1、精品 料推薦西昌學(xué)院食品工程原理教案第十九講教學(xué)目的本節(jié)學(xué)習(xí)的目的是讓學(xué)生掌握濕空氣的熱力學(xué)性質(zhì)，濕空氣的濕度圖及教學(xué)要求使用方法，干燥靜力學(xué)重點(diǎn)：握濕空氣的熱力學(xué)性質(zhì)，濕空氣的濕度圖及使用方法，干燥系統(tǒng)重點(diǎn)與難點(diǎn)的物料衡算難點(diǎn)：濕空氣的濕度參考資料： 1、高福成。食品工程原理，中國輕工業(yè)出版社。1998。教具及2、無錫輕工學(xué)院等。 食品工程原理上、下冊，北京：輕工業(yè)出版社，參考資料1985。3、譚天恩等編， 化工原理上、下冊，北京：化學(xué)工業(yè)出版社1984。主要教學(xué)方法講授法學(xué)時(shí)分配3 學(xué)時(shí)教學(xué)主要過程與主要內(nèi)容1精品 料推薦概述去濕：除去物料中的水分和或其它溶劑（統(tǒng)稱為濕分）的過程。去濕的方

2、法：機(jī)械去濕法：即通過過濾、壓榨、抽吸和離心分離等方法除去濕分。物理化學(xué)去濕法： 用吸濕性物料如石灰、 無水氯化鈣等吸收水分。 該法費(fèi)用高，操作麻煩，只適用于小批量固體物料的去濕，或用于除去氣體中的水分。熱能去濕法：如蒸發(fā)、干燥等用加熱的方法使水分或其它溶劑汽化， 并將產(chǎn)生的蒸氣排除， 藉此來除去固體物料中濕分的操作，稱為固體的干燥。干燥過程的分類按操作壓力：常壓干燥、真空干燥按操作方式：連續(xù)式、間歇式按傳熱方式：傳導(dǎo)干燥、對流干燥、輻射干燥和介電加熱干燥，以及由其中兩種或三種方式組成的聯(lián)合干燥。在工業(yè)上應(yīng)用最普遍的是對流干燥。 通常使用的干燥介質(zhì)是空氣， 被除去的濕分是水分?？諝饧仁禽d熱體又

3、是載濕體。物料的干燥過程是屬于傳熱和傳質(zhì)相結(jié)合的過程。干燥過程進(jìn)行的條件： 被干燥物料表面所產(chǎn)生水汽 （或其它蒸汽） 的壓力大于干燥介質(zhì)中水汽（或其它蒸汽）的分壓，壓差越大，干燥過程進(jìn)行越快。所以干燥介質(zhì)須及時(shí)將汽化的水汽帶走，以保持一定的汽化水的推動(dòng)力。8.1 濕空氣的熱力學(xué)性質(zhì)8.1.1 水蒸氣分壓 pvpvpvnvpgPpvng空氣中水蒸氣分壓愈大，水分含量就愈高，根據(jù)氣體分壓定律，則有8.1.2 濕度 d( humidity ) Hrm又稱為濕含量或絕對濕度 (absolute humidity)。它以濕空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量與絕對干空氣的質(zhì)量之比表示，使用符號，其單位為：kg 水氣

4、/kg 干空氣 。濕空氣中水氣的質(zhì)量nv M vdng M g濕空氣中絕干空氣的質(zhì) 量常溫下，濕空氣可視為理想氣體，則有18 pvpvd0.62229(P pv )P pv在飽和狀態(tài)時(shí)，濕空氣中水蒸氣分壓 pv 等于該空氣溫度下純水的飽和蒸氣壓 ps，則有d sps0.622P ps2精品 料推薦由于水的飽和蒸氣壓僅與溫度有關(guān)， 故濕空氣的飽和濕度是溫度和總壓的函df ( t, P)數(shù)，即8.1.3 相對濕度在一定溫度及總壓下，濕空氣的水汽分壓 pv 與同溫度下水的飽和蒸汽壓 pS 之比的百分?jǐn)?shù)，稱為相對濕度 (relative humidity) ，用符號表示，即pv100%ps當(dāng) pv=0

5、 時(shí)， =0，表示濕空氣不含水分，即為絕干空氣。當(dāng) pv=ps 時(shí)， =1，表示濕空氣為飽和空氣。相對濕度和絕對濕度的關(guān)系相對濕度：可以說明濕空氣偏離飽和空氣的程度， 能用于判定該濕空氣能否作為干燥介質(zhì)，值與越小，則吸濕能力越大。濕度：是濕空氣含水量的絕對值，不能用于分辨濕空氣的吸濕能力。在一定總壓和溫度下，兩者之間的關(guān)系為psd0.622Pps8.1.4 濕空氣的比熱 CH在常壓下，將濕空氣中 1kg 絕干空氣及相應(yīng) kg 水汽的溫度升高 （或降低）1oC 所需要（或放出）的熱量，稱為比熱，又稱為濕熱，用符號CH 表示，單位是 kJ/(絕干氣 oC)，即crcacv d式中 cr 濕空氣的比

6、熱，okJ/(絕干氣 C)；goc 絕干空氣的比熱，kJ/(絕干氣 C)；cv 水氣的比熱，okJ/( 水氣 C)在常用的溫度范圍內(nèi)，有cH1.01.93d上式說明：濕空氣的比熱只是濕度的函數(shù)8.1.5 濕空氣的比容 vH在濕空氣中， 1kg 絕干氣體積和相應(yīng)的 Hkg 水氣體積之和， 稱為濕空氣的比容，亦稱濕容積 (humid volume)，用符號 vH 表示，單位為： m3 濕空氣 /kg 絕干氣。3精品 料推薦m3絕干氣m3水氣vHkg絕干氣vH1d273 t1.013 105()22.4P2918273( 0.772273t 1.013 1051.244d ) 22.4273P8.1

7、.6 濕空氣的焓H濕空氣中 1kg 絕干空氣的焓與相應(yīng)水汽的焓之和， 稱為濕空氣的焓， 用符號 h 表示，單位是 kJ/kg 干空氣。H=Hg+Hvd式中 H 濕空氣的焓， kJ/kg 絕干氣；Hg 絕干空氣的焓， kJ/kg 絕干氣；Hv 水氣的焓， kJ/kg 水氣。注：空氣的焓是根據(jù)干空氣及液態(tài)水在0 oC 時(shí)焓為零作基準(zhǔn)而計(jì)算的，因.此，對于溫度為 t 及濕度為的濕空氣， 其焓包括由 0o C 的水變?yōu)?0o C 的水汽所需的潛熱及濕空氣由 0oC 升溫至 t oC 所需的顯熱之和，即8.1.7 干球溫度 t 和濕球溫度 tMh cad (LvcvT ) 1.00T d (2500 1

8、.93T )(1.01.93d )T 2500d干球溫度 t：空氣的溫度濕球溫度 tM ：不飽和空氣 的濕球溫度 tM 低于干球溫度 t。形成原理（如圖所示）：在穩(wěn)定狀態(tài) 時(shí)，空氣向濕紗布表面的傳熱速率為：Q=A （t-tM ）氣膜中水氣向空氣的傳遞速率為： N=kdA （ds-d）在穩(wěn)定狀態(tài)下，穿熱速率和傳質(zhì)速率之間的關(guān)系為：Q=NL vt w tkH rtw ( H s,tw H )對空氣 水蒸氣系統(tǒng)而言，/kH=1.09強(qiáng)調(diào)濕球溫度實(shí)際上是濕紗布中水分的溫度， 而并不代表空氣的真實(shí)溫度， 由于此溫度由濕空氣的溫度、 濕度所決定， 故稱其為濕空氣的濕球溫度， 所以它是表明濕空氣狀態(tài)或性質(zhì)的

9、一種參數(shù)。對于某一定干球溫度的濕空氣， 其相對濕度越低， 濕球溫度值越低。 對于飽和濕空氣而言，其濕球溫度與干球溫度相等。：8.1.8 露點(diǎn) td不飽和的空氣在濕含量不變的情況下冷卻，達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度， 稱為4精品 料推薦該濕空氣的露點(diǎn) (dew piont),用符號 td 表示。=1。在露點(diǎn)時(shí)，空氣的濕度為飽和濕度，ps,tdH s,t d P0.622H s,tdH s,t d0.622 ps,t dPps,t d當(dāng)空氣從露點(diǎn)繼續(xù)冷卻時(shí)， 其中部分水蒸汽便會(huì)以露珠的形式凝結(jié)出來。 空氣的總壓一定，露點(diǎn)時(shí)的飽和水蒸汽壓ps,td 僅與空氣的濕度 Hs,td 有關(guān)，即ps,td=f(Hs,

10、td)或td= (Hs,td) 濕度越大， td 越大。8.1.9 絕熱飽和溫度 tas形成原理：絕熱降溫增濕過程及等焓過程絕熱增濕過程進(jìn)行到空氣被水汽所飽和，則空氣的溫度不再下降， 而等于循環(huán)水的溫度，稱此溫度為該空氣的絕熱飽和溫度，用符號tas 表示，其對應(yīng)的飽和濕度為 as，此刻水的溫度亦為 tas。在空氣絕熱增濕過程中， 空氣失去的是顯熱，而得到的是汽化水帶來的潛熱，空氣的溫度和濕度雖隨過程的進(jìn)行而變化，但其焓值不變。塔頂和塔底處濕空氣的焓分別為：I 1(cg0Hcv )t Hr0I 2(cgH ascv )tas H asr00濕空氣在絕熱增濕過程中為等焓過程，即： I1=I2由于和

11、 as值與 l 相比皆為一很小的數(shù)值， 故可視為 CH、CHas 不隨濕0t as tr0 ( H as H )cH度而變，即 CH=CHas 。則有實(shí)驗(yàn)測定表明，對于在湍流狀態(tài)下的空氣水蒸氣系統(tǒng)而言，a/kH CH ，同時(shí)r00 rtw ，故在一定溫度 t 和濕度 H 下，有t wt as強(qiáng)調(diào)：絕熱飽和溫度 tas 與濕球溫度 tw 是兩個(gè)完全不的概念。但是兩者都是濕空氣狀態(tài) (t 和 H) 的函數(shù)。特別是對空氣水氣系統(tǒng)，兩者在數(shù)值上近似相等，對其他系統(tǒng)而言，不存在此關(guān)系。對空氣水蒸氣系統(tǒng) ，干球溫度、絕熱飽和溫度（或濕球溫度）及露點(diǎn)之間的關(guān)系為：對于不飽和濕空氣：ttas（或 tw）td對

12、于飽和的濕空氣：t tas（或 tw） td8.2 濕空氣的濕度圖及使用方法8.2 .1 濕空氣的濕度圖5精品 料推薦在工程計(jì)算中，常用的是以濕空氣的焓值 H 為縱坐標(biāo)，濕度 rm 為橫坐標(biāo)的焓濕圖，即 I-H 圖。圖上共有五種線，圖上任一點(diǎn)都代表一定溫度t 和濕度的濕空氣狀態(tài)。等濕度線 (等 rm 線)：等焓線 (等 H 線)：等溫線 (等 t 線)：等相對溫度線（等線）水蒸汽分壓線：1 等濕度線 (等 d 線)一組與縱軸平行的直線。在同一條等H 線上，濕空氣的露點(diǎn)td 不變2 等焓線 (等 h 線 )一組與橫軸平行的直線 。在同一條等 I 線上，濕空氣的溫度 t 隨濕度 H 的增大而下降，

13、但其焓值不變。3 等溫線 (等 t 線)當(dāng)空氣的干球溫度 t 不變時(shí)， I 與 H 成直線關(guān)系，故在 I-H 圖中對應(yīng)不同的t，可作出許多等 t 線。 各種不同溫度的等溫線，其斜率為 (1.88t+2492)，故溫度愈高，其斜率愈大。因此，這許多成直線的等t 線并不是互相平行的。4 等相對溫度線（等線）H0.622psPps當(dāng)濕空氣的濕度 rm 為一定值時(shí)，溫度愈高，其相對濕度值愈低，即其作為干燥介質(zhì)時(shí)， 吸收水汽的能力愈強(qiáng)， 故濕空氣進(jìn)入干燥器之前必須經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱提高溫度， 目的除了提高濕空氣的焓值使其作為載熱體外， 也是為了降低其相對濕度而作為載濕體。rm Pp10.622rm5 水蒸汽

14、分壓線該線表示空氣的濕度 rm 與空氣中的水蒸汽分壓 p1 之間關(guān)系曲線。當(dāng)濕空氣的總壓不變時(shí)，水蒸汽的分壓 p1 隨濕度而變化。水蒸汽分壓標(biāo)于右端縱軸上，其單位為 kPa。8.2.2濕焓圖的說明與應(yīng)用根據(jù)濕空氣任意兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)， 就可以在 rm-H 圖上確定該空氣的狀態(tài)點(diǎn)，然后查出空氣的其他性質(zhì)。非獨(dú)立的參數(shù)如： tdrm，prm，tdp， twH，tasH 等，它們均在同一等H 線或等 I 線上。干球溫度 t、露點(diǎn) td、濕球溫度 tw（或絕熱飽和溫度tas）都是由等 t 線確定的。通常根據(jù)下述已知條件之一來確定濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)，已知條件是：（）濕空氣的干球溫度t 和濕球溫度 tw ；（）

15、濕空氣的干球溫度t 和露點(diǎn) td ；（）濕空氣的干球溫度t 和相對濕度。例：已知濕空氣的總壓為101.3kN/m2 , 濕度為 rm=0.02 kg 水/kg 干空氣，6精品 料推薦干球溫度為 70oC。試用 rm-H 圖求解：(a)水蒸汽分壓 p； (b)相對濕度； (c)熱焓 H； (d)露點(diǎn) td ；(e)濕球溫度 tw ；解 由已知條件： 101.3kN/m2， H=0.02 kg 水 /kg 干空氣， t=70o C，在 rm-H 圖上定出濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)點(diǎn)。pv=3kN/m2 =10%I 122kJ/kg 干空氣td=24oCtw=33o C8.2.3濕空氣的基本狀態(tài)變化過程（1）

16、間壁式加熱和冷卻若空氣的溫度變化范圍在露點(diǎn)以上， 則空氣中的含水量始終保持不變， 且為不飽和狀態(tài)，為等濕過程，過程線為垂直線。（2） 間壁式冷卻減濕上述間壁式冷卻過程當(dāng)進(jìn)行至露點(diǎn)， 空氣即達(dá)到飽和狀態(tài)， 繼續(xù)冷卻時(shí)， 水蒸氣就在冷卻壁面上凝結(jié)出來，而且溫度不斷降低，但空氣始終在飽和狀態(tài)。利用上述方法，如果將凝結(jié)出來的水分設(shè)法除去， 再將所得的飽和空氣加熱，則不會(huì)恢復(fù)原來的狀態(tài)，而空氣的濕度小于原空氣的濕度，即達(dá)到減濕的目的。（3） 不同狀態(tài)空氣的混合設(shè)有狀態(tài)不同的空氣 1 和 2，對應(yīng)的干空氣的量為 G1 和 G2，對應(yīng)的狀態(tài)為（ rm,1，H1），（ rm,2，H2）。兩空氣混合后，由物料衡

17、算和熱量衡算，可求得rm, nqm,1rm,1qm ,2rm,2H nqm,1H 1qm,2 H 2qm,1qm, 2qm,1qm ,2若混合后的空氣狀態(tài)點(diǎn)落入超飽和區(qū)，例如圖中3-4 直線上的 d 點(diǎn)，則混合物將分成氣態(tài)的飽和空氣和液態(tài)的水兩部分，前者的狀態(tài)點(diǎn)為過 d 點(diǎn)的等溫線與 =1 線的交點(diǎn) e。（4） 絕熱冷卻增濕過程空氣和水直接接觸時(shí)， 空氣的狀態(tài)變化可視為空氣和液態(tài)水表面邊界層內(nèi)的飽和空氣不斷混合的過程。若空氣（以 A 點(diǎn)表示）與溫度為 tas 的冷卻水（其表面的飽和空氣以 B 點(diǎn)表示）相接觸，由于水溫保持不變， B 點(diǎn)的位置也固定不變，則空氣的不斷混合過程就表現(xiàn)為空氣狀態(tài)從 A

18、 點(diǎn)不斷向 B 點(diǎn)移動(dòng)。絕熱飽和過程的進(jìn)行， 其結(jié)果一方面表現(xiàn)為空氣的冷卻， 另一方面表現(xiàn)為空氣的增濕，故稱為絕熱冷卻增濕過程8.3干燥靜力學(xué)干燥過程的計(jì)算中應(yīng)通過干燥器的物料衡算和熱量衡算計(jì)算出濕物料中水分蒸發(fā)、空氣用量和所需熱量， 再依此選擇適宜型號的鼓風(fēng)機(jī)、 設(shè)計(jì)或選擇換熱器等。8.3.1、物料含水量的表示方法（1） 濕基含水量 w7精品 料推薦以濕物料為計(jì)算基準(zhǔn)的物料中水分的質(zhì)量分率或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。濕物料中水分的質(zhì)量w100%濕物料的總質(zhì)量（2） 干基含水量：不含水分的物料通常稱為絕對干物料或稱干料。 以絕對干物料為基準(zhǔn)的濕物料中含水量，稱為干基含水量，亦即濕物料中水分質(zhì)量與絕對干料的質(zhì)

19、量之比，單位為 kg 水分 /kg 絕干料。濕物料中水分的質(zhì)量X濕物料中絕對干料的質(zhì)量兩種含水量之間的換算關(guān)系為XwwX1 X1 w注：工業(yè)上常采用濕基含水量。8.3.2干燥系統(tǒng)的物料衡算通過物料衡算可確定將濕物料干燥到規(guī)定的含水量所蒸發(fā)的水分量、空氣消耗量、干燥產(chǎn)品的流量。qm,l 絕干空氣的消耗量， kg 絕干氣 /s；rm,1， rm,2分別為濕空氣進(jìn)出干燥器時(shí)的濕度，kg 水氣 /kg 絕干氣；X1， X2分別為物料進(jìn)出干燥器時(shí)的干基含水量，kg 水氣 /kg 絕干料；qm,G2 ， qm,G1分別為物料進(jìn)出干燥器時(shí)的流量， kg 濕物料 /s；G絕干物料的流量， kg 絕干料 /s。

20、（1） 水分蒸發(fā)量 w1s 為基準(zhǔn)。對上圖所示的連續(xù)干燥器作水分的物料衡算，以LH 1 GX 1LH 2 GX 2w L( H 2H 1 ) G ( X 1 X 2 )（2） 干空氣消耗量LL ( H 2 H 1 ) G ( X1X 2 )G( X1X 2 )wLH 1H 2H 1H 2令 l=L/W ，稱為比空氣用量， 其意義是從濕物料中氣化 1kg 水分所需的干空氣量。lL1wH 2H18精品 料推薦如果新鮮空氣進(jìn)入干燥器前先通過預(yù)熱器加熱，由于加熱前后空氣的濕度不11lH 2H 1H 2H 0變，以 H0 表示進(jìn)入預(yù)熱器時(shí)的空氣濕度，則有上式說明：比空氣用量只與空氣的最初和最終濕度有關(guān)，

21、 而與干燥過程所經(jīng)歷的途徑無關(guān)。濕空氣的消耗量為：LL(1H 1 )L (1H 0 )（3） 干燥產(chǎn)品的流量G2GG2 (1w2 )G1 (1w1 )G1 (1w1 )G2w21式中w1、 w2物料進(jìn)出干燥器時(shí)的濕基含水量G2G11w1100010.1918.4kg / h1w210.02G2G1w1000 81.5918.5kg / h8.3.3 干燥系統(tǒng)的熱量衡算通過干燥器的熱量衡算可以確定物料干燥所消耗的熱量或干燥器排出空氣的狀態(tài) (H2， t2， I2 )。Qp預(yù)熱器的傳熱速率，kw；QD向干燥器中補(bǔ)充熱量的速率，kw ；QL干燥器的熱損失速率，kw（1） 預(yù)熱器的熱量衡算若忽略預(yù)熱器的熱損失，以1s 為基準(zhǔn)，則有LI 0QpLI 1QpL( I1I 0 )（2） 干燥器的熱量衡算