第五章 干燥原理

1. 第五章 干燥原理 西安建筑科技大学 粉体工程研究所 1

2. 干燥静力学 干燥速率和干燥过程 干燥技术 提 纲

3. 机械去湿 脱水原理 传导干燥 去湿概念 吸附去湿 加热方式 对流干燥 (干燥) 热能去湿 辐射干燥 场干燥法 • 干燥介质有空气、烟气； ⑴一种典型的非稳态不可逆过程； ⑵ 有多相多组分参与，一般要涉及相变传热传质，影响因素众多； ⑶在干燥过程中传热传质相互耦合；⑷干燥过程与物料性质、干燥介质组分和状态密切相关。 • 对流干燥特点 5.1概述

4. 5.1概述 材料行业以对流干燥为主，下图为对流干燥示意图： 干空气将热量传给湿物料；湿物料将湿份传给干空气

5. 5.2干燥静力学 5.2.1 湿空气的性质 1干空气与湿空气 完全不含水蒸汽的空气称为绝干空气（简称干空气）。 湿空气是指含有水蒸气的空气,是干空气和水蒸气的混合物。 特点：湿空气中水蒸气分压通常很低（0.003~0.004MPa）,可视为理想气体。湿空气是理想气体的混合物，遵循理想气体状态方程。 道尔顿（Dalton）分压定律 ： 湿空气中的水蒸气通常处于过热状态，干空气与过热水蒸气组成的湿空气称为未饱和空气。 当水蒸气的分压达到对应温度下的饱和压力，水蒸气达到饱和状态。由干空气与饱和水蒸气组成的湿空气称为饱和空气。

6. 5.2干燥静力学 5.2.1.2湿空气中水蒸气的量 表示方式有三种：绝对湿度、相对湿度和湿含量。 （1）绝对湿度 单位体积湿空气所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度，用ρv表示， kg/m3。 根据理想气体状态方程： 对于饱和空气： 水在一个标准大气压下的饱和蒸汽压仅是温度的单值函数。 在0℃~100℃范围及标准大气压下 说明：绝对湿度仅表示单位体积湿空气中水蒸气的质量的多少，不能完全说明空气干燥能力。

7. 5.2 干燥静力学 （2）相对湿度 相对湿度是指湿空气的绝对湿度ρv与相同温度下可能的最大绝对湿度（即饱和空气的绝对湿度）ρsv的比值，用表示。 （psv≤p时） 饱和度 相对湿度与干燥能力的关系。 空气中不含水蒸气，为绝干空气，干燥能力最强（可以用作干燥介质） 空气中水蒸气未饱和，湿空气能够继续接受水分（可以用作干燥介质） 空气中水蒸气达到饱和，湿空气不能继续接受水分（不能用作干燥介质） 空气中水蒸气过饱和，湿空气不能继续接受水分（不能用作干燥介质）

8. 5.2 干燥静力学 当作为干燥介质的湿空气被加热到相当高的温度时，psv可能大于总压力。这种情况下，相对湿度的定义为： （psv＞p时） （3）湿含量 空气的湿含量是指1kg干空气所携带的水蒸气质量（又称为比湿度），以d表示，kg水/kg干空气。 根据理想气体状态方程，有：

9. 5.2 干燥静力学 绝对湿度：用在测定湿空气中水蒸气量的多少时，便于实 际测量； 总结： 相对湿度：用在描述湿空气的干燥能力时较为清楚，反映湿空气继续接受水分的能力； 含湿量： 用在进行干燥计算时较为方便。 三者之间可以相互转换。

10. 5.2 干燥静力学 5.2.1.3 湿空气的温度参数 （1）干球温度 干球温度即是用普通温度计测得的湿空气的真实温度，t 。 （2）湿球温度 用水保持湿润的湿纱布包裹温度计的感温部位（水银球），在平衡状态下，湿球温度计测出的空气温度称为湿球温度，用tw表示。 由干球温度计和湿球温度计组合成的温度计称为干湿球温度计。 水分汽化需要吸收热量 未饱和空气 饱和空气 空气与温度计表面处于而平衡

11. 5.2 干燥静力学 在平衡状态下，空气向湿纱布传递的热量恰好等于湿纱布表面水分汽化所需热量。即： 湿球温度不是湿空气的状态参数 h和kd与风速相关

12. 5.2 干燥静力学 （3）绝热饱和温度 湿空气降温——放出显热——焓降低； 湿空气增湿——吸收潜热——焓增加。 绝热饱和过程 以1kg干空气为基准，热量平衡关系如下： 湿空气的状态参数 通常情况下可以用湿球温度代替绝热饱和温度

13. 当未饱和湿空气中水蒸气分压或含湿量不变时，湿空气冷却到饱和状态（ =100％）的温度称为露点，用td表示。 对于未饱和空气： ； 对于饱和空气： 。 5.2 干燥静力学 （4）露点 分析：湿空气在露点温度下处于饱和状态，其湿含量保持不变。 （kg水蒸气/kg干空气） 湿空气的状态参数 总结：对空气-水系统，tw≈tas，

14. 5.2 干燥静力学 5.2.1.4 湿空气的密度 湿空气的密度 湿空气的密度表示单位体积湿空气的质量，用ρ表示,kg/m3。它也表示湿空气中空气的质量浓度与水蒸气的质量浓度之和，即：

15. 5.2 干燥静力学 5.2.1.5湿空气的比热和焓 （1）湿空气的比热 湿空气的比热是指1kg干空气及其所携带的dkg水蒸气升高或降低单位温度所吸收或释放的热量，用cw表示, kJ/(kg干空气·℃)。 0～120℃ cw＝1.005+1.85d cw=ca+dcv （2）湿空气的焓 湿空气的焓是以1kg干空气为基准，是指1kg干空气的焓及其所携带的dkg水蒸气的焓值之和，用h表示，kJ/kg干空气。 以0℃时的干空气和饱和水为焓基准点 0～120℃ h a＝cat＝1.005t

16. 5.2 干燥静力学 【例5.1】已知大气压p=101325Pa，相对湿度=40%，温度t=80℃，求湿空气的湿含量d、焓h及密度ρ。 【解】 由表5.1查得空气在80℃时的饱和蒸气压psw=47.3465KPa，于是有:

17. 5.2 干燥静力学 例：在容积为50m3的空间中，空气温度为30℃，相对湿度为60%，大气压强p =101.3kPa。求湿空气的露点、含湿量、干空气的质量、水蒸气质量和湿空气的焓值。 解：由饱和水蒸气表5-1查得，t=30℃时，psv= 4.243 KPa，所以 pv=φpsv=0.6×4.243 =2.546kPa 反查饱和水蒸气表，可得td=21.25℃ 干空气分压： 干空气质量： 水蒸气质量： 湿空气的焓： =（1.005+1.85×0.016）×30+2501×0.016 = 71.05 kJ/（kg干空气）

18. kPa kPa 例：在一个标准大气压下(101.325kPa),由干湿球温度计测得空气的干球温度和湿球温度分别为30℃和20℃。求湿空气的d、、h、pv、pa。 【解】：由表5-1中查得，20℃和30℃时饱和水蒸气分压分别为psv1=2.338kPa和psv2=4.243kPa，由附录查得20℃时水的汽化潜热w=2453kJ/kg，20℃时饱和湿空气的湿含量为 kg水蒸气/kg干空气 tas＝20℃； γas＝γw＝2453kJ/kg； das＝dw＝0.0147 kg水蒸气/kg干空气， Cw＝1.005+1.85X d＝0.0105 kg水蒸气/kg干空气 温度为30℃时 ＝39.6％ ＝56.99kJ/（kg干空气） 30℃时空气的焓 水蒸气分压 干空气分压

19. I-x图的组成 湿空气的I-x图 1. I-x图的组成 • 等湿含量线(等d线) • 等焓线(等I线) • 等干球温度线(等t线) • 等相对湿度线(等线) • 等湿球温度线(等twb线) • 水蒸汽分压线(等pw线)

20. 5.2 干燥静力学 5.2.2湿空气状态的变化过程 5.2.2.1加热和冷却过程 空气的加热过程 根据稳定流动能量方程，加热和冷却过程中的吸热量和放热量分别等于过程中的湿空气焓增加值和减小值。 d1 d

21. 热空气的加湿过程 5.2 干燥静力学 5.2.2.2 加湿和去湿过程 无外加热源的物料干燥过程可以看作是绝热加湿过程。绝热加湿过程中，湿空气的焓保持不变，而相对湿度和湿含量均增加，湿空气温度降低。各状态参数之间的具体关系 绝热去湿过程各状态参数的大小关系与上式相反。 注意：在外界有热量交换的加湿或去湿过程中，焓值将增加或减小。各参数在加湿或去湿过程中的计算可以根据过程特点及状态参数之间的关系确定。 d1 d2

22. 两股气流的混合 5.2 干燥静力学 5.2.2.3绝热混合过程 在混合时，气流与外界的热交换量很少，此过程可视为绝热过程。 忽略混合过程中微小的压力变化，设 混合前： 、d1、h1和 、d2、h2， 混合后：、d3、h 3 空气质量守恒 湿空气中水蒸气质量守恒 能量守恒

23. 5.2 干燥静力学 干燥过程 干燥过程包括湿空气的加热过程和绝热吸湿过程。 例:已知空气t1=30℃、pv1=2.938kPa，将该空气送入加热器进行加热后，t2=60℃，然后送入干燥器中作为干燥介质。空气流出干燥器时的温度t3=35℃。求空气在加热器中吸收的热量和1kg干空气的所吸收的水分。大气压强P=0.1MPa。 解：从饱和水蒸气表中可知，当t1=30℃，psv1= 4.243kPa；t2=60℃， psv2=19.916kPa；t3=35℃，psv3=5.6231kPa 相对湿度1 湿含量1 焓1

24. 5.2 干燥静力学 加热过程：d2=d1=0.0188kg水蒸气/kg干空气， 湿含量2 相对湿度2 焓2 空气在加热器所吸收的热量：q= h2－h1=31.19 kJ/kg干空气。 在干燥器中的吸湿过程中焓不变：h2=h3=109.4kJ/kg干空气。 焓3 湿含量3 干燥过程中吸收水分： △d= d3－d2=0.0289－0.0188=0.0101 kg水蒸气/kg干空气

25. 5.2 干燥静力学 C(t2,I2,d2) d0=d1 d2 d

26. 5.2 干燥静力学 5.2.3 水分在气-固两相间的平衡 5.2.3.1结合水与非结合水 难 化学结合水 除水的难易 结合水 物料中所含水分 物理化学结合水 非结合水 易 5.2.3.2平衡水分和自由水分 平衡水分 能否用干燥方法 不能 湿物料中水分 自由水分 能 （1）平衡水分 平衡含水量是物料在一定空气状态下被干燥的极限。 比较物料的含水量（X）与平衡含水量（X*）的大小可判断过程进行的方向。

27. 5.2 干燥静力学 XX* 干燥不再进行 X>X* 干燥进行 （2）自由含水量 物料中所含大于平衡含水量的那一部分含水量，即可在一定空气状态下用干燥方法去除的水分称为自由含水量，其大小为（X—X*）。 利用平衡含水量曲线可确定物料中 结合含水量与非结合含水量的大小， 判断水分去除的难易程度。 物料的平衡含水量 曲线