第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)第1頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1概述

11.1.1固體去濕方法和干燥過程11.1.2對流干燥流程及經(jīng)濟性第2頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1.1固體去濕方法和干燥過程物料的去濕方法（1）機械去濕

物料帶水較多時，可先用離心過濾等機械分離方法以除去大量的水；

（2）吸附去濕用某種平衡水汽分壓很低的干燥劑（如CaCl2、硅膠等）與濕物料并存，使物料種的水分相繼經(jīng)氣相而轉(zhuǎn)入干燥劑內(nèi)；

（3）供熱干燥

工業(yè)干燥操作多是用熱空氣或其它高溫氣體為介質(zhì)，使之掠過物料表面，介質(zhì)向物料供熱并帶走汽化的濕分，此種干燥常稱為對流干燥，是本章討論的主要內(nèi)容；

第3頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1.2對流干燥流程及經(jīng)濟性第4頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.1.2對流干燥流程及經(jīng)濟性(1)干燥過程的傳熱、傳質(zhì)

傳熱傳質(zhì)方向從氣相到固體從固體到氣相推動力溫度差水汽分壓差(2)干燥過程進行的必要條件①濕物料表面水汽壓力大于干燥介質(zhì)水汽分壓；

②干燥介質(zhì)將汽化的水汽及時帶走。

第5頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2干燥靜力學11.2.1濕空氣的狀態(tài)參數(shù)11.2.2濕空氣狀態(tài)的變化過程11.2.3水分在氣—固兩相間的平衡

第6頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月空氣中水分含量的表示方法

（1）水汽分壓p水汽與露點td

（2）空氣的濕度H為便于進行物料衡算，常將水汽分壓p水汽換算成濕度?？諝獾臐穸菻定義為每kg干空氣所帶有的水汽量，單位是kg/kg干氣，即11.2.1濕空氣的狀態(tài)參數(shù)第7頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月

空氣中水分含量的表示方法

（3）相對濕度

空氣中的水汽分壓p水汽與一定總壓及一定溫度下空氣中水汽分壓可能達到的最大值之比定義為相對濕度，以

表示。當當?shù)?頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月

空氣中水分含量的表示方法（4）濕球溫度tw

式中kH、α——分別為氣相的傳質(zhì)系數(shù)與給熱系數(shù)；Hw、rw——分別為濕球溫度下的濕度與汽化熱。對空氣-水系統(tǒng)，當被測氣流的溫度不太高，流速>5m/s時，為一常數(shù)，其值約為1.09kJ/（kg?℃），故第9頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月

空氣中水分含量的表示方法（4）濕球溫度tw第10頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.1濕空氣的狀態(tài)參數(shù)一、與過程計算有關(guān)的參數(shù)

上述參數(shù)尚不足以滿足干燥過程的計算的需要，為此補充定義如下兩個參數(shù)：（1）濕空氣的焓（2）濕空氣的比體積

第11頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、與過程計算有關(guān)的參數(shù)（1）濕空氣的焓

——干氣比熱容，空氣為1.01kJ/（kg?℃）；——蒸汽比熱容，水汽為1.88kJ/（kg?℃）；——0℃時水的汽化熱，取2500

kJ/（kg?℃）；式中對空氣-水系統(tǒng)有：

第12頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月一、與過程計算有關(guān)的參數(shù)（2）濕空氣的比體積在常壓下1kg干空氣的體積為：Hkg水汽的體積為：常壓下溫度為℃、濕度為的濕空氣體積比為：

第13頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、濕度圖第14頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、濕度圖（1）等H線（等濕度線）（2）等I線（等焓線）（3）等t線（等溫線）（4）等φ線（等相對濕度線）（5）pv線第15頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、濕度圖（1）等H線（等濕度線）

等線為一系列平行于縱軸的直線。（2）等I線（等焓線）

等I線為一系列平行于橫軸（不是水平輔助軸）的直線（3）等t線（等溫線）（4）等φ線（等相對濕度線）

第16頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、濕度圖（4）等φ線（等相對濕度線）

注意：①當H一定時，t↑，φ↓，吸收水汽能力↑。所以濕空氣進入干燥器之前須先經(jīng)過預熱以提高其溫度和焓值有利于載熱外，同時也是為了降低相對濕度而有利于載濕；

②φ=100%的線稱為飽和曲線，線上各點空氣為水蒸氣所飽和，此線上放為未飽和區(qū)（φ<1），在這個區(qū)域的空氣可以作為干燥介質(zhì)。此線下方為過飽和區(qū)域，空氣中含霧狀水滴，不能用于干燥物料；③H-I圖是以總壓p=100kPa為前提繪制的，因此當φ一定，t≥

99.7℃時，ps=100kPa=p，H=常數(shù)，等φ線（圖中φ=5%與φ=10%兩條線）垂直向上為直線與等H線重合。

第17頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二、濕度圖（5）pv線(水蒸汽分壓線)

pv線標于p=100%線的下方，表示pv與H之間的關(guān)系。

由得第18頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三、濕度圖的應用

H-I圖中的任意一點A代表一個確定的空氣狀態(tài)，其t、tw、H、φ、I等均為定值。已知濕度空氣的兩個獨立參數(shù)，即可確定一個空氣的狀態(tài)A，其他參數(shù)可由H-I圖查得。t-H、t-tw、t-td、t-φ是相互獨立的兩個參數(shù)，可確定唯一的空氣狀態(tài)點A；

td-H、pv-H、td-pv（都在同一條等溫線上），tw-H（在同一條等H線上），不是彼此獨立的參數(shù)，不能確定空氣的狀態(tài)點A。

第19頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.2濕空氣狀態(tài)的變化過程（1）加熱與冷卻過程第20頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.2濕空氣狀態(tài)的變化過程（1）加熱與冷卻過程若不計換熱器的流動阻力，濕空氣的加熱或冷卻屬等壓過程。①加熱過程

始態(tài)A→終態(tài)B，因pv與p不變，為等H過程，t↑，φ↓，吸收水汽能力↑；②冷卻過程始溫為t1，若終溫t2>td，則為等H過程；若終溫t3>td，則過程為ADE所示，必有部分水汽凝結(jié)為水，空氣的濕度降低H3<H2，每千克絕干空氣析出的水分量為

第21頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.2濕空氣狀態(tài)的變化過程（2）絕熱增強過程，前已述及等線變化（3）兩股氣流的混合，P329圖11-8及衡算式總物料衡算式：水分衡算式：焓衡算式：第22頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.2濕空氣狀態(tài)的變化過程（3）兩股氣流的混合，P329圖11-8及衡算式由杠桿定理得：第23頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.3水分在氣—固兩相間的平衡

（1）根據(jù)水分與物料的結(jié)合方式劃分①附著水分②毛細管水分③溶脹水分④化學結(jié)合水分（2）根據(jù)物料中水分除去的難和易來劃分①結(jié)合水分②非結(jié)合水分水分第24頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.3水分在氣—固兩相間的平衡（3）平衡蒸汽壓曲線一定溫度下濕物料的平衡蒸汽壓與含水量的關(guān)系大致如圖所示：

第25頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.3水分在氣—固兩相間的平衡（4）平衡水分與自由水分

第26頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3干燥速率與干燥過程計算

11.3.1物料在定態(tài)空氣條件下的干燥速率（1）干燥動力學實驗

第27頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.1物料在定態(tài)空氣條件下的干燥速率物料的干燥速率即水分汽化速率NA可用單位時間、單位面積（氣固接觸界面）被汽化的水量表示，即式中——試樣中絕對干燥物料的質(zhì)量，kg；——試樣暴露于氣流中的表面積，m2；——物料的自由含水量，，kg水/kg干料。

第28頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.1物料在定態(tài)空氣條件下的干燥速率干燥曲線或干燥速率曲線是恒定的空氣條件（指一定的速率、溫度、濕度）下獲得的。對指定的物料，空氣的溫度、濕度不同，速率曲線的位置也不同，如圖11.13所示

第29頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.1物料在定態(tài)空氣條件下的干燥速率（2）恒速干燥階段BC（3）降速干燥階段CD在降速階段干燥速率的變化規(guī)律與物料性質(zhì)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。降速的原因大致有如下四個。①實際汽化表面減少；②汽化面的內(nèi)移；③平衡蒸汽壓下降；④固體內(nèi)部水分的擴散極慢。

第30頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.1物料在定態(tài)空氣條件下的干燥速率（4）臨界含水量固體物料在恒速干燥終了時的含水量為臨界含水量，而從中扣除平衡含水量后則稱臨界自由含水量Xc（5）干燥操作對物料性狀的影響

第31頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.2間歇干燥過程的計算

11.3.2.1恒速階段的干燥時間τ1

如物料在干燥之前的自由含水量X1大于臨界含水量Xc，則干燥必先有一恒速階段。忽略物料的預熱階段，恒速階段的干燥時間τ1由積分求出。

第32頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.2.1恒速階段的干燥時間τ1因干燥速率NA為一常數(shù)，速率NA由實驗決定，也可按傳質(zhì)或傳熱速率式估算，即

Hw為濕球溫度tw下的氣體的飽和濕度。第33頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.2.1恒速階段的干燥時間τ1傳質(zhì)系數(shù)的測量技術(shù)不如給熱系數(shù)測量那樣成熟與準確，在干燥計算中常用經(jīng)驗的給熱系數(shù)進行計算。氣流與物料的接觸方式對給熱系數(shù)影響很大，以下是幾種典型接觸方式的給熱系數(shù)經(jīng)驗式。（1）空氣平行于物料表面流動（圖11-16a）

kW/m2·℃

式中為氣體的質(zhì)量流速，kg/（m2·s）。上式的試驗條件為kg/（m2·s），氣溫℃。

第34頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.2.1恒速階段的干燥時間τ1（2）空氣自上而下或自下而上穿過顆粒堆積層（圖11-16b）

——氣體質(zhì)量流速，kg/（m2·s）；——具有與實際顆粒相同表面的球的直徑，m；——氣體粘度，Pa·s。

式中第35頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.2.1恒速階段的干燥時間τ1（3）單一球形顆粒懸浮于氣流中（圖11-16c）式中——氣體與顆粒的相對運動速度；、、——氣體的密度、粘度和普朗特數(shù)。

第36頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.2.2降速階段的干燥時間τ2

當X<Xc時，X↓，NA↓，此階段稱為降速干燥階段，物料從Xc減至X2（X2>X*）所需時間為τ2則得第37頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.2.2降速階段的干燥時間τ2將代入的表達式得

得第38頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.2.2降速階段的干燥時間τ2例11-1（解題指南P367例17-9）某干燥過程干燥介質(zhì)溫度為363K，濕球溫度307K，物料初始干基含水率為0.45，當干燥了2.5h后，物料干基含水率為0.15，已知物料臨界含水率、平衡含水率分別為0.2、0.04，試求：（1）將物料干燥至需要多少干燥時間；（2）將物料干燥至且干燥時間仍維持在2.5h，將空氣溫度提高到373K（濕球溫度為310K），其他條件包括空氣流速保持不變，能否達到要求。附：恒速段的傳熱速率方程：，C為常數(shù)，、單位為K。

第39頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月

例11-1

解：（1）根據(jù)題意，這是一個恒定干燥條件下干燥時間的計算問題。

∵；∴干燥過程包括恒速段與降速段，相應的干燥時間包括恒速干燥時間和降速干燥時間，在恒定干燥條件下，干燥時間可用下式計算：

式中、、均已知，未知，但可以通過題給條件，干燥至時，干燥時間為2.5h求得：

∵；∴

第40頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）由（1）小題可知，物料干燥至時，所需干燥時間大于2.5h，為縮短干燥時間，可以提高濕空氣的溫度；因為濕空氣溫度提高，、、等其他條件不變，那么影響干燥時間的參數(shù)只有

例11-1

當物料干燥至，干燥仍由恒速和降速兩階段組成，由于干燥操作條件不變，即值不變，所以干燥時間為：

、、

第41頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月例11-1∵其中

從上式可以看出，干燥介質(zhì)溫度提高，使得干燥速率提高從而縮短干燥時間；

又∵；∴

第42頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月例11-1

假設(shè)濕空氣溫度提高后的降速段斜率用表示，所以有：

∴，即把空氣溫度提高到373K可以滿足要求。第43頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.3連續(xù)干燥過程的一般特性

有并流、逆流、錯流流程及其他復雜的流程（1）連續(xù)干燥過程的特點以并流連續(xù)干燥為例，注意：連續(xù)干燥降速段

第44頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.3連續(xù)干燥過程的一般特性

（2）連續(xù)干燥過程的數(shù)學描述為定態(tài)過程，設(shè)備中的濕空氣與物料狀態(tài)沿流動途徑不斷變化，但流經(jīng)干燥器任一確定部位的空氣和物料狀態(tài)不隨時間而變，故應采用歐拉考慮法，在垂直于氣流運動方向上取一設(shè)備微元作為考察對象。以下首先對干燥過程作物料和熱量衡算，然后對干燥過程作出簡化，列出傳熱、傳質(zhì)速率方程，計算設(shè)備容積。

第45頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.4干燥過程的物料衡算與熱量衡算

P342圖14-21，物料、熱量衡算是確定空氣用量分析干燥過程的熱效率以及計算干燥容積的基礎(chǔ)。

第46頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月，或，、、用上式求。

11.3.4干燥過程的物料衡算與熱量衡算（1）物料衡算

（空氣在預熱器中加熱，不變）有時物料的含水量習慣上以濕基含水量表示，與干基含水量的關(guān)系為，，

第47頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.4干燥過程的物料衡算與熱量衡算H0已知，W可求出，求V關(guān)鍵在于確定出干燥器空氣濕度H2，必須用后面的干燥器熱量衡算結(jié)合才能確定H2。實際空氣（新鮮空氣）質(zhì)量流量空氣必須用風機輸送，風機的風量（m3濕空氣/s）

上式中t、H是風機所在位置空氣t、H，風機在裝在預熱器前，預熱器后，甚至干燥器后。第48頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.4干燥過程的物料衡算與熱量衡算（2）預熱器的熱量衡算

第49頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.4干燥過程的物料衡算與熱量衡算（3）干燥器的熱量衡算

（4）物料衡算與熱量衡算的聯(lián)立求解在設(shè)計型問題中，、、、是干燥任務(wù)規(guī)定的，而由空氣初始狀態(tài)決定，可按傳熱公式求或取第50頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.4干燥過程的物料衡算與熱量衡算（4）物料衡算與熱量衡算的聯(lián)立求解①選擇氣體出干燥器的狀態(tài)（如t2及φ2），求V及QD；②選定QD（如許多干燥器QD=0，即不補充熱量）及氣體出干燥器狀態(tài)的一個參數(shù)（H2、φ2、t2中的一個），求出V及另一個氣體出口參數(shù)（如H2）。第①種情況出口空氣狀態(tài)已確定，熱衡及物衡簡便。在第②種情況下，由于出口氣狀態(tài)參數(shù)之一是未知數(shù)，聯(lián)立物衡和熱衡方程式的計算比較繁瑣，因而常對過程作出簡化，以便于初步估算。

第51頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.4干燥過程的物料衡算與熱量衡算（5）理想干燥器過程的物料和熱量衡算①圖解法（已知t2或φ2均可用）

A（t0，H0）B（t1，H1=H0）C（t2，或φ2）沿等H線

沿等I線

確定C后H2可查出

第52頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.4干燥過程的物料衡算與熱量衡算（5）理想干燥器過程的物料和熱量衡算②解析法（已知t2時用）上式中只有一個未知數(shù)H2可求出，然后再求V，QD。

③數(shù)值法（已知φ2時用，可計算求出H2）

第53頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.4干燥過程的物料衡算與熱量衡算（6）實際干燥過程的物料和熱量衡算等焓（理想、絕熱）干燥過程，空氣再干燥器狀態(tài)變化沿著等焓線BC變化至C點（C點的確定前面已討論）。實際干燥過程氣體出干燥器的狀態(tài)由物料衡算式（11-33）和熱量衡算式（11-38）聯(lián)立求解決定，即

聯(lián)立解出H2及V。

第54頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.5干燥過程的熱效率（1）空氣在干燥器中放出熱量的分析

因為所以第55頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.5干燥過程的熱效率（1）空氣在干燥器中放出熱量的分析所以第56頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.5干燥過程的熱效率空氣在預熱器中所獲得的熱量為Qp

（2）干燥器的熱效率

第57頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月11.3.5干燥過程的熱效率（3）提高的措施①降低廢氣的溫度；②提高空氣的預熱溫度；③減少干燥過程的各項熱損失；

a.做好干燥設(shè)備和管道的保溫工作；

b.防止干燥系統(tǒng)的滲透；④采用部分廢氣循環(huán)操作

第58頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月④采用部分廢氣循環(huán)操作

定義：循環(huán)比：循環(huán)量：混合前后總物料衡算：水分衡算：

，第59頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月④采用部分廢氣循環(huán)操作

焓衡算：混合氣溫度：

預熱后空氣溫度：優(yōu)點：a.若空氣始態(tài)（A點）與終態(tài)（C點）相同，無廢氣循環(huán)需加熱到（B’點），有廢氣循環(huán)只需將混合氣加熱到（B點），因此有廢氣循環(huán)時空氣在干燥器內(nèi)平均溫度低，↓，↑;

b.平均低對易受熱分解的物料干燥有利（這種物料的干燥要求空氣在整個干燥器中溫度變化不大的情況下進行）；

第60頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月④采用部分廢氣循環(huán)操作c.有廢氣