化工原理(下)干燥课件.ppt
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- 化工 原理 干燥 课件
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1、第5章 干燥 通过本章学习,应掌握干燥的基本概念和原理;湿空气的性质及湿焓图;干燥过程的物料衡算与热量衡算方法;干燥过程的平衡关系与速率关系。了解干燥时间的计算;干燥设备的类型及结构特点。学习目的与要求5.1 干燥过程概述 5.1.1 干燥的原理与应用第5章 固体物料的干燥一、干燥过程的原理气、固相中所含湿分的不同分离物系固体中的湿分形成两相体系的方法引入一气相(干燥介质)传质原理(固相气相)固体物料干燥过程湿物料热空气气膜气相主体Q 推动力 t-twWpWtptN 推动力 pw-p二、干燥过程的应用应用示例湿聚氯乙烯干燥成聚氯乙烯产品湿尿素干燥成尿素产品含水量 3%含水量 0.5%干燥含水量
2、 2%含水量 0.3%干燥三、干燥过程与其他除湿方法的比较工程中的常用除湿方法v 机械除湿v 物理除湿v 利用热能除湿干燥除湿的特点v 除湿彻底v 能耗高为节能工业上多采用联合除湿机械除湿干燥除湿沉降过滤离心吸附干燥5.1 干燥过程概述 5.1.1 干燥的原理与应用第5章 固体物料的干燥5.1.2 干燥过程的分类按操作压力分类干燥按传热方式分类干燥过程的分类常压干燥 真空干燥传导干燥 对流干燥按操作方式分类辐射干燥介电加热干燥干燥间歇干燥 连续干燥干燥5.1 干燥过程概述 第5章 固体物料的干燥5.2.1 湿空气的性质5.2 湿空气的性质及湿度图 一、湿度 H(湿含量)干燥介质干燥湿分计算基准
3、湿空气中水汽的质量与绝干空气的质量之比定义湿空气水分1kg 绝干气kg水汽/kg绝干气H符号单位kg/kg绝干气湿空气中绝干气的质量湿空气中水汽的质量H常压下湿空气可视为理想气体pppH总622.0YYYMMgv622.02918一、湿度 H(湿含量)水汽的分压总压湿空气中水汽与绝干气的摩尔比湿空气被水所饱和ssspppH总622.0若spp 饱和湿空气)(tfps一、湿度 H(湿含量)空气温度下纯水的饱和蒸汽压二、相对湿度%100sppsspppH总622.0湿空气中水汽分压与同温度水的饱和蒸汽压之比定义符号单位干燥能力吸收水分能力干燥速率传质推动力p=0 =0 绝干空气p=ps =100
4、饱和空气二、相对湿度分析三、比体积 vH绝干气湿空气kgm3Hv以1 kg 绝干气为基准的湿空气的体积m3湿空气/kg绝干气Hv绝干气水汽绝干气kgmm33定义符号单位设湿空气的温度为 t湿空气的湿度为 H湿空气的总压力为 p总总ptHvH510013.12732734.2218291总ptH510013.1273273)244.1772.0(三、比体积 vH四、比热容 cH常压下将以 1kg 绝干气为基准的湿空气的温度升高(或降低)1 所吸收(或放出)的热量HckJ/(kg绝干气)定义符号单位设湿空气的湿度为 H则vgHHccc绝干气比热容水汽的比热容在常用温度范围内 cg=1.01 kJ/
5、(kg绝干气)cv=1.88 kJ/(kg水汽)HcH88.101.1四、比热容 cH故有 五、焓 IIkJ/kg绝干气以1 kg 绝干气为基准的湿空气的焓值则定义符号单位绝干气的焓值为 Ig水汽的焓值为 Iv设vgHIII湿空气的温度为 t湿空气的湿度为 H以0为基准设0)0()0(HrtHctcIvg0)(HrtHccvgHtHI2490)88.101.1(五、焓 I则 六、温度1.干球温度与湿球温度 用普通温度计直接测得的湿空气的温度,称为干球温度,简称温度,以 t 表示。它是湿空气的真实温度。(1)干球温度 t(2)湿球温度 tW 用湿球温度计测得的湿空气的温度,称为湿球温度。湿球温度
6、可度量湿空气的湿度大小。tW是空气的温度t和湿度H的函数。湿球温度计示意图湿球温度计构成:用普通温度计,在其感温部位包上细纱布且浸在水中。不饱和湿空气 水接触 水分汽化:向气相主体传递(汽化热为水分本身温度降低放出显热)热量传递 湿度差 质量传递 温度差 热量由气相主体传递给水分(气相温度下降)达平衡状态 t tw 温度维持不变 不饱和湿空气 六、温度湿球温度的测量机理(3)湿球温度与干球温度及湿度的关系湿空气的干球温度为 t湿空气的湿度为 H设湿空气的湿球温度为 tw气膜中饱和湿度为 Hs,tw传热速率为)(wttSQJ/s 传质速率为)(,HHSkNwtsHkg/s 六、温度稳态下 wtr
7、NQ 联立得)(,HHrkttwwtstHw测定 t、tw 湿度 H 未饱和湿空气t tw 饱和湿空气t=tw )(Htftw,六、温度不饱和湿空气 水绝热状态接触 水分汽化:向气相主体传递(汽化热为水分本身温度降低放出显热)热量传递 饱和湿空气湿度差 质量传递 温度差 热量由气相主体传递给水分(气相温度下降绝热冷却)达饱和状态 t tas H Has 100 2.绝热饱和冷却温度 tas 六、温度绝热饱和冷却塔示意图1塔 身2填 料3循环泵绝热状态绝热饱和温度与干球温度及湿度的关系01)(rHtHccIvg未饱和湿空气的焓饱和湿空气的焓02)(rasasvasgHtcHcI绝热过程21II
8、六、温度HvasgvgccHcHcc因为H、Has值很小整理得HHcrttasHasas通常HHck/wtasrr比较得aswtt六、温度不饱和湿空气 饱和湿空气等湿下冷却达饱和状态 t td H Hs,td 100 tps示例:露珠的产生不饱和湿空气 t tw(tas)td饱和湿空气 t tw(tas)=td3.露点 td 六、温度n湿球温度和绝热饱和温度都不是湿气体本身的温度,但都和湿气体的温度t和湿度H有关,且都表达了气体入口状态已确定时与之接触的液体温度的变化极限。n在绝热条件下,用湿空气干燥湿物料,如果湿物料足够润湿,则其表面温度也就是湿空气的绝热饱和温度 ,亦即湿球温度,而湿球温度
9、容易测定,因此湿空气在等焓过程中的其它参数的确定就比较容易了。练 习 题 目思考题作业题:1、21.湿空气的湿度、相对湿度、比体积、比热容和 焓各表示何意义,如何计算?2.湿空气的干球温度、湿球温度、绝热饱和冷却 温度、露点各表示何意义,其关系如何?2491)88.101.1(HtHI+=,HtI )-(-0HHcrttasHas=Httas,ss P 622.0ppHs,pH 622.0,dddtststsHPHp+=PHpddtsts,)-(-tw,HHrkttStwHw=Httw,例1 已知湿空气的温度为50,总压强为100 kPa,湿球温度为30,试计算该湿空气以下个参数:(1)湿度;
10、(2)相对湿度;(3)露点;(4)热焓;(5)湿比容。解:(1)由饱和水蒸气压力表查得,在tw=30时,水的饱和蒸汽压ps=4.25 kPa,汽化潜热rw=2.423 kJ/kg。在湿球温度下,空气的饱和湿度为:干空气水 kgkgpPpHssw/0275.025.410025.4622.0622.0干空气水 kgkgttrHHwww/0186.0)3050(7.242309.10275.0)(09.1kPaHHPp094.20186.0622.00186.0100622.0%5.2334.12904.2spp湿空气的湿度为:(2)由饱和水蒸汽压表查得,在干球温度t=50,水的饱和蒸汽压ps=1
11、2.34 kPa,求得该空气中的水蒸气分压为空气的相对湿度为干空气kgkJHrHccIvg/8.980186.0250050)0186.088.101.1()(0干空气kgmMHMPPTTvOHg/954.0)180186.0291(1003.101273502734.22)1(4.223002(3)在露点下,空气刚好达到饱和状态,空气中的水汽分压p=12.34 kPa即为水露点下的饱和蒸汽压,故由饱和蒸汽压表查得,此空气的露点td=23。(4)若以0的水及0的空气的焓为基准,该空气的焓为(5)在压强不太高时,湿空气可视为理想气体,5.1 干燥过程概述 第5章 固体物料的干燥5.2.1 湿空气
12、的性质5.2 湿空气的性质及湿度图 5.2.2 湿空气的湿度图 在一定总压下,湿空气的各参数中,只有两个是独立的,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。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。一、H I 图的构造湿空气的湿度图湿度焓(HI)图湿度温度(Ht)图湿空气的HI 图HI 图由以下线群组成v 等湿线(等 H 线)范围 00.2 kg/kg绝干气 v 等焓线(等 I 线)范围 0680 kJ/kg绝干气 v 等温线(等 t 线)范围 0250 v 等相对湿度线(等 线)范围 5100 =100 饱和空气线v 水汽分压线(p 线)范围 026 kP
13、a 一、H I 图的构造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数值:v 湿度 Hv 温度v 焓 Iv 相对湿度 v 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二、H I 图的应用已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW2.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。v 已知温度 t湿球温度 tWv 已知温度 t露点 tdv 已知温度 t相对湿度 二、H I 图的应用已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtast
14、W已知状态点求湿空气的参数AHtI%ptdtastW5.1 干燥过程概述 第5章 固体物料的干燥5.2 湿空气的性质及湿度图 5.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 5.3.1 湿物料的性质一、湿物料的含水量1.湿基含水量 kg/kg湿物料 湿物料的总质量湿物料中水分质量w湿基含水量是指湿物料中水分的质量分率。工业上通常用湿基含水量表示湿含量。注意2.干基含水量 干基含水量是指湿物料中水分质量与绝干物料的质量比。湿物料中绝干物料质量湿物料中水分质量Xkg/kg绝干料 两种含水量之间的关系 XXw1wwX1一、湿物料的含水量二、湿物料的比热容 cm将以 1kg 绝干料为基准的湿物料的温度升高(或降
15、低)1 所吸收(或放出)的热量mckJ/(kg绝干料)定义符号单位设湿物料的干基湿含量为 X则wsmXccc绝干料比热容水分的比热容在常用温度范围内 cw=4.187 kJ/(kg水)Xccsm187.4故有 二、湿物料的比热容 cmkJ/kg绝干料以1 kg 绝干料为基准的湿物料的焓值则定义符号单位设wsXIII三、湿物料的焓II水的焓值为 Iw绝干料的焓值为sI以0为基准)0()0(wsXccI)(wsXcc mscXcI)187.4(则 设湿物料的温度为湿物料的干基湿含量为 X三、湿物料的焓I5.1 干燥过程概述 第5章 固体物料的干燥5.2 湿空气的性质及湿度图 5.3 干燥过程的物料
16、衡算与热量衡算 5.3.1 湿物料的性质5.3.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算 一、物料衡算干燥器物料衡算示意图 干燥器 新鲜空气 L1H废气 L2H湿物料 G1X干燥产品 G2X1G1w2G2wW绝干空气流量绝干物料流量干燥产品流量湿物料处理量1.水分蒸发量W)()(2112XXGHHLWkg/s 以1 s 为基准,设干燥器内无物料损失,对干燥器作物料衡算一、物料衡算2211GXLHGXLH则 单位时间内水分蒸发量2.空气消耗量 L 121221)(HHWHHXXGLkg绝干气/s 得 一、物料衡算由)()(2112XXGHHLW单位时间内消耗的绝干空气量湿空气(新鲜空气)的消耗量为)1(
17、10HLLkg新鲜气/s 湿空气(新鲜空气)的体积消耗量为 HLvV m3新鲜气/s 一、物料衡算设 绝干空气消耗量为 L 湿空气的湿度为 H1 则 单位空气消耗量为 121HHWLlkg绝干气/kg 水一、物料衡算单位时间内消耗的绝干空气量3.湿物料处理量及干燥产品流量)1()1(1122wGwGG21121)1(wwGGkg/s 绝干料衡算湿物料处理量12211)1(wwGG干燥产品流量kg/s 一、物料衡算二、热量衡算干燥器热量衡算示意图 Qp 预热器消耗热量,kWQD 干燥器补充热量,kWQL 热损失速率,kW干燥器 新鲜空气 L废气 湿物料 G干燥产品 PQ1预热器 L0t0I0H1
18、t1I1HL2t2I2H1IG22IDQLQ预热器热量衡算 10LIQLIp)(01IILQP干燥器热量衡算 LDQIIGIILQ)()(1212LDPQIIGIILQQQ)()(1202整个系统热量衡算 一、热量衡算基本方程由 vgvgHItcHIII0000vgIHtcI2222vgIHtcI设20vvII)()(0220202HHIttcIIvg一、热量衡算基本方程绝干空气的焓水汽的焓则以0 为基准202tcrIvv)(88.12490()(01.10220202HHtttII故 一、热量衡算基本方程24900r88.1vc01.1gc11mcI 22mcI)(1212mcII一、热量衡
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