化工原理ppt课件142干燥静力学

14.2 干燥静力学干燥静力学14.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数 14.2.2 湿空气的湿度图及应用湿空气的湿度图及应用 14.2.3 水分在气水分在气固两相间的平衡固两相间的平衡14.2 干燥静力学14.2.1 湿空气的状态参数 114.2.1 湿空气的状态参数湿空气的状态参数 注意：湿空气中的各种有关性质均以注意：湿空气中的各种有关性质均以1kg绝干空气为绝干空气为基准基准 一、一、空气中水分含量的表示方法空气中水分含量的表示方法 1.水汽分压水汽分压pV与露点与露点td 露点：露点：总压一定的情况下，将不饱和空气总压一定的情况下，将不饱和空气等湿降温等湿降温至饱和至饱和时空气的温度。时空气的温度。实验测定：定：在在总压不不变的条件下将空气与不断降温的的条件下将空气与不断降温的冷壁相接触，直至空气在光滑的冷壁表面上析出水冷壁相接触，直至空气在光滑的冷壁表面上析出水雾，此，此时的冷壁温度称的冷壁温度称为露点。露点。14.2.1 湿空气的状态参数 注意：湿空气中2结果分析：结果分析：水汽分水汽分压为pV的的湿空气在露点温度下达到饱和状态湿空气在露点温度下达到饱和状态 水汽在温度水汽在温度为td时对应的的饱和蒸汽和蒸汽压为pd 结果分析：水汽分压为pV的湿空气在露点温度下达到饱和状态 32.空气的湿度空气的湿度H定义：定义：1kg干空气所带有的水汽量，单位是干空气所带有的水汽量，单位是kg/kg干气干气 特例：特例：饱和湿度和湿度2.空气的湿度H定义：1kg干空气所带有的水汽量，单位是k43.相对湿度相对湿度定义定义计算计算例如：总压为例如：总压为101.3kPa，空气温度低于，空气温度低于100。3.相对湿度定义计算例如：总压为101.3kPa，空气温度5相对湿度的意义相对湿度的意义空气中水汽已饱和，不能再接纳水分空气中水汽已饱和，不能再接纳水分愈小，空气距离饱和越远，可接纳的水分愈多愈小，空气距离饱和越远，可接纳的水分愈多 湿度湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而相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。对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。结论结论之间的函数关系之间的函数关系相对湿度的意义空气中水汽已饱和，不能再接纳水分愈小，空气距离6【例【例14-1】湿空气中水的蒸汽分压湿空气中水的蒸汽分压 pV=17.5mmHg，总压，总压p=760mmHg，求，求20 时的相对湿度时的相对湿度 ；若空气分；若空气分别被加热到别被加热到50和和120，求，求 值值。【例14-1】74.干、湿球温度干、湿球温度 在空气流中放置一支普通温度计，所测得空气的温在空气流中放置一支普通温度计，所测得空气的温度为度为t，相对于湿球温度而言，此温度称为空气的干球温，相对于湿球温度而言，此温度称为空气的干球温度。度。(1)干球温度干球温度(2)湿球温度湿球温度 条件：条件：a.大量空气与少量水接触大量空气与少量水接触 b.空气流速足够大空气流速足够大(5m/s)，气温不太高，气温不太高，能排除热辐射与流动条件能排除热辐射与流动条件对测量的影响。对测量的影响。4.干、湿球温度 在空气流中放置一支普通温度计8单位时间由空气向湿纱布传递的热量单位时间由空气向湿纱布传递的热量动态平衡的条件动态平衡的条件单位时间自湿纱布表面汽化水分所需的热量单位时间自湿纱布表面汽化水分所需的热量单位时间由空气向湿纱布传递的热量动态平衡的条件单位时间自湿纱9单位时间由空气向湿纱布传递的热量单位时间由空气向湿纱布传递的热量单位时间自湿纱布表面汽化水分所需的热量单位时间自湿纱布表面汽化水分所需的热量 湿空气在温度湿空气在温度tw下的饱和湿度，下的饱和湿度，kg水水/kg干气干气 当流速足够大时，热、质传递均以对流为主，当流速足够大时，热、质传递均以对流为主，且且kH及及都与空气速度的都与空气速度的0.8次幂成正比，一般在气次幂成正比，一般在气速为速为3.810.2m/s的范围内，比值的范围内，比值/kH近似为一常近似为一常数数(对水蒸汽与空气的系统，对水蒸汽与空气的系统，/kH=0.961.005)。此时，湿球温度此时，湿球温度tw为湿空气温度为湿空气温度t和湿度和湿度H的函数。的函数。单位时间由空气向湿纱布传递的热量单位时间自湿纱布表面汽化水分105 绝热饱和温度绝热饱和温度tas 绝热饱和温度：绝热饱和温度：空气绝热增湿至饱和时的温度。空气绝热增湿至饱和时的温度。气体放出的显热液体汽化潜热气体放出的显热液体汽化潜热 过程特点：过程特点：降温降温 增湿增湿 等焓等焓计算基准：计算基准：1kg干空气干空气5 绝热饱和温度tas 绝热饱和温度：空气绝热增湿至饱和时的116.湿球温度湿球温度 tw 与绝热饱和温度与绝热饱和温度 tas 的关系的关系tw ：大量空气与少量水接触，大量空气与少量水接触，空气空气t、H不变不变；tas ：大量水与一定量空气接触，：大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿空气降温、增湿。tw ：是传热与传质速率均衡的结果，属于：是传热与传质速率均衡的结果，属于动平衡动平衡；tas ：是由热量横算与物料衡算导出的，属于：是由热量横算与物料衡算导出的，属于静平衡静平衡。tw 与与 tas 数值上的差异取决于数值上的差异取决于/kH 与与cH两者之间的差别。两者之间的差别。对于空气对于空气-水体系水体系 tw tas6.湿球温度 tw 与绝热饱和温度 tas 的关系tw 127.湿空气的湿空气的t，tw，td，tas 的关系的关系饱和湿空气：饱和湿空气：ttw(tas)td不饱和湿空气：不饱和湿空气：ttw(tas)td7.湿空气的t，tw，td，tas 的关系饱和湿空气：13二、二、与过程计算有关的参数与过程计算有关的参数 1.湿空气的焓湿空气的焓 湿空气的焓湿空气的焓I:1kg干空气及其所干空气及其所带H kg水汽所具有的水汽所具有的焓，焓，kJ/kg干气。干气。焓是状态函数焓是状态函数，焓变是状态函数的增量。，焓变是状态函数的增量。焓的基准状态：焓的基准状态：干气体干气体 0的气体的气体水汽水汽 0的液态水的液态水二、与过程计算有关的参数 1.湿空气的焓 湿14 1kg干空气的干空气的焓1kg水汽的水汽的焓湿空气的湿空气的焓I 1kg干空气的焓1kg水汽的焓湿空气的焓I15干气比热容，空气为干气比热容，空气为1.01kJ/（kg）蒸汽比热容，水汽为蒸汽比热容，水汽为1.88 kJ/（kg）0时水的汽化热，取时水的汽化热，取2500 kJ/（kg）湿空气的比热容（湿比热容）湿空气的比热容（湿比热容）cpH 湿空气的比热容：湿空气的比热容：将将1kg干空气和其所带的干空气和其所带的Hkg水水蒸气的温度升高蒸气的温度升高1所需的热量。所需的热量。空气空气-水系水系统 干气比热容，空气为1.01kJ/（kg）蒸汽比热容，水162.湿空气的比体积湿空气的比体积 湿空气的比体湿空气的比体积vH：指指1kg干气及所带的干气及所带的Hkg水汽所占水汽所占的总体积，单位的总体积，单位m3/kg干气。干气。在在常常压下下1kg干空气的体干空气的体积为在在常压常压下下Hkg水汽的体水汽的体积为常常压下温度下温度为t、湿度为、湿度为H的湿空气比体积为的湿空气比体积为2.湿空气的比体积 湿空气的比体积vH：指1kg干17湿空气密度湿空气密度 压力力为p(Pa)、温度温度为t、湿度为、湿度为H的湿空气比体的湿空气比体积为积为湿空气密度 压力为p(Pa)、温度为t、湿1814.2.2 湿空气的湿度图及应用湿空气的湿度图及应用 约束方程束方程 独立独立变量量:HpVIttwtd p一定时独立参数：两个一定时独立参数：两个 独立参数的选取独立参数的选取t HI H14.2.2 湿空气的湿度图及应用 约束方程 独立变量:19一、一、空气空气-水体系的水体系的I-H图图 1.等等I线线2.等等H线线3.等等t线线4.等等线线一、空气-水体系的I-H图 1.等I线2.等H线3.20 当当H一定时，一定时，t，吸收水汽能力，吸收水汽能力。所以。所以湿空气湿空气进入干燥器之前须先经过预热进入干燥器之前须先经过预热以以提高其温度和焓值提高其温度和焓值有利于有利于载热外，同时也是为了载热外，同时也是为了降低相对湿度降低相对湿度而有利于载湿；而有利于载湿；=100%的的线称为饱和曲线线称为饱和曲线 此线上方为未饱和区域此线上方为未饱和区域 此线下方为过饱和区域此线下方为过饱和区域 ps=100kPa=p,H=常数常数 说明说明:一定一定,t 99.7 当H一定时，t，吸收水汽能力。所以21二、二、空气空气-水体系的水体系的H-t图图 1.等等t线线(等干球温度线等干球温度线)2.等等H线线(等湿度线等湿度线)3.等等线线(等相对湿度线等相对湿度线)4.4.绝热冷却线绝热冷却线(等湿球温度温度线等湿球温度温度线)二、空气-水体系的H-t图 1.等t线(等干球温度线)22三、湿度图的应用三、湿度图的应用 1.确定空气的状态确定空气的状态确定唯一的空气状确定唯一的空气状态点点A 2.加热与冷却过程加热与冷却过程 加热过程加热过程 H不变不变,t,I冷却过程冷却过程 t1t2 t2td H不变不变,t,I t2td t1td H不变不变tdt2三、湿度图的应用 1.确定空气的状态确定唯一的空气状态点A23【例【例14-2】在总压为】在总压为101.3kPa下，空气的温度下，空气的温度为为20，湿度为，湿度为0.01 kg水水/kg干气。试求：干气。试求：1.、td、tw；2.总压总压p与湿度与湿度H不变，将空气温度提高至不变，将空气温度提高至50时的时的；3.温度温度t与湿度与湿度H不变，将空气总压提高至不变，将空气总压提高至120kPa时的时的；4.若总压提高至若总压提高至300kPa，温度仍为，温度仍为20，每，每100m3原来的湿空气所冷凝出来的水分量？原来的湿空气所冷凝出来的水分量？【例14-2】在总压为101.3kPa下，空气的温度为202414.2.3 水分在气水分在气固两相间的平衡固两相间的平衡 一一、湿物料中水分含量的表示方法、湿物料中水分含量的表示方法 1.湿基含水量湿基含水量w kg水水/kg湿料湿料2.干基含水量干基含水量X kg水水/kg绝干物料干物料 3.二者关系二者关系 14.2.3 水分在气固两相间的平衡 一、湿物料中水分含25二二、水分与物料的结合方式、水分与物料的结合方式 附着水分附着水分 毛细管水分毛细管水分 湿物料内毛细管中所含的水分湿物料内毛细管中所含的水分 湿物料表面的机械附着的水分湿物料表面的机械附着的水分 溶胀水分溶胀水分 物料细胞壁或纤维皮壁内的水分物料细胞壁或纤维皮壁内的水分 化学结合水分化学结合水分 靠化学结合力与物料结合的水分靠化学结合力与物料结合的水分 水分种类水分种类 二、水分与物料的结合方式 附着水分 毛细管水分 湿物料26附着水分附着水分 毛细管水分毛细管水分 溶胀水分溶胀水分 化学结合水分化学结合水分 直径大的毛细管直径大的毛细管直径小的毛细管直径小的毛细管以机械力与物料结合以机械力与物料结合以化学力与物料结合以化学力与物料结合附着水分 毛细管水分 溶胀水分 化学结合水分 直径大27三、三、结合水分与非结合水分结合水分与非结合水分 总水分总水分=结合水分结合水分+非结合水分非结合水分 pe=ps的水分（附着水分和直径大的毛的水分（附着水分和直径大的毛细管中的水分）管中的水分）peps的水分（溶胀水分、直径小的毛细管中的水分、的水分（溶胀水分、直径小的毛细管中的水分、化学结合水分）化学结合水分）三、结合水分与非结合水分 总水分=结合水分+非结合水分 p28三三、干燥平衡曲线、干燥平衡曲线1.平衡蒸汽压曲线平衡蒸汽压曲线 物料中只要有非结合水分存在而不论其数量多少其平衡蒸汽压pe=pw.当含水量减少时，非结合水分不复存在，此后首先除去结合较弱的水，余下的是结合较强的水，因而平衡蒸汽压pe逐渐下降。三、干燥平衡曲线1.平衡蒸汽压曲线 物料中只要有非结292.平衡含水量与空气相对湿度曲线平衡含水量与空气相对湿度曲线 平衡水分：平衡水分：某物料与一定状态的空气（某物料与一定状态的空气（t,)接触接触,物料中的水分不再因与空气的时间延长而发生变化。物料中的水分不再因与空气的时间延长而发生变化。此时物料中所含水分称为该物料在一定状态下的平衡此时物料中所含水分称为该物料在一定状态下的平衡水分。水分。2.平衡含水量与空气相对湿度曲线 平衡水分：30平衡水分的特点：平衡水分的特点：a.平衡水分因物料种类不同而有很大的差别平衡水分因物料种类不同而有很大的差别 b.同一种物料的平衡水分也因空气状态不同而异同一种物料的平衡水分也因空气状态不同而异 c.平衡水分代表物料在一定空气状态下能被干燥的平衡水分代表物料在一定空气状态下能被干燥的限度限度.平衡水分的特点：a.平衡水分因物料种类不同而有很大的差别 b31四、平衡水分与自由水分四、平衡水分与自由水分 根据物料在一定的干燥条件下其中所含水分能否用根据物料在一定的干燥条件下其中所含水分能否用干燥的方法除去来划分干燥的方法除去来划分 自由水分自由水分能被干燥除去的水分能被干燥除去的水分平衡水分平衡水分不能被干燥除去的水分不能被干燥除去的水分水分能否被水分能否被干燥除去干燥除去四、平衡水分与自由水分 根据物料在一定的干燥条32 五、五、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分间的差异间的差异项目目平衡水分平衡水分自由水分自由水分结合水分合水分非非结合水分合水分区分区分标准准能否被干燥除去能否被干燥除去干燥的干燥的难易程度易程度影响因素影响因素湿空气的性湿空气的性质、物料性、物料性质物料本身的性物料本身的性质关系关系平衡水分一定平衡水分一定是是结合水分合水分非非结合水分一定合水分一定是自由水分是自由水分 五、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分33项目目平衡水分平衡水分自由水分自由水分结合水分合水分非非结合水分合水分区分区分标准准能否被干燥除去能否被干燥除去干燥的干燥的难易程度易程度影响因素影响因素湿空气的性湿空气的性质、物料性、物料性质物料本身的性物料本身的性质关系关系平衡水分一定平衡水分一定是是结合水分合水分非非结合水分一定合水分一定是自由水分是自由水分项目平衡水分自由水分结合水分非结合水分区分标准能否被干燥除去34