第十四章干燥1

I-H图
I-H 图（横坐标为 H, 纵坐标为 I, 两者夹角为 135 °， 其目的使图中的曲线不至于过密），图中包含等H线； 等I线；等t线 ；等φ 线；水汽分压线。
I 1.01t (1.88t 2500) H
斜率1.88t+2500, t↑, 斜率亦↑，线族各不平行 等φ 线（同上）当t>99.7℃,ps=p=100kPa, , 等φ 线为一 垂直向上的直线。蒸汽分压线为（p-H）线
3）辐射干燥：
辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到湿物料表面，湿物料吸收辐 射能转变为热能，从而使湿分汽化，如实验室中红外灯烘干物料（浴 霸）。
4）介电加热干燥：
将湿料置于高频电场内，依靠电能加热物料并使湿分汽化（微波炉）。
5）冷冻干燥：
在低温冷冻状态下加热使冰升华，并用抽真空的方法排出水汽。 化工中最常见的为对流干燥，本章主要讨论以空气为干燥介质， 湿分为水的对流干燥过程。
二．湿空气的湿度图
P一定，t,p,φ ,H,I,tw(tas),td ,CH只有两个参数是独立的。 从前面学过的计算公式中得出，只要知道其中两 个参数，就能计算出其它参数值。 当p一定
H 0.622
ps P ps
f ( H , ps ),
tw t
ps ps ( t ) ( t , H )
8． 绝热饱和温度 tas
绝热饱和器如左图示。
与外界无热量交换且 无热损失，即在绝热 状态下将空气冷却增 湿的装置。
当空气（t，H）与大 量循环水密切接触， 水分不断的向空气中 汽化，因为t>tas，所 以汽化水分的潜热取 自于空气温度t的下降。
在绝热增湿过程中，一方面 空气将其显热传给水分用于水 分的汽化，另一方面汽化了的 水分又将等量的潜热带回空气 中。 因此空气在绝热增湿过 程中，t，H随过程设备的 位置不同而变化，但焓是 恒定的。 若这个过程空气被水饱 和，即达饱和状态，此时空 气的温度不在下降，而等于 循环水的温度。这个温度称 为初始状态空气的绝热饱和 温度，以 tas 表示，相应的饱 和温度为Has。
而湿料内部的水分以液态或水汽的形式扩散至表面， 水分气化所需热量取自于空气传递给湿料的热量。对流干 燥过程包含了热量传递和质量传递过程，两者传递方向相 反。
四． 干燥的必要条件：
p<pi，使物料表面的水分能够汽化
传质推动力 Δ p=pi-p，△p越大，干燥进行的越快，
所以，干燥介质应及时将汽化的水分带走，以便保持一定的 传质推动力。 若 Δ p=pi-p=0，则N=0，干燥无法进行，传质达到动态平衡。
sw
1.09 ( H sw H ) (t t w )
H H tw
1.09
tsw
但计算较繁琐，有时需要试差，为了方便，把各 参数之间的关系绘在坐标图上，只要知道其中两个参 数，就能查妯其它参数，这种图称为湿度图。 工程绘制， H-t, I-H 图。
书中P238图14－4为空气－水系统的湿度－温度图 横坐标为温度t，纵坐标为湿度H，反映了干球温 度、湿度、湿球温度、相对湿度的相互关系。
随着过程的进行，空气温度不断 下降，湿度不断升高，但空气的焓 恒定不变，这叫做绝热增湿过程(或 等焓过程)。
进入和离开绝热饱和器的湿空气的焓分别为：
I1 C H t H 0
I 2 C Has t H as 0
∵ H， Has值较小，且变化不是很大

C H C Has
用湿球温度计测的得湿空气的温度叫湿球温度，记作 tW。
湿球温度计： 在普通温度计的感 温泡外用湿纱布包裹， 以保持表面始终被水 所润湿。所以该温度 计所指示的实为薄水 层的温度 tW， tW与空气的t，H有关。
测温机理： 设 水 槽 中 水 温 为 θ ， 且 起 始 时 t=θ ， （即空气与水之间不存在温差），但由于 p<ps或 H<Hs 则发生水分的传质过程，水分子自纱布表面汽化， 而后迁移至空气中，被空气所带走。 水分汽化所需的热量只能取自于水本身温度的下降， θ <t，(起始时，θ =t，Δ t=0，无显热传递)，一旦θ <t， 则Δ t=t-θ 〉0，即发生热量传递（显热）。 当这一热量不足以补偿水分汽化所需的热量时，水温将 继续下降，当水温降至足够低，由此造成的气—液两相的 传热温差足够大，空气传给水的热量恰好等于水分因分子 差而汽化所需的热量时，水温不再变化（即热量=潜热）。 此时的水温即、机械去湿：压榨、过滤或离心分离的方法去除湿分。 能耗底，但湿分的除去不完全。 2 、 吸 附 去 湿 ： 用 某种 平 衡 水汽 分 压 很低 的 干 燥剂 （ 如 CaCl2，LiCl,LiBr,硅胶，沸石吸附剂等）与湿物料并存， 使物料中水分经气相转入到干燥剂内。 如实验室中用干燥剂保有干物料（干燥器）；食品、衣 物中放有保干剂。能耗几乎为零，且能达到较为完全的 去湿程度，但干燥剂的成本高，干燥速率慢。 3、供热干燥：向物料供热以汽化其中的水分，并将产生的 蒸汽排走。
1）常压干燥：多数物料的干燥采用常压干燥 2）真空干燥：适用于处理热敏性，易氧化或要求产品含湿量很低的物料. 2、按操作方式来分： 1）连续式：湿物料从干燥设备中连续投入，干品连续排出。 特点：生产能力大，产品质量均匀，热效率高和劳动条件好。 2）间歇式：湿物料分批加入干燥设备中，干燥完毕后卸下干品再加料。 如烘房，适用于小批量，多品种或要求干燥时间较长的物料的干燥。
五． 对流干燥流程及经济性
1． 干燥流程：
典型的流程如图示
2． 经济性：
主要取决于能耗和热的利用率 在干燥操作中，加热空气所耗的热量只有一部 分用于汽化水分，相当可观的一部分热能随含水 分较高的废气流失。此外，设备的热损失，固体 物料的温度升高也造成了一定的能耗。 因此，为提高干燥过程的经济性，应采取适当 措施降低能耗，提高热的利用率。（如干燥器内 埋设加热管道，废气部分循环等）
水气， IW(0℃ )=0, (0℃时水的焓为0 )
I g Cgt
（r = 2500 kJ/㎏）
6． 干球温度t
I v Cv t
I H C g HCV t H 1.01 1.88H t 2500H
用普通温度计测得的湿空气的温度叫干球温度，记作t。
7． 湿球温度tW
热平衡
Q显＝Q 潜
st tW tW kH sH s H
∴
tW t
k H tW

(Hs H )
即
tW t W ( t , H )
一般的，kH，α 与空气速度u的0.8次方成正 比，所以 ，kH/α 值与u无关。
对于空气—水蒸气系统，α /kH =1.09kJ/kg℃ *湿球温度计测量时，空气速度应大于5m/s，以减 小辐射和热传导的影响; * 实际干燥操作中，常用干、湿球温度计来测 量空气的湿度。
18 nv p 0.622 29 n g P p
㎏水/㎏绝干空气
饱和湿度 Hs
若p=ps (空气温度下水的饱和蒸汽压)，则湿空 气呈饱和状态。
ps H s 0.622 P ps
其中ps=ps(t)
所以Hs=Hs(p,t)
2． 相对湿度φ
定义 φ =p/ps×100% 衡量湿空气的不饱和程度 若 φ=100﹪ 湿空气达饱和状态，即 p=ps，在此条件 下无干燥能力；
(Hs H )
t as t w
9． 露点td
将不饱和的空气等湿冷却至饱和状态（ φ =100﹪） 此时的温度称为该空气的露点，以 td 表示。 露点时
pstd H s , td 0.622 P pstd
可以用露点法测定湿空气的湿度 t,tw(tas),td三者关系： 对于不饱和空气 t>tw(tas)>td 对于饱和空气 t=tw(tas)=td
三、 对流干燥过程的特点——热、质同时传递
当温度较高的气流与湿物料直接接触时，气固两相间 发生的是热、质同时传递的过程。这是因为：
一方面：
由于物料表面温度 θ i<t，则气体传热给固体，传热推 动力Δ t=t-θ i，传热量Q，方向如图示；
另一方面：
由于气流中水汽分压p低于固 体表面气膜中水汽压强pi，即 p<pi，水汽将通过气膜向气流主 体扩散，即发生质量传递过程， 传热推动力Δ p=pi-p，传递物质 量N，方向如图示。
因此只有当φ <100﹪的不饱和空气才能作为干燥介质。φ 值越小，表示该空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。
H和φ 的比较： 区别：H表示水汽在湿空气中的绝对含量 φ 反映出湿空气吸收水分的能力
联系：
p s p H 0.622 0.622 P p P p s
由P，t，H可求得φ
3． 比容（湿容积） υ
由于 tw 这个温度为湿空气的温度 t 和湿度 H 所决定， 故将此温度称为湿空气的湿球温度。
此时对水分作热量衡算。
i) 显热 ii) 潜热
Q显＝ st tW
Q潜＝ tW N A tW k H sH s H
式中：tw-湿球温度；t-干球温度；kH-以湿度差为推动力的对流传 质系数；α －对流传热系数； Hs－tw下的饱和湿度；H－湿空气的 湿度；s-传热、传质面积。
H
定义：υ H=湿空气的总容积/湿空气中绝干空气的质量
t 273 1.0133 10 5 1 H H 22.4 273 p 29 18 t 273 1.0133 10 5 0.772 1.244 273 p
4． 比热（湿比热）CH
14.2干燥静力学
§14.2.1、湿空气的性质 一、湿空气的性质 基准：1㎏绝干空气。 湿空气的若干参数均以单位质量的绝干空气为基准。 这是因为在干燥过程中水分量是不断变化的，而绝干空气 的质量是不变的，所以选取1㎏绝干气作基准对干燥计算而言 是很方便的。 1． 湿度（湿含量、绝对湿度）H 定义： H=湿空气中水汽的质量/湿空气中绝干空气的质量 H= Mvnv/Mgng