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干燥计算.
干燥计算.
第1节湿空气的性质与湿度图
在干燥操作中,采用不饱和空气为干燥介质,干燥过程所需空气用量、热量
耗费及干燥时间等均与湿空气的性质相关。故第一介绍湿空气的性质。
计算基准:干燥过程中,绝干空气的质量向来不变,故湿空气各样相关性质
及干燥计算均以单位质量绝干空气为计算基准。
一、湿度H和相对湿度φ
表征空气中所含水蒸气多少的两个参数是湿度H和相对湿度φ。
湿度H
湿度又称湿含量,是湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。
定义式
H
Mwnw
18nw
nwkg/kg绝干空气
Mgng
29ng
ng
5-1)
式中:Mg——干空气的摩尔质量,kg/kmol;
Mw——水蒸汽的摩尔质量,kg/kmol;
ng——湿空气中干空气的千摩尔数,kmol;
nw——湿空气中水蒸汽的千摩尔数,kmol。
以分压比表示
p
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Pp
(5-2)
式中:p——水蒸汽分压,Pa;
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P——湿空气总压,Pa。
饱和湿度Hs:
若湿空气中水蒸汽分压恰巧等于该温度下水的饱和蒸汽压Ps,此时的湿度
为在该温度下空气的最大湿度,称为饱和湿度,以Hs表示。
(5-3)
式中:ps——同温度下水的饱和蒸汽压,Pa。
由于水的饱和蒸汽压只与温度相关,故饱和湿度是湿空气总压和温度的函
数。
相对湿度φ
又称相对湿度百分数。即湿空气中水蒸汽分压p与同温度下的饱和蒸气压之
比ps的百分数,称为相对湿度。
定义式
p
100%
ps
(5-4)
相对湿度表示了湿空气的不饱和程度,反应湿空气汲取水汽的能力。
=1(或100%),表示空气已被水蒸汽饱和,不可以再汲取水汽,已无干燥能力。
愈小,即p与ps差距愈大,表示湿空气偏离饱和程度愈远,干燥能力愈大。
(2)H、φ、t之间的函数关系:
(5-5)
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由上式可见,水蒸汽分压相同,即湿度相同,而温度不一样样的湿空气,若温
度愈高,则Ps值愈大,φ值愈小,干燥能力愈大。因此加热空气,可以提高干
燥见效。
二、湿空气比容H
干燥过程计算中,将进行空气耗费量计算,其中波及空气质量流量和体
积流量的换算,要使用湿空气比容H进行换算。
定义:每单位质量绝干空气中所拥有的空气和水蒸汽的整体积。
273t
3
湿空气/kg绝干气
HgwH()
P
m
273
(5-6)
由上式可见,湿比容随其温度和湿度的增加而增大。
绝干空气的质量耗费量L与湿空气体积耗费量Vw之间的换算以下:
Vw=
LH
(5-7)
三、比热CH
定义:将1kg干空气和其所带的Hkg水蒸气的温度高升1℃所需的热量称比
热。又称湿比热。
CH=Cg+CvH=+
气·℃(5-8)
式中:Cg——绝干空气比热,·℃
Cv——水蒸汽比热,·℃
上式说明湿空气的比热是湿度的函数。
四、焓I
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干燥系统中预热器耗费的热量、干燥器补充热量及系统总热量均需经过干燥
器的焓衡算求得。
湿空气的焓为单位质量干空气的焓和其所带Hkg水蒸汽的焓之和。
计算基准:为简化计算,规定0℃时干空气与液态水的焓为零,则:
Icgt(r0
cvt)Hr0H(cg
cvH)t2490H()t
kJ/kg
干空气
(5-9)
式中:
r0——℃时水蒸汽汽化潜热,其值为
2490kJ/kg
。
0
[例5—1]
对常压下温度为60C、湿度为
,求算该
空气的水气分压、相对湿度、比容、比热容和焓。
解:。
水气分压p,用式5-2计算:
H
Pp或
101330p
解得:p
1603Pa
相对湿度:
H
Pps
或**********.34
解得:%
另解:先计算出湿空气的水气分压p,此后用式5-4计算。前解已算
出p1603Pa。
p
100%
ps
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1603
100%%
两种计算方法的结果一致。
比容vH
vH
273t
101330
()(
)
273
P
()27360101330
273101330
比热容cH
/(kg绝干气C)
焓I,用式
I(1.
01
)t
2490H
(1.
01
)
60
2490
五、干球温度与湿球温度
干球温度:在空气流中搁置一支一般温度计,所测得空气的温度为t,此温
度称为空气的干球温度,是空气的实质温度。
湿球温度:以以下图,用水湿润纱布包裹温度计的感湿球,即成为一湿球温
度计。将它置于必定温度和湿度的流动的空气中,达到稳态时所测得的温度称为
空气的湿球温度,以tw表示。
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过程分析:当不饱和空气流过湿球表面时,由于湿纱布表面的饱和蒸汽压大
于空气中的水蒸汽分压,在湿纱布表面平易体之间存在着湿度差,这一湿度差使
湿纱布表面的水分汽化被气流带走,水分汽化所需潜热,第一取自湿纱布中水的
显热,使其降温,于是在湿纱布表面与气流之间又形成了温度差,这一温度差将
惹起空气向湿纱布传达热量。当单位时间由空气向湿纱布传达的热量恰巧等于单
位时间自湿纱布表面汽化水分所需的热量时,湿纱布表面就达到一稳态温度,即
湿球温度。经推导得:
twtkHrtw(Hs,twH)
(5-10)
式中:HS,tw——湿空气在温度为tw下的饱和湿度,kg水/kg干气;
——空气的湿度,kg水/kg干气。α——空气向水的对流传热系数,W/(m2C)
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kH——以湿度差为推动力的传质系数kg/(m2·s·ΔH)
注意:
湿球温度tw为湿空气温度t和湿度H的函数,tw≤t,湿度越大,湿球温度tw越高,越凑近湿空气温度t,当空气达到饱和湿度时,tw=t。
在测量湿球温度时,空气速度一般需大于5m/s,使对流传热起主要作用,相应减少热辐射和传导的影响,使测量较为精准。
六、露点温度td
必定压力下,将不饱和空气等湿降温至饱和,出现第一滴露水时的温度为露
点温度td,相应的湿度称为露点下的饱和湿度Hd:
ps,td
Pps,td
(5-11)
式中:ps,td——为露点
时饱和蒸汽压,
也就是该空气在初始状态下的水蒸汽分
压
pv。
(5-12)
计算获取,查其相对应的饱和温度,即为该湿含量H和总压P时的露点。
七、绝热饱和温度tas
绝热饱和过程中,气、液两相最后达到的均衡温度称为绝热饱和温度。
绝热饱和过程:不饱平易体在与外界绝热的条件下和大量的液体接触,若时
间足够长,使传热、传质趋于均衡,则最后气体被液体蒸汽所饱和,气体与液体
温度相等,此过程称为绝热饱和过程。
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,湿度H和温度t的不饱和空气由塔底引入,水由塔底经循环泵送往塔顶,喷淋而下;与空气成逆流接触,此后回到塔底再循环使用。在该过程中,水量很大,达到坚固后,全塔的水温相同,设为
图5-3绝热饱和塔表示图
tas。气液在逆流接触中,由于空气处于不饱和状态,水分则不断汽化进入空气。
又由于系统与外界无热量互换,水分汽化所需汽化潜热只能取自空气的显热,于
是气体沿塔上涨时,不断地冷却和增湿,若塔足够高,使得气、液有充分的接触
时间,气体到塔顶后将与液体趋于均衡,达到过程的极限。此时,空气已被水分
所饱和,液体不再汽化,气体的温度也不再降低,达到进口气体在绝热增湿过程
的极限温度,其值与水温t相同,即为该空气的绝热饱和温度。
此时气体的湿度为tas下的饱和湿度Has。塔内底部的湿度差和温度差最
大,顶部为零。除非进口气体是饱和湿空气,否则,绝热饱和温度老是低于气体
进口温度,即tas<t。由于循环水不断汽化至空气中,因此须向塔内补充一部
分温度为tas的水。
以单位质量的干空气为基准,在稳态下对绝热饱和过程作热量衡算:气体放
出的显热等于液体汽化的潜热,即:
cH(ttas)(HasH)r
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(5-13)
或
tastr(HasH)
cH
5-14)
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上式表示,空气的绝热饱和温度
的状态参数,也是湿空气的性质。当
H。
tas是空气湿度H和温度t的函数,是湿空气
t、tas已知时,可用上式来确定空气的湿度
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绝热饱和过程又可看作等焓过程办理。
关于空气和水的系统,湿球温度tw与绝热饱和温度tas在数值上近似相等。
而在绝热条件下,用湿空气干燥湿物料的过程中,气体温度的变化是趋向于绝热
饱和温度tas的。假如湿物料足够湿润,则其表面温度也就是湿空气的绝热饱和
温度t
as
,亦即湿球温度
t,而湿球温度是很简单测定的,因此湿空气在等焓过
w
程中的其他参数的确定就比较简单了。
以上介绍了表示湿空气的四种温度:干球温度
t;湿球温度tw;绝热饱和温
度tas;露点温度td。比较之有:
不饱和湿空气:t>tw(tas)>td
饱和湿空气:t=tw(tas)=td
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