化工原理(下)干燥ppt课件.ppt
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1、第5章 干燥,通过本章学习,应掌握干燥的基本概念和原理;湿空气的性质及湿焓图;干燥过程的物料衡算与热量衡算方法;干燥过程的平衡关系与速率关系。了解干燥时间的计算;干燥设备的类型及结构特点。,学习目的与要求,5.1 干燥过程概述,5.1.1 干燥的原理与应用,第5章 固体物料的干燥,一、干燥过程的原理,气、固相中所含湿分的不同,分离物系,固体中的湿分,形成两相体系的方法,引入一气相(干燥介质),传质原理,(固相气相),固体物料干燥过程,湿物料,热空气,气膜,气相主体,Q 推动力 t - tw,N 推动力 pw- p,二、干燥过程的应用,应用示例,湿聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯产品,湿尿素干燥成尿素产品
2、,含水量 3%,含水量 0.5%,干燥,含水量 2%,含水量 0.3%,干燥,三、干燥过程与其他除湿方法的比较,工程中的常用除湿方法,机械除湿,物理除湿,利用热能除湿,干燥除湿的特点,除湿彻底,能耗高,为节能工业上多采用联合除湿,机械除湿,干燥除湿,沉降,过滤,离心,吸附,干燥,5.1 干燥过程概述,5.1.1 干燥的原理与应用,第5章 固体物料的干燥,5.1.2 干燥过程的分类,按操作压力分类,干燥,按传热方式分类,干燥过程的分类,常压干燥,真空干燥,传导干燥,对流干燥,按操作方式分类,辐射干燥,介电加热干燥,干燥,间歇干燥,连续干燥,干燥,5.1 干燥过程概述,第5章 固体物料的干燥,5.
3、2.1 湿空气的性质,5.2 湿空气的性质及湿度图,一、湿度 H (湿含量),干燥介质,干燥湿分,计算基准,湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比,定义,湿空气,水分,1kg 绝干气,kg水汽 / kg绝干气,H,符号,单位,kg / kg绝干气,常压下湿空气可视为理想气体,一、湿度 H (湿含量),水汽的分压,总压,湿空气中水汽与绝干气的摩尔比,湿空气被水所饱和,若,饱和湿空气,一、湿度 H (湿含量),空气温度下纯水的饱和蒸汽压,二、相对湿度,湿空气中水汽分压与同温度水的饱和蒸汽压之比,定义,符号,单位,干燥能力,吸收水分能力,干燥速率,传质推动力,p = 0, = 0,绝干空气,p= p
4、s, = 100,饱和空气,二、相对湿度,分析,三、比体积 vH,以1 kg 绝干气为基准的湿空气的体积,m3湿空气 / kg绝干气,定义,符号,单位,设,湿空气的温度为 t,湿空气的湿度为 H,湿空气的总压力为 p总,三、比体积 vH,四、比热容 cH,常压下将以 1kg 绝干气为基准的湿空气的温度升高(或降低)1 所吸收(或放出)的热量,kJ / (kg绝干气),定义,符号,单位,设,湿空气的湿度为 H,则,绝干气比热容,水汽的比热容,在常用温度范围内,cg =1.01 kJ / (kg绝干气),cv =1.88 kJ / (kg水汽),四、比热容 cH,故有,五、焓 I,kJ/kg绝干气
5、,以1 kg 绝干气为基准的湿空气的焓值,则,定义,符号,单位,绝干气的焓值为 Ig,水汽的焓值为 Iv,设,湿空气的温度为 t,湿空气的湿度为 H,以0为基准,设,五、焓 I,则,六、温度,1.干球温度与湿球温度,用普通温度计直接测得的湿空气的温度,称为干球温度,简称温度,以 t 表示。它是湿空气的真实温度。,(1)干球温度 t,(2)湿球温度 tW,用湿球温度计测得的湿空气的温度,称为湿球温度。湿球温度可度量湿空气的湿度大小。tW是空气的温度t和湿度H的函数 。,湿球温度计示意图湿球温度计构成:用普通温度计,在其感温部位包上细纱布且浸在水中。,不饱和湿空气,水,接触,水分汽化:向气相主体传
6、递(汽化热为水分本身温度降低放出显热),热量传递,湿度差,质量传递,温度差,热量由气相主体传递给水分(气相温度下降),达平衡状态,t tw,温度维持不变,不饱和湿空气,六、温度,湿球温度的测量机理,(3)湿球温度与干球温度及湿度的关系,湿空气的干球温度为 t,湿空气的湿度为 H,设,湿空气的湿球温度为 tw,气膜中饱和湿度为 Hs,tw,传热速率为,J/s,传质速率为,kg/s,六、温度,稳态下,联立得,测定 t、tw,湿度 H,未饱和湿空气,t tw,饱和湿空气,t = tw,六、温度,不饱和湿空气,水,绝热状态接触,水分汽化:向气相主体传递(汽化热为水分本身温度降低放出显热),热量传递,饱
7、和湿空气,湿度差,质量传递,温度差,热量由气相主体传递给水分(气相温度下降绝热冷却),达饱和状态,t tas,H Has, 100,2.绝热饱和冷却温度 tas,六、温度,绝热饱和冷却塔示意图,1塔 身2填 料3循环泵,绝热状态,绝热饱和温度与干球温度及湿度的关系,未饱和湿空气的焓,饱和湿空气的焓,绝热过程,六、温度,因为H、Has值很小,整理得,通常,比较得,六、温度,不饱和湿空气,饱和湿空气,等湿下冷却达饱和状态,t td,H Hs,td, 100,t,ps,示例:露珠的产生,不饱和湿空气,t tw(tas) td,饱和湿空气,t tw(tas)= td,3.露点 td,六、温度,绝热饱和
8、冷却温度与湿球温度,湿球温度和绝热饱和温度都不是湿气体本身的温度, 但都和湿气体的温度t和湿度H有关,且都表达了气体入口状态已确定时与之接触的液体温度的变化极限。在绝热条件下,用湿空气干燥湿物料,如果湿物料足够润湿,则其表面温度也就是湿空气的绝热饱和温度 ,亦即湿球温度 ,而湿球温度容易测定,因此湿空气在等焓过程中的其它参数的确定就比较容易了。,练 习 题 目,思考题,作业题: 1、2,1.湿空气的湿度、相对湿度、比体积、比热容和 焓各表示何意义,如何计算? 2.湿空气的干球温度、湿球温度、绝热饱和冷却 温度、露点各表示何意义,其关系如何?,例1 已知湿空气的温度为50,总压强为100 kPa
9、,湿球温度为30,试计算该湿空气以下个参数:(1)湿度;(2)相对湿度;(3)露点;(4)热焓;(5)湿比容。,解:(1)由饱和水蒸气压力表查得,在tw=30时,水的饱和蒸汽压ps=4.25 kPa,汽化潜热rw=2.423 kJ/kg。在湿球温度下,空气的饱和湿度为:,湿空气的湿度为:,(2)由饱和水蒸汽压表查得,在干球温度t=50,水的饱和蒸汽压ps=12.34 kPa,求得该空气中的水蒸气分压为,空气的相对湿度为,(3)在露点下,空气刚好达到饱和状态,空气中的水汽分压p=12.34 kPa即为水露点下的饱和蒸汽压,故由饱和蒸汽压表查得,此空气的露点td=23。(4)若以0的水及0的空气的
10、焓为基准,该空气的焓为,(5)在压强不太高时,湿空气可视为理想气体,,5.1 干燥过程概述,第5章 固体物料的干燥,5.2.1 湿空气的性质,5.2 湿空气的性质及湿度图,5.2.2 湿空气的湿度图,在一定总压下,湿空气的各参数中,只有两个是独立的,只要确定了湿空气的两个独立参数,湿空气的状态就确定了。工程上为了方便计算,常将湿空气各参数标绘成图,称为湿空气的湿度图。,一、 H I 图的构造,湿空气的湿度图,湿度焓(HI)图,湿度温度(Ht)图,湿空气的HI 图,HI 图由以下线群组成,等湿线(等 H 线) 范围 00.2 kg/kg绝干气,等焓线(等 I 线) 范围 0680 kJ/kg绝干
11、气,等温线(等 t 线) 范围 0250 ,等相对湿度线(等 线) 范围 5100 , =100 饱和空气线,水汽分压线( p 线) 范围 026 kPa,一、 H I 图的构造,1.已知状态点求湿空气的参数,已知状态点可由 H-I 图求出湿空气的各参数值:,湿度 H,温度,焓 I,相对湿度 ,水汽分压 p,干球温度t,绝热饱和冷却温度tas(湿球温度 tW),露点td,二、 H I 图的应用,已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,2.由两个独立参数确定其它参数,已知两个独立参数可由 H-I 图确定湿空气的状态点,继而求出湿空气的各参数值。,已知温度 t湿球温度 t
12、W,已知温度 t露点 td,已知温度 t相对湿度 ,二、 H I 图的应用,已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,5.1 干燥过程概述,第5章 固体物料的干燥,5.2 湿空气的性质及湿度图,5.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,5.3.1 湿物料的性质,一、湿物料的含水量,1.湿基含水量,kg / kg湿物料,湿基含水量是指湿物料中水分的质量分率。,工业上通常用湿基含水量表示湿含量。,注意,2.干基含水量,干基含水量是指湿物料中水分质量
13、与绝干物料的质量比。,kg / kg绝干料,两种含水量之间的关系,一、湿物料的含水量,二、湿物料的比热容 cm,将以 1kg 绝干料为基准的湿物料的温度升高(或降低)1 所吸收(或放出)的热量,kJ / (kg绝干料),定义,符号,单位,设,湿物料的干基湿含量为 X,则,绝干料比热容,水分的比热容,在常用温度范围内,cw =4.187 kJ / (kg水),故有,二、湿物料的比热容 cm,kJ/kg绝干料,以1 kg 绝干料为基准的湿物料的焓值,则,定义,符号,单位,设,三、湿物料的焓,水的焓值为 Iw,绝干料的焓值为,以0为基准,则,设,湿物料的温度为,湿物料的干基湿含量为 X,三、湿物料的
14、焓,5.1 干燥过程概述,第5章 固体物料的干燥,5.2 湿空气的性质及湿度图,5.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算,5.3.1 湿物料的性质,5.3.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算,一、物料衡算,干燥器物料衡算示意图,干燥器,新鲜空气,废气,湿物料,干燥产品,绝干空气流量,绝干物料流量,干燥产品流量,湿物料处理量,1.水分蒸发量W,kg/s,以1 s 为基准,设干燥器内无物料损失,对干燥器作物料衡算,一、物料衡算,则,单位时间内水分蒸发量,2.空气消耗量 L,kg绝干气/s,得,一、物料衡算,由,单位时间内消耗的绝干空气量,湿空气(新鲜空气)的消耗量为,kg新鲜气/s,湿空气(新鲜空气)的
15、体积消耗量为,m3新鲜气/s,一、物料衡算,设,绝干空气消耗量为 L,湿空气的湿度为 H1,则,单位空气消耗量为,kg绝干气/ kg 水,一、物料衡算,单位时间内消耗的绝干空气量,3.湿物料处理量及干燥产品流量,kg/s,绝干料衡算,湿物料处理量,干燥产品流量,kg/s,一、物料衡算,二、热量衡算,干燥器热量衡算示意图,Qp 预热器消耗热量,kW,QD 干燥器补充热量,kW,QL 热损失速率,kW,干燥器,新鲜空气,废气,湿物料,干燥产品,预热器,预热器热量衡算,干燥器热量衡算,整个系统热量衡算,一、热量衡算基本方程,由,设,一、热量衡算基本方程,绝干空气的焓,水汽的焓,则,以0 为基准,故,
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