青海大学干燥课件第5章第1节湿空气的性质及湿度.ppt

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1、2020/9/16,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,2020/9/16,一、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

2、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,2020/9/16,2、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,2020/9/16,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）

3、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。,2020/9/16,b、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,2020/9/16,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

4、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。,2020/9/16,d、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。,本章主要介绍对流干燥,2020/9/16,湿 物 料,热 空 气,气膜,气相主体,Q 推动力 t - tw,N 推动力 pw- p,3、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(

5、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。,2020/9/16,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

6、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。,H,t,q,W,ti,p,pi,M,干燥是热、质同时传递的过程,2020/9/16,4、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,2020/9/16,5、 对流干

7、燥流程及其经济性,经济性：能耗和热的利用率,2020/9/16,干燥过程的基本问题,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。,2020/9/16,二、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

8、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,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。,2020/9/16,（2）湿度,空气 水蒸汽,（1）水汽分压pv,2020/9/16,(3)相对湿度,相对湿度代表湿空气的不饱和程度。 =0，绝对干燥空气，吸纳水汽能力最强。 =1，湿空气达到饱和，不能

9、作为干燥介质。 01，湿空气未达到饱和。 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， ,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,2020/9/16,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？,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,2020/9/16,2.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

10、空气,2.比体积(湿比容)H,2020/9/16,3湿比热cH,2020/9/16,4湿空气的焓I,r02490 kJ/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？,2020/9/16,例:常压下湿空气温度20、湿度0.014673/绝干气,试求:湿空气的相对湿度;湿空气的比容;湿空气的比热;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：,相对湿度：,由附录查出20时水蒸汽饱和蒸汽压,(不可用作干燥介质),2020/9/16,比容,比热,2020/9/16, 焓,(2)50时：,不变,不变,18.

11、92%,88.42,0.935,2020/9/16,5干球温度 t 和湿球温度 tw,四个温度,2020/9/16,kH、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/(kgK)。,2020/9/16,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,2020/9/16,2020/9/16,对空气水系统，空气速度为3.810m/s范围内,u0.8，kHu0.8，所以/kHu0与流速无关而只与

12、物性有关。 对空气水系统 /kH1.09 cH； 对空气有机液体系统/kH1.672.09cH 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， tastW。, H， tW，空气达到饱和状态时 tW = t。,讨论： 当t一定时， ，即pv，p = ps - pv， 水分汽化速率，传热速率，所以达到的湿球温度；,2020/9/16,湿球温度tw与绝热饱和温度tas的异同：,2020/9/16,湿球温度：大量空气与少量水接触后的稳定的水温，空气的状态（t，H）不变。 绝热饱和温度：少量空气与大量水经过接触后达到的稳定温度，空气增湿、降温。,湿球温

13、度tw与绝热饱和温度tas的异同：,不同之处1：,2020/9/16,湿球温度： 传质、传热仍在进行，因此属动态平衡范畴。 绝热饱和温度： 没有净的质量、热量传递进行，因此属静态平衡范畴。,不同之处2：,2020/9/16,7露点td,在总压不变的条件下，将不饱和湿空气冷却，直至冷凝出水珠为止，此时，湿空气的温度称为露点，用td表示。相应的湿度称为饱和湿度，Hs,td,露点td：等湿降温达到饱和,2020/9/16,对水蒸气空气系统，t,tw,tas,td 之间的关系为：,不饱和湿空气，t tas (或tw)td,饱和湿空气，t =tas (或tw)=td,2020/9/16,2020/9/1

14、6,三、湿度图及其应用,湿空气参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。,在一定总压下，湿空气的各参数中，只要确定了湿空气的两个独立参数，湿空气的状态就确定了。,湿空气的 湿度图,湿度焓（HI）图,湿度温度（Ht）图,工程上为了方便计算，常将湿空气各参数标绘成图，称为湿空气的湿度图。,2020/9/16,2020/9/16,1、湿度图的组成,2020/9/16,H-I图,等I线群（0680）,等H线群（00.2）,等t线群（0250）,等线群（5%100%）,蒸汽分压线群,2020/9/16,HI 图由以下线群组成,等湿线（等 H 线） 范围 00.2 kg/kg绝干气,等焓线（等 I 线） 范围 0

15、680 kJ/kg绝干气,等温线（等 t 线） 范围 0250 ,等相对湿度线（等 线） 范围 5100 , =100 饱和空气线,水汽分压线（ p 线） 范围 026 kPa,2020/9/16,2、空气湿度图的绘制,对于空气-水系统，tas tw，等 tas 线可近似作为等tw线。 每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的 tas 。 物理意义：以绝热冷却线上所有各点为始点，经过绝热饱和过程到达终点时，所有各状态的气体的温度都变为同一温度。,横坐标：空气的湿度，所有的横线为等湿度线。 左侧纵坐标：空气的干球温度，所有纵线为等温线。 斜轴坐标：湿空气的焓值。,(1) 等湿度线 (等 H 线),

16、(2) 等焓线（等 I 线）,对给定的 tas： t = f (H),在同一条等湿线上不同点所代表的湿空气状态不同，但H相同，露点是将湿空气等H冷却至 = 100%时的温度。,2020/9/16,(3) 等干球温度线 (等 t 线),I与H呈直线关系，t越高，等t线的斜率越大，读数0-250C。,(4) 等相对湿度线 (等 线),总压 P 一定，对给定的 ： 因 ps= f (t) ， 故 H = f (t) 。,(5) 蒸气分压线,总压 P 一定， pv= f (H) ， pv-H 近似为直线关系。,2020/9/16,1）已知状态点求湿空气的参数,已知状态点可由 H-I 图求出湿空气的各参

17、数值：,湿度 H,温度,焓 I,相对湿度 ,水汽分压 p,干球温度t,绝热饱和冷却温度tas(湿球温度 tW),露点td,3、 H I 图的应用,2020/9/16,已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,2020/9/16,2）由两个独立参数确定其它参数,已知两个独立参数可由 H-I 图确定湿空气的状态点，继而求出湿空气的各参数值。,已知温度 t湿球温度 tW,已知温度 t露点 td,已知温度 t相对湿度 ,3、 H I 图的应用,2020/9/16,温度 t湿球温度 tW(tas),已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,2020/9/16,已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,温度 t湿球温度 td,2020/9/16,已知状态点求湿空气的参数,A,H,t,I,p,td,tas,tW,温度 t相对湿度,2020/9/16,例：已知湿空气的干球温度t=30，相对湿度=0.6，求湿空气的湿度H，露点td、tas。,A,H=0.016kg/kg干气,D,C,