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b.饱和湿度
c.相对湿度
②湿空气温度的表示方法
a.干球温度t:
简称温度,指空气的真实温度,可直接用普通温度计测量。
b.露点温度td:
在总压不变的条件下,不饱和湿空气等湿降温至饱和状态时的温度。
c.绝热饱和温度tas:
指少量空气与大量水经长时间绝热接触后达到的稳定温度。
d.湿球温度tw:
指大量空气与少量水经长时间绝热接触后达到的稳定温度。
e.湿空气的四种温度间的关系
不饱和湿空气:
饱和湿空气:
③湿空气的比热容(湿比热容)cpH:
将1kg干空气和其所带的Hkg水汽的温度升高1℃所需的热量,单位kJ/(kg∙℃)。
④湿空气的焓I:
指1kg干气及所带的kg水汽所占的总体积,单位m3/kg干气。
⑤湿空气的比体积:
常压下温度为℃、湿度为的湿空气的比体积为
(2)湿度图
湿空气的各种性质之间存在着一定的函数关系,这些关系除了可用前面介绍的公式表示外,还可用湿空气的性质图来表示。
在总压一定时,湿空气仅有两个独立的性质参数。
从形式上看,常用的有焓I—湿度H图、温度t—湿度H图。
(3)水分在气固两相间的平衡
①湿物料中水分含量的表示方法
湿基含水量kg水/kg湿料
干基含水量kg水/kg绝干料
二者关系
②相对湿度曲线
图14-2相对湿度曲线
③平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分间的差异(表14-1)
表14-1物料中四种水分间的差异
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
干燥的难易程度
特点
能被干燥除去不能被干燥除去
难容易
影响因素
湿空气的性质、物料性质
物料本身的性质
备注
平衡水分一定是结合水分
非结合水分一定是自由水分
3.干燥速率与干燥过程计算
(1)物料在定态条件下的干燥速率
①干燥速率:
指单位时间、单位面积(气固接触界面)被汽化的水量,即
式中——试样中绝对干燥物料的质量,kg;
——试样暴露于气流中的表面积,m2;
——物料的自由含水量,,kg水/kg干料;
W——汽化的水分量,kg。
②干燥速率曲线
图14-3干燥速率曲线
③各阶段特点
a.恒速段
=常量
物料表面温度等于湿空气的湿球温度tw;
恒速干燥阶段为表面汽化控制;
在该阶段除去的水分为非结合水分;
恒速干燥阶段的干燥速率与空气的状态有关,与物料的种类无关。
b.降速段
随着干燥时间的延长,干基含水量X减小,干燥速率降低,物料表面温度逐渐升高;
物料表面温度大于湿空气的湿球温度;
除去的水分既有非结合水,也有结合水;
降速干燥阶段的干燥速率与物料种类、结构、形状及尺寸有关,而与空气状态关系不大。
④临界含水量
由恒速阶段转为降速阶段的点称为临界点,所对应湿物料的含水量称为临界含水量;
降低物料厚度,临界含水量Xc↓;
物料越细,Xc↑;
等速干燥阶段的干燥速率(NA)C越大,Xc↑。
(2)间歇干燥过程的计算
恒速段
降速段
降速段的近似计算法
(X——干基含水量)
(X——自由含水量)
(3)干燥过程的物料衡算与热量衡算
图14-4干燥流程示意图
①物料衡算
绝干物料量
或
蒸发水分量
或
干空气质量流量
比空气用量
实际空气(新鲜空气)质量流量kg湿空气/s
风机的风量
m3湿空气/s
式中、是风机所在位置空气的干球温度与湿度。
干燥产品质量流量
②预热器的热量衡算
,
③干燥器的热量衡算
式中cp,X——湿物料的比热容,kJ/(kg干物料.℃),对于水cp,L=4.18kJ/(kg.℃)
④理想干燥过程,又称为等焓干燥过程,即
⑤干燥系统的热量衡算
⑥干燥过程的热效率
忽略热损失
a.理想干燥过程
b.提高热效率的措施
降低废气的温度t2,但t2应比空气的湿球温度高20~50℃,以避免干燥的产品返潮。
提高空气的预热温度t1,但以考虑热源能位的限制与物料的耐高温性。
对不能经受高温的物料,采用中间加热的方式。
减少干燥过程的各项热损失。
采用部分废气循环操作,一般废气循环量为总气量的20%~30%。
4.干燥器
(1)常用干燥器:
厢式干燥器、喷雾干燥器、流化床干燥器、气流干燥器等
(2)几种干燥器的特点
①喷雾干燥器:
干燥速率快,干燥时间短(仅5~30s),特别适用于热敏性物料的干燥;
能处理低浓度溶液,且可由料液直接得到干燥产品。
②气流干燥器:
颗粒在管内的停留时间很短,一般仅2s左右。
在加料口以上1m左右,物料被加速,气固相对速度最大,给热系数和干燥速率也最大,是整个干燥管最有效的部分。
③流化床干燥器:
气速较气流干燥器低,停留时间长(停留时间可由出料口控制)。
基础知识测试题
一、选择题
1.将充分润湿的物料置于高温气体中,气体的运动速度很小,可近似地视为静止。
当物料温度达到稳定时,物料温度与湿球温度相比较,正确的是()。
(A)(B)(C)(D)
2.不饱和湿空气在预热过程中,湿度(),相对湿度(),焓()。
(A)增大(B)减小(C)不变(D)不确定
3.在总压一定的条件下,以下参数对中不能确定空气的露点的是()。
(A)干球温度与湿球温度(B)湿球温度与焓
(C)湿度与相对湿度(D)绝热饱和温度与湿度
4.对某空气—水系统,空气的相对湿度为50%,则该空气的干球温度t,湿球温度,绝热饱和温度及露点温度之间的关系为()。
(A)(B)
(C)(D)
5.将不饱和空气在恒压下冷却至露点温度以下,则相对湿度(),湿度(),湿球温度()。
(A)增大(B)减小(C)不变(D)不确定
6.在一定空气状态下,用对流干燥方法将某湿物料干燥至低于临界含水量,能除去的水分为(),不能除去的水分为();
在恒速段除去的水分为(),在降速段除去的水分为()。
(A)平衡水分(B)结合水分(C)非结合水分(D)自由水分
7.在一定的干燥速率下,同一物料的厚度增加,物料的临界含水量(),干燥所需的时间();
干燥压力、物料厚度、物料与空气的接触方式及空气的湿度不变,提高空气的温度,则恒速段的干燥速率(),物料的临界含水量(),物料中的平衡水分()。
(A)增加(B)减少(C)不变(D)不确定
8.在恒定干燥条件下,将含水25%(湿基,下同)的湿物料进行干燥,开始时干燥速率恒定。
当干燥至含水8%时,干燥速率开始下降,再继续干燥至物料恒重,并测得此时物料含水量为0.08%,则物料的临界含水量为(),平衡含水量为()。
(A)25%(B)8%(C)0.08%(D)7.92%
9.用一定状态的空气(湿球温度为,露点为)干燥某物料。
已知物料的临界含水量为20%(湿基)。
现将该物料从初始含水量0.3(干基,下同)干燥至0.23,则此时物料表面温度满足();
若将物料进一步干燥至0.05,则物料表面温度满足()。
(A)(B)(C)
(D)(E)(F)
10.用空气作介质干燥热敏性物料,且干燥处于降速阶段,欲缩短干燥时间,则可采取的措施是()。
(A)提高空气的温度(B)增大干燥面积、减薄物料厚度
(C)提高空气的流速(D)降低空气的相对湿度
二、填空题
1.干燥过程是_________相结合的过程,传质方向为________,传热方向为__________。
2.在总压101.33kPa,温度20℃下(已知20℃下水的饱和蒸汽压为2.334kPa),某湿空气的水汽分压为1.603kPa,现空气温度保持不变,将总压升高到250kPa,则该空气的水汽分压为________。
3.当湿空气的总压一定时,相对湿度仅与________及________有关。
4.恒速干燥阶段物料表面的温度等于________________________________。
该阶段除去的物料中的水的平衡蒸汽压等于_____________________________。
影响恒速阶段干燥速率的因素的有_______________________________________________________________。
5.已知在常压、25℃下水分在某湿物料与空气之间的平衡关系为:
相对湿度时,平衡含水量kg水/kg绝干料;
相对湿度时,平衡含水量kg水/kg绝干料。
现将湿基含水量为20%的该物料,与25℃、的空气接触,则该物料的自由含水量为_________kg水/kg绝干料,非结合水分量为_________kg水/kg绝干料。
6.进干燥器的气体状态一定,干燥任务一定。
若干燥器内部无补充加热,则气体离开干燥器的湿度H越大,干燥器的热效率越,传质推动力越_______。
7.降低废气出口温度可以提高干燥器的热效率,但废气在离开设备之前的温度的限制是________,原因是_____________。
8.在测量湿球温度时,空气速度需大于5m/s,这是为了。
9.物料的平衡水分一定是___________水分;
物料的非结合水分一定是_____________水分。
10.当某物料的干燥过程存在较长的降速阶段时,气流干燥器和流化床干燥器两者中选用________较为有利,原因是_____________________________________。
基础知识测试题参考答案
1.A2.C;
B;
A3.B4..B5.A;
B6.D;
A;
C;
CD7.A;
B8.B;
C9.C;
A10.B
1.热量传递与质量传递;
固相至气相;
气相至固相
2.2.334kPa
3.H;
t
4.干燥介质(热空气)的湿球温度;
同温度下纯水的饱和蒸汽压;
空气的状态、流速、空气的流向
5.自由含水量X-X=0.25-0.009=0.241,非结合水量X-X=0.25-0.025=0.225
6.大;
小
7.气体温度不降至露点;
原因是空气温度小于或等于露点时,会在分离设备及管道中析出水分,使产品返潮,甚至堵塞设备或管道。
8.减少辐射和热传导的影响,使测量结果较为精确
9.结合;
自由
10.流化床干燥器;
降速阶段干燥速率慢,需要较长的干燥时间,而气流干燥器的气速高,约在10~20m/s以上,物料在其中的停留时间短(一般仅约2s),流化床干燥器的气速低,使物料处于流化阶段,可获得足够的停留时间。
解题实例
14-1湿空气的性质
某干燥作业如附图所示。
现测得温度为
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