第八章物料干燥优秀课件.ppt
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1、第八章物料干燥第1页,本讲稿共91页q去湿去湿:除去物料中的水分和或其它溶剂(统称为湿分)的过程。:除去物料中的水分和或其它溶剂(统称为湿分)的过程。q去湿的方法去湿的方法:机械去湿法:即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法除去机械去湿法:即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法除去湿分。湿分。物理化学去湿法:用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收水分。物理化学去湿法:用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收水分。该法费用高,操作麻烦,只适用于小批量固体物料的去湿,或用于该法费用高,操作麻烦,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。除去气体中的水分。热能去湿法:如蒸发、干燥等热能去湿法:
2、如蒸发、干燥等用加热的方法使水分或其它溶剂汽化,并将产生的蒸气排除,藉此来用加热的方法使水分或其它溶剂汽化,并将产生的蒸气排除,藉此来除去固体物料中湿分的操作,称为除去固体物料中湿分的操作,称为固体的干燥固体的干燥。第一节第一节概述概述第2页,本讲稿共91页q干燥过程的分类干燥过程的分类按操作压力:常压干燥、真空干燥按操作压力:常压干燥、真空干燥按操作方式:连续式、间歇式按操作方式:连续式、间歇式按传热方式:传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热按传热方式:传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热干燥,以及由其中两种或三种方式组成的联合干燥。干燥,以及由其中两种或三种方式组成的联合干燥。第3页,
3、本讲稿共91页q在工业上应用最普遍的是对流干燥。通常使用的干燥介质是空气,在工业上应用最普遍的是对流干燥。通常使用的干燥介质是空气,被除去的湿分是水分。空气既是载热体又是载湿体。被除去的湿分是水分。空气既是载热体又是载湿体。q物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。q干燥过程进行的条件:被干燥物料表面所产生水汽(或其它蒸汽)的压干燥过程进行的条件:被干燥物料表面所产生水汽(或其它蒸汽)的压力大于干燥介质中水汽(或其它蒸汽)的分压,压差越大,干燥过程进力大于干燥介质中水汽(或其它蒸汽)的分压,压差越大,干燥过程进行越快。所以干燥介质须及时将汽化的水
4、汽带走,以保持一定的汽化水行越快。所以干燥介质须及时将汽化的水汽带走,以保持一定的汽化水的推动力。的推动力。第4页,本讲稿共91页1水蒸气分压水蒸气分压pv空气中水蒸气分压愈大,水分含量就愈高,根据气体分压定律,则空气中水蒸气分压愈大,水分含量就愈高,根据气体分压定律,则有有2湿度湿度(humidity)H又称为湿含量或绝对温度又称为湿含量或绝对温度(absolutehumidity)。它以湿空气中它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示,使用符号,所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示,使用符号,其单位为:其单位为:kg水气水气/kg干空气干空气。第二节第二节湿空气的性质及
5、湿度图湿空气的性质及湿度图一、湿空气的性质一、湿空气的性质 第5页,本讲稿共91页常温下,湿空气可视为理想气体,则有常温下,湿空气可视为理想气体,则有 在饱和状态时,湿空气中水蒸气分压在饱和状态时,湿空气中水蒸气分压pv等于该空气温度下纯水的等于该空气温度下纯水的饱和蒸气压饱和蒸气压ps,则有则有 由于水的饱和蒸气压仅与温度有关,故湿空气的饱和湿度是温度由于水的饱和蒸气压仅与温度有关,故湿空气的饱和湿度是温度和总压的函数,即和总压的函数,即第6页,本讲稿共91页3相对湿度相对湿度 当当pv=0时,时,=0,表示湿空气不含水分,即为绝干空气。表示湿空气不含水分,即为绝干空气。当当pv=ps时,时
6、,=1,表示湿空气为饱和空气。表示湿空气为饱和空气。在一定温度及总压下,湿空气的水汽分压在一定温度及总压下,湿空气的水汽分压pv与同温度下水的饱与同温度下水的饱和蒸汽压和蒸汽压pS之比的百分数,称为相对湿度之比的百分数,称为相对湿度(relative humidity),用用符号符号表示,即表示,即 第7页,本讲稿共91页u相对湿度:可以说明湿空气偏离饱和空气的程度,能用于判定该相对湿度:可以说明湿空气偏离饱和空气的程度,能用于判定该湿空气能否作为干燥介质,湿空气能否作为干燥介质,值与越小,则吸湿能力越大。值与越小,则吸湿能力越大。u湿度:是湿空气含水量的绝对值,不能用于分辨湿空气的吸湿能力。
7、湿度:是湿空气含水量的绝对值,不能用于分辨湿空气的吸湿能力。在一定总压和温度下,两者之间的关系为在一定总压和温度下,两者之间的关系为相对湿度和绝对湿度的关系相对湿度和绝对湿度的关系相对相对湿度湿度和绝和绝对湿对湿度的度的关系关系第8页,本讲稿共91页4湿空气的比热湿空气的比热CH 式中式中cH湿空气的比热,湿空气的比热,kJ/(绝干气绝干气oC);cg绝干空气的比热,绝干空气的比热,kJ/(绝干气绝干气oC);cv水气的比热,水气的比热,kJ/(水气水气oC)上式说明:湿空气的比热只是湿度的函数上式说明:湿空气的比热只是湿度的函数。在常压下,将湿空气中在常压下,将湿空气中1kg绝干空气及相应绝
8、干空气及相应kg水汽的温度升高水汽的温度升高(或降低)(或降低)1oC所需要(或放出)的热量,称为比热,又称为湿热,所需要(或放出)的热量,称为比热,又称为湿热,用符号用符号CH表示,单位是表示,单位是kJ/(绝干气绝干气oC),即即在常用的温度范围内,有在常用的温度范围内,有第9页,本讲稿共91页5湿空气的焓湿空气的焓 I湿空气中湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和,称为湿空气的焓,用绝干空气的焓与相应水汽的焓之和,称为湿空气的焓,用符号符号I表示,单位是表示,单位是kJ/kg干空气。干空气。注:空气的焓是根据干空气及液态水在注:空气的焓是根据干空气及液态水在0oC时焓为零作基准而计
9、算的,因此,对于温时焓为零作基准而计算的,因此,对于温度为度为t及湿度为的湿空气,其焓包括由及湿度为的湿空气,其焓包括由0oC的水变为的水变为0oC的水汽所需的潜热及湿空的水汽所需的潜热及湿空气由气由0oC升温至升温至toC所需的显热之和,即所需的显热之和,即I=Ig+IvH 式中式中湿空气的焓,湿空气的焓,kJ/kg绝干气;绝干气;Ig绝干空气的焓,绝干空气的焓,kJ/kg绝干气;绝干气;Iv水气的焓,水气的焓,kJ/kg水气。水气。第10页,本讲稿共91页6湿空气的比容湿空气的比容vH 在湿空气中,在湿空气中,1kg绝干气体积和相应的绝干气体积和相应的Hkg水气体积之和,称为湿水气体积之和
10、,称为湿空气的比容,亦称湿容积空气的比容,亦称湿容积(humidvolume),用符号用符号v vH表示,单位表示,单位为:为:m3湿空气湿空气/kg绝干气。绝干气。第11页,本讲稿共91页7露点露点 td 不饱和的空气在湿含量不变的情况下冷却,达到饱和状态时的温度,不饱和的空气在湿含量不变的情况下冷却,达到饱和状态时的温度,称为该湿空气的露点称为该湿空气的露点(dewpiont),用符号用符号td表示。表示。当空气从露点继续冷却时,其中部分水蒸汽便会以露珠的形式凝结当空气从露点继续冷却时,其中部分水蒸汽便会以露珠的形式凝结出来。空气的总压一定,露点时的饱和水蒸汽压出来。空气的总压一定,露点时
11、的饱和水蒸汽压ps,td仅与空气的湿度仅与空气的湿度Hs,td有关,即有关,即ps,td=f(Hs,td)或或td=(Hs,td)湿度越大,湿度越大,td 越大。越大。在露点时,空气的湿度为饱和湿度,在露点时,空气的湿度为饱和湿度,=1。第12页,本讲稿共91页8干球温度干球温度t和湿球温度和湿球温度twtw补充液,温度补充液,温度tw空气空气湿度湿度H温度温度t干球温度干球温度t:空气的温度空气的温度湿球温度湿球温度tw:不饱和空气的湿球温度不饱和空气的湿球温度tw低于干球温度低于干球温度t。形成原理(如图所示):形成原理(如图所示):干球温度干球温度干球温度干球温度t t和湿球温和湿球温和
12、湿球温和湿球温度度度度twtw第13页,本讲稿共91页l对于某一定干球温度的湿空气,其相对湿度越低,湿球温度值越对于某一定干球温度的湿空气,其相对湿度越低,湿球温度值越低。对于饱和湿空气而言,其湿球温度与干球温度相等。低。对于饱和湿空气而言,其湿球温度与干球温度相等。在稳定状态时,空气向湿纱布表面的传热速率为:在稳定状态时,空气向湿纱布表面的传热速率为:Q=S(t-tw)对空气对空气水蒸气系统而言,水蒸气系统而言,/kH=1.09气膜中水气向空气的传递速率为:气膜中水气向空气的传递速率为:N=kH(Hs,tw-H)S在稳定状态下,穿热速率和传质速率之间的关系为:在稳定状态下,穿热速率和传质速率
13、之间的关系为:Q=Nrtwl湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度,而并不代表空气的真实温度,湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度,而并不代表空气的真实温度,由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定,故称其为湿空气的湿球温度,由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定,故称其为湿空气的湿球温度,所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。强调:强调:第14页,本讲稿共91页9绝热饱和温度绝热饱和温度tas 空气空气tas,Has,I2空气空气t,H,I1补充水补充水 tas水水tas绝热降温增湿过程及等焓过程绝热降温增湿过程及等焓过程在空气绝热增湿过程中,空气失去的是显热,
14、而得到的是汽化水带来在空气绝热增湿过程中,空气失去的是显热,而得到的是汽化水带来的潜热,空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化,但其焓值不变。的潜热,空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化,但其焓值不变。形成原理:形成原理:绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和,则空气的温度不再下降,而等于循和,则空气的温度不再下降,而等于循环水的温度,称此温度为该空气的绝热环水的温度,称此温度为该空气的绝热饱和温度,用符号饱和温度,用符号tas 表示,其对应的饱和表示,其对应的饱和湿度为湿度为as,此刻水的温度亦为此刻水的温度亦为tas。绝热饱和温度绝热饱和温度 第15页,本讲稿共9
15、1页塔顶和塔底处湿空气的焓分别为:塔顶和塔底处湿空气的焓分别为:由于和由于和as值与值与l相比皆为一很小的数值,故可视为相比皆为一很小的数值,故可视为CH、CHas不随湿度而变,即不随湿度而变,即CH=CHas。则有则有湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程,即:湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程,即:I1=I2第16页,本讲稿共91页 实验测定表明,对于在湍流状态下的空气水蒸气系统而言,实验测定表明,对于在湍流状态下的空气水蒸气系统而言,a/kH CH,同时同时r00 rtw,故在一定温度故在一定温度t和湿度和湿度H下,有下,有强调:绝热饱和温度强调:绝热饱和温度tas与湿球温度与湿球温度tw是两个
16、完全不的概念。但是两是两个完全不的概念。但是两者都是湿空气状态者都是湿空气状态(t和和H)的函数。特别是对空气水气系统,两的函数。特别是对空气水气系统,两者在数值上近似相等,对其他系统而言,不存在此关系。者在数值上近似相等,对其他系统而言,不存在此关系。第17页,本讲稿共91页对空气水蒸气系统对空气水蒸气系统,干球温度、绝热饱和温度(或湿球温,干球温度、绝热饱和温度(或湿球温度)及露点之间的关系为:度)及露点之间的关系为:对于不饱和湿空气:对于不饱和湿空气:ttas(或或tw)td 对于饱和的湿空气:对于饱和的湿空气:t tas(或或tw)td 第18页,本讲稿共91页在工程计算中,常用的是以
17、湿空气的焓值在工程计算中,常用的是以湿空气的焓值I为纵坐标,湿度为纵坐标,湿度H为横为横坐标的焓湿图,即坐标的焓湿图,即I-H图。图。图上共有五种线,图上任一点都代表一定温度图上共有五种线,图上任一点都代表一定温度t和湿度和湿度的湿空气状态。的湿空气状态。l等湿度线等湿度线(等等H H线线):l等焓线等焓线(等等I I线线):l等温线等温线(等等t t线线):l等相对温度线(等等相对温度线(等线)线)l水蒸汽分压线:水蒸汽分压线:二、湿空气的湿度图二、湿空气的湿度图 第19页,本讲稿共91页1等湿度线等湿度线(等等H线线)2等焓线等焓线(等等I线线)3等温线等温线(等等t线线)I=(1.88t
18、+2490)H+1.01t当空气的干球温度当空气的干球温度t不变时,不变时,I与与H成直线关系,故在成直线关系,故在I-H图中对应不图中对应不同的同的t,可作出许多等可作出许多等t线。线。各种不同温度的等温线,其斜率为各种不同温度的等温线,其斜率为(1.88t+2492),故温度愈高,其斜率愈大。因此,这许多成直线的等故温度愈高,其斜率愈大。因此,这许多成直线的等t线并线并不是互相平行的。不是互相平行的。一组与纵轴平行的直线。在同一条等一组与纵轴平行的直线。在同一条等H线上,湿空气的露点线上,湿空气的露点td不变。不变。一组与横轴平行的直线一组与横轴平行的直线。在同一条等。在同一条等I线上,湿
19、空气的温度线上,湿空气的温度t随湿随湿度度H的增大而下降,但其焓值不变。的增大而下降,但其焓值不变。第20页,本讲稿共91页4等相对温度线(等等相对温度线(等线)线)当湿空气的湿度当湿空气的湿度为一定值时,温度愈高,其相对湿度为一定值时,温度愈高,其相对湿度值愈低,即值愈低,即其作为干燥介质时,吸收水汽的能力愈强,故湿空气进入干燥器其作为干燥介质时,吸收水汽的能力愈强,故湿空气进入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度,目的除了提高湿空气的焓值之前必须经过预热器预热提高温度,目的除了提高湿空气的焓值使其作为载热体外,也是为了降低其相对湿度而作为载湿体。使其作为载热体外,也是为了降低其相对湿度而作
20、为载湿体。5水蒸汽分压线水蒸汽分压线该线表示空气的湿度该线表示空气的湿度与空气中的水蒸汽分压与空气中的水蒸汽分压pv之间关系曲线。当湿之间关系曲线。当湿空气的总压空气的总压不变时,水蒸汽的分压不变时,水蒸汽的分压pv随湿度而变化。水蒸汽分压随湿度而变化。水蒸汽分压标于右端纵轴上,其单位为标于右端纵轴上,其单位为kN/m2。第21页,本讲稿共91页AEDFBCtwtd=1HpI 干球温度干球温度t、露点露点td、湿球温度湿球温度tw(或绝热饱和温度或绝热饱和温度tas)都是由等都是由等t线确定的。线确定的。根据湿空气任意两个独立的参数,就可以在根据湿空气任意两个独立的参数,就可以在H-I图上确定
21、该空气图上确定该空气的状态点,然后查出空气的其他性质。的状态点,然后查出空气的其他性质。非独立的参数如:非独立的参数如:tdH,pH,tdp,twI,tasI等,它们均在同一等等,它们均在同一等H线或等线或等I线上。线上。湿焓图的说明与应用湿焓图的说明与应用第22页,本讲稿共91页 通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点,已知条件是:通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点,已知条件是:0HA=1ttwI1230HA=1ttdI1230HA=1tI12()湿空气的干球温度()湿空气的干球温度t和湿球温度和湿球温度tw;()湿空气的干球温度()湿空气的干球温度t和露点和露点td;()湿
22、空气的干球温度()湿空气的干球温度t和相对湿度和相对湿度。第23页,本讲稿共91页例:例:已知湿空气的总压为已知湿空气的总压为101.3kN/m2,湿度为湿度为H=0.02kg水水/kg干空气,干空气,干球温度为干球温度为70oC。试用试用I-H图求解:图求解:(a)水蒸汽分压水蒸汽分压p;(b)相对湿度相对湿度;(c)热焓热焓;(d)露点露点td;(e)湿球温度湿球温度tw;解解由已知条件:由已知条件:101.3kN/m2,H=0.02kg水水/kg干空气,干空气,t=20oC,在在I-H图上定出湿空气的状态点点。图上定出湿空气的状态点点。pv=3kN/m2=10%I122kJ/kg干空气干
23、空气td=24oCtw=33oC第24页,本讲稿共91页tBtABAtBtABA=1HI1间壁式加热和冷却间壁式加热和冷却若空气的温度变化范围在露点以上,则空气中的含水量始终保持若空气的温度变化范围在露点以上,则空气中的含水量始终保持不变,且为不饱和状态,为等湿过程,过程线为垂直线。不变,且为不饱和状态,为等湿过程,过程线为垂直线。三、湿空气的基本状态变化过程三、湿空气的基本状态变化过程第25页,本讲稿共91页2间壁式冷却减湿间壁式冷却减湿BA=1HIHAHB 利用上述方法,如果将凝利用上述方法,如果将凝结出来的水分设法除去,再将结出来的水分设法除去,再将所得的饱和空气加热,则不会所得的饱和空
24、气加热,则不会恢复原来的状态,而空气的湿恢复原来的状态,而空气的湿度小于原空气的湿度,即达到度小于原空气的湿度,即达到减湿的目的。减湿的目的。上述间壁式冷却过程当进行至露点,空气即达到饱和状态,继上述间壁式冷却过程当进行至露点,空气即达到饱和状态,继续冷却时,水蒸气就在冷却壁面上凝结出来,而且温度不断降低,续冷却时,水蒸气就在冷却壁面上凝结出来,而且温度不断降低,但空气始终在饱和状态。但空气始终在饱和状态。第26页,本讲稿共91页3不同状态空气的混合不同状态空气的混合若混合后的空气状态点落入若混合后的空气状态点落入超饱和区,例如图中超饱和区,例如图中3-4直线上直线上的的d点,则混合物将分成气
25、态点,则混合物将分成气态的饱和空气和液态的水两部分,的饱和空气和液态的水两部分,前者的状态点为过前者的状态点为过d点的等温点的等温线与线与=1线的交点线的交点e。=1HII1InI2H1HnH21234detI设有状态不同的空气设有状态不同的空气1和和2,对应的干空气的量为,对应的干空气的量为G1和和G2,对应的对应的状态为(状态为(H1,I1),(),(H2,I2)。)。两空气混合后,由物料衡算和热量两空气混合后,由物料衡算和热量衡算,可求得衡算,可求得第27页,本讲稿共91页4绝热冷却增湿过程绝热冷却增湿过程BA=1HItAtas绝热饱和过程的进行,其结绝热饱和过程的进行,其结果一方面表现
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