青海大学干燥课件第5章第1节湿空气的性质及湿度图详解

2020/1/23第五章干燥一、概述二、湿空气的性质三、湿度图及其应用第一节湿空气的性质及湿度图2020/1/23一、概述在工业生产中的原料、半成品或产品往往含有过多的水分或有机溶剂(湿分)，要制得合格的产品需要除去固体物料中多余的湿分。除湿方法：机械除湿——通过离心分离、沉降、过滤、压榨等方法除湿。该法脱水快且节省费用，但去湿程度不高。如离心过滤后水分含量仍达5%-10%，板框压滤后物料一般含水50%-60%.吸附除湿——用干燥剂吸附除去物料中的水分,用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙、分子筛等吸收水分。该法费用高，操作麻烦，只适用于小批量固体物料的去湿，或用于除去气体中的水分。物理除湿——冷冻加热除湿——利用热能使湿物料中的湿分汽化，并排出生成的蒸汽，以获得湿含量达到要求的产品。除湿程度高，但能耗大。（蒸发、干燥等）惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿分除去，然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿分干燥掉，以降低除湿的成本。1、去湿2020/1/232、干燥分类：真空干燥：处理热敏性及易氧化物料；要求产品湿含量低连续干燥：生产能力大，产品质量均匀、热效率高，劳动条件好间歇干燥：处理小批量、多品种或干燥时间较长的去了2020/1/23干燥方法a、传导干燥热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿分蒸气被气相（又称干燥介质）带走，或用真空泵排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。被干燥的物料与加热介质不直接接触，属间接干燥优点：热能利用较多缺点：受热不均匀，与传热壁面接触的物料易局部过热而变质。2020/1/23b、辐射干燥由辐射器产生的辐射能以电磁波形式达到物料表面，为物料所吸收而重新变为热能，从而使湿分汽化。例如用红外线干燥法将自行车表面油漆干燥。优点：生产能力强，干燥产物均匀缺点：能耗大2020/1/23c、介电加热干燥将需干燥的物料置于高频电场内，利用高频电场的交变作用，材料中的水分的偶极子在微波能量的作用下发生高速旋转与振动而产生热能，将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。高频干燥器：小于300MHz，微波干燥器：大于300MHz优点：干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。缺点：费用大。2020/1/23d、对流干燥热能以对流传热的方式由热干燥介质（通常热空气）传给湿物料，使物料中的水分汽化。物料内部的水分以气态或液态形式扩散至物料表面，然后汽化的蒸汽从表面扩散至干燥介质主体，再由介质带走的干燥过程称为对流干燥。优点：受热均匀，所得产品的含水量均匀。缺点：热利用率低。以干燥介质：热空气、湿分：水为例本章主要介绍对流干燥2020/1/23湿物料热空气气膜气相主体Q推动力t-twWpWtptN推动力pw-p3、对流干燥机理对流干燥:热能以对流传热的方式由热干燥介质(通常热空气)传给湿物料，使物料中的水分汽化。物料内部的水分以气态或液态形式扩散至物料表面，然后汽化的蒸汽从表面扩散至干燥介质主体，再由介质带走的干燥过程称为对流干燥。2020/1/23干燥介质：用来传递热量（载热体）和湿份（载湿体）的介质。它将热量传给物料的同时把由物料中汽化出来的水分带走。(热空气、蒸汽、烟道气等)由于温差的存在，气体以对流方式向固体物料传热，使湿份汽化；在分压差的作用下，湿份由物料表面向气流主体扩散，并被气流带走。对流干燥过程原理——传热与传质温度为t、湿份分压为p的湿热气体流过湿物料的表面，物料表面温度ti低于气体温度t。注意：只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干燥即可进行，与气体的温度无关。气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快湿份汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。HtqWtippiM干燥是热、质同时传递的过程2020/1/234、对流干燥过程的实质干燥过程热空气流过湿物料表面热量传递到湿物料表面湿物料表面水分汽化并被带走表面与内部出现水分浓度差内部水分扩散到表面传热过程传质过程传质过程干燥过程推动力（干燥操作进行的前提条件）传质推动力：物料表面水汽分压P表水热空气中的水汽分压P空水传热推动力：热空气的温度t空气物料表面的温度t物表2020/1/235、对流干燥流程及其经济性对流干燥流程示意图（并流、连续）预热器湿物料干燥产品空气干燥器废气经济性：能耗和热的利用率2020/1/23干燥过程的基本问题除水分量空气消耗量干燥产品量热量消耗干燥时间物料衡算能量衡算涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系涉及湿空气的性质解决这些问题需要掌握的基本知识有：(1)湿分在气固两相间的传递规律；(2)湿空气的性质及在干燥过程中的状态变化；(3)物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征；(4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。2020/1/23二、湿空气的性质湿空气：指绝干空气与水蒸气的混合物。在干燥过程中，随着湿物料中水份的汽化，湿空气中水份含量不断增加，但绝干空气的质量保持不变。因此，湿空气性质一般都以1kg绝干空气为基准。操作压强不太高时，空气可视为理想气体。系统总压P：湿空气的总压(kN/m2)，即P干空气与P水之和。干燥过程中系统总压基本上恒定不变。且22HOHOpnpn干空气干空气干燥操作通常在常压下进行，常压干燥的系统总压接近大气压力，热敏性物料的干燥一般在减压下操作。在干燥操作中，不饱和湿空气既是载热体又是载湿体，因而可通过空气的状态变化来了解干燥过程的传热、传质特性，为此，应首先了解湿空气的性质。2020/1/231．湿空气中水蒸气含量的表示方法又称湿含量或绝对湿度绝干空气的质量水汽的质量H2918vvgvgvgvpPpMMnnMM绝干空气的摩尔数水汽的摩尔数vvpPpH6220.ssspPpH622.0饱和湿度kg水/kg干空气（2）湿度空气水蒸汽vpPfH,),(tPfHS（1）水汽分压pv2020/1/23%100svpp值愈小，表示空气的吸湿能力越大(3)相对湿度sspPp622.0vvpPpH6220.相对湿度代表湿空气的不饱和程度。φ=0，绝对干燥空气，吸纳水汽能力最强。φ=1，湿空气达到饱和，不能作为干燥介质。0φ1，湿空气未达到饱和。Φ愈低，表明该空气吸湿能力越大。高温干燥原理：H一定，T↗，ps↗，而pv不变，→φ↘居室里比较舒适的气象条件是：室温达25℃时，相对湿度控制在40%—50％为宜；室温达18℃时，相对湿度应控制在30%—40％。在总压一定时,fTH2020/1/23思考：在t、H相同的条件下，提高压强对于干燥操作是否有利？为什么？s)622.0(pHHpt相同，ps不变，H相同，p↑，↑，吸收水汽能力↓，不利于干燥。因此干燥操作经常在常压或真空条件下进行。压力对干燥的影响2020/1/23干空气水气体积干空气的体积kgHkgkgH11PtHPtH55100133127327324417720100133127327342218291.....PTnV51001331273422..PnRTV000TPPTVV绝干空气湿空气的体积湿比容kg12.比体积(湿比容)H单位为m3湿空气⁄kg干空气2.比体积(湿比容)H单位为m3湿空气⁄kg干空气2.比体积(湿比容)H2020/1/23比热----kJ/(kg℃)kJ/(kg干气℃)（1+H）kg湿空气cg干空气的比热，kJ/(kg·℃)cv水气的比热，kJ/(kg·℃)HcccvgH1.01kJ/(kg·℃)1.88kJ/(kg·℃)H88.101.13．湿比热cHHfcH2020/1/23kJ/kg干气焓----kJ/kgtcIggHIIIvg通常规定，0℃时绝干空气及液态水的焓为零tcrIvv0HrtHccvg0HtH249088.101.14．湿空气的焓Ir0＝2490kJ/kg温度升高，湿空气的焓值增大湿度升高，湿空气的焓值增大，但不利于干燥湿空气在进入干燥器前必需要进行预热？？？2020/1/23例:常压下湿空气温度20℃、湿度0.014673㎏/㎏绝干气,试求:⑴湿空气的相对湿度;⑵湿空气的比容;⑶湿空气的比热;⑷湿空气的焓。若将上述空气加热到50℃,再分别求上述各项。解：(1)20℃时：①相对湿度：由附录查出20℃时水蒸汽饱和蒸汽压kPaps3346.2sspPpH622.03346.23.1013346.2622.0014673.0%100(不可用作干燥介质)2020/1/23②比容PtHvH510013.1273273)244.1772.0(27320273)014673.0244.1772.0(绝干气湿空气kgm3848.0③比热HCH93.101.1)(038.1014673.093.101.1CkgkJ。绝干气2020/1/23④焓HtHI2490)93.101.1(014673.0250020)014673.093.101.1(绝干气kgkJ29.57(2)50℃时：kPaps340.12H20℃0.014673100%0.8481.03857.2950℃HvHcI不变不变18.92%88.420.9352020/1/23干球温度简称温度，是指空气的真实温度空气t,Ht,Ht湿球温度计湿球温度是指大量、流动的空气与少量水接触，达到稳定时（动态平衡），湿球温度计所指示的温度，用tw表示。而与水的初始状态无关，,Htftwps传质p传热空气以对流方式传给水的热量速率=水分气化所需的潜热速率wtsHrHHAkw,HHrkttwtswHw,5．干球温度t和湿球温度tw四个温度2020/1/23空气t,Ht,Ht湿球温度计ps传质p传热twkH、主要与空气流速有关，但却几乎与流速无关。对空气水系统，当被测气体温度不太高、流速5m/s时，为一常数，且与cH近似相等，其值约为1.09kJ/(kg·K)。HkHkHkHHrkttwtswHw,2020/1/23tas补充水tas饱和空气tas,Has,Ias绝热湿空气t,H,I1tas绝热饱和塔示意图传热传质Ht湿空气为等焓变化asII1asasasvgvgHrtHccHrtHcc00HasvgvgcHccHccastt在与外界绝热情况下，空气与大量水经过无限长时间接触后，空气温度与水温相等，称这一稳定的温度为湿空气的绝热饱和温度，用tas表示。6．绝热饱和温度tasHrtHccIvg02020/1/23tas补充水饱和空气tas,Has绝热湿空气t,Htas绝热饱和塔示意图传热传质HtHHcrttasHas0),(Htftasastt水的状态无关是湿空气的性质，而与astHcccvHgH88.101.1ssspPpH622.0饱和湿度2020/1/23对空气—水系统，空气速度为3.8~10m/s范围内,α≈u0.8，kH≈u0.8，所以α/kH∝u0与流速无关而只与物性有关。对空气—水系统α/kH≈1.09≈cH；对空气—有机液体系统α/kH≈1.67~2.09≠cH比较湿球温度与绝热饱和温度可知对空气—水系统，若湿空气t，H相同，则tas≈tW；空气—有机液体系统，tas＜tW。②H↑，tW↑，空气达到饱和状态时tW=t。),(),(WtfHtgt讨论：①当t一定时，↓，即pv↓，Δp=ps-pv↑，水分汽化速率↑，传热速率↑，所以达到的湿球温度↓；HHcrttasHas0HHrkttwtswHw,2020/1/23tas补充水空气tas,Has绝热空气t,Htas绝热