tas比较：比较：t、tw、tas、td 关系关系 =1，t=tw=tas=td tw=tastd 在在1atm下，不下，不饱和湿空和湿空气的温度气的温度为295K，相，相对湿度湿度为60%，当加，当加热到到373K时，该空气下列状空气下列状态参数将如何参数将如何变化？湿化？湿度度H ，相，相对湿度湿度 ，湿球温度，湿球温度tw ， 露点露点td ，焓I 。（升高，降低，不（升高，降低，不变，不确定）不确定）升高不变升高不变降低=60%第14章 固体干燥固体干燥 14.1 14.1 概述概述14.1.114.1.1固体去湿方法和干燥过程固体去湿方法和干燥过程目的目的 去湿以便于贮藏、使用或进一步加工去湿以便于贮藏、使用或进一步加工物料的去湿方法物料的去湿方法机械去湿：过滤，离心机械去湿：过滤，离心吸附去湿：干燥剂吸附吸附去湿：干燥剂吸附供热干燥：供热汽化湿分供热干燥：供热汽化湿分其他干燥方法：真空干燥，冷冻干燥，微波其他干燥方法：真空干燥，冷冻干燥，微波 干燥干燥对流干燥过程的特点对流干燥过程的特点 热质同时反向传递热质同时反向传递对流干燥操作的经济性对流干燥操作的经济性 主要取决于能耗和热的利用率主要取决于能耗和热的利用率 14.2 14.2 干燥静力学干燥静力学14.2.1 14.2.1 湿气体的性质湿气体的性质 温度温度, ,湿汽分压湿汽分压( (t t, ,p p) )状态本质参数，状态本质参数， 过程传递方向的判据过程传递方向的判据湿度湿度, ,焓焓( (H H, ,I I) ) 过程物料衡算、热量衡算过程物料衡算、热量衡算 的基本参数的基本参数相对湿度（相对湿度（ ）饱和度的度量饱和度的度量湿球温度湿球温度t tw w, ,绝热饱和温度绝热饱和温度t tasas过程的极限参数过程的极限参数露点温度露点温度t td dp p的测量的测量湿气体比体积湿气体比体积 H H计算气体体积流量的基本参数计算气体体积流量的基本参数 空气空气- -水系统的水系统的I-HI-H图图( (总压总压100kPa)100kPa)等I线 等H线 等t线 等线 p线 例例：在在常常压压下下将将干干球球温温度度27、湿湿度度为为0.0168kg水水/kg干干空空气气的的空空气气加加热热至至80，试试求求加加热热前前后后空空气相对湿度和焓的变化。气相对湿度和焓的变化。解：解：查水的饱和蒸汽压查水的饱和蒸汽压 27 3.6kPa，80 47.38kPa 空气升温，湿度不变空气升温，湿度不变 H1=H2=0.01688 得得p水汽水汽=2.656 kPa说明温度的提高，空气湿度不变，但是吸湿能力大大提高说明温度的提高，空气湿度不变，但是吸湿能力大大提高 I1=(1.01+1.88 H1) t1+2500 H1=(1.01+1.880.0168)27+25000.0168=70.1kJ/kg干气干气I2=(1.01+1.88 H2) t2+2500 H2=(1.01+1.880.0168)80+25000.0168=125.3kJ/kg干气干气14.2.2湿空气状湿空气状态变化化过程程图示示(1) 加加热与冷却与冷却过程程不不计阻力，湿空气阻力，湿空气经间壁加壁加热或冷却或冷却过程属等程属等压过程。程。加加热：t升高升高p不不变，p不不变，H不不变， 减小，表明湿空气减小，表明湿空气接接纳水汽的能力增水汽的能力增强强。冷却：若冷却：若t2高于露点，高于露点，则为等等湿湿过程；若程；若t2低于露点，低于露点，则必必有部分水汽凝有部分水汽凝结出来，湿度出来，湿度降低。降低。 (2) 绝热增湿过程绝热增湿过程一般忽略绝热增湿过一般忽略绝热增湿过程的焓增量，将其视程的焓增量，将其视为等焓过程。为等焓过程。H1(3) 两股气流的混合两股气流的混合物料衡算：物料衡算：干气：干气：V1+V2=V3水分：水分：V1H1+V2H2=V3H3焓衡算：衡算：V1I1+V2I2=V3I3显然，混点然，混点3在在1、2联线上，且符合杠杆上，且符合杠杆规则 例例 常常压压下下，现现需需调调节节气气温温及及湿湿度度，新新鲜鲜空空气气经经喷喷水水室室与与水水充充分分接接触触，被被冷冷却却后后排排去去冷冷凝凝水水，再再经经加热器升温至所需温度。试求：加热器升温至所需温度。试求： H1 t1整个过程前后湿度变化整个过程前后湿度变化设离开喷水室的气、液温度相同设离开喷水室的气、液温度相同解：解：H1=H2，出喷水室，出喷水室1=100% 先算先算H2，查，查20，pS=2.27kPa =0.007水水/kg干气干气 p水水=0.52.27=1.14 kPa 由由1=100 %，查表得，查表得t1=9查查tW=25, rW=2441kJ/kg, pW=3.186 kPa 水水/kg干气干气湿空气性质小结湿空气性质小结 （1）当）当总压一定一定时，表征空气状，表征空气状态只有两个只有两个独立参数。即已知两个相互独立的参数即独立参数。即已知两个相互独立的参数即可（在可（在I-H图上）确定一个湿空气状上）确定一个湿空气状态点，点，其他参数也可以或确定。其他参数也可以或确定。（2）t、tw、tas、td 关系关系 =1，t=tw=tas=td tw=tastd14.2.3 水分在气水分在气-固两相固两相间的平衡的平衡湿物料含水量的表示湿物料含水量的表示干基：干基：Xt kg水水/kg绝对干料干料湿基：湿基：w kg水水/kg湿物料湿物料换算关系：算关系：G kg湿料，含水湿料，含水w kg水水/kg湿料，湿料，则绝对干料量干料量Gc Gc=G(1-w)14.2.4 干燥速率和干燥时间干燥速率和干燥时间-干燥动力学干燥动力学 干燥动力学可以解决干燥室尺寸问题干燥速率： 单单位位时时间间、单单位位干干燥燥表表面面所所汽汽化化的的水水分分量量，称称为为干干燥速率燥速率A、Gc、Xd 、dX水分水分干燥速率定义干燥速率定义一、物料中的几种水分一、物料中的几种水分1、 结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分非结合水-机机械械地地附附着着在在物物料料表表面面的的水水分分，或或物物料料堆堆积积层层 中大空隙中的水分中大空隙中的水分水水固相固相结合水-结结晶晶水水、小小毛毛细细管管内内的的水水分分、细胞内的水分等。细胞内的水分等。特点：与固体相互结合力较弱，较易去除；特点：与固体相互结合力较弱，较易去除； 非结合水的性质与纯水的相同,Pe =Ps(水的饱和蒸汽压水的饱和蒸汽压)；特点：结合水的平衡蒸气压特点：结合水的平衡蒸气压Pe低于低于 同温下水的饱和蒸气压同温下水的饱和蒸气压Ps; ; 借化学力或物理化学力借化学力或物理化学力 与固体相结合，难去除与固体相结合，难去除。-取决于物料本身的性质，与空气状况无关。取决于物料本身的性质，与空气状况无关。 Pe p水水固相固相ps水水固相固相ps 在在一一定定空空气气状状态态下下，湿湿物物料料中中的的恒定含水量称称为为该该物物料料的的平平衡衡水水 。也也就就是是在在一一定定空空气气状状态态下下物物料料中中不不能能除除去去的水分。用的水分。用X*表示，单位表示，单位kg水水/kg干料。干料。思考：思考：“在一定空气状态在一定空气状态下物料中不能除去的水分下物料中不能除去的水分”这句话是否意味着这部这句话是否意味着这部分水再也无法除去了？分水再也无法除去了？平衡水分与自由水分平衡水分与自由水分 设用设用=0.4=0.4不饱和空气干燥湿固体，不饱和空气干燥湿固体，时间足够长。时间足够长。 此时，固体中的含水量此时，固体中的含水量X X * *称对应该空气状态称对应该空气状态的平衡水分，的平衡水分，X Xt t- -X X * *（包括非结合水和部分结（包括非结合水和部分结合水）为所有被指定状态空气带走的水分合水）为所有被指定状态空气带走的水分, ,称称自由水。自由水。最初含非结合水，最初含非结合水，p pe e= =p ps s p p结合水，结合水，p pe e p p当结合水当结合水p pe e p ps s p pe e= =p p时，时，pe平衡蒸汽压，平衡蒸汽压，ps水的饱和蒸汽压水的饱和蒸汽压 pe平衡蒸汽压，ps水的饱和蒸汽压结合水与非结合水结合水与非结合水水分性质水分性质结合力结合力平衡蒸汽压平衡蒸汽压非结合水非结合水机械力机械力p pe e= =p ps s结合水结合水化学力，物理化学力化学力，物理化学力p pe e p ps s 平衡蒸汽压曲线平衡蒸汽压曲线（平衡蒸汽压与含水量（平衡蒸汽压与含水量Xt关系）关系）（1 1）结合水与非结合水结合水与非结合水是以结合力来区分的，是以结合力来区分的，表现为表现为平衡蒸汽压平衡蒸汽压不同，其大小只与湿固体的不同，其大小只与湿固体的性质有关而与气体状态无关。性质有关而与气体状态无关。（2 2）平衡水、自由水平衡水、自由水是以传质的平衡状态划分是以传质的平衡状态划分的，不仅与湿料的性质有关还与气体状态有关。的，不仅与湿料的性质有关还与气体状态有关。相同湿料，相同湿料，气体气体 越小则越小则X X* *越低越低。 找出新闻纸的平衡水分、自由水分、非结合水、结合水找出新闻纸的平衡水分、自由水分、非结合水、结合水自自由由水水分分平平衡衡水水分分总总水水分分非非结结合合水水分分结结合合水水分分问题 =0.5二、干燥过程及机理二、干燥过程及机理恒定干燥条件：恒定干燥条件：t，H，p水水固相固相ps 湿空气的状态（湿空气的状态（温度、湿度温度、湿度）不变、）不变、 空气流速空气流速不变、不变、与物料的接触方式与物料的接触方式不变不变 X，kg水水/kg绝干料绝干料干燥时间干燥时间 物料温度物料温度t0tw所经历的时间很短，所经历的时间很短，通常可忽略不计。通常可忽略不计。 思考：思考：恒速阶段除去的是什么水？恒速阶段除去的是什么水？ 非结合水思考：思考：影响恒速阶段影响恒速阶段干燥速率的因素？干燥速率的因素？空气条件空气条件二、干燥过程及机理二、干燥过程及机理整个干燥过程可分为三个阶段：整个干燥过程可分为三个阶段： 预热段、恒速段、降速段预热段、恒速段、降速段t，H，pX，kg水水/kg绝干料绝干料干燥时间干燥时间 物料温物料温度度tw水水固相固相ps思考：思考：降速阶段除去的是什么水降速阶段除去的是什么水？ 第第一一降降速速阶阶段段非结合水和部分结合水非结合水和部分结合水第第二二降降速速阶阶段段汽化表面内移汽化表面内移实际表面气化减小实际表面气化减小 干燥速率干燥速率G Gc c：试样中绝对干燥物料的：试样中绝对干燥物料的质量，质量，kgkg；A A：试样暴露于气流中的表面：试样暴露于气流中的表面积，积，m m2 2；X X：物料的自由含水量，：物料的自由含水量，X X= =X Xt t- -X X * *，kgkg水水/kg/kg干料；干料； 干燥曲线与干燥速率曲线干燥曲线与干燥速率曲线干燥过程中，干燥过程中，气体状态气体状态t， ，u 保持不变。记取物料保持不变。记取物料试样的自由含水量试样的自由含水量X(=Xt-X*)与时间与时间t的关系，得到干的关系，得到干燥曲线。燥曲线。（1 1）干燥曲线）干燥曲线ABAB：预热阶段：预热阶段BCBC：恒速段，：恒速段，= =t tw w不变不变CDCD：第一降速段：第一降速段, ,上升上升N NA A下降下降DEDE：第二降速段：第二降速段, ,上升上升N NA A下降下降（2 2）干燥速率曲线）干燥速率曲线CDCD段段N NA A下降原因：实际汽化表下降原因：实际汽化表 面减小面减小DEDE段段N NA A下降原因：下降原因：汽化表面内移；汽化表面内移；结合水的干燥，平衡蒸汽压结合水的干燥，平衡蒸汽压 下降；下降；固体内部水分扩散速率低。固体内部水分扩散速率低。backNA下降原因下降原因 恒速阶段与降速阶段比较恒速阶段与降速阶段比较 讨论二、干燥过程及机理二、干燥过程及机理干干燥燥速速率率N,kg/（m2s）降速第一阶段降速第二阶段X*思思考考：影影响响临临界界含含水水量量大大小小的的因素？因素？临界含水量临界含水量临界含水量临界含水量XC物料在恒速干燥终了时含的水量物料在恒速干燥终了时含的水量干干燥燥介介质质状状况况（流流速速、温温度度、湿湿度度等）等）物料本身的结构、性质、厚度等物料本身的结构、性质、厚度等 t，H，ptw水水固相固相ps临界自由含水量临界自由含水量=临界含水量临界含水量-平衡含水量平衡含水量 临界含水量临界含水量X Xc c的影响的影响 物料本身的结构、性质、厚度等影响物料本身的结构、性质、厚度等影响 其他干燥条件相同，若物料越薄、分散越细，恒其他干燥条件相同，若物料越薄、分散越细，恒速阶段去除的非结合水越完全，则速阶段去除的非结合水越完全，则X Xc c越少；越少； 干燥介质状况（流速、温度、湿度等）影响干燥介质状况（流速、温度、湿度等）影响若恒速阶段干燥速率越快，则可能有更多的非结若恒速阶段干燥速率越快，则可能有更多的非结合水来不及去除就进入降速阶段，则合水来不及去除就进入降速阶段，则X Xc c就越大。就越大。 讨论空气条件对空气条件对N NA A恒恒、X Xc c和和X X * *的影响的影响(1)(1)空气温度空气温度t t、湿度、湿度H H不变，流速不变，流速u u增加，则增加，则N NA A加快，则加快，则X Xc c上升，而上升，而X X * *( (因空气状态）不变；因空气状态）不变；(2)(2)空气湿度空气湿度H H、流速、流速u u不变，温度不变，温度t t升高，则升高，则N NA A加快，加快，X Xc c升高，升高，X X * *因空气因空气t t升高即升高即 下降而下下降而下降。降。 讨论