Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
Published byKatelin Points Modified over 9 years ago
1
1 第五章 干燥原理 西安建筑科技大学 粉体工程研究所
2
2 提 纲 干燥静力学 干燥速率和干燥过程 干燥技术
3
3 5.1 概述 去湿概念 脱水原理 机械去湿 吸附去湿 热能去湿 ( 干燥 ) 加热方式 传导干燥 对流干燥 辐射干燥 场干燥法 ①干燥介质有空气、烟气; ②对流干燥特点 ⑴一种典型的非稳态不可逆过程; ⑵ 有多相多组分参与,一般要涉及相 变传热传质,影响因素众多; ⑶在干燥过程中传热传质相互耦合; ⑷干燥过程与物料性质、干燥介质组 分和状态密切相关。
4
4 材料行业以对流干燥为主,下图为对流干燥示意图: 干空气将热量传给湿物料;湿物料将湿份传给干空气 5.1 概述
5
5 5.2 干燥静力学 5.2.1 湿空气的性质 1 干空气与湿空气 完全不含水蒸汽的空气称为绝干空气(简称干空气)。 湿空气是指含有水蒸气的空气, 是干空气和水蒸气的混合物。 特点:湿空气中水蒸气分压通常很低( 0.003~0.004MPa ), 可视为 理想气体。湿空气是理想气体的混合物,遵循理想气体状态方程。 道尔顿( Dalton )分压定律 : 湿空气中的水蒸气通常处于过热状态,干空气与过热水蒸气组成 的湿空气称为未饱和空气。 当水蒸气的分压达到对应温度下的饱和压力,水蒸气达到饱和 状态。由干空气与饱和水蒸气组成的湿空气称为饱和空气。
6
6 5.2.1.2 湿空气中水蒸气的量 5.2 干燥静力学 表示方式有三种:绝对湿度、相对湿度和湿含量。 ( 1 )绝对湿度 单位体积湿空气所含水蒸气的质量称为湿空气的绝对湿度,用 ρ v 表示, kg/m 3 。 根据理想气体状态方程: 对于饱和空气: 水在一个标准大气压下的饱和蒸汽压仅是温度的单值函数。 在 0 ℃ ~100 ℃范围及标准大气压下 说明:绝对湿度仅表示单位体积湿空气中水蒸气的质量的多少, 不能完全说明空气干燥能力。
7
7 5.2 干燥静力学 ( 2 )相对湿度 相对湿度是指湿空气的绝对湿度 ρ v 与相同温度下可能的最大绝对湿 度(即饱和空气的绝对湿度) ρ sv 的比值,用 表示。 ( p sv ≤p 时) 饱和度 相对湿度 与干燥能力的关系。 空气中水蒸气未饱和,湿空气能够继续接受水分(可以 用作干燥介质) 空气中水蒸气达到饱和,湿空气不能继续接受水分(不 能用作干燥介质) 空气中水蒸气过饱和,湿空气不能继续接受水分(不能 用作干燥介质) 空气中不含水蒸气,为绝干空气,干燥能力最强(可以 用作干燥介质)
8
8 5.2 干燥静力学 当作为干燥介质的湿空气被加热到相当高的温度时, p sv 可能大于总 压力。这种情况下,相对湿度的定义为: ( p sv > p 时) ( 3 )湿含量 空气的湿含量是指 1kg 干空气所携带的水蒸气质量(又称为比湿 度),以 d 表示, kg 水 /kg 干空气。 根据理想气体状态方程,有:
9
9 5.2 干燥静力学 总结: 绝对湿度:用在测定湿空气中水蒸气量的多少时,便于实 际测量; 相对湿度:用在描述湿空气的干燥能力时较为清楚,反映 湿空气继续接受水分的能力 ; 含湿量: 用在进行干燥计算时较为方便。 三者之间可以相互转换。
10
10 5.2.1.3 湿空气的温度参数 5.2 干燥静力学 ( 1 )干球温度 干球温度即是用普通温度计测得的湿空气的 真实温度, t 。 ( 2 )湿球温度 用水保持湿润的湿纱布包裹温度计的感温部位 (水银球) ,在平衡状态下,湿球温度计测 出的空气温度称为湿球温度,用 t w 表示。 由干球温度计和湿球温度计组合成的温度计称为干湿球温度计。 未饱和空气 饱和空气 水分汽化需要吸收热量 空气与温度计表面处于而平衡
11
11 5.2 干燥静力学 在平衡状态下,空气向湿纱布传递的热量恰好等于湿纱布表面水 分汽化所需热量。即: 湿球温度不 是湿空气的 状态参数 h 和 k d 与风速相关
12
12 5.2 干燥静力学 ( 3 )绝热饱和温度 绝热饱和过程 以 1kg 干空气为基准,热量平衡关系如下: 湿空气的 状态参数 湿空气降温 —— 放出显热 —— 焓降低; 湿空气增湿 —— 吸收潜热 —— 焓增加。 通常情况下可以用湿球温 度代替绝热饱和温度
13
13 5.2 干燥静力学 ( 4 )露点 当未饱和湿空气中水蒸气分压或含湿量不变时,湿空气冷却到饱和 状态( =100 %)的温度称为露点,用 t d 表示。 分析:湿空气在露点温度下处于饱和状态,其湿含量保持不变。 ( kg 水蒸气 /kg 干空气) 湿空气的 状态参数 总结:对空气 - 水系统, t w ≈t as , 对于饱和空气: 。 对于未饱和空气: ;
14
14 5.2.1.4 湿空气的密度 5.2 干燥静力学 湿空气的密度 湿空气的密度表示单位体积湿空气的质量,用 ρ 表示,kg/m 3 。它也 表示湿空气中空气的质量浓度与水蒸气的质量浓度之和,即:
15
15 5.2.1.5 湿空气的比热和焓 5.2 干燥静力学 ( 1 )湿空气的比热 湿空气的比热是指 1kg 干空气及其所携带的 dkg 水蒸气升高或降低 单位温度所吸收或释放的热量,用 c w 表示, kJ/(kg 干空气 · ℃ ) 。 c w =c a +dc v 0 ~ 120 ℃ c w = 1.005+1.85d ( 2 )湿空气的焓 湿空气的焓是以 1kg 干空气为基准,是指 1kg 干空气的焓及其所携带 的 d kg 水蒸气的焓值之和,用 h 表示, kJ/kg 干空气 。 以 0 ℃时的干空气和 饱和水为焓基准点 0 ~ 120 ℃ h a = c a t = 1.005t
16
16 5.2 干燥静力学 【例 5.1 】已知大气压 p=101325Pa ,相对湿度 =40% ,温度 t=80 ℃, 求湿空气的湿含量 d 、焓 h 及密度 ρ 。 【解】 由表 5.1 查得空气在 80 ℃时的饱和蒸气压 p sw =47.3465KPa , 于是有 :
17
17 例:在容积为 50m 3 的空间中,空气温度为 30 ℃,相对湿度为 60% , 大气压强 p =101.3kPa 。求湿空气的露点、含湿量、干空气的质量、 水蒸气质量和湿空气的焓值。 5.2 干燥静力学 解:由饱和水蒸气表 5-1 查得, t=30 ℃时, p sv = 4.243 KPa ,所以 p v = φ p sv =0.6×4.243 =2.546kPa 反查饱和水蒸气表,可得 t d =21.25 ℃ 干空气分压: 干空气质量: 水蒸气质量: 湿空气的焓: = ( 1.005+1.85×0.016 ) ×30+2501×0.016 = 71.05 kJ/ ( kg 干空气)
18
18 例:在一个标准大气压下 (101.325kPa), 由干湿球温度计测得空气的干球 温度和湿球温度分别为 30 ℃和 20 ℃。求湿空气的 d 、 、 h 、 p v 、 p a 。 t as = 20 ℃; γ as = γ w = 2453kJ/kg ; d as = d w = 0.0147 kg 水蒸气 /kg 干空气, C w = 1.005+1.85X d = 0.0105 温度为 30 ℃时 = 39.6 % = 56.99kJ/ ( kg 干空气) 水蒸气分压 干空气分压 kPa 【解】:由表 5-1 中查得, 20 ℃和 30 ℃时饱和水蒸气分压分别为 p sv1 =2.338kPa 和 p sv2 =4.243kPa ,由附录查得 20 ℃时水的汽化潜热 w =2453kJ/kg , 20 ℃时饱和湿空气的湿含量为 kg 水蒸气 /kg 干空气 30 ℃时空气的 焓
19
19 湿空气的 I-x 图 1. I-x 图的组成 等湿含量线 ( 等 d 线 ) 等焓线 ( 等 I 线 ) 等干球温度线 ( 等 t 线 ) 等相对湿度线 ( 等 线 ) 等湿球温度线 ( 等 t wb 线 ) 水蒸汽分压线 ( 等 p w 线 ) I- x 图的组成
20
20 5.2.2 湿空气状态的变化过程 5.2 干燥静力学 5.2.2.1 加热和冷却过程 空气的加热过程 根据稳定流动能量方程,加热和冷却过程中的吸热量和放热量分 别等于过程中的湿空气焓增加值和减小值。 d1 d
21
21 5.2.2.2 加湿和去湿过程 5.2 干燥静力学 热空气的加湿过程 无外加热源的物料干燥过程可以看 作是绝热加湿过程。绝热加湿过程 中,湿空气的焓保持不变,而相对 湿度和湿含量均增加,湿空气温度 降低。各状态参数之间的具体关系 绝热去湿过程各状态参数的大小关系与上式相反。 注意:在外界有热量交换的加湿或去湿过程中,焓值将增加或减 小。各参数在加湿或去湿过程中的计算可以根据过程特点及状态 参数之间的关系确定。 d1 d2
22
22 5.2 干燥静力学 5.2.2.3 绝热混合过程 在混合时,气流与外界的热交换量很少,此过程可视为绝热过程。 忽略混合过程中微小的压力变化,设 混合前: 、 d 1 、 h 1 和 、 d 2 、 h 2 , 混合后: 、 d 3 、 h 3 空气质量守恒 湿空气中水蒸气质量守恒 能量守恒 两股气流的混合
23
23 干燥过程 5.2 干燥静力学 干燥过程包括湿空气的加热过程和绝热吸湿过程。 例 : 已知空气 t 1 =30 ℃、 p v1 =2.938kPa ,将该空气送入加热器进行加热 后, t 2 =60 ℃,然后送入干燥器中作为干燥介质。空气流出干燥器时 的温度 t 3 =35 ℃。求空气在加热器中吸收的热量和 1kg 干空气的所吸 收的水分。大气压强 P=0.1MPa 。 解:从饱和水蒸气表中可知,当 t 1 =30 ℃, p sv1 = 4.243kPa ; t 2 =60 ℃, p sv2 =19.916kPa ; t 3 =35 ℃, p sv3 =5.6231kPa 相对湿度 1 湿含量 1 焓1焓1
24
24 5.2 干燥静力学 加热过程: d 2 =d 1 =0.0188kg 水蒸气 /kg 干空气, 空气在加热器所吸收的热量: q= h 2 - h 1 =31.19 kJ/kg 干空气。 在干燥器中的吸湿过程中焓不变: h 2 =h 3 =109.4kJ/kg 干空气。 干燥过程中吸收水分: △ d= d 3 - d 2 =0.0289 - 0.0188=0.0101 kg 水蒸气 /kg 干空气 相对湿度 2 湿含量 2 焓2焓2 焓3焓3 湿含量 3
25
25 5.2 干燥静力学 d 0 =d 1 d 2 d C(t 2,I 2,d 2 )
26
26 5.2.3 水分在气 - 固两相间的平衡 5.2.3.1 结合水与非结合水 能否用干 燥方法 化学结合水 物理化学结合水 5.2.3.2 平衡水分和自由水分 物料中所含水分 除水的难易 结合水 非结合水 湿物料中水分 平衡水分 自由水分 ( 1 )平衡水分 平衡含水量是物料在一定空气状态下被干燥的极限。 比较物料的含水量( X )与平衡含水量( X* )的大小可判断过 程进行的方向。 5.2 干燥静力学 难 易 能 不能
27
27 ( 2 )自由含水量 物料中所含大于平衡含水量的那一 部分含水量,即可在一定空气状态 下用干燥方法去除的水分称为自由 含水量,其大小为( X—X* )。 利用平衡含水量曲线可确定物料中 结合含水量与非结合含水量的大小, 判断水分去除的难易程度。 物料的平衡含水量 曲线 5.2 干燥静力学 X X* 干燥不再进行 X > X* 干燥进行
Similar presentations
© 2024 SlidePlayer.com. Inc.
All rights reserved.