《化工原理教学资料》diqizhanggutiganzao(guokai).ppt
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1、第7章 固体干燥7.1 概述7.2 湿空气的性质与湿度图7.3 固体物料的干燥平衡7.4 干燥过程的计算7.5 干燥速率与干燥时间器7.6 干燥器7.7 固体干燥过程的强化与展望,在化工生产中,一些固体产品或半成品可能混有大量的湿分,将湿分从物料中去除的过程,称为去湿。,去湿的方法及适用场合:,机械去湿:用于去除固体物料中大部分湿分。,吸附去湿:用于去除少量湿分。,热能去湿(干燥):向物料供热以汽化其中 的湿分的单元操作。,7.1 概述,干燥过程的分类:,常压干燥真空干燥,连续式间歇式,根据供热方式不同,干燥可分为以下四种情况:,传导干燥(间接加热干燥):热能通过壁面以传导方式加热物料。对流干
2、燥(直接加热干燥):干燥介质与湿物料直接接触,并以对流 方式加热湿物料。辐射干燥:热能以电磁波的形式辐射到湿物料表面。介电加热干燥:将湿物料置于高频电场内,使其被加热。,本章主要讨论对流干燥,干燥介质是热空气,除去的湿分是水分。,对流干燥是传热、传质同时进行的过程,但传递方向不同,是热、质反向传递过程:,传热,传质,方向,推动力,温度差,水汽分压差,干燥过程进行的必要条件:*物料表面水汽压力大于干燥介质中水汽分压;*干燥介质要将汽化的水分及时带走。,7.2 湿空气的性质与湿度图,7.2.1 湿空气的性质,7.2.2 空气的湿度图及其应用,7.2.1湿空气的性质,通常用两个参数来表征空气中所含水
3、分的大小:湿度 H 及相对湿度,一、湿度(湿含量)H定义:湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气 质量之比。,湿空气是由水蒸汽和绝干空气构成。,nw:湿空气中水汽的摩尔数,kmol;ng:湿空气中绝干空气的摩尔数,kmol;Mw:水汽的摩尔质量,kg.kmol-1;Mg:空气的平均摩尔质量,kg.kmol-1。,质量比,当湿空气可视为理想气体时,则有:,式中:pw为空气中水蒸汽分压。,即:,当 p 为一定值时,,当湿空气中水蒸汽分压 pw 恰好等于同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压 ps 时,则表明湿空气达到饱和,此时的湿度 H 为饱和湿度 Hs。,二、相对湿度定义:在一定温度及总压下,湿空气的水汽分压
4、pw 与 同温度下水的饱和蒸汽压 ps 之比的百分数。,即:,即:,结论:湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值,而相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。,当=1 时:pw=ps,湿空气达饱和,不可作为干燥介质;当 1 时:pw ps,湿空气未达饱和,可作为干燥介质。,越小,湿空气偏离饱和程度越远,干燥能力越大。,【例7-1】湿空气中水的蒸汽分压 pw=2.33 kPa,总压 p=101.3 kPa,温度为 20、50 和 120,求 H和 值。,相对湿度 与湿度 H 的关系:,从绝对湿度H的定义(单位质量干空气所含气态水的质量)看,当PWP时,H。因此H的定义域为PWP。空气中的水蒸汽分压P
5、W不可能大于总压。,三、湿空气的比热与焓 1.湿比热(湿热)cH kJ/(kg干气)定义:在常压下,将1 kg 干空气和其所带有的 H kg水 汽升高温度 1 所需的热量。,:干空气比热=1.01 kJ/(kg干气),:水汽比热=1.88 kJ/(kg水汽),2.焓(热含量)I kJ/kg干气 定义:湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。计算基准:以0干空气及0液态水的焓值为0作计算基准。,因此,对于温度为 t、湿度为H 的湿空气,其焓值包括由0的水变为0水汽所需的潜热及湿空气由0升温至 t 所需的显热之和。,即:,式中:I:温度为t、湿度为H的湿空气的焓值,kJ/kg干气;Ig:干空气的焓值
6、,kJ/kg干气;Iv:汽态水的焓值,kJ/kg水汽;r0:0时水的汽化潜热,r0=2492 kJ/kg水汽。,由上式可知,湿空气的焓值只与湿空气的湿度及温度有关。即:I=f(H,t),四、湿空气的比容(湿容积)Hm3湿空气/kg干气定义:每单位质量绝干空气中所具有的湿空气(绝干 空气和水蒸汽)的总体积。,式中:,:压力p、温度t下湿空气比容,m3湿气/kg干气;,:压力p、温度t下干空气比容,m3干气/kg干气;,:压力p、温度t下水汽比容,m3水/kg水。,所以:,综合以上分析可得:,当总压力 p 为一定值时,,湿空气密度:,定义:一定压力下,将不饱和空气等湿降温至 饱和,出现第一滴露珠时
7、的温度。,饱和湿度 HS 与露点 td 的关系:,五、露点 td,pd:td下的饱和蒸汽压。,干球温度t是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。,湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。,湿球温度计:温度计的感温球用纱布包裹,纱布用水 保持湿润,这支温度计为湿球温度计。,不饱和空气的湿球温度 tw低于干球温度 t。,六、干球温度 t,七、湿球温度 tw,湿球温度计工作原理分析,湿球温度 tw 计算公式:,式中:,:空气至湿纱布的对流传热系数,Wm-2-1;,:以湿度差为推动力的传质系数,kgm-2s-1;,:水在湿球温度 tw 时的汽化潜热,kJkg-1水;,:湿空气在温度为 tw下的饱和湿
8、度,kg水/kg干气;,:空气在温度为t下实际的湿度,kg水/kg干气。,*物系性质:与、kH有关的物性;*空气状态:t、H;*流动条件:/kH。,实验表明,与 kH 都与Re 的0.8次幂成正比,故 与 kH 之比值与流速无关,只与物性有关。当物系已确定,则物系性质就不再改变,此时,湿球温度只与气相状态有关,即:,影响湿球温度 tw 的三方面因素:,对于空气水系统:当空气流速 u 5m.s-1时,传热以对流方式为主,有:,因此,湿球温度是湿空气的温度和湿度的函数,即当 t、H 一定时,tw也为定值。可写为:,在实际生产中,常常利用干、湿球温度计来测量空气的湿度。,1.09kJ/(kg),八、
9、绝热饱和温度tas 定义:空气绝热增湿至饱和时的温度。绝热饱和器工作原理分析:,经过以上分析可知,在空气绝热增湿过程中,空气失去的显热与汽化水分带来的潜热相等,空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化,但其焓值不变。,ras:tas温度下水的汽化潜热,kJ/kg水;Has:空气的绝热饱和湿度,kg水/kg干气;cH:湿空气的比热,kJ.kg-1干气-1,湿球温度 tw 与绝热饱和温度 tas 的关系:,tw:大量空气与少量水接触,空气的 t、H 不变;tas:大量水与一定量空气接触,空气降温、增湿。,tw:传热与传质速率均衡的结果,属于动平衡;tas:由热量衡算与物料衡算导出,属于静平衡。,tw
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