第5章 干燥(1)

第5章 干燥
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 概述 湿空气的性质湿物料的性质 湿物料的性质 干燥过程的物料衡算和热量衡算 干燥动力学及干燥时间 干燥器简介
5.1 概述
一、物料去湿的方法
机械去湿法 通过过滤、压榨、抽吸和离心分
离等方法除去湿分，这些方法应用于溶剂无需完
全除尽的情况。
物理化学去湿法 用吸湿性物料如石灰、无水
H：空气湿度；
k H rw tw t H s ,t w H h 0.56 h k H 0.294Sc cH rw tw t H s ,t w H cH




式中， Sc ： 施密特准数； D
cH：湿空气的比热
湿球温度并不代表空气的真实温度。
tw=f(t,H)， tw与湿空气的 t、Ｈ有关。 t、Ｈ一定，tw
二、绝对湿度H（absolute humidity） 湿空气中所含水蒸汽的质量与干空气质量之比（kg水
/kg绝干空气）。
湿空气中水汽的质量 H 湿空气中干空气的质量
M wnw 18nw pv kg水 / kg绝干气 H 0.622 M g ng 29ng p pv
空气达到饱和时， pv=ps=f(t) ，ps与总压关系可忽略 饱和湿度
收水汽，已无干燥能力。 φ愈小，即pv与ps差距愈大，
表示湿空气偏离饱和程度愈远，干燥能力愈大。 ps H 0.622 f t , p一定 p ps
四、湿比容 vH （质量体积） (humid volume) 以1kg绝干空气作为基准的所具有的湿空气的体积。
m3湿空气 m3干气＋m3水汽 vH ＝ ＝vg HvW kg绝干气 kg干气 273 t 1.013105 1 H vH 22.4 273 p 29 18
这种状态下的湿空气作为理想气体来处理。 ●基准：干燥过程中，干空气的质量不变，故干燥 计算以单位质量干空气为基准。 一、湿空气的水汽分压 pv p(湿空气的总压)＝pg(干空气分压)＋pv(水汽分压)
若为不饱和空气，pv<ps（水的饱和蒸汽压）
由道尔顿分压定律：
nw pv pv ng pg p pv
氯化钙等吸收水分。因这种方法费用高，操作麻 烦，故只适用于小批量固体物料的去湿，或用于 除去气体中的水分。
热能去湿法（干燥） 借热能使溶剂从物料中
溶化，并排除所生成的蒸气来除去湿分。
二、工业干燥过程应用举例 贮存：药品湿含量↑→有效期↓ 运输：粉煤含水量↑→净煤运输量↓运费↑
加工：塑料棉纱布温度下降；
2、湿布和空气存在温度差；热量由不饱和空气传给
湿布，同时湿布将水分传给空气； 3、直到空气传给湿布的热量正好等于湿布水分的蒸
发量时，过程达到稳定状态。
q ht t w m k H H s ,t w H q m rw t


式中，kH：传质系数；h：传热系数； Hs,tw：湿球温度下的饱和绝对湿度，跟tw和总压有关。
ps H s 0.622 f t , p p ps
三、相对湿度f (relative humidity) 湿空气中水蒸汽分压pv与一定总压下饱和水汽分压ps 之比，称为相对湿度。 pv pv ps ps Φ-湿空气的不饱和程度，湿度Ｈ只能表示出水汽含量 的绝对值，而φ值却能反映湿空气吸收水汽的能力。 φ=1（或100%），表示空气已被水蒸汽饱和,不能再吸
三、干燥过程的分类 1、按操作的压力：常压、真空 真空干燥温度较低，适合对于热敏性、易氧化或要
求产品含水量极低的物料干燥。
2、按操作方式：连续、间歇式。
连续式：生产能力大，热效率高、能得到较均匀的
产品。 间歇式：基建费用较低，操作控制方便，能适应多 品种物料，干燥时间较长，生产能力较少。
3、按照热能传给湿物料的方式 辐射干燥 传导干燥 化。 ★对流干燥 热以电磁波的形式转变为热能，将水分 间接加热干燥。加热蒸汽，将热能以传
存在水分浓度的差别，内部水分向表面扩散，汽
化的水汽由空气带走。 干燥过程的本质 ①干燥过程是传热与传质相结合的操作，干燥介质 既是载热体又是载湿体，干燥速率由传热速率与传 质速率共同控制。
②干燥的必要条件是物料
表面的水汽压强必须大于
干燥介质中水汽的分压。 当干燥介质为水汽所饱和， 则推动力为零，干燥操作 即停止。 本章主要介绍以空气为干燥介质、水为湿分的对 流干燥过程。 确定流程、设备，需计算空气用量、热量消耗及 干燥时间等。
I I g HIv (cg Hcv )t Hr0 (1.01 1.88H )t 2490H
湿空气的温度t越高，湿度Ｈ愈大，则焓越大。湿空 气的焓值随空气的温度t及湿度Ｈ而变。 七、干、湿球温度 干球温度：在空气流中放置一支普通温度计，所测得 空气的温度为t。（dry bulb temperature)
空气的露点温度为27 ℃。如果将该湿空气冷却到27
℃，水蒸汽达到饱和，再继续冷却，就会有水析出。
pd Hp H 0.622 pd td p pd 0.622 H

空气的总压一定，露点时的饱和水蒸汽压pd仅
与空气的湿度Ｈ有关. 湿度越大，td 越大,如已知空气的总压p及湿度H， 可求得饱和水蒸汽压pd，然后，由饱和水蒸汽 压表查得对应的温度，即为空气的露点。
亦必为定值，湿球温度是湿空气状态参数。
不饱和空气：湿球温度tw<干球温度t。
饱和空气：湿球温度tw=干球温度t。
九、露点 (dew piont)
不饱和空气绝对湿度不变下，冷却使达到饱和状态
时的温度，称为该湿空气的露点,用符号td表示。
露点是湿空气的一个物理性质，当达到露点时，空
气的湿度为饱和湿度。 例如：温度为38℃，分压为3.50kPa的不饱和空气， （查得27 ℃时的饱和蒸汽压为3.5kPa），说明该湿
作业：5-2
课堂练习 氢—氮混合气（N2：H2=1：3 摩尔比）的压力为 101.3KN/m2（绝压），温度为54℃，相对湿度
=50%，试计算①湿度（Kg/Kg绝干气）；②饱和
湿度（Kg/Kg绝干气），已知54℃下水的饱和蒸 汽压为15 KN/m2。
解：
M wnw kg水 / kg绝干气 H M g ng
Mg=28×0.25+2×0.75=8.5g/mol
M wnw 18 pv 7.5 H 2.118 0.169kg水 / kg绝干气 M g ng 8.5 p pv 101.3 7.5
(2)
ps 18 15 Hs 2.118 0.368kg水 / kg绝干气 8.5 p ps 101.3 15
加热汽化而达到干燥的目的。
导方式通过金属壁传给湿物料，使湿物料中的水分汽
直接加热干燥。干燥介质将热能以对流
的方式传给与其直接接触的湿物料，以供给湿物料中
水分汽化所需的热量，并将水蒸气带走。干燥介质通
常为热空气。
四、对流干燥过程及本质 对流干燥过程 （1）热空气将热量传递给湿物料，物料表面水分
进行汽化，并通过表面外的气膜向对流主体扩散。 （2）物料表面水分的汽化，物料内部与表面间
当 t 、tas已知时, 可用上式来确定空气的湿度。
实验测定：水蒸汽－空气 c H tw tas kH
★湿空气共有四个温度参数：干球温度t，绝热饱和
温度，湿球温度，露点。
不饱和湿空气：t>tw =tas >td
饱和湿空气：t=tw=tas=td
在总压一定的情况下，该四个温度参数中的其中 两个（tw=tas相同），可用来确定空气状态。
八、湿球温度（wet bulb temperature) ：

用水润湿的纱布包裹温度计的测温头，纱布用水保
持湿润,即成为一湿球温度计。

将它置于一定温度和湿度的流动的空气中，达到稳 态时所测得的温度称为空气的湿球温度，以tw 表示。 由于空气流量很大， 经过测温头的空气的 性质不发生变化
1、开始时，湿布的温度与不饱和空气的温度相同，
本章重点：
①湿空气性质；所有干燥计算均涉及湿空气的性质。
②固体物料干燥过程的相平衡；
③恒定干燥条件下的干燥曲线和干燥速度曲线；
④基本干燥过程计算，包括干燥过程的物料衡算、热
量衡算
5.2 湿空气的性质及焓湿图
●湿空气：含有湿分的空气，是常用的干燥介质。
5.2.1 湿空气的性质
通常干燥是在常压或减压下进行的，因此，可把

十、绝热饱和温度tas （adiabatic saturation temperature)

绝热饱和过程：不饱和气体在 与外界绝热的条件下和大量的
液体接触，传热、传质平衡，
最终气体被液体蒸汽所饱和， 气体与液体温度相等＝tas

在绝热条件下，空气放出的显 热全部变为水分汽化的潜热返
回气体中，故绝热饱和过程又
湿比容随其温度和湿度的增加而增大（p一定） 五、湿比热 cH (humid heat) 以1kg绝干空气为基准的湿空气的比热。常用温度范 围内
cH cg Hcv 1.011.88H
湿比热cH仅随空气的湿度而变
六、湿焓
单位质量干空气的焓和其所带Hkg水蒸汽的焓之和。
相对焓有具体意义。计算基准：0℃时干空气与液态 水的焓
可当作等焓过程处理

空气的绝热降温增湿等焓过程
以单位质量的干空气为基准, 在稳态下对全塔作热量衡
算,气体放出的显热=液体汽化的潜热
cH t tas H as H as tas t
as
cH
H as H
空气的绝热饱和温度tas是空气湿度H和温度t的函数,是 湿空气的性质。