火法冶金设备——4、干燥工程基础(2学时)
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利用热空气对物料进行干燥的流程如图2-1-3所示. 所示. 利用热空气对物料进行干燥的流程如图 所示
火法冶金设备
第四章, 第四章,干燥工程基础
干燥过程计算是确定物料在干燥器中 每小时蒸发的水份量, 每小时蒸发的水份量,需要供给的空气量 及消耗的热量等, 及消耗的热量等,为干燥器的设计和操作 提供依据.这些计算目前广泛利用I-X图解 提供依据.这些计算目前广泛利用 图解 法进行. 法进行.实际干燥过程热平衡收支项目如 图2-1-4. .
第四章, 第四章,干燥工程基础
火法冶金设备
空气的热含量I(kJ):
指湿空气中1kg干空气的热焓和水蒸气的热焓量之和. 干空气的热焓和水蒸气的热焓量之和. 指湿空气中 干空气的热焓和水蒸气的热焓量之和 (起始温度为0℃) 起始温度为 ℃ t 0℃时,1kg干空气的热含量 a(kJ):Ia=1×Cat 干空气的热含量I : × 干空气的热含量 Ca:干空气的平均比热容 干空气的平均比热容kJ/kg ℃ Ca≈1.0 kJ/kg ℃ 1kg水蒸气的热含量 w(kJ):Iw=1×2490+1×1.93t 水蒸气的热含量I 水蒸气的热含量 : × × 2490: 0℃时水的汽化潜热 : ℃时水的汽化潜热kJ/kg(水蒸气 水蒸气) 水蒸气 1.93:水蒸气的平均比热容kJ/kg ℃ 水蒸气的平均比热容 水蒸气的平均比热容 湿含量为X的湿空气的热含量 湿含量为 的湿空气的热含量:I= Ia+ IwX=(1+1.93X)t+2490X 的湿空气的热含量
火法冶金设备 第四章, 第四章,干燥工程基础
③由B点沿等热含量线I1向下与t2=60℃ 等温线交于C0点,读得: X2=0.02kg(水)kg-1(干空气)
1
,
则
1 kg( 干空气) kg (水)
1 l= = = 100 ′X 0.02 0.01 X2 0
④△=(qm+qc+q1)-qw =1300-1×20×4.187
3.tw:过A点,I线与饱和湿空气 =100%)曲线的交点 即为 w, 线与饱和湿空气( 曲线的交点,即为 过 点 线与饱和湿空气 曲线的交点 即为t
读得t 读得 w=37℃ ℃
4.td.p:过A点的等 线与饱和湿空气 =100%)曲线交点即为 d.p, 点的等X线与饱和湿空气 曲线交点即为t 过 点的等 线与饱和湿空气( 曲线交点即为
水蒸气的质量 ρs = 3 1m 饱和湿空气
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3 kg m湿空气
第四章, 第四章,干燥工程基础
空气的相对湿度:用表示
即空气被水蒸气饱和的程度, 即空气被水蒸气饱和的程度, t温度
=
空气的湿含量X:湿空气中,每kg干空气所含水蒸气的质 湿空气中, 干空气所含水蒸气的质
量数( ) 量数(kg)
火法冶金设备 第四章, 第四章,干燥工程基础
1.1.2 焓湿图
火法冶金设备
第四章, 第四章,干燥工程基础
1.2 干燥计算
1.2.1 确定干燥介质的状态参数
例如:已知湿空气的 例如 已知湿空气的t=45℃,=60%;求:I1,X1,tw,td.p,pw. 已知湿空气的 ℃ 求 热含量I 图上找到t=45 ℃和=60%两线的交点 过A点作平 两线的交点A;过 点作平 解:1.热含量 1:在I—X图上找到 热含量 在 图上找到 两线的交点
行于等I线的直线交于 1,使AI1线交纵坐标得I1, 行于等 线的直线交于AI 线交纵坐标得 线的直线交于
读得I 读得 1=142kJ/kg. .
2. 湿含量 1:过A点平行于等 线,作直线 1,使AX1线交水平坐标得 湿含量X 过 点平行于等 点平行于等X线 作直线 作直线AX 使 X1,
读得X 干空气) 读得 1=0.037kg/kg(干空气 干空气
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第4章干燥工程基础
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第四章, 第四章,干燥工程基础
1.1 湿空气的性质和焓湿图 1.1.1 湿空气的性质 1.1.2 焓湿图 1.2 干燥计算 1.2.1 确定干燥介质的状态参数 1.2.2 干燥过程计算
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来自百度文库
第四章, 第四章,干燥工程基础
概
述
干燥过程涉及传质和传热.特点: 干燥过程涉及传质和传热.特点:
读得t ℃ 读得 d.p=35.2℃
5.水蒸气分压 w:过A点的等 线与水蒸气分压线的交点 即为 w, 水蒸气分压p 过 点的等 线与水蒸气分压线的交点,即为 点的等X线与水蒸气分压线的交点 即为p 水蒸气分压
读得p 读得 w=5.79×103Pa ×
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第四章, 第四章,干燥工程基础
1.2.2 干燥过程计算
每小时水分蒸发量M为 ⑧每小时水分蒸发量 为
M=G1×(v1-v2)=100×(0.20-0.02)=18kg水h-1
每小时需要的干空气量L为 ⑨每小时需要的干空气量 为
L=Ml=18×143=2574kg(干空气)h-1
每小时需要湿空气L′为 每小时需要湿空气 为
L′=L(1+X0)=2574(1+0.01)=2600kg(湿空气)h-1
考虑到qa=lI1,qg=lI2,将上式移项整理后,得: 考虑到 将上式移项整理后, l(I1-I2)=(qm+qc+q1)-(qs+qw) 式中右边第一项为热量损失, 式中右边第一项为热量损失,第二项为补充 即是蒸发1kg水需要 热量,两者之差为l(I1-I2)即是蒸发 即是蒸发 水需要 热量,两者之差为 向干燥器内供给的热量.如果用符号△表示,则 向干燥器内供给的热量.如果用符号△表示, △=l (I1-I2)
图2-1-4 实际干燥器过程热平衡示意图
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根据热平衡原理(热收入=热支出) 根据热平衡原理(热收入=热支出)
干燥器热平衡式为: 干燥器热平衡式为: qa+qw+qs=qg+qm+qc+q1
式中各项热量符号代表的意义见图2-1-4,单位为 ㎏-1(水). 式中各项热量符号代表的意义见图 单位为kJ㎏ 单位为
l=
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1 1 = = 143kg干空气 kg 水1 X 2 X 1 0.017 0.01
第四章, 第四章,干燥工程基础
蒸发1kg 1kg水所消耗的热量为 ⑦蒸发1kg水所消耗的热量为
1 I1 I 0 112 45 q = l ( I1 I 0 ) = = = 9570kJ kg水 X 2 X 1 0.017 0.01
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第四章, 第四章,干燥工程基础
�
湿空气的显热 在干燥过程中可利用的只有显热部分. 在干燥过程中可利用的只有显热部分. 水蒸气的潜热
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第四章, 第四章,干燥工程基础
干球温度,湿球温度, 干球温度,湿球温度,露点
干球温度t℃ 用一般温度计测出来的空气温度. 干球温度 ℃:用一般温度计测出来的空气温度. 湿球温度t 用湿球温度计( 湿球温度 w℃:用湿球温度计(温度计的测温头用湿 布包裹)测出来的空气温度. 布包裹)测出来的空气温度. *水汽化的潜热和升温显热来自空气温度降低的显热. 水汽化的潜热和升温显热来自空气温度降低的显热. 水汽化的潜热和升温显热来自空气温度降低的显热 在空气—水汽系统中,湿球温度的数值与绝热饱 在空气 水汽系统中, 水汽系统中 和温度值相近, 和温度值相近,则可认为这两者的值近似相等露点 td.p℃:湿空气湿含量保持不变,并使其冷却达饱和状 湿空气湿含量保持不变, 态( =100%)时,开始有露水凝结的温度. ) 开始有露水凝结的温度. 在未饱和的空气中: > 在未饱和的空气中:t>tw>td.p 在饱和的空气中: = 在饱和的空气中:t=tw=td.p
每小时需要的湿空气体积V 为 每小时需要的湿空气体积 0′为
⑩每小时需的热量Q为 Q=Mq=18×9574=172260kJh-1 每小时需的热量 为
火法冶金设备 第四章, 第四章,干燥工程基础
′ = L′ = 2600 = 2011m3 h 1 V0 ρ 1.293
作 业
4-1 已知湿空气的总压力为 已知湿空气的总压力为101.3kNm-2,温 温 度为30℃ 湿度为0.024kgkg-1绝干气, 绝干气, 度为 ℃,湿度为 试计算湿空气的相对湿度,露点, 试计算湿空气的相对湿度,露点,绝热 饱和温度,焓和空气中水气的分压. 饱和温度,焓和空气中水气的分压. 4-2 利用湿空气的I-X图,求习题2-1-1中的 利用湿空气的 图 求习题 中的 湿空气状态点和有关的参数. 湿空气状态点和有关的参数.
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[例题4-1] 例题4
某干燥器每小时的产量G 某干燥器每小时的产量 1=100㎏,湿物料进 ㎏ 湿物料进 入干燥器时的相对水分v1=20%,离开干燥器的相 入干燥器时的相对水分 , 对水分v 对水分 2=2%.以空气为干燥介质,冷空气进预 .以空气为干燥介质, 热器的温度t0=20℃,相对湿度0=70%;经预热 热器的温度 ℃ 相对湿度 ; 器加热至t 器加热至 1=85℃;离开干燥器的 2=60℃.干燥 ℃ 离开干燥器的t ℃ 器内各项热损失( 器内各项热损失(qm+qc+q1)=1300kJkg-1(水). 水 用I-X图计算干燥所需要的空气量和消耗的热量. 图计算干燥所需要的空气量和消耗的热量. 图计算干燥所需要的空气量和消耗的热量
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第四章, 第四章,干燥工程基础
见图2 解:见图2-1-6.
①由t0=20℃,0=70%, 得空气状态点A,读得: X0=0.01kg(水)kg-1(干空气), I0=45kJ(水)kg-1(干空气). ②由A点沿等湿含量线 X0=X1向上与t1=85℃等温 线相交得B点,读得: I1=112kJkg-1(干空气).
炉料中不产生液相,物料呈散状固体, 炉料中不产生液相,物料呈散状固体,不产生 化学反应,产生大量水蒸汽. 化学反应,产生大量水蒸汽. 温度较低;炉温均匀;炉气与物料接触良好. 温度较低;炉温均匀;炉气与物料接触良好. 回转窑,流态化焙烧炉,各种干燥器. 回转窑,流态化焙烧炉,各种干燥器. 在冶金物料的熔炼过程中, 在冶金物料的熔炼过程中,干燥是一个非常 重要,必不可少的过程;掌握干燥理论, 重要,必不可少的过程;掌握干燥理论,应用干燥 理论,将会使我们能够更好的选择干燥设备, 理论,将会使我们能够更好的选择干燥设备,控制 好干燥工艺及技术经济指标. 好干燥工艺及技术经济指标.
X= 式中 Mw = 18 水蒸气的质量 mw nw Mw = = 干空气的质量 ma na Ma Ma = 29 nw = pw p总 na = pa p总
ρ ρ
0<<100% 100%
w s
× 100%
1 l = x
?
p总 = pa + pw
∴
pw 18× p总 pw pw = 0.622× = 0.622× X= pa pa p总 pw 29× p总
=1216kJ㎏-1(水),则
′ = I = 112 1216 /100 = 100kJ kg 1 I2 1 ( 干空气 ) l
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⑤由I2′=100kJkg-1(干空气)等热含量
线与X2ˊ=0.02kg(水)㎏-1(干空气)等湿含 量线相交于C1点,连接B,C1与t2=60℃ 等温线相交于C点,C点即为离开干燥 器的空气状态点,读得: X2=0.017kg(水)㎏-1(干空气) I2=104kJ㎏-1(干空气). ⑥蒸发1㎏水所需要的干空气量为
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1.1 湿空气的性质和焓湿图
1.1.1 湿空气的性质 将湿空气看成理想气体 湿空气的性质:(将湿空气看成理想气体 将湿空气看成理想气体) 空气的绝对湿度(ρ : 空气的绝对湿度 ρw):
水蒸气的质量 ρw = 1m3湿空气
kg m
3 湿空气
当湿空气和水处于平衡状态时, 当湿空气和水处于平衡状态时,水蒸气的分压等 于饱和空气中水蒸气的分压p 于饱和空气中水蒸气的分压 s,此时空气的绝对 湿度称为饱和绝对湿度ρ 湿度称为饱和绝对湿度ρs:
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干燥过程计算是确定物料在干燥器中 每小时蒸发的水份量, 每小时蒸发的水份量,需要供给的空气量 及消耗的热量等, 及消耗的热量等,为干燥器的设计和操作 提供依据.这些计算目前广泛利用I-X图解 提供依据.这些计算目前广泛利用 图解 法进行. 法进行.实际干燥过程热平衡收支项目如 图2-1-4. .
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空气的热含量I(kJ):
指湿空气中1kg干空气的热焓和水蒸气的热焓量之和. 干空气的热焓和水蒸气的热焓量之和. 指湿空气中 干空气的热焓和水蒸气的热焓量之和 (起始温度为0℃) 起始温度为 ℃ t 0℃时,1kg干空气的热含量 a(kJ):Ia=1×Cat 干空气的热含量I : × 干空气的热含量 Ca:干空气的平均比热容 干空气的平均比热容kJ/kg ℃ Ca≈1.0 kJ/kg ℃ 1kg水蒸气的热含量 w(kJ):Iw=1×2490+1×1.93t 水蒸气的热含量I 水蒸气的热含量 : × × 2490: 0℃时水的汽化潜热 : ℃时水的汽化潜热kJ/kg(水蒸气 水蒸气) 水蒸气 1.93:水蒸气的平均比热容kJ/kg ℃ 水蒸气的平均比热容 水蒸气的平均比热容 湿含量为X的湿空气的热含量 湿含量为 的湿空气的热含量:I= Ia+ IwX=(1+1.93X)t+2490X 的湿空气的热含量
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③由B点沿等热含量线I1向下与t2=60℃ 等温线交于C0点,读得: X2=0.02kg(水)kg-1(干空气)
1
,
则
1 kg( 干空气) kg (水)
1 l= = = 100 ′X 0.02 0.01 X2 0
④△=(qm+qc+q1)-qw =1300-1×20×4.187
3.tw:过A点,I线与饱和湿空气 =100%)曲线的交点 即为 w, 线与饱和湿空气( 曲线的交点,即为 过 点 线与饱和湿空气 曲线的交点 即为t
读得t 读得 w=37℃ ℃
4.td.p:过A点的等 线与饱和湿空气 =100%)曲线交点即为 d.p, 点的等X线与饱和湿空气 曲线交点即为t 过 点的等 线与饱和湿空气( 曲线交点即为
水蒸气的质量 ρs = 3 1m 饱和湿空气
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3 kg m湿空气
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空气的相对湿度:用表示
即空气被水蒸气饱和的程度, 即空气被水蒸气饱和的程度, t温度
=
空气的湿含量X:湿空气中,每kg干空气所含水蒸气的质 湿空气中, 干空气所含水蒸气的质
量数( ) 量数(kg)
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1.1.2 焓湿图
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1.2 干燥计算
1.2.1 确定干燥介质的状态参数
例如:已知湿空气的 例如 已知湿空气的t=45℃,=60%;求:I1,X1,tw,td.p,pw. 已知湿空气的 ℃ 求 热含量I 图上找到t=45 ℃和=60%两线的交点 过A点作平 两线的交点A;过 点作平 解:1.热含量 1:在I—X图上找到 热含量 在 图上找到 两线的交点
行于等I线的直线交于 1,使AI1线交纵坐标得I1, 行于等 线的直线交于AI 线交纵坐标得 线的直线交于
读得I 读得 1=142kJ/kg. .
2. 湿含量 1:过A点平行于等 线,作直线 1,使AX1线交水平坐标得 湿含量X 过 点平行于等 点平行于等X线 作直线 作直线AX 使 X1,
读得X 干空气) 读得 1=0.037kg/kg(干空气 干空气
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第4章干燥工程基础
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1.1 湿空气的性质和焓湿图 1.1.1 湿空气的性质 1.1.2 焓湿图 1.2 干燥计算 1.2.1 确定干燥介质的状态参数 1.2.2 干燥过程计算
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概
述
干燥过程涉及传质和传热.特点: 干燥过程涉及传质和传热.特点:
读得t ℃ 读得 d.p=35.2℃
5.水蒸气分压 w:过A点的等 线与水蒸气分压线的交点 即为 w, 水蒸气分压p 过 点的等 线与水蒸气分压线的交点,即为 点的等X线与水蒸气分压线的交点 即为p 水蒸气分压
读得p 读得 w=5.79×103Pa ×
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第四章, 第四章,干燥工程基础
1.2.2 干燥过程计算
每小时水分蒸发量M为 ⑧每小时水分蒸发量 为
M=G1×(v1-v2)=100×(0.20-0.02)=18kg水h-1
每小时需要的干空气量L为 ⑨每小时需要的干空气量 为
L=Ml=18×143=2574kg(干空气)h-1
每小时需要湿空气L′为 每小时需要湿空气 为
L′=L(1+X0)=2574(1+0.01)=2600kg(湿空气)h-1
考虑到qa=lI1,qg=lI2,将上式移项整理后,得: 考虑到 将上式移项整理后, l(I1-I2)=(qm+qc+q1)-(qs+qw) 式中右边第一项为热量损失, 式中右边第一项为热量损失,第二项为补充 即是蒸发1kg水需要 热量,两者之差为l(I1-I2)即是蒸发 即是蒸发 水需要 热量,两者之差为 向干燥器内供给的热量.如果用符号△表示,则 向干燥器内供给的热量.如果用符号△表示, △=l (I1-I2)
图2-1-4 实际干燥器过程热平衡示意图
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根据热平衡原理(热收入=热支出) 根据热平衡原理(热收入=热支出)
干燥器热平衡式为: 干燥器热平衡式为: qa+qw+qs=qg+qm+qc+q1
式中各项热量符号代表的意义见图2-1-4,单位为 ㎏-1(水). 式中各项热量符号代表的意义见图 单位为kJ㎏ 单位为
l=
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1 1 = = 143kg干空气 kg 水1 X 2 X 1 0.017 0.01
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蒸发1kg 1kg水所消耗的热量为 ⑦蒸发1kg水所消耗的热量为
1 I1 I 0 112 45 q = l ( I1 I 0 ) = = = 9570kJ kg水 X 2 X 1 0.017 0.01
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�
湿空气的显热 在干燥过程中可利用的只有显热部分. 在干燥过程中可利用的只有显热部分. 水蒸气的潜热
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干球温度,湿球温度, 干球温度,湿球温度,露点
干球温度t℃ 用一般温度计测出来的空气温度. 干球温度 ℃:用一般温度计测出来的空气温度. 湿球温度t 用湿球温度计( 湿球温度 w℃:用湿球温度计(温度计的测温头用湿 布包裹)测出来的空气温度. 布包裹)测出来的空气温度. *水汽化的潜热和升温显热来自空气温度降低的显热. 水汽化的潜热和升温显热来自空气温度降低的显热. 水汽化的潜热和升温显热来自空气温度降低的显热 在空气—水汽系统中,湿球温度的数值与绝热饱 在空气 水汽系统中, 水汽系统中 和温度值相近, 和温度值相近,则可认为这两者的值近似相等露点 td.p℃:湿空气湿含量保持不变,并使其冷却达饱和状 湿空气湿含量保持不变, 态( =100%)时,开始有露水凝结的温度. ) 开始有露水凝结的温度. 在未饱和的空气中: > 在未饱和的空气中:t>tw>td.p 在饱和的空气中: = 在饱和的空气中:t=tw=td.p
每小时需要的湿空气体积V 为 每小时需要的湿空气体积 0′为
⑩每小时需的热量Q为 Q=Mq=18×9574=172260kJh-1 每小时需的热量 为
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′ = L′ = 2600 = 2011m3 h 1 V0 ρ 1.293
作 业
4-1 已知湿空气的总压力为 已知湿空气的总压力为101.3kNm-2,温 温 度为30℃ 湿度为0.024kgkg-1绝干气, 绝干气, 度为 ℃,湿度为 试计算湿空气的相对湿度,露点, 试计算湿空气的相对湿度,露点,绝热 饱和温度,焓和空气中水气的分压. 饱和温度,焓和空气中水气的分压. 4-2 利用湿空气的I-X图,求习题2-1-1中的 利用湿空气的 图 求习题 中的 湿空气状态点和有关的参数. 湿空气状态点和有关的参数.
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[例题4-1] 例题4
某干燥器每小时的产量G 某干燥器每小时的产量 1=100㎏,湿物料进 ㎏ 湿物料进 入干燥器时的相对水分v1=20%,离开干燥器的相 入干燥器时的相对水分 , 对水分v 对水分 2=2%.以空气为干燥介质,冷空气进预 .以空气为干燥介质, 热器的温度t0=20℃,相对湿度0=70%;经预热 热器的温度 ℃ 相对湿度 ; 器加热至t 器加热至 1=85℃;离开干燥器的 2=60℃.干燥 ℃ 离开干燥器的t ℃ 器内各项热损失( 器内各项热损失(qm+qc+q1)=1300kJkg-1(水). 水 用I-X图计算干燥所需要的空气量和消耗的热量. 图计算干燥所需要的空气量和消耗的热量. 图计算干燥所需要的空气量和消耗的热量
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见图2 解:见图2-1-6.
①由t0=20℃,0=70%, 得空气状态点A,读得: X0=0.01kg(水)kg-1(干空气), I0=45kJ(水)kg-1(干空气). ②由A点沿等湿含量线 X0=X1向上与t1=85℃等温 线相交得B点,读得: I1=112kJkg-1(干空气).
炉料中不产生液相,物料呈散状固体, 炉料中不产生液相,物料呈散状固体,不产生 化学反应,产生大量水蒸汽. 化学反应,产生大量水蒸汽. 温度较低;炉温均匀;炉气与物料接触良好. 温度较低;炉温均匀;炉气与物料接触良好. 回转窑,流态化焙烧炉,各种干燥器. 回转窑,流态化焙烧炉,各种干燥器. 在冶金物料的熔炼过程中, 在冶金物料的熔炼过程中,干燥是一个非常 重要,必不可少的过程;掌握干燥理论, 重要,必不可少的过程;掌握干燥理论,应用干燥 理论,将会使我们能够更好的选择干燥设备, 理论,将会使我们能够更好的选择干燥设备,控制 好干燥工艺及技术经济指标. 好干燥工艺及技术经济指标.
X= 式中 Mw = 18 水蒸气的质量 mw nw Mw = = 干空气的质量 ma na Ma Ma = 29 nw = pw p总 na = pa p总
ρ ρ
0<<100% 100%
w s
× 100%
1 l = x
?
p总 = pa + pw
∴
pw 18× p总 pw pw = 0.622× = 0.622× X= pa pa p总 pw 29× p总
=1216kJ㎏-1(水),则
′ = I = 112 1216 /100 = 100kJ kg 1 I2 1 ( 干空气 ) l
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⑤由I2′=100kJkg-1(干空气)等热含量
线与X2ˊ=0.02kg(水)㎏-1(干空气)等湿含 量线相交于C1点,连接B,C1与t2=60℃ 等温线相交于C点,C点即为离开干燥 器的空气状态点,读得: X2=0.017kg(水)㎏-1(干空气) I2=104kJ㎏-1(干空气). ⑥蒸发1㎏水所需要的干空气量为
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1.1 湿空气的性质和焓湿图
1.1.1 湿空气的性质 将湿空气看成理想气体 湿空气的性质:(将湿空气看成理想气体 将湿空气看成理想气体) 空气的绝对湿度(ρ : 空气的绝对湿度 ρw):
水蒸气的质量 ρw = 1m3湿空气
kg m
3 湿空气
当湿空气和水处于平衡状态时, 当湿空气和水处于平衡状态时,水蒸气的分压等 于饱和空气中水蒸气的分压p 于饱和空气中水蒸气的分压 s,此时空气的绝对 湿度称为饱和绝对湿度ρ 湿度称为饱和绝对湿度ρs: