1、化工原理 第九章 干 燥第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)及濕度圖第一節(jié)概述第四節(jié)干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系第三節(jié)干燥過程中的物料衡算和熱量衡算第五節(jié)干燥設(shè)備 知識(shí)目標(biāo)掌握濕空氣各性質(zhì)參數(shù)的定義及其計(jì)算，HI圖的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用；干燥系統(tǒng)水分蒸發(fā)量、空氣消耗量、蒸氣消耗量、干燥產(chǎn)量以及干燥時(shí)間等的計(jì)算。理解濕物料中水分的性質(zhì)；干燥過程的機(jī)理及速率特征。了解各種干燥器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合及干燥器的選型。第九章 干 燥 能力目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)，能熟練應(yīng)用濕焓圖來確定濕空氣的狀態(tài)及性質(zhì)參數(shù)，會(huì)利用干燥過程的物料衡算和熱量衡算、平衡關(guān)系和速率關(guān)系進(jìn)行干燥器最基本的計(jì)算，確定干燥過程物流間的關(guān)系、干燥時(shí)間的計(jì)算及干燥設(shè)備

2、的選型。第九章 干 燥 第一節(jié) 概 述 去濕方法的分類一、（1）機(jī)械去濕法。（2）吸附去濕法。除去濕物料中濕分（大多為水分）的操作，工業(yè)上稱為去濕。常用的去濕方法有：（3）加熱去濕法。 第一節(jié) 概 述 干燥方法的分類二、干燥操作按照不同的方式可劃分為不同的種類。（1）按操作壓力不同，干燥可分為常壓干燥和真空干燥。真空干燥的溫度較低，適用于熱敏性、易氧化或要求含水量很低物料的干燥。（2）按操作方式劃分，干燥又可分為連續(xù)干燥和間歇干燥。連續(xù)干燥具有生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量均勻、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)點(diǎn)。（3）按照傳熱的方式分類，干燥可分為傳導(dǎo)干燥、對(duì)流干燥、輻射干燥、介電加熱干燥以及上述兩種或兩

3、種以上方式組合而成的聯(lián)合干燥。 第一節(jié) 概 述工業(yè)上應(yīng)用最多的是連續(xù)操作的對(duì)流干燥過程，即加熱后的干燥介質(zhì)在流動(dòng)的情況下以對(duì)流傳熱的方式將熱量傳給濕物料，濕物料中的濕分汽化被干燥介質(zhì)帶走。干燥介質(zhì)可以是不飽和的熱空氣、惰性氣體及煙道氣，其除去的濕分大都是水分。所以本章主要討論以不飽和熱空氣為干燥介質(zhì)，濕分為水的干燥過程。 第一節(jié) 概 述在對(duì)流干燥過程中，熱的空氣與物料直接接觸，兩者產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，熱空氣將熱量傳給物料，物料表面的水分受熱汽化并被空氣帶走，物料內(nèi)部的水分向表面擴(kuò)散。干燥介質(zhì)既是載熱體又是載濕體，物料在獲得熱量的同時(shí)，水分汽化由液相進(jìn)入氣相，所以干燥過程是傳熱、傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的過程。傳

4、熱的方向是由氣相到液相，傳熱的推動(dòng)力為熱空氣與濕物料之間的溫度差，傳質(zhì)的方向是由液相到氣相，傳質(zhì)的推動(dòng)力是物料表面水蒸氣的分壓與熱空氣中的水蒸氣分壓的差值，干燥速率由傳熱速率和傳質(zhì)速率共同控制。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖在對(duì)流干燥過程中，不飽和濕空氣既是載熱體又是載濕體，因而可通過空氣的狀態(tài)變化來理解干燥過程的傳熱、傳質(zhì)特性，為此，應(yīng)先了解濕空氣的性質(zhì)。濕空氣是由絕干空氣和水蒸氣組成的，干燥過程中濕空氣中的水分含量是不斷變化的，但絕干空氣的量不變，故以1kg絕干空氣作為基準(zhǔn)來研究濕空氣的性質(zhì)。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖 濕空氣的性質(zhì)一、（一）濕度H濕度又稱濕含量，是濕空氣中水汽的質(zhì)量與

5、絕干空氣的質(zhì)量比。即 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖濕度也可以理解成1kg的絕干空氣對(duì)應(yīng)的濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量。常壓下濕空氣可視為理想氣體，由道爾頓分壓定律可知，混合氣體中各組分的摩爾比等于分壓比，則式（91）可變?yōu)槭街衟w水汽的分壓，Pa或kPa；p總壓，Pa或kPa。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖由此看出，當(dāng)總壓一定時(shí)，濕空氣的濕度是水汽分壓的函數(shù)，當(dāng)濕空氣中的水汽分壓等于該空氣溫度下純水的飽和蒸氣壓時(shí)，空氣達(dá)到飽和，相應(yīng)的濕度稱為飽和濕度，以Hs表示，即式中Hs空氣的飽和濕度，kg水汽/kg絕干空氣；ps空氣溫度下純水的飽和蒸氣壓，Pa或kPa。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（二）相對(duì)濕度

6、在一定總壓下，濕空氣中水汽分壓pw與同溫度水的飽和蒸氣壓ps的百分比稱為相對(duì)濕度百分?jǐn)?shù)，簡(jiǎn)稱為相對(duì)濕度，以表示，即 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖濕度是濕空氣含水量的絕對(duì)值，由濕度不能判別濕空氣能否作為干燥介質(zhì)。相對(duì)濕度反映空氣的不飽和程度，由其可判斷濕空氣能否作為干燥介質(zhì)。當(dāng)pw=ps時(shí)，=1，表示濕空氣被水汽所飽和，稱為飽和空氣，飽和空氣不能再吸收水分，因此不能作為干燥介質(zhì)；當(dāng)pw=0時(shí)，=0，表示濕空氣中不含水分，為絕干空氣，這時(shí)的空氣具有最大的吸濕能力。所以相對(duì)濕度值越小，表明該濕空氣的不飽和程度越大，其干燥能力越強(qiáng)。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖將式（94）代入式（92）可得H與的關(guān)系

7、式為由式（95）知，當(dāng)壓力一定時(shí)，濕空氣的濕度是溫度和相對(duì)濕度的函數(shù)。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖若已知空氣的濕度H值，怎樣計(jì)算1kg濕空氣中絕干空氣的質(zhì)量？思考題9-1 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（三）濕空氣的比容濕空氣中，1 kg絕干空氣與其所帶的Hkg水汽的總體積稱為濕空氣的比容，又稱為濕容積，以vH表示，若濕空氣視為理想氣體，則vH=1 kg絕干空氣的體積+H kg水汽的體積其中，1 kg絕干空氣的體積為 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖H kg水汽的體積為 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（四）濕空氣的比熱容常壓下，含1 kg絕干空氣和含有H kg水汽的濕空氣溫度升高（或降低）1 所吸收

8、（或放出）的熱量稱為比熱容，又稱濕熱。表達(dá)式為cH=cg+cwH （97）式中cH濕空氣的比熱容，kJ/（kg絕干空氣）；cg絕干空氣的比熱容，kJ/（kg絕干空氣）；cw水汽的比熱容，kJ/（kg水汽）。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖在常用的溫度范圍內(nèi)，cg、cw可按常數(shù)處理，cg=1.01kJ/（kg絕干空氣），cw=1.88kJ/（kg水汽）。將其代入式（97），得cH=1.01+1.88H (97a)顯然，比熱容僅是濕度的函數(shù)。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（五）離心泵的工作原理當(dāng)濕空氣的溫度為t，濕度為H時(shí)，1kg絕干空氣和Hkg水汽的焓之和為濕空氣的焓值，以IH表示，即IH=Ig+

9、HIw （98） 式中IH濕空氣的焓，kJ/kg絕干空氣；Ig絕干空氣的焓，kJ/kg絕干空氣；Iw水汽的焓，kJ/kg水汽。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖焓是相對(duì)值，計(jì)算時(shí)必須規(guī)定基準(zhǔn)溫度和基準(zhǔn)狀態(tài)，一般規(guī)定0的絕干空氣及0的液態(tài)水的焓值均為零，對(duì)于溫度為t，濕度為H的濕空氣，其焓值包括由0的水變?yōu)?的水蒸氣所需的熱及濕空氣由升0溫至t所需熱量之和，即IH=cHt+Hr0=(1.01+1.88H)t+2490H （98a）可以看出，濕空氣的焓是溫度和濕度的函數(shù)。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖【例 9-1】 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖解得=94.3%水汽分壓:

10、pw=ps=0.9434.2464=4.004kPa比容:HJ2.1mm由式（9-6）求比容，即 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖比熱容:由式（9-7a）求比熱容，即 cH=1.01+1.88H=1.01+1.880.0256=1.058kJ/(kg絕干氣)焓:用式（9-8a）求濕空氣的焓，即I=(1.01+1.88H)t+2490H=(1.01+1.880.0256)30+24900.0256=95.49 kJ/kg絕干氣 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（2）根據(jù)密度的定義得相對(duì)濕度：查出50 時(shí)水蒸氣的飽和蒸氣壓為12.340kPa。當(dāng)空氣被加熱時(shí)，濕度并沒有變化，若總壓恒定，則水汽的分壓也將不

11、變，故 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖水汽分壓：因空氣濕度沒變，故水汽分壓仍為4.004kPa。比容：50 時(shí)的比容為 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖比熱容：由式（9-7）知濕空氣的比熱容只是濕度的函數(shù)，因此，濕空氣被加熱后，其比熱容不變，為1.058kJ(kg絕干空氣)。焓： I=(1.01+1.880.0256)50+24900.0256=116.7kJ/kg絕干空氣HJ由上計(jì)算可看出，濕空氣被加熱后雖然濕度沒有變化，但相對(duì)濕度降低了，所以在干燥操作中，總是先將空氣加熱后再送入干燥器內(nèi)，目的是降低相對(duì)濕度以提高吸濕能力。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（六）濕空氣的溫度干球溫度1.用普通溫度計(jì)直

12、接測(cè)得的濕空氣的溫度稱為濕空氣的干球溫度，簡(jiǎn)稱溫度，以t表示。它是濕空氣的真實(shí)溫度。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖濕球溫度2.用濕紗布包裹溫度計(jì)的感溫部分，紗布下端浸在水中，以保證紗布一直處于充分潤(rùn)濕狀態(tài)，這種溫度計(jì)稱為濕球溫度計(jì)，如圖91所示。圖91 濕球溫度的測(cè)量 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖將濕球溫度計(jì)置于溫度為t、濕度為H的流動(dòng)著的不飽和空氣中，濕紗布中的水分必然要汽化，并向空氣主流中擴(kuò)散，濕紗布中水分汽化所需要吸收的熱量主要是空氣與水分之間存在著溫度差，空氣以對(duì)流傳熱的方式向濕紗布傳遞熱量，當(dāng)空氣傳遞的熱量不能滿足濕紗布中水分汽化需要的熱量時(shí)，濕紗布自身溫度降低放出顯熱，為其水分汽化

13、提供熱量，隨著水分蒸發(fā)時(shí)間的延長(zhǎng)，空氣與濕紗布間的溫度差增加，空氣對(duì)濕紗布的對(duì)流傳熱速率提高，當(dāng)空氣傳給水分的顯熱恰好等于水分汽化所需的潛熱時(shí)，空氣與濕紗布間的熱質(zhì)傳遞達(dá)到平衡，濕球溫度計(jì)上的溫度維持恒定。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖根據(jù)傳熱和傳質(zhì)的基本理論，熱質(zhì)傳遞達(dá)到平衡時(shí)，理論上可推導(dǎo)濕球溫度tw的計(jì)算公式為 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖式中tw空氣的濕球溫度，即濕紗布表面的溫度，；t空氣的溫度，； kH以濕度差為推動(dòng)力的傳質(zhì)系數(shù)，kg/m2s；空氣與濕紗布間的對(duì)流傳熱系數(shù)，W/m2；rtw濕球溫度tw下水的汽化潛熱，kJ/kg；Hs,tw濕球溫度tw下空氣的飽和濕度，kg/kg絕干氣

14、；H是空氣的濕度，kg/kg絕干氣。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖實(shí)驗(yàn)表明，一般情況下上式中的kH和都與空氣速度的0.8次方成正比，故可認(rèn)為其比值與氣流速度無關(guān)，對(duì)于空氣水蒸氣系統(tǒng)，/kH=1.。濕球溫度tw不是濕空氣的真實(shí)溫度，它是濕空氣溫度t和濕度H的函數(shù)。當(dāng)濕空氣的溫度一定時(shí)，不飽和濕空氣的濕球溫度總低于干球溫度，空氣的濕度越高，濕球溫度越接近于干球溫度，當(dāng)空氣為水汽所飽和時(shí)，濕球溫度就等于干球溫度。在一定總壓下，只要測(cè)出濕空氣的干、濕球溫度，就可用式（99）算出空氣的濕度。應(yīng)指出，在測(cè)濕球溫度時(shí)，空氣的流速應(yīng)大于5m/s,以減少輻射與導(dǎo)熱的影響。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖絕熱飽和冷

15、卻溫度3.圖92所示為一絕熱飽和冷卻塔，塔與外界絕熱，一定量不飽和空氣與大量水在絕壓飽和冷卻塔中充分接觸，水分會(huì)不斷汽化進(jìn)入空氣中，絕熱情況下的熱量只能在氣液兩相間傳遞，可以認(rèn)為大量的循環(huán)水水溫不變，汽化所需的熱量只能由空氣自身溫度下降放出顯熱供給，空氣失去顯熱，被水吸收后，產(chǎn)生的水蒸氣又將這部分熱量以汽化潛熱的形式帶回至空氣中，故空氣的焓值可視為不變。若兩相有足夠長(zhǎng)的接觸時(shí)間，最終空氣為水汽所飽和，空氣在塔內(nèi)的狀態(tài)變化是等焓、降溫、增濕直到飽和的過程，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度就是濕空氣的絕熱飽和冷卻溫度，與之相應(yīng)的濕度稱為絕熱飽和濕度，以tas表示。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖圖92 絕熱飽和

16、冷卻塔示意圖1.塔身 2.填料 3.循環(huán)泵 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖對(duì)圖92所示的塔作熱量衡算，即可求出絕熱飽和溫度與濕空氣其他性質(zhì)間的關(guān)系，即式中Has絕熱飽和濕度，kg/kg絕干空氣； tas絕熱飽和冷卻溫度，；ras絕熱飽和冷卻溫度下水的汽化熱，kJ/kg。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖上式中的ras、Has是tas的函數(shù)，cH是H的函數(shù)。由此，絕熱飽和溫度tas是濕空氣初始溫度t和濕度H的函數(shù)，它是濕空氣在絕熱、冷卻、增濕過程中達(dá)到的極限冷卻溫度。在一定的總壓下，只要測(cè)出濕空氣的初始溫度和絕熱飽和溫度tas，就可用式（910）算出濕空氣的濕度H。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于湍流狀態(tài)下的水蒸氣空氣

17、系統(tǒng)，常用溫度范圍內(nèi)/kH與濕空氣比熱容cH值很接近，同時(shí)rasrw，故在一定溫度t與濕度H下，比較式（99）和式（910）可以看出，濕球溫度近似等于絕熱飽和冷卻溫度，即 tastw （911） 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖對(duì)于水蒸氣空氣系統(tǒng)，絕熱飽和冷卻溫度tas與濕球溫度tw在數(shù)值上近似相等，且兩者均為初始濕空氣溫度和濕度的函數(shù)，但兩者是兩個(gè)完全不同的概念。對(duì)于水蒸氣空氣以外的系統(tǒng)，式（911）就不一定成立了，如甲苯蒸氣空氣系統(tǒng)， /kH=18，此時(shí)，tas與tw就不相等。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖露點(diǎn)4. 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖式(912)也可改寫為在一定的總壓下，若已知空氣的

18、露點(diǎn)，可用式（912）算出空氣的濕度；反之，若已知空氣的濕度，可用式（912a）算出露點(diǎn)下的飽和蒸氣壓，再?gòu)乃魵獗碇胁榈孟鄳?yīng)的溫度，即得露點(diǎn)。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖根據(jù)以上分析，對(duì)水蒸氣空氣系統(tǒng)，干球溫度t、絕熱飽和溫度tas（即濕球溫度tw）及露點(diǎn)td三者之間的關(guān)系為對(duì)不飽和空氣： ttw (或tas) td對(duì)飽和空氣：ttas (或tw) td 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖通常露點(diǎn)溫度、濕球溫度、干球溫度的大小關(guān)系如何？何時(shí)三種相等？為什么已知空氣的干球溫度和濕球溫度，就可以確定空氣的濕度？思考題9-2 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖【例9-2】 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（2）

19、預(yù)熱器中加入的熱量Q=LcH (t1-t2)=100(1.01+1.880.0160)(100-30)=7280 kJ/h(3)進(jìn)入預(yù)熱器的濕空氣體積流量 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖 濕空氣的HI圖二、利用上述公式計(jì)算濕空氣的性質(zhì)比較麻煩。工程上為了計(jì)算方便，常將濕空氣的各參數(shù)標(biāo)繪成圖，常用的有濕度焓（HI）圖和溫度濕度（tH）圖等，在此僅介紹應(yīng)用最廣的HI圖。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（一）HI圖的構(gòu)造濕空氣的HI圖如圖93所示，它是根據(jù)常壓數(shù)據(jù)繪制的，以I為縱坐標(biāo)，以H為橫坐標(biāo)，為了使圖中各曲線分散開，提高讀數(shù)的準(zhǔn)確性，兩坐標(biāo)軸的夾角135，為了便于讀數(shù)

20、H數(shù)值，將斜軸上濕度H的數(shù)值投影在輔助水平軸上，圖中有五條線。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖圖 93 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（1）等濕度（等H線）群。等濕度線是一系列平行于縱軸的直線。圖93中H的讀數(shù)范圍為00.2kg/kg絕干氣。（2）等焓線（等I線）。等焓線是一系列平行于斜軸的直線，圖93中I的讀數(shù)范圍為0680kJ/kg絕干氣。（3）等干球濕度線（等t線）。由式(98a)可得I=(1.88 t+2490)H+1.01t （913）由式（913）知，當(dāng)溫度t一定時(shí)，H與I呈線性關(guān)系。規(guī)定不同的t值，按此式可在HI 圖中，繪出一系列的等溫線。由于等溫線斜率（1.88 t+2490）是溫

21、度的函數(shù)，因此等溫線是不平行的，溫度越高，等溫線斜率越大。圖93中t的讀數(shù)范圍為0250。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（4）等相對(duì)濕度線（等線）群。等線是用前面介紹的式（95），即當(dāng)總壓一定時(shí)，任意規(guī)定相對(duì)濕度值，上式變?yōu)镠與ps（或t）的關(guān)系式。依此算出若干組H與t的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并標(biāo)繪于HI坐標(biāo)圖中，即為一條等線，取一系列的值，可得一系列等線。圖93中共有11條等線，由=5%到=100%。=100%等線稱為飽和空氣線，此時(shí)空氣被水汽所飽和。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（5）蒸氣分壓線。將式(92)改為總壓p一定時(shí)，上式表示水汽分壓pw與濕度H間的關(guān)系。給出一系列的濕度H值，按式（914）算

22、出若干組相應(yīng)的pw值，并標(biāo)繪于HI圖上，得到蒸氣分壓線。為了使讀數(shù)方便，蒸氣分壓線標(biāo)繪在=100%曲線的下方，分壓坐標(biāo)軸在圖的右邊。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖當(dāng)空氣的溫度大于100 時(shí)，相對(duì)濕度線在HI圖上如何變化？思考題9-3 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖（二）HI圖的應(yīng)用如圖94所示，已知空氣的任一狀態(tài)點(diǎn)A，可由HI圖查出濕空氣的其他性質(zhì)參數(shù)，即由通過A點(diǎn)的等t、等H、等I線可確定A點(diǎn)的溫度、濕度和焓。因?yàn)槁饵c(diǎn)是在空氣等濕冷卻至飽和時(shí)的溫度，所以等H線=100%的飽和空氣線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的等t線所示的溫度即為露點(diǎn)td。絕熱飽和溫度是空氣等焓增濕降溫至飽和時(shí)的溫度，因此，由等I線與=100

23、%的飽和空氣線交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的等t線所示的溫度即為絕熱飽和溫度tas，對(duì)于水蒸氣空氣系統(tǒng)，它也是濕球溫度tw。水汽的分壓值由等H線與蒸氣分壓線的交點(diǎn)讀出。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖圖94 HI圖的應(yīng)用 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖已知濕空氣任意兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，可在HI圖上確定其狀態(tài)點(diǎn)，如（t,H）、(t, )、 (H,I) 等。若已知濕空氣的兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)分別為（t，tw）、（t，td）、（t，），濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)A的確定方法分別示于圖95（a）、（b）及（c）中。在確定濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)時(shí)，若給出td，則相當(dāng)于已給出了濕空氣的等H線；若給出tw（或tas），則相當(dāng)于已給出了濕空氣的等I線。所以（td

24、，H）、（p，H）、(td，p)、（tw，I）、（tas，I ）等都不是相互獨(dú)立的，它們不是在同一條等H線上就是在同一條等I線上，因此不能通過它們?cè)贖I圖上確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)。 第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖圖95 在HI圖中確定濕空氣的狀態(tài) 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算對(duì)流干燥的操作中，常常會(huì)根據(jù)工藝條件（如已知被干燥物料的流量、干燥前后物料中的含水量和濕空氣進(jìn)入干燥器的狀態(tài)）要求設(shè)計(jì)者在確定了濕空氣離開干燥器的狀態(tài)后，計(jì)算水分的蒸發(fā)量、空氣的消耗量，并據(jù)此確定干燥設(shè)備的工藝尺寸，選擇適宜型號(hào)的鼓風(fēng)機(jī)、換熱器等，這些均需通過干燥過程中的物料衡算和熱量衡算解決。 第三節(jié) 干燥過程中的物料

25、衡算和熱量衡算 干燥系統(tǒng)的物料衡算一、（一）物料濕含量的表示方法物料中的含水量通常有濕基含水量和干基含水量?jī)煞N表示方法。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算濕基含水量1. 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算干基含水量2.由于在干燥過程中，濕物料的質(zhì)量因水分失去而不斷減少，而絕干物料的質(zhì)量卻是不變的，因此，在干燥過程中，以干基含水量表示較為方便。干基含水量是指濕物料中的水分質(zhì)量與絕干物料質(zhì)量的比，以X表示，單位為kg水分/kg絕干料，即 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算（二）物料衡算通過對(duì)干燥器的物料衡算，可以獲得水分的蒸發(fā)量、空氣的消耗量及干燥產(chǎn)品的流量。圖97為連續(xù)逆流干燥器的

26、示意圖。設(shè)干燥器內(nèi)無物料損失，可對(duì)其進(jìn)行物料衡算。圖97 連續(xù)逆流干燥器的示意圖 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算水分蒸發(fā)量qmw1.根據(jù)質(zhì)量守恒定理，對(duì)濕物料進(jìn)行水分衡算，即qmw=qm1-qm2=qmc (X1-X2)( 918）對(duì)干燥介質(zhì)進(jìn)行水分衡算，即qmw=L(H1-H2)（918a） 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算式中qmw水分的蒸發(fā)量，kg水分/s；qmc絕干物料的質(zhì)量流量，kg絕干料/s；L絕干空氣的消耗量，kg絕干氣/s；H1，H2分別為空氣進(jìn)出干燥器時(shí)的濕度，kg/kg絕干氣；X1，X2分別為濕物料進(jìn)出干燥器的干基含水量，kg水分/kg絕干料；qm1，qm2分

27、別為濕物料進(jìn)出干燥器的流量，kg物料/s。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算空氣消耗量L2.對(duì)干燥器進(jìn)行水分衡算：LH1+qmcX1=LH2+qmcX2整理得式中L絕干空氣的流量，kg絕干料/s。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算因進(jìn)入干燥器的是濕空氣，故計(jì)算出L后還應(yīng)換算為濕空氣的消耗量，濕空氣的質(zhì)量流量為qm=L（1+H1），體積流量為qv=LvH 。將式（919）的等號(hào)兩邊同除以qmw，得式中l(wèi)單位空氣消耗量，kg絕干氣/kg水分，即每蒸發(fā)1kg水分所消耗的絕干空氣量。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算干燥產(chǎn)品流量qm23.對(duì)干燥器進(jìn)行絕干物料衡算得qm2 (1-W2)

28、=qm1 (1-W1) （921）解得式中，W1、W2分別為物料進(jìn)出干燥器時(shí)的濕基含水量。應(yīng)注意，干燥產(chǎn)品是指離開干燥器時(shí)的物料，并非是絕干物料，它仍是含少量水分的物料。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算 干燥系統(tǒng)的熱量衡算二、通過熱量衡算，可求得預(yù)熱器的熱負(fù)荷、向干燥器補(bǔ)充的熱量及干燥過程消耗的總熱量，它是預(yù)熱器傳熱面積、加熱介質(zhì)用量、干燥器尺寸以及干燥系統(tǒng)熱效率等計(jì)算的基礎(chǔ)。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算（一）熱量衡算的基本方程如圖98所示，常壓下原始濕空氣（t0，H0，I0）經(jīng)預(yù)熱器加熱溫度升至t1后進(jìn)入干燥器與濕物料逆流接觸，其溫度降低，濕度增加，然后作為廢氣（t2，H

29、2，I2）由干燥器排出，濕物料（質(zhì)量流量為qm1,溫度為1，濕基含水量為W1，焓為I1）與熱空氣接觸后使水分汽化得干燥產(chǎn)品（qm2，2，W2，I2）。分別對(duì)預(yù)熱器和干燥系統(tǒng)進(jìn)行熱量衡算。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算圖98 各流股進(jìn)出逆流干燥器的示意圖 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算（1）對(duì)預(yù)熱器進(jìn)行熱量衡算以質(zhì)量流量為基準(zhǔn)進(jìn)行熱量衡算，得 LI0+Qp=LI1 （923）在預(yù)熱器中，空氣的狀態(tài)變化是等濕升溫過程，即H1=H0，故預(yù)熱器的熱負(fù)荷為 Qp=L(I1-I0)=L(1.01+1088H0)(t1-t0) （924）（2）對(duì)干燥器進(jìn)行熱量衡算 QD=L(I2-I1)+

30、qmc (I 2-I1)+QL （925）（3）對(duì)整個(gè)干燥系統(tǒng)進(jìn)行熱量衡算 Q=Qp+QD=L(I2-I0)+qmc (I2-I1)+QL (926) 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算式中H0，H1，H2濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（即進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時(shí)的濕度，kg/kg絕干氣；I0，I1，I2分別為濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（即進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時(shí)的焓，kg/kg絕干料；t1，t2，t3分別為濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、離開預(yù)熱器（即進(jìn)入干燥器）及離開干燥器時(shí)的溫度， ；L絕干空氣的流量，kg絕干氣/s； 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算Qp單位時(shí)間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量，kW

31、；qm1，qm2分別為濕物料進(jìn)出干燥器的流量，kg物料/s；1，2分別為濕物料進(jìn)出干燥器的溫度，；X1，X2分別為濕物料進(jìn)出干燥器的干基含水量，kg水分/kg絕干料；I1，I2分別為濕物料進(jìn)出干燥器的焓，kg/kg絕干料；QD單位時(shí)間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量，kW；QL單位時(shí)間內(nèi)干燥器向周圍損失的熱量，kW。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算其中物料的焓I包括絕干物料的焓和水分的焓，即以1kg絕干物料為基準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的濕物料的焓值，其計(jì)算式為I=cs+Xcw=(cs+4.187X)=cM (927)cM=(cs+4.187X) （928）式中cs絕干物料的比熱容，kg/(kg絕干料)；cw水的比熱

32、容，取為4.187kJ/(kg水)；cM濕物料的比熱容，kJ/(kg絕干料)。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算對(duì)干燥過程進(jìn)行分析可知，干燥系統(tǒng)的總熱負(fù)荷Q主要用于：（1）將新鮮空氣L（濕度為H0）由t0加熱至t2所需熱量為L(zhǎng)(1.01+1.88H0)(t2-t0) 。（2）濕物料進(jìn)料 qm1=qm2+qmw，其中干燥產(chǎn)品qm2由1加熱至2，所需熱量為qm2cM (2-1)。（3）水分qmw由1被加熱汽化并升溫至t2， 所需熱量為qmw (1.88 t2+2490-4.1871)。（4）補(bǔ)償干燥系統(tǒng)損失的熱量QL。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算一般干燥過程，濕空氣中水汽的量（H

33、0）相對(duì)于絕干空氣來說，數(shù)值較小，同時(shí)濕物料進(jìn)入干燥器的溫度偏低。若忽略空氣中水汽進(jìn)出干燥系統(tǒng)的焓變188H(t2-t0)和濕物料中水分帶入干燥系統(tǒng)的焓4.18W1，則Q=Qp+QD=1.01L(t2-t0)+qmcM (2-1)+qmw (2490+1.88t2)+QL （929）由上式可看出，干燥系統(tǒng)消耗的熱量主要用于加熱空氣、加熱物料、蒸發(fā)水分和熱損失四個(gè)方面。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算（二）干燥系統(tǒng)的熱效率干燥系統(tǒng)的熱效率定義為濕物料中水分蒸發(fā)所需要的熱量與加入干燥系統(tǒng)的總熱量之比，用表示，即若忽略濕物料中水分帶入干燥系統(tǒng)的焓，蒸發(fā)水分所需的熱量為Qv qmw (2490

34、+1.88t2)將上式代入式(930)得 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算熱效率愈高表明干燥系統(tǒng)的熱利用率愈好，提高熱效率的措施主要有：（1）適當(dāng)提高空氣的出口濕度H2，降低出口溫度t2，可提高干燥器的熱效率。但會(huì)導(dǎo)致干燥過程熱質(zhì)傳遞推動(dòng)力減小，干燥速率降低。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算（2）提高進(jìn)入干燥器的空氣溫度，可降低空氣的用量，減少總加熱量，可提高干燥器的熱效率，但對(duì)熱敏性物料和易產(chǎn)生局部過熱的干燥器，空氣入口溫度不能過高。（3）回收出口廢氣中的熱量用來預(yù)熱冷空氣或濕物料等。（4）采用二級(jí)干燥。如奶粉的干燥，第一級(jí)為噴霧干燥，獲得濕含量為0.060.07的粉狀產(chǎn)品；第

35、二級(jí)為體積較小的流化床干燥器，獲得濕含量為0.03的產(chǎn)品，這樣可節(jié)省總能量的80%。此外，還應(yīng)注意干燥設(shè)備和管路的保溫隔熱，減少干燥系統(tǒng)的損失。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算 空氣進(jìn)出干燥系統(tǒng)狀態(tài)的確定三、空氣在預(yù)熱器的狀態(tài)變化是一個(gè)等濕升溫的過程，已知空氣的濕度（01）和進(jìn)口溫度t0，若測(cè)出空氣離開預(yù)熱器的溫度t1，則空氣進(jìn)出預(yù)熱器的狀態(tài)點(diǎn)就可確定。熱空氣通過干燥器時(shí)，與濕物料間進(jìn)行熱質(zhì)傳遞的過程中，空氣的溫度降低而濕度增加，有時(shí)需要在干燥器中補(bǔ)充熱量，且干燥器均有一定程度的熱損失。因此空氣離開干燥器的狀態(tài)確定比較復(fù)雜。一般根據(jù)空氣在干燥器內(nèi)焓的變化，將干燥過程分為等焓過程和非等焓

36、過程。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算（一）等焓干燥過程等焓干燥過程又稱絕熱干燥過程或理想干燥過程。等焓干燥過程應(yīng)滿足以下條件：（1）不向干燥器補(bǔ)充熱量，即QD=0；（2）干燥器的熱損失可忽略，即QL=0；（3）物料進(jìn)出干燥器的焓相等，即I1=I2。將以上三項(xiàng)假設(shè)代入式(925)，得I1=I2上式說明空氣通過干燥器時(shí)焓恒定。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算如圖99所示，若已知新鮮空氣的兩個(gè)獨(dú)立狀態(tài)參數(shù)，如0及0，可在HI圖上確定空氣進(jìn)入預(yù)熱器前的狀態(tài)點(diǎn)A?？諝庠陬A(yù)熱器內(nèi)被等濕加熱至1，故點(diǎn)的等線與1所對(duì)應(yīng)的等線的交點(diǎn)即為離開預(yù)熱器的狀態(tài)點(diǎn)。在干燥器中，空氣將沿過B點(diǎn)的等線變化，

37、故只要知道空氣離開干燥器時(shí)的另一獨(dú)立參數(shù)，比如溫度2，則過點(diǎn)的等焓線與溫度為2的等溫線的交點(diǎn)即為空氣離開干燥器時(shí)的狀態(tài)點(diǎn)。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算圖99 等焓干燥過程中濕空氣的狀態(tài)變化 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算（二）非等焓干燥過程實(shí)際干燥過程均為非等焓干燥過程。根據(jù)空氣焓的變化可能有以下幾種情況：(1)空氣焓值降低。若干燥過程中不向干燥器補(bǔ)充熱量，即QD=0；干燥器的熱損失不能忽略，即QL0；且物料進(jìn)出干燥器時(shí)的焓不相等，即 I2 I1 。由式（925）可得I1I2，說明空氣離開干燥器的焓小于進(jìn)干燥器時(shí)的焓，這種過程的操作線C1在等焓線BC的下方，如圖910所示。

38、1線上任意點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的空氣的焓值小于同溫度下BC線上相應(yīng)的焓值。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算圖910 非等焓干燥過程中濕空氣的狀態(tài)變化 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡算(2)空氣焓值增大。若向干燥器補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量與加熱物料消耗的熱量之和，則I1I2。這時(shí)操作線在等線BC的上方，如圖910中BC2線所示。(3)空氣經(jīng)歷等溫過程，若向干燥器補(bǔ)充的熱量足夠多，能使空氣在干燥過程中維持恒定的溫度1，這種過程的操作線為過點(diǎn)的等溫線，如圖910中BC3線所示。根據(jù)上述不同的過程，非等焓干燥過程中空氣離開干燥器時(shí)的狀態(tài)點(diǎn)可用計(jì)算法或圖解法確定。 第三節(jié) 干燥過程中的物料衡算和熱量衡

39、算試分析空氣在干燥過程中的狀態(tài)變化。對(duì)等焓干燥過程，在HI圖上如何確定空氣出干燥器的狀態(tài)？思考題9-4 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系平衡關(guān)系和速率關(guān)系主要解決干燥過程進(jìn)行的快慢，進(jìn)而確定設(shè)備的尺寸。物料干燥的快慢不僅與干燥介質(zhì)有關(guān)，而且還與物料本身的特性有關(guān)。在干燥過程中，物料內(nèi)部的水分首先應(yīng)擴(kuò)散到物料表面，然后再在濕物料表面汽化后向干燥介質(zhì)主流中擴(kuò)散。干燥速率主要受物料內(nèi)部水分的擴(kuò)散和表面水分的汽化影響。表面汽化速率主要受干燥介質(zhì)的影響，水分在物料內(nèi)部的擴(kuò)散速率與物料結(jié)構(gòu)以及物料中水分的性質(zhì)有關(guān)。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系 物料中的含水量一、（一）平衡水分及自由水分濕

40、物料與一定狀態(tài)的空氣接觸后，物料將釋放或吸入水分，直到物料表面的水汽分壓等于空氣中的水汽分壓，此時(shí)物料與空氣之間的熱質(zhì)傳遞將達(dá)到平衡，過程將不再進(jìn)行。只要空氣的狀態(tài)恒定，物料含水量將不會(huì)因接觸時(shí)間的延長(zhǎng)而改變，這種恒定的含水量稱為該物料在固定空氣狀態(tài)下的平衡水分，又稱平衡含水量，以X*表示，單位為kg水分/kg絕干料。所以平衡水分是一定干燥條件下不能被干燥除去的那部分水分。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系圖911為某些固體物料在25時(shí)的平衡含水量X*與空氣相對(duì)濕度的關(guān)系，稱為平衡曲線。從圖中可看出，平衡水分受物料性質(zhì)和空氣狀態(tài)的影響。在相同的空氣狀態(tài)下，不同物料的平衡含水量有較大的差別

41、，如空氣=60%時(shí)，陶土的X*約為1kg水分/100 kg絕干料（6號(hào)線上A點(diǎn)），而煙葉的X*約為23kg水分/100 kg絕干料（7號(hào)線上B點(diǎn)）。而對(duì)于同一種物料，空氣的相對(duì)濕度越小，平衡含水量越低。當(dāng)=0時(shí)，各種物料的平衡含水量均為零，即只有絕干空氣才有可能將濕物料干燥成絕干物料。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系圖911 25 時(shí)某些物料的平衡含水量X*與空氣相對(duì)濕度的關(guān)系1.新聞紙 2.羊毛，毛織物 3.硝化纖維 4.絲 5.皮革 6.陶土 7.煙葉 8.肥皂 9.牛皮膠 10.木材 11.玻璃絨 12.棉花 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系物料的平衡水分隨空氣溫度的升高略

42、有減少，一般在缺乏各種溫度下平衡含水量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，只要溫度變化范圍不大，可忽略物料對(duì)平衡水分的影響。濕物料中超過平衡水分的那部分水分稱為自由水分，自由水分可通過干燥除去。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系（二）結(jié)合水分與非結(jié)合水分根據(jù)物料與水分的結(jié)合方式，又將物料中的水分分為結(jié)合水分和非結(jié)合水分。水分與物料之間以化學(xué)力或物理化學(xué)力相結(jié)合的水分稱為結(jié)合水分，如物料內(nèi)部毛細(xì)管內(nèi)的水分、生物細(xì)胞壁內(nèi)的水分、膠體結(jié)構(gòu)物料中的水分等。這種水分與物料間的結(jié)合力較強(qiáng)，不容易揮發(fā)，其飽和蒸氣壓小于同溫度下純水的飽和蒸氣壓，在干燥過程中，不容易被除去。非結(jié)合水分是指水分以游離態(tài)的形式機(jī)械地附著在物料的表面

43、或存在于物料內(nèi)部的大空隙內(nèi)。這部分水分與純水的性質(zhì)完全一樣，其飽和蒸氣壓等于同溫度下純水的飽和蒸氣壓，容易在干燥過程中被除去。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系 圖912所示為恒溫下測(cè)得的某種濕物料（如絲）的平衡曲線，若將曲線延長(zhǎng)并與=100%線交于點(diǎn)B,對(duì)應(yīng)的含水量為XB*。在點(diǎn)B處，濕物料與飽和空氣達(dá)到平衡，即物料表面水汽的分壓等于飽和空氣中水汽分壓，且等于同溫度下純水的飽和蒸氣壓ps。對(duì)濕物料中大于X*的水分，產(chǎn)生的水蒸氣分壓均為ps，因此，高出XB*的那部分水分均為非結(jié)合水分，物料中小于XB*的水分產(chǎn)生的水蒸氣分壓小于ps，因此為結(jié)合水分。應(yīng)注意在恒定的溫度下，物料的結(jié)合水與非結(jié)

44、合水只是物料性質(zhì)的函數(shù)，而與空氣狀態(tài)無關(guān)。物料的總水分，平衡水分與自由水分，非結(jié)合水分與結(jié)合水分之間的關(guān)系示于圖912中。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系圖912 固體物料（絲）中所含水分的性質(zhì) 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系試分析物性和相對(duì)濕度對(duì)平衡水分和結(jié)合水分的影響。怎樣理解結(jié)合水分與相對(duì)濕度的大小無關(guān)？思考題9-5 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系 恒定干燥條件下的干燥過程二、通常按空氣狀態(tài)的變化情況，將干燥過程分為恒定干燥操作和非恒定（或變動(dòng)）干燥操作兩大類。恒定干燥是指干燥過程中空氣的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式等不發(fā)生變化的干燥，如用大量空氣干燥少量的

45、物料。非恒定干燥是指在干燥過程中空氣的狀態(tài)不斷變化的干燥，如連續(xù)操作的干燥過程。本節(jié)僅討論恒定條件下的干燥操作。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系（一）干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線在干燥器設(shè)計(jì)中，需要知道物料達(dá)到一定的干燥要求時(shí)所需的干燥時(shí)間，而干燥時(shí)間的確定取決于干燥速率。由于干燥過程既涉及傳熱過程又涉及傳質(zhì)過程，機(jī)理比較復(fù)雜，目前只能通過干燥實(shí)驗(yàn)來測(cè)定干燥曲線，進(jìn)而獲得干燥速率曲線。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系干燥實(shí)驗(yàn)1.用大量的熱空氣干燥少量的濕物料，實(shí)驗(yàn)過程中空氣的溫度、濕度、氣速及流動(dòng)方式恒定不變。每隔一段時(shí)間測(cè)定物料的質(zhì)量變化，并記錄每一時(shí)間間隔 內(nèi)物料的質(zhì)量變化量W，直到

46、物料的質(zhì)量不再隨時(shí)間變化，物料中所含水分即為該干燥條件下物料的平衡水分。然后再將物料放到電烘箱內(nèi)烘干到恒重為止（控制烘箱內(nèi)的溫度低于物料的分解溫度），稱量即得絕干物料的質(zhì)量。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系干燥曲線2.干燥曲線是指干基含水量與干燥時(shí)間之間的關(guān)系曲線。上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)整理后可得如圖913所示的物料含水量X與干燥時(shí)間關(guān)系曲線，稱為干燥曲線。圖913 恒定干燥條件下的干燥曲線 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系干燥速率曲線3.干燥速率是指單位時(shí)間、單位干燥面積上汽化的水分質(zhì)量，即式中U干燥速率，又稱干燥通量，kg/m2s；S干燥面積，m2；W一批操作中汽化的水分量，kg；干

47、燥時(shí)間，s。dW=-GdX （933）式中G一批操作中絕干物料的質(zhì)量，kg。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系式（933)中的負(fù)號(hào)表示X隨干燥時(shí)間的增加而減小。將式（933）代入式（932）中，得 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系干燥速率曲線是指干燥速率U與干基含水X之間的關(guān)系曲線，如圖914所示。 圖914 恒定干燥條件下干燥速率曲線 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系干燥過程分析4.從圖913和圖914可看出，干燥過程可大致分為三個(gè)階段：（1）AB段為預(yù)熱段，此段內(nèi)隨干燥的進(jìn)行，物料表面溫度略有升高，對(duì)流傳熱速率下降。而干燥速率（傳質(zhì)速率）升高，物料的含水量有所下降，預(yù)熱段

48、一般很短，通常并入BC段內(nèi)一起考慮。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系（2）在BC段內(nèi)，傳熱速率和傳質(zhì)速率達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，空氣傳給物料的顯熱恰好等于水分汽化所需的潛熱，物料的含水量隨干燥時(shí)間直線下降，而干燥速率保持恒定，故稱為恒速干燥階段。在整個(gè)恒速干燥階段中，物料表面充滿著非結(jié)合水分，濕物料內(nèi)部的水分向其表面?zhèn)鬟f的能力能完全滿足水分自物料表面汽化的要求，從而使物料表面始終維持被非結(jié)合水分充分的潤(rùn)濕狀態(tài)，物料表面的溫度等于熱空氣的濕球溫度。恒速干燥階段的干燥速率的大小取決于物料表面水分的汽化速率，亦即決定于物料外部的干燥條件，與物料內(nèi)部水分的狀態(tài)無關(guān)，所以恒速干燥階段又稱為表面汽化控制階

49、段。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系（3）CDE表示干燥的第三階段，稱為降速干燥階段。在降速干燥階段，水分自物料內(nèi)部向表面遷移的速率小于物料表面水分汽化速率，物料表面不能維持充分潤(rùn)濕，部分表面變干，使得空氣傳給物料的熱量中有一部分用于加熱物料，且在部分表面上汽化出的是結(jié)合水分，因此干燥速率逐漸減小，物料溫度升高。當(dāng)干燥過程進(jìn)行到圖914中的D點(diǎn)時(shí)，全部物料表面都不含非結(jié)合水，從點(diǎn)開始，汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動(dòng)，傳熱傳質(zhì)過程的進(jìn)行需經(jīng)過被干燥的固體層，從而增加了傳熱傳質(zhì)阻力，干燥速率比CD段下降得更快。對(duì)某些多孔性物料，降速階段曲線只有CD段；對(duì)某些無孔吸水性物料，干燥曲線沒有等速段，而

50、降速段只有類似DE段的曲線；也有些物料DE段的彎曲情況與圖914中相反。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系（4）兩個(gè)干燥階段之間的交點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)，與點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的物料含水量稱為臨界含水量，以Xc表示。點(diǎn)C為恒速段的終點(diǎn)，降速段的起點(diǎn)，其干燥速率仍等于恒速干燥階段的速率，以Uc表示。臨界含水量隨物料的性質(zhì)、厚度及干燥速率而變，如無孔吸水性物料的臨界含水量比多孔物料的大。在一定的干燥條件下，物料層越厚，Xc值越大；干燥介質(zhì)溫度高、濕度低，則恒速干燥段干燥速率大，這可能使物料表面板結(jié)，較早地進(jìn)入降速干燥段，Xc值較大。臨界含水量c值越大，轉(zhuǎn)入降速干燥段越早，對(duì)于相同的干燥任務(wù)所需的干燥時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)

51、干燥過程來說是很不利的。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系干燥過程有哪幾個(gè)階段？它們各有什么特點(diǎn)？影響臨界含水量的因素有哪些？臨界含水量對(duì)干燥速率和干燥時(shí)間有何影響？思考題9-6 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系（二）干燥時(shí)間的計(jì)算(1)恒速階段干燥時(shí)間可直接從圖914查得，或可采用如下方法計(jì)算。因恒速干燥段的干燥速率等于臨界干燥速率，故式（934）可以改寫為 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系式中1恒速階段的干燥時(shí)間，s；Uc臨界干燥速率，kg/(m2s) ；X1物料的初始含水量，kg/kg絕干料；Xc物料的臨界含水量，kg/kg絕干料；G/S單位干燥面積上的絕干物料量，kg

52、絕干料/m2。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系臨界干燥速率Uc可由干燥速率曲線查得，若無干燥速率曲線，可用下式計(jì)算出Uc，即式中 對(duì)流傳熱系數(shù)，w/(m2)；rtwtw下水的汽化熱，kJ/kg；t恒定干燥條件下空氣的平均溫度，；tw初始狀態(tài)空氣的濕球溫度，。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系對(duì)流傳熱系數(shù)同物料與干燥介質(zhì)的接觸方式有關(guān)，可用下面幾種經(jīng)驗(yàn)公式估算。空氣平行流過靜止物料層的表面=0.0204(L) 0.8 （937）式中L濕空氣的質(zhì)量速度，kg/(m2h)。上式應(yīng)用于L=245029300kg/(m2h)、空氣的平均溫度為45150時(shí)的情況。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)

53、系與速率關(guān)系空氣垂直流過靜止的物料層表面時(shí)，有=1.17(L) 0.37 （938）上式應(yīng)用于L =390019500 kg/(m2h)時(shí)的情況。氣體與運(yùn)動(dòng)著的顆粒間的傳熱：式中 dp顆粒的平均直徑，m；ut顆粒的沉降速度，m/s；g空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)；vg空氣的運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系(2)降速干燥段的干燥時(shí)間仍可采用式(934a)計(jì)算，從=0，X=Xc到=2，X=X2,積分式(934a)得式中 2降速階段的干燥時(shí)間，s； U降速階段的瞬時(shí)干燥速率，kg/(m2s)；X2降速階段終了時(shí)物料的含水量，kg/kg絕干料。式(940)中的積分項(xiàng)需要U與

54、X的關(guān)系，若U與X呈非線性關(guān)系，則應(yīng)采用圖解積分或數(shù)值積分法計(jì)算。 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系若 U隨X呈線性變化，如圖915所示，則可根據(jù)降速階段干燥速率曲線過(Xc, Uc)、(X*,0)兩點(diǎn)，確定其方程為圖915 干燥速率曲線示意圖 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系 第四節(jié) 干燥過程中的平衡關(guān)系與速率關(guān)系當(dāng)平衡含水量X*非常低，或缺乏X*的數(shù)據(jù)時(shí)，可忽略X*，假設(shè)降速階段的干燥速率曲線為通過原點(diǎn)的直線，如圖915中的虛線所示。X*=0時(shí)，式（941）及式（942）變?yōu)閁=KXX （943） 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備 干燥器的主要型式一、在工業(yè)生產(chǎn)中，由于被干燥物料的形狀、

55、性質(zhì)、生產(chǎn)規(guī)?；蛏a(chǎn)能力相差較大，對(duì)干燥產(chǎn)品的要求也不盡相同，因此，所采用干燥器的型式也是多種多樣的。下面介紹工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備廂式干燥器1.廂式干燥器又稱盤式干燥器，一般為間歇式操作。小型的稱為烘箱，大型的稱為烘房。其基本結(jié)構(gòu)如圖916所示，在外壁保溫的干燥室內(nèi)，放有多層支架，每層支架上安放著多個(gè)物料盤，被干燥物料放在盤架7上的淺盤內(nèi)，物料的堆積厚度約為10100。新鮮空氣由風(fēng)機(jī)吸入，經(jīng)加熱器5預(yù)熱后沿?fù)醢逅铰舆^各淺盤內(nèi)物料的表面，對(duì)物料進(jìn)行干燥。廢氣經(jīng)排出管排出，為了提高熱效率，可采用部分廢氣循環(huán)使用，廢氣循環(huán)量由吸入口或排出口的擋板進(jìn)行調(diào)

56、節(jié)。 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備圖916 廂式干燥器1.空氣入口 2.空氣出口 3.風(fēng)機(jī) 4.電動(dòng)機(jī)5.加熱器 6.擋板 7.盤架 8.移動(dòng)輪 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備廂式干燥器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度大，裝卸物料熱損失大，產(chǎn)品質(zhì)量不易均勻。一般應(yīng)用于粒狀、片狀、膏狀、批量小、多品種物料的干燥，尤其適合于實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備洞道式干燥器2.如圖917所示，洞道式干燥器的器身為狹長(zhǎng)的洞道，內(nèi)敷設(shè)軌道，一系列的小車載著盛于淺盤中或懸掛在架上的濕物料通過洞道，在洞道中與熱空氣接觸而被干燥。小車可以連續(xù)地或間歇地進(jìn)出洞道。圖917 洞道式干燥器1.加熱器 2.風(fēng)

57、扇 3.裝料車 4.排氣口 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備由于洞道干燥器的容積大，小車在器內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，因此適用于處理量大，干燥時(shí)間長(zhǎng)的物料，如木材、陶瓷等。干燥介質(zhì)為熱空氣或煙道氣，氣速一般應(yīng)大于23m/s。洞道中也可采用中間加熱或廢氣循環(huán)操作。 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備轉(zhuǎn)筒干燥器3.圖918所示的為用熱空氣直接加熱的逆流操作轉(zhuǎn)筒干燥器，其主體為一端略高的旋轉(zhuǎn)圓筒。圖918 熱空氣直接加熱的逆流操作轉(zhuǎn)筒干燥器1.圓筒 2.驅(qū)動(dòng)齒輪 3.風(fēng)機(jī) 4.蒸氣加熱器 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備濕物料從轉(zhuǎn)筒較高的一端送入，熱空氣由另一端進(jìn)入，氣固兩相在轉(zhuǎn)筒內(nèi)逆流接觸。隨著轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)，物料在重力作用下流向較低的一端。通

58、常轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁上裝有若干塊抄板，其作用是將物料抄起后再灑下，當(dāng)轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，物料被抄起和灑下一次，以增大干燥表面積，提高干燥速率。抄板的型式多種多樣，如圖919所示。圖919 常用抄板的形式 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備為了減少粉塵的飛揚(yáng)，氣體在干燥器內(nèi)的速度不宜過高，對(duì)粒徑為1mm左右的物料，氣體速度為0.31.0m/s；對(duì)粒徑為5mm左右的物料，氣速在3m/s以下。轉(zhuǎn)筒干燥器的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械化程度高，生產(chǎn)能力大，流體阻力小，容易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均勻，對(duì)物料的適應(yīng)性較強(qiáng)，不僅適用于處理散粒狀物料，也可處理黏性膏狀物料或含水量較高的物料。轉(zhuǎn)筒干燥器的缺點(diǎn)是設(shè)備笨重，金屬材料耗量多，熱效率低（約為30%50%

59、），結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，傳動(dòng)部件需經(jīng)常維修等。 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備氣流干燥器4.氣流干燥器是一種連續(xù)操作的干燥器。高速流動(dòng)的熱空氣與濕物料接觸，濕物料首先被熱氣流分散成粉粒狀，懸浮于氣流中，在隨熱氣流并流運(yùn)動(dòng)的過程中被干燥。如圖920所示，其主體為直徑約為0.20.85m的直立干燥管，管長(zhǎng)約1020m，操作時(shí)，新鮮空氣由風(fēng)機(jī)吸入，經(jīng)加熱器加熱后從干燥管底部進(jìn)入，濕物料經(jīng)料斗由加料器連續(xù)送入干燥管下部。在干燥管中與高速上升的熱氣流接觸，熱氣流與物料并流流過干燥管的過程中進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，使物料得以干燥，干燥產(chǎn)品隨氣流進(jìn)入旋風(fēng)分離器與廢氣分離后被收集。氣流干燥器有直管型、脈沖管型、倒錐型、套管

60、型、環(huán)型和旋風(fēng)型等。 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備圖920 氣流干燥器1.料斗 2.螺旋加料器 3.空氣過濾器4.風(fēng)機(jī) 5.預(yù)熱器 6.干燥管 7.旋風(fēng)分離器 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備氣流干燥器具有以下特點(diǎn)：（1）處理量大，干燥強(qiáng)度大。由于氣流的速度可高達(dá)2040m/s，物料又懸浮于氣流中，因此氣固間的接觸面積大，熱質(zhì)傳遞速率快。對(duì)粒徑在50m以下的顆粒，可得到干燥均勻且含水量很低的產(chǎn)品。（2）干燥時(shí)間短。物料在干燥器內(nèi)一般只停留0.52s，故即使干燥介質(zhì)溫度較高，物料溫度也不會(huì)升的太高。因此，適用于熱敏性、易氧化物料的干燥。 第五節(jié) 干 燥 設(shè) 備（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小。固體物料在氣流作用下