱和蒸气压ps，td与空气湿度Hs，td相关。也就是说，ps，td=f(Hs，td)或td=(Hs，td)湿度越大，td就越大。露点处空气湿度为饱和湿度，=1。8干球温度t和湿球温度tw，干球温度t:空气温度湿球温度tw:不饱和空气湿球温度tw低于干球温度t。形成原理(如图所示):干球温度t和湿球温度tw，干球温度中特定干球温度的湿球相对湿度越低，湿球温度值越低。对于饱和湿空气，湿球温度等于干球温度。空气在稳定状态下对湿纱布表面的传热速度为Q=S(t-tw)，空气水蒸气系统中的/kH=1.09，水蒸气在薄膜中对空气的传热速度为N=kH(Hs，tw-H)S，在稳定状态下的传热速度和，形成原理：绝热加湿过程一直持续到空气被水蒸气饱和，空气温度不再下降，与循环水的温度相同，这种温度称为空气绝热饱和温度，以符号tas表示，相应的饱和湿度为has，现在水的温度也为tas。隔热饱和温度，塔顶和塔底湿空气的焓，分别比l:h和has值小，因此CH，CHas可以视为不随湿度变化，即CH=CHas。是的，潮湿的空气是绝热加湿过程中的焓过程。I1=I2，实验表明，对于湍流状态的空气-水蒸气系统，a/KH-ch和r00-RTW是两个完全不同的概念，因此在恒温t和湿度h下，绝热饱和温度tas和湿球温度tw是完全不同的概念。但是两者都是湿空气状态(t和h)的函数。尤其是空气-水蒸气系统，这两个系统在数值上几乎完全相同，不适用于其他系统。对于空气-水蒸气系统，干球温度、绝热饱和温度(或湿球温度)和露点之间的关系如下：非饱和湿空气：t=tas(或tw)TD；饱和湿空气：t=tas(或tw)=TD；工程计算经常使用I-H图表，其中湿空气的焓值I是垂直坐标，湿度H是横向坐标有5条线。此线表示温度t和湿度h的湿度状态。等湿度线(等变线):等焓线(等变线):等温线(等变线):等温线(等线)水蒸气分压线：2，湿空气湿度，等湿度线(等变线)，等等因此，许多成直线的t形直线彼此不平行。一组平行于垂直轴的线。在同一h线上，湿空气的露点TD保持不变。平行于水平轴的一组直线。在同一I线，潮湿空气的温度t随着湿度h的增加而减少，但焓不变。4等相对温度线(等线)，湿空气的湿度h为一定值时，温度越高，相对湿度值越低。也就是说，作为干燥体，吸收水蒸气的能力很强，所以湿空气进入烘干机之前必须通过预热器提高温度，除了将湿空气的焓从机体上抬起外，还作为承载相对湿度的载体。5表示空气湿度h和空气中水蒸气分压PV之间关系曲线的水蒸气分压线。如果潮湿空气的总压力p保持不变，则水蒸气的分压PV随湿度h变化。水蒸气分压显示在右端垂直轴上，单位为kN/m2。干球温度t、露点TD、湿球温度tw(或绝热饱和温度tas)都由t射线确定。根据湿空气的两个单独参数，在H-I图中确定空气的状态点，并找出空气的其他特性。tdH、pH、tdp、twI、tasI等非独立参数都位于同一H行或I行上。湿焓图说明和应用，一般基于已知条件之一的湿空气状态点(1)湿空气干球温度t和湿球温度tw；(2)湿空气干球温度t和露点TD；(3)湿空气干球温度t和相对湿度。例如：已知湿空气的总压力为101.3kN/m2，湿度为H=0.02kg水/kg干空气，干球温度为70oC。使用I-H图解决：(a)水蒸气分压p；(b)相对湿度；(c)焓I；(d)露点TD；(e)湿球温度tw；由已知条件(p=101.3kn/m2，H=0.02kg水/kg干空气，t=20oC，I-H图中湿空气的状态点a点)解释。Pv=3kn/m2 =10% I=122kj/kg干空气td=24oCtw=33oC，1壁加热和冷却，如果空气温度变化范围大于露点，则空气中的水分含量始终保持不变，不饱和状态，对于湿度过程，进度条是垂直线。第三，湿空气的基本状态变化过程，2壁冷却和减少湿气，使用上述方法，除去凝结的水分，从而加热饱和空气，不能恢复到原来的状态，空气湿度比原来空气的湿度小。也就是说，目的是减少湿气。如果上述中间壁冷却过程持续到露点，空气就达到饱和状态，继续冷却，水蒸气就会在冷却壁面凝结，温度继续降低，但空气总是饱和的。3混合不同状态的空气后，混合后的空气状态点达到过饱和区域(例如图3-4中直线上的d点)时，混合物分为两部分：状态点通过d点的等温线和=1线的交点，即气体状态的饱和空气和液态水。具有不同状态的空气1和2，其干燥空气量为G1和G2，其状态为(H1，I1)，(H2，I2)。两种空气混合后，通过材料平衡和热平衡计算，就可以得到。4绝热冷却加湿过程，绝热饱和过程进行，结果一方面表现为空气冷却和空气加湿，因此被称为绝热冷却加湿过程。当空气和水直接接触时，空气的状态变化可以被认为是空气和液态水表面边界层内饱和空气持续混合的过程。如果空气(由点a表示)与tas冷却剂(表面的饱和空气由点b表示)接触，则由于水温恒定，b点的位置恒定，因此空气的持续混合过程表示从点a持续移动到点b的空气状态。第三节干燥过程的物料平衡和热平衡计算，干燥过程的计算，需要通过烘干机的物料平衡和热平衡计算，计算湿材料的水分蒸发、空气用量和所需的热量，相应地选择适当的风机模型，或者设计或选择换热器。第一，材料含水量显示方法，1湿基准含水量w，湿材料计算基准材料中水分质量分数或质量百分比。第三节干燥过程的物料平衡和热平衡1，物料含水量的显示方法，没有水分的物料一般称为绝对干燥物质或干料。以绝对干燥材料为基础的湿材料的水分含量称为干燥基准水分含量，即湿材料的水分质量与绝对干燥材料的质量之比，kg水分/kg绝对干燥材料。两种含水量之间的转换关系如下：注：湿基水分含量一般用于工业。2干燥含水量x:l 绝对干燥空气消耗，kg绝对干燥气体/s；H1、H2分别为吹风机内外湿空气湿度、kg水蒸气/kg干气；X1、x 23354分别是进入干衣机时的干水分、kg水蒸气/kg干物质、G1、g 23354分别是进入干衣机、kg湿材料/s的材料流量。G绝对干物质流量，kg绝对干物质/s .通过材料平衡计算，确定用于干湿材料直到指定含水量为止的水分、空气消耗和干制品流量。第二，材料平衡计算，1水分蒸发量w，2干燥空气消耗l，如上图所示的连续干燥器的水量平衡计算，1s基准。l=L/W称为空气使用量，是指从湿材料中蒸发1kg水分所需的干风量。如果新鲜空气在进入烘干机前通过预热器加热，则加热前后的空气湿度不变，因此进入预热器时的空气湿度表示为H0，则上述说明仅与空气初始和最终湿度相关，与干燥过程通过的方式无关。3干燥产品流G2，类型w1，w2。物品进入干衣机时湿基准含水量，湿空气消耗量：例如，连续干衣机时湿材料1000公斤处理，干燥后材料水分减少10% 2%(WB)。作为干燥介质的热风，初始湿度H1=0.008kg水/kg绝对干燥气体，离开吹风机时湿度H2=0.05kg水/kg绝对干燥气体，假定干燥过程中没有材料损失：水分蒸发、空气消耗和干燥产品。进入烘干机的绝对干料号G=G1(1-w1)=1000(1-0.1)=900kg绝对干/h，解决方法：(1)水分蒸发：将料号的湿基准水分含量转换为干基准函数。也就是说，水分蒸发为w=g(x1-x2)=900(0.111-0.0204)=81.5千克水/h，案例，(2)空气消耗，原始湿空气消耗为l=l()QD烘干机补充热量的速度，kw；通过Sql 干燥器的热损失率、kw、干燥器的热平衡计算，可以确定材料干燥中消耗的热量或干燥器排出空气的状态(H2、T2、I2)。第三，热平衡计算，第一预热器的热平衡计算，第二干燥器的热平衡计算，第三干燥系统消耗的总热量，忽略预热器的热损失，以1s为基准，湿物质的焓，假设：(1)新鲜空气中水蒸气的焓，离开烘干机时废气中水蒸气的焓，即Iv0=Iv2。进出烘干机的湿材料具有相同的比热。即Cm1=Cm2=Cm。因为如上所示，输入系统的热量用于四个方面：空气加热、材料加热、蒸发水分、热损失。4干燥系统的热效率，蒸发水所需的热量如下。定义：在湿物质中，水代替系统的焓，Qv=w(2490 1.88t2)-4.1871w降低离开吹风机的空气温度，增加湿度(注意吸湿性物质)；提高热风进口温度(热介面材料注意)；回收废气，用于预热冷空气或冷物质；注意干燥设备和管道保温，减少干燥系统的热损失。提高热效率的措施(如糖厂旋转干燥机的生产能力为4030kg/h(产品)，湿糖水分含量为1.27%，310C进入烘干机，出