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8 干燥和蒸发
8.1 教学基本要求
8.1.1干燥
学习本章应掌握的内容：
（1）湿空气的性质、湿度图及其应用； （2）干燥过程的物料衡算和热量衡算； （3）固体物料的干燥机理；
（4）干燥速率及恒定干燥条件下干燥时间的计算； （5）了解工业生产中常用的干燥器的性能及应用范围。 8.1.2 蒸发
学习本章应掌握的内容： （1）蒸发过程的基本概念； （2）蒸发器的结构及特点；
（3）蒸发过程的物料衡算及热量衡算； （4）蒸发器的生产能力和生产强度； （5）多效蒸发流程和多效蒸发计算。 8.2 重点内容概要
8.2.1 湿空气的性质和湿度图
湿空气是干空气和水汽的混合物，在对流干燥中，既是载热体又是载湿体，故湿空气的水汽含量、温度和焓等性质在干燥过程中发生变化。 8.2.1.1 湿空气的性质
湿空气的性质参数如下：干球温度，总压，湿球温度，露点温度，绝热饱和温度，水分分压，绝对湿度，相对湿度，比容，比热和焓等。需要指出的是，表示湿空气性质的四个温度t、tw、tas、td的数值大小，对于不饱和湿空气为t>tw≈tas>td，对于饱和湿空气为t=tw=tas=td。 8.2.1.2 湿度图及其应用
湿度图是一种常用的表达湿空气性质的图，图内主要有以下曲线组和曲线：等温度线（等t线）、等湿度线（等H线）、等相对湿度线（等φ线）、绝热饱和（冷却）线、比热－温度线、比容－温度线。
湿度图的应用应注意以下几点：了解图中各条线的意义；了解干燥过程中湿空气性质间的变化关系；正确应用φ、H、tas的等值线。应用湿度图可以方便地查取湿空气的各项参数，同时可表示湿空气状态的变化过程。 8.2.2 干燥静力学
8.2.2.1 干燥过程的物料衡算
（1）湿物料含水量的表示方法
湿物料含水量有两种表示方法，湿基含水量w和干基含水量X。其中
w?湿物料中水分的质量?100%湿物料的总质量
（8-1）
X?湿物料中水分的质量?100%湿物料中绝干物料的质量
（8-2）
工业生产中，通常用湿基含水量来表示物料所含水分的多少。而在干燥计算中，由于干物料的质量在干燥过程中不变，故常用干基含水量表示物料的含水量。二者的换算关系为
Xw或者X?1?X1?w
（8-3） w?（2）物料衡算
通过物料衡算可确定水分蒸发量和空气消耗量。 （ⅰ）水分蒸发量W
W?GC(X1?X2)
（8-4）
式中：X1——进干燥器的物料的干基含水量，kg水/kg干物料；
X2——出干燥器的产品的干基含水量，kg水/kg干物料。
干物料质量流量Gc可用以下公式计算。
GC?G1(1?w1)?G2(1?w2)
（8-5）
式中：Gc——干物料质量流量，kg/h；
G1——进干燥器的物料的质量流量，kg/h； G2——出干燥器的产品的质量流量，kg/h；
w1——进干燥器的物料的湿基含水量，kg水/kg湿物料； w2——出干燥器的产品的湿基含水量，kg水/kg湿物料。
（ⅱ）空气消耗量L
蒸发W水分所用的干空气量L为
L?W（8-6）
H2?H1
式中：H1、H2——进、出干燥器的气体的绝对湿度，kg水/kg干空气； 单位空气消耗量l为
l?L11??WH2?H1H2?H0
（8-7）
式中：H0——预热前气体的绝对湿度，kg水/kg干空气。 8.2.2.2 干燥过程的热量衡算
通过干燥过程的热量衡算，可以确定物料干燥所消耗的热量。热量衡算以汽化1kg水分为计算基准，温度以0℃为基准。
（1）预热器的耗热量QP
Qp?L(I1?I0)?LcH0t(?1t)
0（8-8）
式中：I0、I1——空气进、出预热器时的焓，kJ/h；
cH0——进预热器的空气的比热容，kJ/(kg·℃)；
t0、t1——空气进、出预热器时的温度，℃。 （2）整个干燥系统的热量衡算
?Q Q?Q Q p?Qdw?Qm?Ql' ?l（8-9）
其物理意义为：通过预热器提供的热量Qp和补充加热Qd一起向干燥系统输入的热量用于以下四个方面：汽化水分消耗热量Qw，加热产品消耗热量Qm，设
备热损失消耗热量Ql，随废气放空消耗热量Ql’。
干燥器的热量衡算可以用整个系统的热量衡算减去预热器的耗热量得到。 （3）理想干燥过程 在干燥过程中若： ①设备无热损失，Ql=0； ②不加入补充热量，Qd=0；
③物料足够润湿，温度保持为空气的湿球温度tw，即θ1=θ2=tw；
则有I1≈I2，说明空气在干燥过程中经历的过程为等焓过程，亦即近似为一绝热饱和过程，称为理想干燥过程。该过程中，空气状态沿绝热冷却线变化，故可利用图解法在湿度图中迅速求得空气在干燥器出口处的状态参数。 8.2.3 干燥动力学
8.2.3.1 物料中所含水分的性质
（1）自由水分与平衡水分
根据在给定的空气条件（t，H）下，物料中的水分能否被干燥除去，将湿物料中的水分划分为自由水分和平衡水分。
平衡含水量：用一定状态下的未饱和湿空气与湿物料接触，当物料表面水的分压与空气中水蒸汽分压相等时，物料中的水分与该空气中的水蒸汽达到平衡，此时，物料所含水分称为该空气状态下的平衡含水量。
平衡水分：等于或小于平衡含水量，无法用相应空气干燥的那部分水分称为平衡水分。
自由水分：物料中高于平衡含水量，可用相应空气干燥除去的水分称为自由水分。
自由水分与平衡水分随物料的种类及空气的状态不同而异。对同一种物料，不同的空气状态所得的自由水分与平衡水分并不相同。
（2）结合水与非结合水
根据固体物料中水分被干燥除去的难易程度，可简单地分为结合水和非结合水。
结合水：包括湿物料中存在于细胞壁内和毛细管内的水分，由于固、液间结合力较强，结合水产生的蒸汽压小于同温度下纯水的蒸汽压，故除去困难。