北京化工大学-《化工原理》-课件-第八章-干燥.ppt
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- 化工原理 北京 化工大学 化工 原理 课件 第八 干燥
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1、返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件18.干燥干燥8.1 湿空气的性质与湿度图湿空气的性质与湿度图8.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算8.3 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间8.4 干燥器干燥器返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件2 在化工生产中,一些固体产品或半成品可能混有大量的湿分,将湿分从物料中去除的过程,称为去湿去湿。去湿的方法可分为以下三类:去湿的方法可分为以下三类:机诫去湿:用于去除固体物料中大部分湿分。吸附去湿:用于去除少量湿分。热能去湿(干燥干燥):向物料供热以汽化其中 的湿分的单元操作。返回北京化
2、工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件3干燥过程的分类:干燥过程的分类:常压干燥真空干燥连续式间歇式传导干燥(间接加热干燥)对流干燥(直接加热干燥)辐射干燥介电加热干燥按操作压力分按操作方式分按供热方式分返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件4根据供热方式不同,干燥可分为以下四种情况:根据供热方式不同,干燥可分为以下四种情况:传导干燥(间接加热干燥):传导干燥(间接加热干燥):热能通过壁面以传导方式加热物料。对流干燥(直接加热干燥):对流干燥(直接加热干燥):干燥介质与湿物料直接接触,并以对流 方式加热湿物料。辐射干燥:辐射干燥:热能以电磁波的形式射到湿物料表
3、面。介电加热干燥:介电加热干燥:将湿物料置于高频电场内,使其被加热。返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件5 本章主要讨论对流干燥,干燥介质是热干燥介质是热空气,除去的湿分是水分空气,除去的湿分是水分。对流干燥是传热、传质同时进行的过程,但传递方向不同,是热、质反向传递过程:传热传质方向推动力气固固气温度差水汽分压差返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件6干燥过程进行的必要条件必要条件:*物料表面水汽压力大于大于干燥介质中水汽分压;*干燥介质要将汽化的水分及时带走。返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件78.1 湿空气的性质与湿
4、度图湿空气的性质与湿度图8.1.1 湿空气的性质湿空气的性质8.1.2 空气的湿度图及其应用空气的湿度图及其应用返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件88.1.1湿空气的性质湿空气的性质通常用两个参数来表征空气中所含水分的大小:湿度湿度 H 及相对湿度及相对湿度 返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件9一、湿度(湿含量)一、湿度(湿含量)H定义:湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气定义:湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气 质量之比。质量之比。湿空气湿空气是由水蒸汽水蒸汽和绝干空气绝干空气构成。H =Kg水汽Kg绝干空气=nwMwng Mg=18.02n
5、w28.95ngnw:湿空气中水汽的摩尔数,kmol;ng:湿空气中绝干空气的摩尔数,kmol;Mw:水汽的分子量,kg/kmol;Mg:空气的平均分子量,kg/kmol。返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件10当湿空气可视为理想气体时,则有:式中:pw为空气中水蒸汽分压。即:)(wpPfH,当P为一定值时,)(wpfH wwgwgwppPppnnwwgw622.095.2802.18pPpnnH返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件11 当湿空气中水蒸汽分压 pw 恰好等于同温度下同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压 ps时,则表明湿空气达到饱和,此时的湿
6、度H为饱和湿度饱和湿度Hs。二、相对湿度二、相对湿度 定义:在一定温度及总压下,湿空气的水汽分压定义:在一定温度及总压下,湿空气的水汽分压pw与与 同温度下水的饱和蒸汽压同温度下水的饱和蒸汽压ps之比的百分数。之比的百分数。%100Swpp即:即:)(SPtfH,即:即:)(tpfw,SSS622.0P-ppH 返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件12结论:结论:湿度湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值,而只能表示出水汽含量的绝对值,而相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。当 =1=1时:pw w=ps s,湿空气达饱和,不可作
7、为干燥介质不可作为干燥介质;当 11时:pw w ps s,湿空气未达饱和,可作为干燥介质可作为干燥介质。越小越小,湿空气偏离饱和程度越远,干燥能力越大干燥能力越大。返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件13【例7-1】湿空气中水的蒸汽分压 pw=17.5mmHg,总压 P=760mmHg,求20 时的相对湿度;若空气分别被加热到50和120,求值。相对湿度 与湿度 H 的关系:sspPpH622.0)(tfH,返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件14三、湿空气的比热与焓三、湿空气的比热与焓 1、湿比热(湿热)c cH H kJ/kg干气 定义:定
8、义:在常压下,将1kg干空气和其所带有的Hkg水 汽升高温度1所需的热量。)(88.101.1HfHHcccvgHgc:干空气比热=1.01 kJ/kg干气 vc:水汽比热=1.88 kJ/kg水汽 式中返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件152、焓(热含量)I kJ/kg干气干气 定义:定义:湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。计算基准:计算基准:以0干空气及0液态水的焓值为0作基准。因此,对于温度为t、湿度为H 的湿空气,其焓值包括由0的水变为0水汽所需的潜热及湿空气由0生温至t所需的显热之和。返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件16tcH
9、tHHtHccHrHtcrtcHIIIHvgvgvg2492)88.101.1(2492)()(00即:式中:I:温度为t、湿度为H的湿空气的焓值。kJ/kg干气;Ig:干空气的焓值。kJ/kg干气;Iv:水汽的焓值。kJ/kg水汽;r0:0时水的汽化潜热。r0=2492 kJ/kg水汽。返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件17IHt 由上式可知,湿空气的焓值只与湿空气的湿度及温度有关。即:)(tHfI,返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件18四、湿空气的比容(湿容积)四、湿空气的比容(湿容积)Hm3湿空气湿空气/kg干气干气定义:定义:每单位质
10、量绝干空气中所具有的湿空气(绝干 空气和水蒸汽)的总体积。HwgH式中:H:压力P、温度t下湿空气比容。m3湿气/kg干气g:压力P、温度t下干空气比容。m3干气/kg干气w:压力P、温度t下水汽比容。m3水/kg水返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件19PtPtg5510013.1273273773.010013.12732732941.22PtPtw5510013.1273273244.110013.12732731841.22gw、的数值为:PtHHwgH510013.1273273)244.1773.0(所以:返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理
11、电子课件20综合以上分析可得:)(HtfH,当总压力P为一定值时,HHt另外:湿空气密度湿空气密度HHmkg13湿气湿气返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件21定义:定义:一定压力下,将不饱和空气等湿等湿降温至 饱和,出现第一滴露珠时的温度。湿度H与露点 td 的关系:五、露点五、露点 tdpd:td下的饱和蒸汽压。ddpPpH622.0返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件22干球温度t是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。湿球温度计:温度计的感温球用纱布包裹,纱布用水 保持湿润,这支温度计为湿球温度计
12、。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。六、干球温度六、干球温度 t七、湿球温度七、湿球温度 tw返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件23湿球温度计工作原理分析返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件24湿球温度tw计算公式(推导过程见P332):式中:式中:空气至湿纱布的对流传热系数,W/m2;:以湿度差为推动力的传质系数,kg/m2 sH;:水在湿球温度tw时的汽化潜热,kJ/kg水;:湿空气在温度为tw下的饱和湿度,kg水/kg干气;:空气的湿度,kg水/kg干气。)(HHrkttwwHwHkwrwHH返回
13、北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件25*物系性质:与、kH有关的物性;*空气状态:t、H;*流动条件:/kH。实验表明,与 kH都Re与的0.8次幂成正比,故 与kH之比值与流速无关,只与物性有关。当物系已确定,则物系性质就不再改变,此时,湿球温度只与气相状态有关,即:影响湿球温度影响湿球温度tw的三方面因素:的三方面因素:)(Htftw,返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件26 对于空气对于空气水系统:水系统:当空气流速 u 5m/s时,传热以对流方式为主,有:因此,湿球温度是湿空气的温度和湿度的函数,即当 t、H一定时,tw也为定值。可写为:在
14、实际生产中,常常利用干、湿球温在实际生产中,常常利用干、湿球温度计来测量空气的湿度。度计来测量空气的湿度。1.09kJ/kg1.09kJ/kgHkHc)(Htftw,返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件27七、绝热饱和温度七、绝热饱和温度tas 定义:空气绝热增湿至饱和时的温度。定义:空气绝热增湿至饱和时的温度。绝热饱和器工作原理分析:返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件28 经过以上分析可知,在空气绝热增湿过程中,空气失去的显热与汽化水分带来的潜热相等,空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化,但其焓值不变。推导过程见P334ras:tas温度下水
15、的汽化潜热,kJ/kg水;Has:空气的绝热饱和湿度,kg水/kg干气;cH:湿空气的比热,kJ/kg干气 )(HHcrttasHasas)(Htftas,返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件29湿球温度 tw 与绝热饱和温度 tas 的关系:tw :大量空气与少量水接触,空气t、H的不变;tas :大量水与一定量空气接触,空气降温、增湿。tw :是传热与传质速率均衡的结果,属于动平衡;tas :是由热量横算与物料衡算导出的,属于静平衡。tw 与 tas 数值上的差异取决于/kH 与cH两者之间的差别。返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件30当空
16、气为不饱和状态:t tw(tas)td;当空气为饱和状态:t=tw(tas)=td。空气水体系,HHckaswtt 空气甲苯体系,tw tasHkHc返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件318.1.2 空气的湿度图及其应用空气的湿度图及其应用一、湿度图一、湿度图五条线:五条线:1.等 H 线;2.等 I 线;3.等 t 线;4.等 线;5.水蒸气分压线。返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件32二、湿度图的应用二、湿度图的应用1、利用湿度图查取湿空气的物性返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件332、湿空气状态点的确定返回北京
17、化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件34【例7-2】在总压为101.3kpa下,空气的温度为20,湿度为0.01 kg水/kg干气。试求:1.、td、tw;2.总压P与湿度H不变,将空气温度提高至50时的;3.温度t与湿度H不变,将空气总压提高至120kpa时的;4.若总压提高至300kpa,温度仍为20,每100m3原来的湿空气所冷凝出来的水分量?返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件35结论:。一定时,、当tPH.1 因此,提高湿空气温度 t,不仅提高了湿空气的焓值,使其作为载热体外,也降低了相对湿度使其作为载湿体。真空状态下进行。干燥过程一般在常压或
18、,故加压对干燥不利。一定时,Pt.2【例7-3】教材P281、例7-2返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件367.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算7.2.1 湿物料中含水量湿物料中含水量7.2.2 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算7.2.3 热量衡算热量衡算7.2.4 空气出口状态的确定空气出口状态的确定7.2.5 干燥器的热效率干燥器的热效率返回北京化工大学化工原理电子课件北京化工大学化工原理电子课件377.2.1 湿物料中含水量湿物料中含水量两种表示方法:一、湿基含水量一、湿基含水量 w kg水水/kg湿物料湿物料GGww湿物料总质量
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