【非标仪器设备】湿空气的性质

   在喷雾干燥操作中，从料液中除去的湿分通常是水分，所用的干燥介质通常是高温低湿空气，热空气即是载热体也是载湿体。也有除去的湿分为有机溶剂，所用的干燥介质为氮气等其它惰性气体，并采取密闭循环等方式。但是，不管除去的是哪一种湿分，所用的是哪一种干燥介质，在喷雾干燥过程中，干燥介质性质的变化，非标仪器设备基本原理是相同的，因此通过讨论热空气去除湿分的过程可以说明喷雾干燥过程中湿空气的湿度、水蒸汽含量和焓等性质的变化规律。

  在自然界中，水会蒸发，所以通常大气中的空气总含有一些水蒸气，因其含量较少，所以含的量变化也不大，故通常不予特殊注意。但在喷雾干燥过程中，空气中所含水蒸气的量对干燥速率、空气用量等都有较大影响。不含有水蒸气的空气称为“干空气”，含有水蒸气的空气称为湿空气。湿空气就是自然界中的空气，是干空气和水蒸气的二元混合体。干燥操作所要的热空气通常取自于自然界中的大气，因此干燥介质实际上是湿空气。非标仪器设备通常大气中水蒸气的分压总是很小的，一般只有200～300Pa，大都处于过热状态，所以它的比容很大，分子间的距离足够远，可以作为理想气体处理，并服从理想气体定律，按工程设计的要求仍然是足够精 确的。

  ①.水蒸气分压p_w

  作为干燥介质的湿空气是不饱和空气，不饱和空气中水蒸气分压低于同温度下的水的饱和蒸汽压，即水蒸气呈过热状态。当总压p一定时，空气中的水蒸气分压p_w越大。水蒸气分压p_w与干空气分压p_a的比值就是两者的分子数的比值。而两者分压的总和就是总压。

  ②.空气的湿含量x

  湿含量表明湿空气中水蒸汽含量的多少，又称湿度，也称绝 对湿度，是指湿空气中单位质量干空气所含有的水蒸气的质量，或者可以描述为水蒸气质量与绝 对干空气质量的比值。在干燥过程中，湿空气中水蒸气的质量不断变化，而其中干空气仅作为载热体和载湿体，其质量始终不变（或质量流量不变）。因此不，为了便于进行物料衡算，空气中的湿含量通常以每千克干空气中含有若干千克水蒸气，用x表示。

  ③.空气的相对湿度φ

  用水蒸气的分压或绝 对湿度来表示湿空气中水蒸气的含量，只能表明湿空气中含水蒸气的绝 对量，但不能反映这样的湿空气是否还有纳湿能力。对应一定的湿空气温度t，有一个饱和水蒸气分压P_s，它是在温度t时水蒸气在空气中的大分压。显然只有当p_w＜P_s时空气才有纳湿能力。两者差值越大，其纳湿能力越大。非标仪器设备为了直观了解湿空气距离饱和水蒸气的程度，常用相对湿度表示。在一定温度下，湿空气中水蒸气分压与同温度下的饱和蒸气压之比称为湿空气的相对湿度。

φ=p_w/P_s

  ④.湿空气的热含量I

  用空气做干燥介质干燥湿物料时，空气与物料之间不仅有水分的转移，而且还有热量的交换。因此必须了解空气的另一性质——热含量（又称焓）

  湿空气的热含量I等于干空气的热含量（c_at）与水蒸气的热含量（ix）,用下式表示：I= c_at+ix=1.005t+ix

  其中：ca—干空气的比热容，1.005kj/kg.℃

        i—t℃水蒸气的热含量，kj/kg

  ⑤.空气的绝热冷却过程和绝热饱和温度

  在增湿塔中，不饱和空气由塔底进入，水从塔顶淋下，气液两相在填料层中接触，气体从塔顶排出，水从塔底排出后又被送入塔顶使空气增湿。如果增湿塔保温良好，对周围环境是绝热的，则热量传递只在气液两相之间进行。

  对于湿物料的干燥过程，如果物料表面始终被水所湿润，则其情况与空气-水接触的情况相同。这时物料表面的温度相当于空气的绝热饱和温度。在物料的干燥过程中，到达稳定状态之前的不稳定阶段通常是很短暂的，一般不予考虑。

  ⑥.干球温度和湿球温度

  对于湿空气，普通温度多测的温度属于干球温度，通常只叫温度t。

  将普通温度计的水银球用纱布包裹起来，并将另一端浸入到水中，使得包裹的部分始终保持湿润，这样测得就是湿球温度。

  由于湿球表面始终浸润，表面的空气湿度X_θ比空气主流中的湿度X大，于是表面的水分不断气化并向周围扩散，从而吸收热量使得湿球温度降低。进而由于温度差空气的热量又传导到湿球，温度上升。当达到热量交换平衡的时候，温度不再变化，这是时候显示的温度就是湿球温度t_θ。

  对于绝热操作的干燥器，只要湿物料表面保持湿润，在稳态情况下，湿物料表面的温度就是湿球温度。

  ⑦.露点t_d

  空气在其湿含量不变的情况下，冷却至饱和状态时的温度，称为露点（t_d）。空气冷却到露点以下就会有水冷凝下来。

  ⑧.湿空气的I-X图

  在进行喷雾干燥计算装置设计的时候，非标仪器设备需要知道湿空气的各种参数。这些参数虽然可以通过数学公式计算出来，但有时候比较麻烦。为了工程应用的方便，根据各参数之间的关系，绘制出湿空气的性质图。目前通常使用的是焓-湿图（I-X），也有用温-湿图（t-X）