空氣濕焓圖精品課件

1、空氣濕焓圖第1頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五去濕：除去物料中的水分和或其它溶劑（統(tǒng)稱為濕分）的過程。去濕的方法：機械去濕法：即通過過濾、壓榨、抽吸和離心分離等方法除去濕分。物理化學(xué)去濕法：用吸濕性物料如石灰、無水氯化鈣等吸收水分。該法費用高，操作麻煩，只適用于小批量固體物料的去濕，或用于除去氣體中的水分。 熱能去濕法：如蒸發(fā)、干燥等 用加熱的方法使水分或其它溶劑汽化，并將產(chǎn)生的蒸氣排除，藉此來除去固體物料中濕分的操作，稱為固體的干燥。 第一節(jié) 概述第2頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五干燥過程的分類 按操作壓力：常壓干燥、真空干燥按操作方式：連續(xù)

2、式、間歇式按傳熱方式：傳導(dǎo)干燥、對流干燥、輻射干燥和介電加熱干燥，以及由其中兩種或三種方式組成的聯(lián)合干燥。 第3頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五在工業(yè)上應(yīng)用最普遍的是對流干燥。通常使用的干燥介質(zhì)是空氣，被除去的濕分是水分?？諝饧仁禽d熱體又是載濕體。物料的干燥過程是屬于傳熱和傳質(zhì)相結(jié)合的過程。干燥過程進行的條件：被干燥物料表面所產(chǎn)生水汽（或其它蒸汽）的壓力大于干燥介質(zhì)中水汽（或其它蒸汽）的分壓，壓差越大，干燥過程進行越快。所以干燥介質(zhì)須及時將汽化的水汽帶走，以保持一定的汽化水的推動力。 第4頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五1 水蒸氣分壓pv 空氣中

3、水蒸氣分壓愈大，水分含量就愈高，根據(jù)氣體分壓定律，則有2 濕度(humidity)H 又稱為濕含量或絕對溫度(absolute humidity)。它以濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕對干空氣的質(zhì)量之比表示，使用符號，其單位為：kg水氣/kg干空氣 。第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖一、濕空氣的性質(zhì) 第5頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五常溫下，濕空氣可視為理想氣體，則有 在飽和狀態(tài)時，濕空氣中水蒸氣分壓pv等于該空氣溫度下純水的飽和蒸氣壓ps，則有 由于水的飽和蒸氣壓僅與溫度有關(guān)，故濕空氣的飽和濕度是溫度和總壓的函數(shù)，即第6頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期

4、五3 相對濕度 當(dāng)pv=0時，=0，表示濕空氣不含水分，即為絕干空氣。當(dāng)pv=ps時，=1，表示濕空氣為飽和空氣。 在一定溫度及總壓下，濕空氣的水汽分壓pv 與同溫度下水的飽和蒸汽壓 pS 之比的百分?jǐn)?shù)，稱為相對濕度(relative humidity)，用符號表示，即 第7頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五相對濕度：可以說明濕空氣偏離飽和空氣的程度，能用于判定該濕空氣能否作為干燥介質(zhì)，值與越小，則吸濕能力越大。濕度：是濕空氣含水量的絕對值，不能用于分辨濕空氣的吸濕能力。在一定總壓和溫度下，兩者之間的關(guān)系為相對濕度和絕對濕度的關(guān)系相對濕度和絕對濕度的關(guān)系第8頁，共91頁，

5、2022年，5月20日，12點8分，星期五4 濕空氣的比熱CH 式中 cH濕空氣的比熱， kJ/(絕干氣oC)； cg絕干空氣的比熱， kJ/(絕干氣oC)； cv水氣的比熱， kJ/(水氣oC)上式說明：濕空氣的比熱只是濕度的函數(shù)。 在常壓下，將濕空氣中1kg絕干空氣及相應(yīng)kg 水汽的溫度升高（或降低）1oC所需要（或放出）的熱量，稱為比熱，又稱為濕熱，用符號CH表示，單位是kJ/(絕干氣oC)，即 在常用的溫度范圍內(nèi)，有第9頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五5 濕空氣的焓 I 濕空氣中1kg絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之和，稱為濕空氣的焓，用符號I表示，單位是kJ/kg

6、干空氣。 注：空氣的焓是根據(jù)干空氣及液態(tài)水在0 oC時焓為零作基準(zhǔn)而計算的，因此，對于溫度為t 及濕度為的濕空氣，其焓包括由0o C的水變?yōu)?o C的水汽所需的潛熱及濕空氣由0oC升溫至t oC所需的顯熱之和，即 I=Ig+IvH 式中濕空氣的焓，kJ/kg絕干氣； Ig 絕干空氣的焓，kJ/kg絕干氣； Iv水氣的焓，kJ/kg水氣。 第10頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五6 濕空氣的比容vH 在濕空氣中，1kg絕干氣體積和相應(yīng)的Hkg水氣體積之和，稱為濕空氣的比容，亦稱濕容積(humid volume)，用符號vH表示，單位為：m3濕空氣/kg絕干氣。 第11頁，共

7、91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五7 露點 td 不飽和的空氣在濕含量不變的情況下冷卻，達到飽和狀態(tài)時的溫度，稱為該濕空氣的露點(dew piont),用符號td表示。 當(dāng)空氣從露點繼續(xù)冷卻時，其中部分水蒸汽便會以露珠的形式凝結(jié)出來。空氣的總壓一定，露點時的飽和水蒸汽壓ps,td 僅與空氣的濕度Hs,td有關(guān)，即 ps,td=f(Hs,td) 或 td= (Hs,td) 濕度越大，td 越大。在露點時，空氣的濕度為飽和濕度，=1。第12頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五8 干球溫度t和濕球溫度twtw補充液，溫度tw空氣濕度H溫度t干球溫度t：空氣的溫度

8、濕球溫度tw：不飽和空氣的濕球溫度tw低于干球溫度t。形成原理（如圖所示）： 干球溫度t和濕球溫度tw第13頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五對于某一定干球溫度的濕空氣，其相對濕度越低，濕球溫度值越低。對于飽和濕空氣而言，其濕球溫度與干球溫度相等。 在穩(wěn)定狀態(tài)時，空氣向濕紗布表面的傳熱速率為： Q=S（t-tw）對空氣水蒸氣系統(tǒng)而言， /kH=1.09氣膜中水氣向空氣的傳遞速率為：N=kH（Hs,tw-H）S在穩(wěn)定狀態(tài)下，穿熱速率和傳質(zhì)速率之間的關(guān)系為：Q=Nrtw濕球溫度實際上是濕紗布中水分的溫度，而并不代表空氣的真實溫度，由于此溫度由濕空氣的溫度、濕度所決定，故稱其為

9、濕空氣的濕球溫度，所以它是表明濕空氣狀態(tài)或性質(zhì)的一種參數(shù)。強調(diào)：第14頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五9 絕熱飽和溫度tas 空氣tas，Has，I2空氣t，H，I1補充水 tas水tas絕熱降溫增濕過程及等焓過程 在空氣絕熱增濕過程中，空氣失去的是顯熱，而得到的是汽化水帶來的潛熱，空氣的溫度和濕度雖隨過程的進行而變化，但其焓值不變。 形成原理： 絕熱增濕過程進行到空氣被水汽所飽和，則空氣的溫度不再下降，而等于循環(huán)水的溫度，稱此溫度為該空氣的絕熱飽和溫度，用符號tas 表示，其對應(yīng)的飽和濕度為as，此刻水的溫度亦為tas。絕熱飽和溫度 第15頁，共91頁，2022年，5

10、月20日，12點8分，星期五塔頂和塔底處濕空氣的焓分別為： 由于和as值與l相比皆為一很小的數(shù)值，故可視為CH 、CHas不隨濕度而變，即CH=CHas 。則有濕空氣在絕熱增濕過程中為等焓過程，即：I1=I2 第16頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五 實驗測定表明，對于在湍流狀態(tài)下的空氣水蒸氣系統(tǒng)而言，a/kH CH ， 同時 r00 rtw，故在一定溫度t和濕度H下，有強調(diào)：絕熱飽和溫度tas與濕球溫度tw是兩個完全不的概念。但是兩者都是濕空氣狀態(tài)(t和H)的函數(shù)。特別是對空氣水氣系統(tǒng)，兩者在數(shù)值上近似相等，對其他系統(tǒng)而言，不存在此關(guān)系。第17頁，共91頁，2022年，

11、5月20日，12點8分，星期五 對空氣水蒸氣系統(tǒng) ，干球溫度、絕熱飽和溫度（或濕球溫度）及露點之間的關(guān)系為：對于不飽和濕空氣： ttas（或tw）td 對于飽和的濕空氣： t tas（或tw） td 第18頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五 在工程計算中，常用的是以濕空氣的焓值I為縱坐標(biāo)，濕度H為橫坐標(biāo)的焓濕圖，即I-H圖。 圖上共有五種線，圖上任一點都代表一定溫度t和濕度的濕空氣狀態(tài)。 等濕度線(等H線)：等焓線(等I線)：等溫線(等t線)：等相對溫度線（等線）水蒸汽分壓線：二、濕空氣的濕度圖 第19頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五1 等濕度線(

12、等H線)2 等焓線(等I線)3 等溫線(等t線)I=(1.88t+2490)H+1.01t 當(dāng)空氣的干球溫度t不變時，I與H成直線關(guān)系，故在I-H圖中對應(yīng)不同的t，可作出許多等t線。 各種不同溫度的等溫線，其斜率為(1.88t+2492)，故溫度愈高，其斜率愈大。因此，這許多成直線的等t線并不是互相平行的。 一組與縱軸平行的直線。在同一條等H線上，濕空氣的露點td不變。 一組與橫軸平行的直線 。在同一條等I線上，濕空氣的溫度t隨濕度H的增大而下降，但其焓值不變。第20頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五4 等相對溫度線（等線） 當(dāng)濕空氣的濕度為一定值時，溫度愈高，其相對濕度

13、值愈低，即其作為干燥介質(zhì)時，吸收水汽的能力愈強，故濕空氣進入干燥器之前必須經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱提高溫度，目的除了提高濕空氣的焓值使其作為載熱體外，也是為了降低其相對濕度而作為載濕體。5 水蒸汽分壓線 該線表示空氣的濕度與空氣中的水蒸汽分壓pv之間關(guān)系曲線。當(dāng)濕空氣的總壓不變時，水蒸汽的分壓pv隨濕度而變化。水蒸汽分壓標(biāo)于右端縱軸上，其單位為kN/m2。 第21頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五AEDFBCtwtd =1HpI 干球溫度t、露點td、濕球溫度tw（或絕熱飽和溫度tas）都是由等t線確定的。 根據(jù)濕空氣任意兩個獨立的參數(shù)，就可以在H-I圖上確定該空氣的狀態(tài)點，然后查

14、出空氣的其他性質(zhì)。 非獨立的參數(shù)如：tdH，pH，tdp，twI，tasI等，它們均在同一等H線或等I線上。濕焓圖的說明與應(yīng)用第22頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五 通常根據(jù)下述已知條件之一來確定濕空氣的狀態(tài)點，已知條件是： 0HA =1ttwI1230HA =1ttdI1230HA =1tI12（）濕空氣的干球溫度t和濕球溫度tw； （）濕空氣的干球溫度t和露點td ； （）濕空氣的干球溫度t和相對濕度。第23頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五例： 已知濕空氣的總壓為101.3kN/m2 , 濕度為H=0.02 kg水/kg干空氣，干球溫度為70

15、o C。試用I-H圖求解： (a)水蒸汽分壓p； (b)相對濕度 ； (c)熱焓； (d)露點td ； (e)濕球溫度tw ； 解 由已知條件：101.3kN/m2， H=0.02 kg水/kg干空氣，t=20o C，在I-H圖上定出濕空氣的狀態(tài)點點。 pv=3kN/m2 =10% I122kJ/kg干空氣 td=24oC tw=33o C第24頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五tBtABAtBtABA=1HI1 間壁式加熱和冷卻 若空氣的溫度變化范圍在露點以上，則空氣中的含水量始終保持不變，且為不飽和狀態(tài)，為等濕過程，過程線為垂直線。三、濕空氣的基本狀態(tài)變化過程第25頁

16、，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五2 間壁式冷卻減濕BA =1HIHAHB 利用上述方法，如果將凝結(jié)出來的水分設(shè)法除去，再將所得的飽和空氣加熱，則不會恢復(fù)原來的狀態(tài)，而空氣的濕度小于原空氣的濕度，即達到減濕的目的。 上述間壁式冷卻過程當(dāng)進行至露點，空氣即達到飽和狀態(tài)，繼續(xù)冷卻時，水蒸氣就在冷卻壁面上凝結(jié)出來，而且溫度不斷降低，但空氣始終在飽和狀態(tài)。第26頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五3 不同狀態(tài)空氣的混合 若混合后的空氣狀態(tài)點落入超飽和區(qū)，例如圖中3-4直線上的d點，則混合物將分成氣態(tài)的飽和空氣和液態(tài)的水兩部分，前者的狀態(tài)點為過d點的等溫線與=1線

17、的交點e。 =1HII1InI2H1HnH21234detI 設(shè)有狀態(tài)不同的空氣1和2，對應(yīng)的干空氣的量為G1和G2，對應(yīng)的狀態(tài)為（H1，I1），（H2，I2）。兩空氣混合后，由物料衡算和熱量衡算，可求得第27頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五4 絕熱冷卻增濕過程BA =1HItAtas 絕熱飽和過程的進行，其結(jié)果一方面表現(xiàn)為空氣的冷卻，另一方面表現(xiàn)為空氣的增濕，故稱為絕熱冷卻增濕過程。 空氣和水直接接觸時，空氣的狀態(tài)變化可視為空氣和液態(tài)水表面邊界層內(nèi)的飽和空氣不斷混合的過程。 若空氣（以A點表示）與溫度為tas的冷卻水（其表面的飽和空氣以B點表示）相接觸，由于水溫保持不

18、變，B點的位置也固定不變，則空氣的不斷混合過程就表現(xiàn)為空氣狀態(tài)從A點不斷向B點移動。第28頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五第三節(jié) 干燥過程的物料衡算和熱量衡算 干燥過程的計算中應(yīng)通過干燥器的物料衡算和熱量衡算計算出濕物料中水分蒸發(fā)、空氣用量和所需熱量，再依此選擇適宜型號的鼓風(fēng)機、設(shè)計或選擇換熱器等。一、物料含水量的表示方法 1 濕基含水量w以濕物料為計算基準(zhǔn)的物料中水分的質(zhì)量分率或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。第三節(jié) 干燥過程的物料衡算和熱量衡算 一、物料含水量的表示方法 第29頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五 不含水分的物料通常稱為絕對干物料或稱干料。以絕對干物

19、料為基準(zhǔn)的濕物料中含水量，稱為干基含水量，亦即濕物料中水分質(zhì)量與絕對干料的質(zhì)量之比，單位為kg水分/kg絕干料。 兩種含水量之間的換算關(guān)系為注：工業(yè)上常采用濕基含水量。2 干基含水量：第30頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五新鮮空氣L，H1干燥產(chǎn)品G2，X2廢氣L，H2濕物料G1，X1L絕干空氣的消耗量，kg絕干氣/s；H1，H2分別為濕空氣進出干燥器時的濕度，kg水氣/kg絕干氣；X1，X2分別為物料進出干燥器時的干基含水量，kg水氣/kg絕干料；G1，G2分別為物料進出干燥器時的流量，kg濕物料/s；G絕干物料的流量，kg絕干料/s。 通過物料衡算可確定將濕物料干燥到

20、規(guī)定的含水量所蒸以的水分量、空氣消耗量、干燥產(chǎn)品的流量。 二、物料衡算第31頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五1 水分蒸發(fā)量w 2 干空氣消耗量 L對上圖所示的連續(xù)干燥器作水分的物料衡算，以1s為基準(zhǔn)。 第32頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五 令l=L/W，稱為比空氣用量，其意義是從濕物料中氣化1kg水分所需的干空氣量。 如果新鮮空氣進入干燥器前先通過預(yù)熱器加熱，由于加熱前后空氣的濕度不變，以H0表示進入預(yù)熱器時的空氣濕度，則有 上式說明：比空氣用量只與空氣的最初和最終濕度有關(guān)，而與干燥過程所經(jīng)歷的途徑無關(guān)。 第33頁，共91頁，2022年，5月2

21、0日，12點8分，星期五3 干燥產(chǎn)品的流量G2式中 w1、w2物料進出干燥器時的濕基含水量濕空氣的消耗量為：第34頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五例：在一連續(xù)干燥器中，每小時處理濕物料1000kg，經(jīng)干燥后物料的含水量有10%降至2%（wb）。以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始濕度H1=0.008kg水/kg絕干氣，離開干燥器時濕度為H2=0.05 kg水/kg絕干氣，假設(shè)干燥過程中無物料損失，試求：水分蒸發(fā)量、空氣消耗量以及干燥產(chǎn)品量。進入干燥器的絕干物料為G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg絕干料/h解：（1）水分蒸發(fā)量：將物料的濕基含水量換算為干基含水量

22、，即水分蒸發(fā)量為W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水/h例題第35頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五（2）空氣消耗量原濕空氣的消耗量為：L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg濕空氣/h（3）干燥產(chǎn)品量單位空氣消耗量（比空氣用量）為：第36頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五Qp預(yù)熱器的傳熱速率，kw；QD向干燥器中補充熱量的速率，kw；QL干燥器的熱損失速率，kw LH0,t0,I0LH1,t1,I1QpQDG2,X2,2,I2LH2,t2,I2G1,X1,1,I1QL預(yù)熱器干燥器 通過干燥器的

23、熱量衡算可以確定物料干燥所消耗的熱量或干燥器排出空氣的狀態(tài)(H2，t2，I2 )。 三、熱量衡算第37頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五1 預(yù)熱器的熱量衡算2 干燥器的熱量衡算3 干燥系統(tǒng)消耗的總熱量若忽略預(yù)熱器的熱損失，以1s為基準(zhǔn)，則有第38頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五濕物料的焓假設(shè)： （1）新鮮空氣中水蒸氣的焓等于離開干燥器時廢空氣中水蒸氣的焓，即：Iv0=Iv2。 （2）進出干燥器的濕物料比熱相等，即：Cm1=Cm2=Cm。第39頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五由于 由上式可以看出：向系統(tǒng)輸入的熱量用于：加熱空氣

24、、加熱物料、蒸發(fā)水分、熱損失等四個方面。第40頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五4 干燥系統(tǒng)的熱效率蒸發(fā)水分所需的熱量為：定義：若忽略濕物料中水分代入系統(tǒng)中的焓，則有Qv=w(2490+1.88t2)-4.1871w第41頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五使離開干燥器的空氣溫度降低，濕度增加（注意吸濕性物料）；提高熱空氣進口溫度（注意熱敏性物料）；廢氣回收，利用其預(yù)熱冷空氣或冷物料；注意干燥設(shè)備和管路的保溫隔熱，減少干燥系統(tǒng)的熱損失。提高熱效率的措施第42頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五例：某糖廠的回轉(zhuǎn)干燥器的生產(chǎn)能力為403

25、0kg/h（產(chǎn)品），濕糖含水量為1.27%，于310C進入干燥器，離開干燥器時的溫度為360C ，含水量為0.18%，此時糖的比熱為1.26kJ/kg絕干料0C 。干燥用空氣的初始狀況為：干球溫度200C ，濕球溫度170C ，預(yù)熱至970C后進入干燥室?？諝庾愿稍锸遗懦鰰r，干球溫度為400C ，濕球溫度為320C ，試求： （1）蒸發(fā)的水分量；（2）新鮮空氣用量；（3）預(yù)熱器蒸氣用量，加熱蒸氣壓為200kPa（絕壓）；（4）干燥器的熱損失，QD=0；（5）熱效率。 t0=200C tw0=170C t1=970CQpQD=0G2=4030kg/h w2=0.18% 2=360C t2=400

26、C tw2=320C 1=310C w1=1.27%QL預(yù)熱器干燥器例題第43頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五解：進入干燥器的絕干物料為G=G2（1-w2）=4030（1-0.18%）=4022.7kg絕干料/h水分蒸發(fā)量為W=G（X1-X2）=4022.7（0.0129-0.0018）=44.6kg水/h（1）水分蒸發(fā)量：將物料的濕基含水量換算為干基含水量，即第44頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五（2）新鮮空氣用量：首先計算絕干空氣消耗量。絕干空氣消耗量為：新鮮空氣消耗量為：L=L（1+H0）=2877.4（1+0.011）=2909kg新鮮空

27、氣/h由圖查得：當(dāng)t0=200C，tw0=170C時，H0=0.011kg水/kg絕干料； 當(dāng)t2=400C，tw2=320C時，H2=0.0265kg水/kg絕干料。第45頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五查H-I圖，得（3）預(yù)熱器中的蒸氣用量 查飽和蒸氣壓表得：200kPa（絕壓）的飽和水蒸氣的潛熱為2204.6 kJ /kg，Qp=L(I1-I0)=2877.4（127-48）=2.27 105kJ /h故蒸氣消耗量為： 2.27 105/2204.6=103kg/hI0=48kJ/kg干空氣；I1= 127kJ/kg干空氣；I2= 110kJ/kg干空氣第46頁，

28、共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五（4）干燥器的熱損失（5）熱效率若忽略濕物料中水分帶入系統(tǒng)中的焓，則有第47頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五在常壓連續(xù)理想干燥器中，用通風(fēng)機將空氣送至預(yù)熱器，經(jīng)1200C飽和蒸氣加熱后進入干燥器以干燥某種物料。已知空氣狀況為：進預(yù)熱器前濕空氣中水蒸氣分壓p0=1.175kPa，溫度為150C，進干燥器前的溫度為900C，出干燥器后的溫度為500C。物料狀況為：進干燥器前X1=0.15kg水/kg絕干料，出干燥器后X2=0.01kg水/kg絕干料。干燥器的生產(chǎn)能力為250kg/h（按干燥產(chǎn)品計），預(yù)熱器的總傳熱系數(shù)為50

29、w/m20C。試求通風(fēng)機的送風(fēng)量和預(yù)熱器的傳熱面積。課外習(xí)題第48頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五aw含水量水分活度：水蒸氣分壓pv與同溫度下純水的飽和蒸氣壓ps之比。 物料的水分活度與其含水量和溫度有關(guān)。一定溫度下水分活度與含水量的關(guān)系曲線稱為吸著等溫線。 水分活度不僅與物料的貯藏性有關(guān)，而且決定了干燥進行的方向。aw時，解吸水分（干燥）；第四節(jié) 濕物料的性質(zhì)及干燥機理一、濕物料的水分活度第49頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五劃分依據(jù)：物料所含水分能否用干燥方法除去。 物料中的水分與一定溫度t、相對濕度的不飽和濕空氣達到平衡狀態(tài)，此時物料所含水

30、分稱為該空氣條件(t、 )下物料的平衡水分。 在干燥過程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的那一部分，稱為自由水分。 平衡水分隨物料的種類及空氣的狀態(tài)(t，)不同而異。平衡水分代表物料在一定空氣狀況下可以干燥的限度。二、平衡水分(equilibrium water)和自由水分(free water)第50頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五劃分依據(jù)：根據(jù)物料與水分結(jié)合力的狀況1 結(jié)合水分 包括物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分、物料內(nèi)毛細(xì)管中的水分、及以結(jié)晶水的形態(tài)存在于固體物料之中的水分等。 特點：籍化學(xué)力或物理化學(xué)力與物料相結(jié)合的，由于結(jié)合力強，其蒸汽壓低于同溫度下純水的飽和蒸汽壓，

31、致使干燥過程的傳質(zhì)推動力降低，故除去結(jié)合水分較困難。 三、結(jié)合水分(bound water)與非結(jié)合水分(unbound water) 第51頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五2 非結(jié)合水分 包括機械地附著于固體表面的水分，如物料表面的吸附水分、較大孔隙中的水分等。特點：物料中非結(jié)合水分與物料的結(jié)合力弱，其蒸汽壓與同溫度下純水的飽和蒸汽壓相同，干燥過程中除去非結(jié)合水分較容易。 物料的結(jié)合水分和非結(jié)合水分的劃分只取決于物料本身的性質(zhì)，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)無關(guān)；平衡水分與自由水分則還取決于干燥介質(zhì)的狀態(tài)。干燥介質(zhì)狀態(tài)改變時，平衡水分和自由水分的數(shù)值將隨之改變。強調(diào)：第52頁，共

32、91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五 物料的總水分、平衡水分、自由水分、結(jié)合水分、非結(jié)合水分之間的關(guān)系見圖示?？偹肿杂伤制胶馑址墙Y(jié)合水分結(jié)合水分x*x0 x1空氣相對濕度100%物料的含水量0第53頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五 在干燥過程中物料內(nèi)外的溫度不一致，溫度梯度促使水分傳遞（稱為熱導(dǎo)濕），方向是從高溫到低溫。1 濕度梯度的形成以上兩種梯度導(dǎo)致的水分傳遞稱為內(nèi)部擴散。 濕物料表面水分的汽化，遂形成物料內(nèi)部與表面的濕度差，促使物料內(nèi)部的水分向表面移動。2 溫度梯度的形成四、干燥機理 第54頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期

33、五造成該分壓的原因是：3 外部的傳質(zhì)推動力： 水分由物料內(nèi)部擴散到表面后，便在表面氣化，可認(rèn)為在表面附近存在一層氣膜，在氣膜內(nèi)水蒸氣分壓等于物料中水分的蒸氣壓，水分在氣相中的傳質(zhì)推動力為此蒸氣壓與氣相主體中水蒸氣分壓之差。對對流干燥，由于介質(zhì)的不斷流動，帶走氣化的水分；對真空干燥而言，則是氣化的水分被真空泵抽走。 水分的內(nèi)部擴散和表面汽化是同時進行的，但在干燥過程的不同階段其速率不同，從而控制干燥速率的機理也不相同。原因在于受到物料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、濕度等條件和干燥介質(zhì)的影響。第55頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五強化措施（對對流干燥而言） ：提高空氣的溫度，降低相對濕度，

34、改善空氣與物料的接觸和流動情況，均有助于提高干燥速率。在干燥過程中，當(dāng)物料中水分表面汽化的速率小于內(nèi)部擴散的速率時，稱為表面汽化控制；當(dāng)物料中水分表面汽化的速率大于內(nèi)部擴散的速率，稱為內(nèi)部擴散控制。強化措施：從改善內(nèi)部擴散著手，如：減少物料厚度、使物料堆積疏松、攪拌或翻動物料、采用微波干燥等。第56頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五干燥速率：單位時間內(nèi)在單位干燥面積上汽化的水分量W。恒定干燥條件：干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式，在整個干燥過程中均保持恒定。 u=dw/Ad 式中 u干燥速率,kg/m2h ； W汽化水分量,kg A干燥面積,m2； 干燥所需時

35、間,h 第五節(jié) 干燥速率和干燥時間一、恒定干燥條件下的干燥速率第57頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五dW=-GdX u=dW/Ad=-GdX/Ad 式中 濕物料中絕對干料的量,kg ； X濕物料中干基的含水量,kg水/kg干物料； 負(fù)號表示物料含水隨著干燥時間的增加而減少。 u=dw/Ad 第58頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五影響干燥速率的因素（對對流干燥而言）濕物料的性質(zhì)與形狀：包括物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、形狀大小、料層厚薄及水分結(jié)合方式。物料的濕度：物料的水分活度與濕度有關(guān)，因而影響干燥速率。物料的溫度：溫度與水分的蒸氣壓和擴散系數(shù)有關(guān)。干燥介

36、質(zhì)的狀態(tài)：溫度越高，相對濕度越低，干燥速率越大。干燥介質(zhì)的流速：由邊界層理論可知，流速越大，氣膜越薄，干燥速率越大。介質(zhì)與物料的接觸狀況：主要是指介質(zhì)的流動方向。流動方向垂直于物料表面時，干燥速率最快。影響干燥速率的因素（對對流干燥而言）第59頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五ABCDEX表面溫度干燥時間ABCDEABCDEXU1 干燥曲線：干燥過程中物料含水量X與干燥時間t、物料表面溫度的關(guān)系曲線。 2 干燥速率曲線：物料干燥速率u與物料含水量X的關(guān)系曲線。 二、干燥曲線與干燥速率曲線 第60頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五干燥過程分為恒速干燥和

37、降速干燥兩個階段。 3 恒速干燥階段： 如BC段所示（AB段為物料預(yù)熱段，此段所需時間很短，一般并入BC段考慮）。除去的水分是非結(jié)合水；屬于表面汽化控制階段；物料表面的溫度始終保持為空氣的濕球溫度；干燥速率的大小，主要取決于空氣的性質(zhì)，而與濕物料的性質(zhì)關(guān)系很小。 此階段特點：第61頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五 在恒速干燥階段中，空氣傳給物料的熱量等于水分汽化所需的熱量，即在干燥過程中，傳熱速率為傳質(zhì)速率為：所以，恒速干燥階段的干燥速率為第62頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五4 降速干燥階段：如CE段所示臨界點：C點，該點的干燥速率Uc等于等速

38、階段的干燥速率。臨界含水量： Xc越大，則會過早的轉(zhuǎn)入降速干燥階段，使在相同的干燥任務(wù)下所需的干燥時間加長。臨界含水量與物料的性質(zhì)、厚度、干燥速率有關(guān)。第一降速階段（CD段）：物料內(nèi)部水分?jǐn)U散速率小于表面水分在濕球溫度下的汽化速率，這時物料表面不能維持全面濕潤而形成“干區(qū)”，導(dǎo)致干燥速率下降。 第63頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五第二降速階段（DE段）：水分的汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動，從而使熱、質(zhì)傳遞途徑加長，阻力增大，造成干燥速率下降。 降速干燥階段特點：干燥速率主要決定于物料本身的結(jié)構(gòu)、形狀和大小等。而與空氣的性質(zhì)關(guān)系很小。物料表面的溫度不斷上升，而最后接近于空氣

39、的溫度。 第64頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五積分邊界條件為：開始時=0，X=X1； 終了時= 1 ，X=Xc；1 恒速干燥階段 設(shè)恒速干燥階段的干燥速率為uc，根據(jù)干燥速率定義，有三、恒定干燥條件下干燥時間的計算 第65頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五 臨界處的干燥速率Uc可從干燥速率曲線查得，也可用下式進行估算：對流傳熱系數(shù)a可用以下幾種經(jīng)驗公式計算：式中 L濕空氣的質(zhì)量流速，kg/m2h適用條件： L=390019500 kg/m2h（0.94.6m/s）（1）空氣的流動方向與物料表面平行時適用條件： L=245029300 kg/m2h

40、（0.68m/s）， 空氣的平均溫度t=451500C（2）空氣垂直于物料表面流動第66頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五例：將不溶于水 的固體晶體裝在0.5 0.5m的盤中干燥，物料層厚度為25mm，盤的側(cè)面和底面可假定為絕熱的，干燥所需熱量由流動方向與物料平行的熱空氣以對流方式傳到物料表面，空氣流速為6m/s，溫度為700C，濕度為0.01kg水/kg 絕干料，試估算恒速干燥階段的干燥速率和蒸發(fā)量。濕空氣的密度為解：由濕度圖查得H=0.01kg水/kg 絕干料，t= 700C的空氣 tw=300C空氣的濕比容為例題第67頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分

41、，星期五濕空氣的質(zhì)量流速 L=u=6 1.023=6.14kg/m2s或22100kg/m2h當(dāng)tw=300C時，rtw=2424kJ/kg，則有蒸發(fā)量為Uc A=3.62 （0.5 0.5）=0.91kg水/h對流傳熱系數(shù)第68頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五2 降速干燥階段式中U降速階段的瞬時干燥速率，kg/m2sX2XcX1/UF1F2F3積分邊界條件：降速開始時=0，X=Xc； 終了時= 2 ，X=X2；在降速干燥階段，U是變量，可采用以下兩種方法進行計算：圖解積分法：將1/U對各相應(yīng)的X進行標(biāo)繪，量出介于所得曲線與橫軸兩界限X2-Xc間的面積，其數(shù)值即為所求的

42、積分值。第69頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五近似計算法式中 Xe平衡含水量 kX系數(shù)，直線CE的斜率 連接臨界點C與平衡含水量E的直線來代替降速階段的干燥速率，該近似方法認(rèn)為在降速干燥階段，干燥速率與物料中的自由水分成正比，即第70頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五1 干燥器的分類按操作壓強分：常壓干燥器、真空干燥器；按供熱方式分：對流干燥器、傳導(dǎo)干燥器、輻射干燥器、介電加熱干燥器；按操作方式分：連續(xù)式、間歇式；按介質(zhì)和物料的相對運動方向分：并流、逆流、錯流干燥器；第六節(jié) 干燥設(shè)備第71頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五并流

43、、逆流、錯流干燥器的特點并流：含水量高的物料與溫度最高而濕度最低的介質(zhì)相接觸，在進口端的干燥推動力大，在出口端的推動力小。適用情況：（1）干物料不耐高溫而濕物料允許快速干燥； 在干燥第一階段，物料溫度始終維持在濕球溫度，到第二階段，物料溫度才逐漸上升，但此時介質(zhì)溫度已下降，物料不致于過熱。（2）物料的吸濕性小或最終水分要求不很低； 物料在出口處與溫度最低、濕度最高（即相對濕度最大）的介質(zhì)接觸，其平衡水分高。第72頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五逆流：物料與干燥介質(zhì)的運動方向相反，干燥推動力在干燥器中分布較均勻。適用情況：（1）濕物料不宜快干而干物料能耐高溫；（2）物料的

44、吸濕性強或最終含水量要求低；注：在逆流時，濕物料進入的溫度不應(yīng)低于干燥介質(zhì)在此處的露點，否則濕度高的干燥介質(zhì)中有一部分水蒸氣會冷凝在濕物料上，從而增加干燥時間。第73頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五錯流：高溫介質(zhì)與物料運動方向相垂直，如果物料表面都與濕度小、溫度高的介質(zhì)接觸，可獲得較高的推動力，但介質(zhì)的用量和熱量的消耗也較大。適用情況： （1）物料在干燥的始、終都允許快速干燥和高溫；（2）要求設(shè)備緊湊（過程速度大）而允許較多的介質(zhì)和能耗。第74頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五優(yōu)點：構(gòu)造簡單、制造容易、適應(yīng)性強。缺點：干燥不均勻，干燥時間長，勞動強

45、度大，操作條件差。適用于干燥粒狀、片狀和膏狀物料，批量小、干燥程度要求高、不允許粉碎的脆性物料，以及隨時需要改變風(fēng)量、溫度和濕度等干燥條件的情況。2 廂式干燥器（盤式干燥器）第75頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五箱式干燥器第76頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五車廂式干燥器第77頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五濕物料進口干燥產(chǎn)品熱空氣廢氣 帶式干燥器是使用環(huán)帶作為輸送物料的干燥器。運輸帶通常用帆布、橡膠、金屬絲網(wǎng)制成，以金屬絲網(wǎng)居多。帶式干燥器第78頁，共91頁，2022年，5月20日，12點8分，星期五優(yōu)點：對流傳熱系數(shù)和傳熱溫度差大，干燥器的體積小，干燥速率快，物料停留時間短，可在高溫下干燥；熱利用率高；設(shè)備緊湊，結(jié)構(gòu)簡單；可以完全自動控制。缺點：氣流在系統(tǒng)中壓降較大；