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1
8,干燥
8.1 湿空气的性质与湿度图
8.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算
8.3 干燥速率与干燥时间
8.4 干燥器返回北京化工大学化工原理电子课件
2
在化工生产中，一些固体产品或半成品可能混有大量的湿分，将湿分从物料中去除的过程，称为 去湿 。
去湿的方法可分为以下三类：
机诫去湿：用于去除固体物料中大部分湿分。
吸附去湿：用于去除少量湿分。
热能去湿（ 干燥 ）：向物料供热以汽化其中的湿分的单元操作。
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3
干燥过程的分类：
常压干燥真空干燥连续式间歇式传导干燥（间接加热干燥）
对流干燥（直接加热干燥）
辐射干燥介电加热干燥按操作压力分按操作方式分按供热方式分返回北京化工大学化工原理电子课件
4
根据供热方式不同，干燥可分为以下四种情况：
传导干燥（间接加热干燥）：
热能通过壁面以传导方式加热物料。
对流干燥（直接加热干燥）：
干燥介质与湿物料直接接触，并以对流方式加热湿物料。
辐射干燥：
热能以电磁波的形式射到湿物料表面。
介电加热干燥：
将湿物料置于高频电场内，使其被加热。
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5
本章主要讨论对流干燥,干燥介质是热空气，除去的湿分是水分 。
对流干燥是传热、传质同时进行的过程，
但传递方向不同，是热、质反向传递过程：
传热 传质方向推动力气 固 固 气温度差 水汽分压差返回北京化工大学化工原理电子课件
6
干燥过程进行的 必要条件,
* 物料表面水汽压力 大于 干燥介质中水汽分压；
* 干燥介质要将汽化的水分及时带走。
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7
8.1 湿空气的性质与湿度图
8.1.1 湿空气的性质
8.1.2 空气的湿度图及其应用返回北京化工大学化工原理电子课件
8
8.1.1 湿空气的性质通常用两个参数来表征空气中所含水分的大小：
湿度 H 及相对湿度 φ
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9
一、湿度（湿含量） H
定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。
湿空气 是由 水蒸汽 和 绝干空气 构成。
H = Kg水汽Kg绝干空气 = nwMwn
g Mg
= 18.02nw28.95n
g
nw：湿空气中水汽的摩尔数,kmol；
ng：湿空气中绝干空气的摩尔数,kmol；
Mw：水汽的分子量,kg/kmol；
Mg：空气的平均分子量,kg/kmol。
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10
当湿空气可视为理想气体时，则有：
式中,pw为空气中水蒸汽分压。
即,)(
wpPfH,?
当 P为一定值时,)(
wpfH?
w
w
g
w
g
w
p
pP
p
p
n
n
w
w
g
w 622.0
95.28
02.18
pP
p
n
nH
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11
当湿空气中水蒸汽分压 pw 恰好等于 同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压 ps时，则表明湿空气达到饱和，
此时的湿度 H为 饱和湿度 Hs。
二、相对湿度?
定义：在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压 pw与同温度下水的饱和蒸汽压 ps之比的百分数。
%100
S
w
p
p
即,)(
S PtfH,?
即,)( tpf
w,
S
S
S 6 2 2.0 P - p
pH?
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12
结论：
湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。
当 φ =1时：
pw = ps，湿空气达饱和,不可作为干燥介质 ；
当 φ <1时：
pw < ps，湿空气未达饱和,可作为干燥介质 。
φ越小,湿空气偏离饱和程度越远,干燥能力越大 。
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13
【 例 7-1】
湿空气中水的蒸汽分压 pw=17.5mmHg，总压
P=760mmHg，求 20℃ 时的相对湿度? ；若空气分别被加热到 50℃ 和 120℃,求?值 。
相对湿度 φ 与湿度 H 的关系：
s
s
pP
pH
6 2 2.0 )( tfH,
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14
三、湿空气的比热与焓
1、湿比热（湿热） cH [kJ/kg干气?℃ ]
定义,在常压下，将 1kg干空气和其所带有的 Hkg水汽升高温度 1℃ 所需的热量。
)(88.101.1 HfHHccc vgH
gc
：干空气比热 = 1.01 kJ/kg干气? ℃
vc
：水汽比热 = 1.88 kJ/kg水汽? ℃ 式中返回北京化工大学化工原理电子课件
15
2、焓（热含量） I [kJ/kg干气 ]
定义,湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。
计算基准：
以 0℃ 干空气及 0℃ 液态水的焓值为 0作基准。
因此，对于温度为 t、湿度为 H 的湿空气，
其焓值包括由 0℃ 的水变为 0℃ 水汽所需的潜热及湿空气由 0℃ 生温至 t℃ 所需的显热之和。
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16
tcHtHH
tHccHrHtcrtcHIII
H
vgvgvg
2 4 9 2)88.101.1(2 4 9 2
)()( 00
即：
式中：
I：温度为 t、湿度为 H的湿空气的焓值。 [kJ/kg干气 ]；
Ig：干空气的焓值。 [kJ/kg干气 ]；
Iv：水汽的焓值。 [kJ/kg水汽 ]；
r0,0℃ 时水的汽化潜热。 r0=2492 kJ/kg水汽 。
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17
I
H
t
由上式可知，湿空气的焓值只与湿空气的湿度及温度有关。即：
)( tHfI,?
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18
四、湿空气的比容（湿容积） υH [m3湿空气 /kg干气 ]
定义,每单位质量绝干空气中所具有的湿空气（绝干空气和水蒸汽）的总体积。
HwgH式中：
H?
,压力 P,温度 t下湿空气比容。 [m3湿气 /kg干气 ]
g?
,压力 P,温度 t下干空气比容。 [m3干气 /kg干气 ]
w?
,压力 P,温度 t下水汽比容。 [m3水 /kg水 ]
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19
P
t
P
t
g
55 10013.1
273
273773.010013.1
273
273
29
41.22
P
t
P
t
w
55 10013.1
273
273244.110013.1
273
273
18
41.22
g? w?
,的数值为：
P
t
H
HwgH
510013.1
273
273
)244.1773.0(
所以：
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20
综合以上分析可得：
)( HtfH,当总压力 P为一定值时，
HH
t?
另外,湿空气密度
H
H
m
kg
13
湿气湿气返回北京化工大学化工原理电子课件
21
定义,一定压力下，将不饱和空气 等湿 降温至饱和，出现第一滴露珠时的温度。
湿度 H与露点 td 的关系：
五、露点 td
pd,td下的饱和蒸汽压。
d
d
pP
pH
6 2 2.0
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22
干球温度 t是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。
湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。
湿球温度计,温度计的感温球用纱布包裹，纱布用水保持湿润，这支温度计为湿球温度计。
不饱和空气的湿球温度 tw低于干球温度 t。
六、干球温度 t
七、湿球温度 tw
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23
湿球温度计工作原理分析返回北京化工大学化工原理电子课件
24
湿球温度 tw计算公式（推导过程见 P332）,
式中：
：空气至湿纱布的对流传热系数,W/m2?℃ ；
：以湿度差为推动力的传质系数,kg/m2?sH；
：水在湿球温度 tw时的汽化潜热,kJ/kg水；
：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。
)( HHrktt wwHw
Hk
wr
wH
H
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25
* 物系性质：与 α,kH有关的物性；
* 空气状态,t,H；
* 流动条件,α/kH 。
实验表明,α与 kH都 Re与的 0.8次幂成正比，故 α
与 kH之比值与流速无关，只与物性有关。当物系已确定，则物系性质就不再改变，此时，湿球温度只与气相状态有关，即：
影响湿球温度 tw的三方面因素：
)( Htft w,?
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26
对于空气 — 水系统：
当空气流速 u?5m/s时，传热以对流方式为主，有：
因此，湿球温度是湿空气的温度和湿度的函数，
即当 t,H一定时,tw也为定值。可写为：
在实际生产中，常常利用干、湿球温度计来测量空气的湿度。
1.09kJ/kg℃
Hk
Hc?
)( Htft w,?
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27
七、绝热饱和温度 tas
定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。
绝热饱和器工作原理分析：
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28
经过以上分析可知，在空气绝热增湿过程中，空气失去的显热与汽化水分带来的潜热相等，空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化，但其焓值不变。
推导过程见 P334
ras,tas温度下水的汽化潜热,kJ/kg水；
Has：空气的绝热饱和湿度,kg水 /kg干气；
cH,湿空气的比热,kJ/kg干气? ℃
)( HH
c
r
tt as
H
as
as
)( Htft as,
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29
湿球温度 tw 与绝热饱和温度 tas 的关系：
tw,大量空气与少量水接触，空气 t,H的不变；
tas,大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。
tw,是传热与传质速率均衡的结果，属于动平衡；
tas,是由热量横算与物料衡算导出的，属于静平衡。
tw 与 tas 数值上的差异取决于 α/kH 与 cH两者之间的差别。
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30
当空气为不饱和状态,t? tw (tas)? td；
当空气为饱和状态,t = tw (tas) = td。
空气 — 水体系，,
H
H
ck asw tt?
空气 — 甲苯体系,?,tw? tas
Hk
Hc
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31
8.1.2 空气的湿度图及其应用一、湿度图五条线：
1.等 H 线；
2.等 I 线；
3.等 t 线；
4.等 φ 线；
5.水蒸气分压线。
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32
二、湿度图的应用
1、利用湿度图查取湿空气的物性返回北京化工大学化工原理电子课件
33
2、湿空气状态点的确定返回北京化工大学化工原理电子课件
34
【 例 7-2】 在总压为 101.3kpa下，空气的温度为
20℃,湿度为 0.01 kg水 /kg干气。试求：
1,φ,td,tw；
2,总压 P与湿度 H不变，将空气温度提高至 50℃
时的 φ；
3,温度 t与湿度 H不变，将空气总压提高至
120kpa时的 φ；
4,若总压提高至 300kpa，温度仍为 20℃,每
100m3原来的湿空气所冷凝出来的水分量？
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35
结论：
。一定时，、当tPH.1
因此，提高湿空气温度 t，不仅提高了湿空气的焓值，使其作为载热体外，也降低了相对湿度使其作为载湿体。
真空状态下进行。干燥过程一般在常压或
，故加压对干燥不利。一定时,Pt.2
【 例 7-3】 教材 P281、例 7-2
1
8,干燥
8.1 湿空气的性质与湿度图
8.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算
8.3 干燥速率与干燥时间
8.4 干燥器返回北京化工大学化工原理电子课件
2
在化工生产中，一些固体产品或半成品可能混有大量的湿分，将湿分从物料中去除的过程，称为 去湿 。
去湿的方法可分为以下三类：
机诫去湿：用于去除固体物料中大部分湿分。
吸附去湿：用于去除少量湿分。
热能去湿（ 干燥 ）：向物料供热以汽化其中的湿分的单元操作。
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3
干燥过程的分类：
常压干燥真空干燥连续式间歇式传导干燥（间接加热干燥）
对流干燥（直接加热干燥）
辐射干燥介电加热干燥按操作压力分按操作方式分按供热方式分返回北京化工大学化工原理电子课件
4
根据供热方式不同，干燥可分为以下四种情况：
传导干燥（间接加热干燥）：
热能通过壁面以传导方式加热物料。
对流干燥（直接加热干燥）：
干燥介质与湿物料直接接触，并以对流方式加热湿物料。
辐射干燥：
热能以电磁波的形式射到湿物料表面。
介电加热干燥：
将湿物料置于高频电场内，使其被加热。
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5
本章主要讨论对流干燥,干燥介质是热空气，除去的湿分是水分 。
对流干燥是传热、传质同时进行的过程，
但传递方向不同，是热、质反向传递过程：
传热 传质方向推动力气 固 固 气温度差 水汽分压差返回北京化工大学化工原理电子课件
6
干燥过程进行的 必要条件,
* 物料表面水汽压力 大于 干燥介质中水汽分压；
* 干燥介质要将汽化的水分及时带走。
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7
8.1 湿空气的性质与湿度图
8.1.1 湿空气的性质
8.1.2 空气的湿度图及其应用返回北京化工大学化工原理电子课件
8
8.1.1 湿空气的性质通常用两个参数来表征空气中所含水分的大小：
湿度 H 及相对湿度 φ
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9
一、湿度（湿含量） H
定义：湿空气中所含水蒸汽的质量与绝干空气质量之比。
湿空气 是由 水蒸汽 和 绝干空气 构成。
H = Kg水汽Kg绝干空气 = nwMwn
g Mg
= 18.02nw28.95n
g
nw：湿空气中水汽的摩尔数,kmol；
ng：湿空气中绝干空气的摩尔数,kmol；
Mw：水汽的分子量,kg/kmol；
Mg：空气的平均分子量,kg/kmol。
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当湿空气可视为理想气体时，则有：
式中,pw为空气中水蒸汽分压。
即,)(
wpPfH,?
当 P为一定值时,)(
wpfH?
w
w
g
w
g
w
p
pP
p
p
n
n
w
w
g
w 622.0
95.28
02.18
pP
p
n
nH
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当湿空气中水蒸汽分压 pw 恰好等于 同温度下水蒸汽的饱和蒸汽压 ps时，则表明湿空气达到饱和，
此时的湿度 H为 饱和湿度 Hs。
二、相对湿度?
定义：在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压 pw与同温度下水的饱和蒸汽压 ps之比的百分数。
%100
S
w
p
p
即,)(
S PtfH,?
即,)( tpf
w,
S
S
S 6 2 2.0 P - p
pH?
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12
结论：
湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而相对湿度却能反映出湿空气吸收水汽的能力。
当 φ =1时：
pw = ps，湿空气达饱和,不可作为干燥介质 ；
当 φ <1时：
pw < ps，湿空气未达饱和,可作为干燥介质 。
φ越小,湿空气偏离饱和程度越远,干燥能力越大 。
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【 例 7-1】
湿空气中水的蒸汽分压 pw=17.5mmHg，总压
P=760mmHg，求 20℃ 时的相对湿度? ；若空气分别被加热到 50℃ 和 120℃,求?值 。
相对湿度 φ 与湿度 H 的关系：
s
s
pP
pH
6 2 2.0 )( tfH,
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14
三、湿空气的比热与焓
1、湿比热（湿热） cH [kJ/kg干气?℃ ]
定义,在常压下，将 1kg干空气和其所带有的 Hkg水汽升高温度 1℃ 所需的热量。
)(88.101.1 HfHHccc vgH
gc
：干空气比热 = 1.01 kJ/kg干气? ℃
vc
：水汽比热 = 1.88 kJ/kg水汽? ℃ 式中返回北京化工大学化工原理电子课件
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2、焓（热含量） I [kJ/kg干气 ]
定义,湿空气的焓为干空气的焓与水汽的焓之和。
计算基准：
以 0℃ 干空气及 0℃ 液态水的焓值为 0作基准。
因此，对于温度为 t、湿度为 H 的湿空气，
其焓值包括由 0℃ 的水变为 0℃ 水汽所需的潜热及湿空气由 0℃ 生温至 t℃ 所需的显热之和。
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16
tcHtHH
tHccHrHtcrtcHIII
H
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2 4 9 2)88.101.1(2 4 9 2
)()( 00
即：
式中：
I：温度为 t、湿度为 H的湿空气的焓值。 [kJ/kg干气 ]；
Ig：干空气的焓值。 [kJ/kg干气 ]；
Iv：水汽的焓值。 [kJ/kg水汽 ]；
r0,0℃ 时水的汽化潜热。 r0=2492 kJ/kg水汽 。
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I
H
t
由上式可知，湿空气的焓值只与湿空气的湿度及温度有关。即：
)( tHfI,?
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四、湿空气的比容（湿容积） υH [m3湿空气 /kg干气 ]
定义,每单位质量绝干空气中所具有的湿空气（绝干空气和水蒸汽）的总体积。
HwgH式中：
H?
,压力 P,温度 t下湿空气比容。 [m3湿气 /kg干气 ]
g?
,压力 P,温度 t下干空气比容。 [m3干气 /kg干气 ]
w?
,压力 P,温度 t下水汽比容。 [m3水 /kg水 ]
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P
t
P
t
g
55 10013.1
273
273773.010013.1
273
273
29
41.22
P
t
P
t
w
55 10013.1
273
273244.110013.1
273
273
18
41.22
g? w?
,的数值为：
P
t
H
HwgH
510013.1
273
273
)244.1773.0(
所以：
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综合以上分析可得：
)( HtfH,当总压力 P为一定值时，
HH
t?
另外,湿空气密度
H
H
m
kg
13
湿气湿气返回北京化工大学化工原理电子课件
21
定义,一定压力下，将不饱和空气 等湿 降温至饱和，出现第一滴露珠时的温度。
湿度 H与露点 td 的关系：
五、露点 td
pd,td下的饱和蒸汽压。
d
d
pP
pH
6 2 2.0
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干球温度 t是用普通温度计测得的湿空气的真实温度。
湿球温度计在空气中所达到的平衡或稳定的温度。
湿球温度计,温度计的感温球用纱布包裹，纱布用水保持湿润，这支温度计为湿球温度计。
不饱和空气的湿球温度 tw低于干球温度 t。
六、干球温度 t
七、湿球温度 tw
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湿球温度 tw计算公式（推导过程见 P332）,
式中：
：空气至湿纱布的对流传热系数,W/m2?℃ ；
：以湿度差为推动力的传质系数,kg/m2?sH；
：水在湿球温度 tw时的汽化潜热,kJ/kg水；
：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。
)( HHrktt wwHw
Hk
wr
wH
H
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25
* 物系性质：与 α,kH有关的物性；
* 空气状态,t,H；
* 流动条件,α/kH 。
实验表明,α与 kH都 Re与的 0.8次幂成正比，故 α
与 kH之比值与流速无关，只与物性有关。当物系已确定，则物系性质就不再改变，此时，湿球温度只与气相状态有关，即：
影响湿球温度 tw的三方面因素：
)( Htft w,?
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26
对于空气 — 水系统：
当空气流速 u?5m/s时，传热以对流方式为主，有：
因此，湿球温度是湿空气的温度和湿度的函数，
即当 t,H一定时,tw也为定值。可写为：
在实际生产中，常常利用干、湿球温度计来测量空气的湿度。
1.09kJ/kg℃
Hk
Hc?
)( Htft w,?
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七、绝热饱和温度 tas
定义：空气绝热增湿至饱和时的温度。
绝热饱和器工作原理分析：
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经过以上分析可知，在空气绝热增湿过程中，空气失去的显热与汽化水分带来的潜热相等，空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化，但其焓值不变。
推导过程见 P334
ras,tas温度下水的汽化潜热,kJ/kg水；
Has：空气的绝热饱和湿度,kg水 /kg干气；
cH,湿空气的比热,kJ/kg干气? ℃
)( HH
c
r
tt as
H
as
as
)( Htft as,
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湿球温度 tw 与绝热饱和温度 tas 的关系：
tw,大量空气与少量水接触，空气 t,H的不变；
tas,大量水与一定量空气接触，空气降温、增湿。
tw,是传热与传质速率均衡的结果，属于动平衡；
tas,是由热量横算与物料衡算导出的，属于静平衡。
tw 与 tas 数值上的差异取决于 α/kH 与 cH两者之间的差别。
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30
当空气为不饱和状态,t? tw (tas)? td；
当空气为饱和状态,t = tw (tas) = td。
空气 — 水体系，,
H
H
ck asw tt?
空气 — 甲苯体系,?,tw? tas
Hk
Hc
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8.1.2 空气的湿度图及其应用一、湿度图五条线：
1.等 H 线；
2.等 I 线；
3.等 t 线；
4.等 φ 线；
5.水蒸气分压线。
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二、湿度图的应用
1、利用湿度图查取湿空气的物性返回北京化工大学化工原理电子课件
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【 例 7-2】 在总压为 101.3kpa下，空气的温度为
20℃,湿度为 0.01 kg水 /kg干气。试求：
1,φ,td,tw；
2,总压 P与湿度 H不变，将空气温度提高至 50℃
时的 φ；
3,温度 t与湿度 H不变，将空气总压提高至
120kpa时的 φ；
4,若总压提高至 300kpa，温度仍为 20℃,每
100m3原来的湿空气所冷凝出来的水分量？
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结论：
。一定时，、当tPH.1
因此，提高湿空气温度 t，不仅提高了湿空气的焓值，使其作为载热体外，也降低了相对湿度使其作为载湿体。
真空状态下进行。干燥过程一般在常压或
，故加压对干燥不利。一定时,Pt.2
【 例 7-3】 教材 P281、例 7-2
