83干燥过程的物料衡算与热量衡算.ppt

8.3.5 干燥器的热效率干燥器的热效率8.3.2 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算 8.3.3 干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算8.3.4 干燥器空气出口状态的确定干燥器空气出口状态的确定 8.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算 8.3.1 湿物料中含水量湿物料中含水量 18.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算 进进行干燥行干燥计计算，必算，必须须解决干燥中湿物解决干燥中湿物料去除的水分量及所需的料去除的水分量及所需的热热空气量干燥干燥过过程是程是热热、、质质同同时传递时传递的的过过程湿物料中的水分量如何表征呢？湿物料中的水分量如何表征呢？2一、湿基含水量一、湿基含水量 w:[kg水水/kg湿物料湿物料]8.3.1 湿物料中含水量湿物料中含水量 湿物料中含水量有两种表示方法：湿物料中含水量有两种表示方法：（（8-33））水分在湿物料中的质量百分数水分在湿物料中的质量百分数3二、干基含水量二、干基含水量 X [kg水水/kg干物料干物料]三、两者关系三、两者关系: 湿物料中的水分与绝干物料的质量比。

湿物料中的水分与绝干物料的质量比8-34））（（8-35））（（8-36））4w与与X之之间间的的换换算关系的推算关系的推导导：：设设：水分：水分质质量量为为mw ，绝干料质量为，绝干料质量为mc则则5二式相除得：二式相除得：由由 可推得可推得 6 干燥过程中，湿物料的质量是变化的，而干燥过程中，湿物料的质量是变化的，而绝干物料的质量是不变的绝干物料的质量是不变的说明：说明：因此，用干基含水量计算较为方便因此，用干基含水量计算较为方便78.3.2 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算 湿物料与热空气并流进入干燥器，连续操作湿物料与热空气并流进入干燥器，连续操作 图图9-10 干燥器物料衡算干燥器物料衡算 8W ——单位时间内汽化的水分量，单位时间内汽化的水分量，kg/s 符号说明：符号说明：G1 ——湿物料进口的质量流率，湿物料进口的质量流率，kg/s；；G2 ——产品出口的质量流率，产品出口的质量流率，kg/s；；Gc ——绝干物料的质量流率，绝干物料的质量流率，kg/s；；w1 ——物料的初始湿含量；物料的初始湿含量；w2 ——产品湿含量；产品湿含量；L ——绝干气体的质量流率，绝干气体的质量流率，kg/s；；H1 ——气体进干燥器时的湿度；气体进干燥器时的湿度；H2 —— 气体离开干燥器时的湿度；气体离开干燥器时的湿度； 9 通过干燥过程的物料衡算，可确定出将湿通过干燥过程的物料衡算，可确定出将湿物料干燥到指定的含水量所需除去的水分量及物料干燥到指定的含水量所需除去的水分量及所需的空气量。

所需的空气量目的：目的： 从而确定在给定干燥任务下所用的干燥器从而确定在给定干燥任务下所用的干燥器尺寸，并配备合适的风机尺寸，并配备合适的风机10出干燥器的绝干物料出干燥器的绝干物料=入干燥器的绝干物料入干燥器的绝干物料 （（8-37））一、绝干物料量一、绝干物料量Gc [kg干物料干物料/hr]则则（（8-38））11二、湿物料的水分蒸二、湿物料的水分蒸发发量量W[kg水水/h] 通过干燥器的湿空气中绝干空气量是不变通过干燥器的湿空气中绝干空气量是不变的，又因为湿物料中蒸发出的水分被空气带走，的，又因为湿物料中蒸发出的水分被空气带走，故湿物料中水分的减少量等于湿物料中水分汽故湿物料中水分的减少量等于湿物料中水分汽化量等于湿空气中水分增加量化量等于湿空气中水分增加量即：即：水分汽化量＝湿物料中水分减少量水分汽化量＝湿物料中水分减少量 ＝湿空气中水分增加量＝湿空气中水分增加量（（8-39））12三、三、绝绝干空气用量干空气用量L[kg干气干气/h][kg干气干气/kg水水] l 称称为为比空气用量，即每汽化比空气用量，即每汽化1kg的水所的水所需干空气的量。

需干空气的量 （单位空气消耗量）（单位空气消耗量）（（8-40））（（8-41））13 因因为为空气在空气在预热预热器中器中为为等湿加等湿加热热，所以，所以 H0＝＝H1；； 因此因此 l 只与空气的初、只与空气的初、终终湿度有关，而与路湿度有关，而与路径无关，是状径无关，是状态态函数8-42））14四、湿空气参数四、湿空气参数1、湿空气、湿空气 用量：用量： kg湿气湿气/h kg湿气湿气/kg水水（（8-43））（（8-44））2、湿空气体、湿空气体积积：： m3湿气湿气/h m3湿气湿气/kg水水（（8-45））（（8-46））VH ————压力压力P P 、温度、温度t t下湿空气比容下湿空气比容 [m3湿气湿气/kg干气干气]153. 湿空气湿空气 密度：密度：[kg湿气湿气/m3湿气湿气]（（8-47））16例、例、 用干燥器用干燥器对对某某盐类结盐类结晶晶进进行干燥，一昼行干燥，一昼夜将夜将10吨湿物料，由最初湿含量吨湿物料，由最初湿含量10%干燥到最干燥到最终终湿含量湿含量1%（以上均（以上均为为湿基），湿基），经预热经预热器后器后的空气的温度的空气的温度为为373K，相对湿度为，相对湿度为5%，空气，空气离开干燥器时的温度为离开干燥器时的温度为338K，相，相对对湿度湿度为为25%，且已知，且已知进预热进预热器前空气温度器前空气温度为为293K。

当当338K时时，水的，水的饱饱和蒸气和蒸气压为压为101.3kPa试求：试求： （（1））产产品的品的质质量流率量流率kg·h-1；；（（2）如干燥器的截面）如干燥器的截面为为园形，假园形，假设热设热空气在干空气在干燥器的燥器的线线速度速度为为0.4 ，，m·s-1干燥器的直径干燥器的直径 17如图所示：如图所示：解：解：（（1））18（（2）思考路线）思考路线19 p1即即为为373K或或100℃时时水的水的饱饱和蒸气和蒸气压压，，应为应为1大气大气压压，即，即101.3 kPa20 湿空气比容，按湿空气比容，按进进入干燥器的空气状入干燥器的空气状态计态计算，算，即即T1、、H121湿空气流量为：湿空气流量为： 干燥器直径：干燥器直径： 228.3.3 干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算 通过干燥器的热量衡算，可以确定物通过干燥器的热量衡算，可以确定物料干燥所消耗的热量或干燥器排出空气的料干燥所消耗的热量或干燥器排出空气的状态 作为计算空气预热器和加热器的传热面作为计算空气预热器和加热器的传热面积、加热剂的用量、干燥器的尺寸或热效率积、加热剂的用量、干燥器的尺寸或热效率的依据。

的依据23湿物料Gc , X1 , 1, I’1干燥产品Gc , X2 , 2, I’2热气体L, H1, t1, I1湿废气体L, H2, t2, I2湿气体L, H0, t0, I0QpQdQl预热器干燥器图图8-11 干燥器干燥器热热量衡算量衡算 一、流程一、流程图图24符号说明：符号说明：θ1、、θ2——分分别为别为湿物料湿物料进进入和离开干燥器入和离开干燥器时时 的温度；的温度； 温度温度为为t0 ，湿度，湿度为为H0，，焓为焓为I0的新的新鲜鲜空气，空气，经经加加热热后的状后的状态为态为t1、、H1、、I1，，进进入干燥器与湿入干燥器与湿物料接触，增湿降温，离开干燥器物料接触，增湿降温，离开干燥器时时状状态为态为t2、、H2、、I2，固体物料，固体物料进进、出干燥器的流量、出干燥器的流量为为G1、、G2，温度，温度为为θ1、、θ2，含水量，含水量为为X1、、X225 通通过过流程流程图图可知，整个干燥可知，整个干燥过过程需外加程需外加热热量有两量有两处处，，预热预热器内加入器内加入热热量量Qp，干燥器内加，干燥器内加入入热热量量Qd。

外加外加总热总热量量Q＝＝Qp＋＋Qd将将Q折合折合为为汽化汽化1kg水分所需水分所需热热量量（（8-48））26二、预热器热量衡算二、预热器热量衡算 （（8-49）） 若忽略热损失，以若忽略热损失，以1[s]为基准，对上图预热为基准，对上图预热器列焓衡算器列焓衡算：：故单位时间内预热器消耗的热量为故单位时间内预热器消耗的热量为：：（（8-50））27三、干燥器的热量衡算三、干燥器的热量衡算对上图干燥器列焓衡算，对上图干燥器列焓衡算，以以1[s]为基准，得为基准，得 ：：物料基准：绝干物料（入方、出方物料基准：绝干物料（入方、出方Gc不变）不变）QL——为热损失为热损失（（8-51））故单位时间内向干燥器补充的热量为故单位时间内向干燥器补充的热量为：：（（8-52））28联立式联立式（（8-50）和（）和（8-52））得：得： 式式（（8-50）） 、（、（8-52）、）、 （（8-53））为连为连续干燥系统中热量衡算的基本方程式续干燥系统中热量衡算的基本方程式8-53））29（（8-54））而：而：30式中：式中：新新鲜鲜空气空气L（湿度（湿度为为H0）被加）被加热热至至t2所需的所需的热热量：量：31原湿物料原湿物料G2从从θ1被加热至被加热至θ2后离开干燥器，所耗后离开干燥器，所耗热热量量为为：： 水分水分W由液态温度由液态温度θ1被加热并汽化，在温度被加热并汽化，在温度t2下以气下以气态态形式离开干燥器所需形式离开干燥器所需热热量量为为：：32（（8-55））Cm——湿物料的比热容，湿物料的比热容，kJ/kg绝干料绝干料℃；；式中：式中：湿物料的比热容可用加和法求算；湿物料的比热容可用加和法求算；Cs——绝干物料的比热容，绝干物料的比热容，kJ/kg绝干料绝干料℃；；Cw——水分的比热容，水分的比热容，kJ/kg水分水分℃；；33（（8-56））将（将（8-54）、）、 （（8-56）代入）代入 （（8-53）得：）得：（（8-57））34 若忽略空气中水气进出干燥系统的若忽略空气中水气进出干燥系统的焓的焓的变化变化L1.88H0（（t2-t0）和）和湿物料中水分代入湿物料中水分代入干燥系统的干燥系统的焓（焓（W4.187θ1），则），则（（8-57）） 变变为为：：（（8-58））35上式表明：干燥系统的总热量消耗于：上式表明：干燥系统的总热量消耗于：（（1）加热空气；）加热空气；（（3）蒸发水分；）蒸发水分；（（2）加热）加热湿物料湿物料；；（（4）损失于周围环境中（设备热损失）；）损失于周围环境中（设备热损失）；36 热热效率高，表明效率高，表明热热的利用程度好，操作的利用程度好，操作费费用低，同用低，同时时可合理利用能源，使可合理利用能源，使产产品成本降低。

品成本降低 干燥器的干燥器的热热效率是干燥器操作性能的一个效率是干燥器操作性能的一个重要指重要指标标 因此，在操作过程中，希望获得尽可能高因此，在操作过程中，希望获得尽可能高的热效率的热效率四、干燥设备的热效率四、干燥设备的热效率371、热效率、热效率 （（8-59））式中：式中：QV——蒸发水分所需要的热量；蒸发水分所需要的热量； Q——总耗热；总耗热； 38若忽略若忽略湿物料中水分代入的湿物料中水分代入的焓，上式焓，上式 变为变为：：则则（（8-60））392 2、提高热效率途径、提高热效率途径1）当）当t0，，t1一定一定时时，， t2要比要比热热空气空气进进入干燥器入干燥器时时的湿球温度的湿球温度tw高高20 50℃℃ 因此在因此在设计时规设计时规定：定：402）当）当t0，，t2一定一定时时，， 不能经受高温的材料，采用中间加热的方不能经受高温的材料，采用中间加热的方式，即在干燥器内设置一个或多个中间加热器，式，即在干燥器内设置一个或多个中间加热器，往往可提高热效率往往可提高热效率提高空气的预热温度，可提高热效率。

提高空气的预热温度，可提高热效率 空气预热温度高，单位质量干空气携带的空气预热温度高，单位质量干空气携带的热量多，干燥过程所需要的空气量少，废气带热量多，干燥过程所需要的空气量少，废气带走的热量相应减少，故热效率得以提高走的热量相应减少，故热效率得以提高 但是，空气的预热温度应以湿物料不致在但是，空气的预热温度应以湿物料不致在高温下受热破坏为限高温下受热破坏为限413）回收废气中热量）回收废气中热量4）加强管道保温，减少热损失）加强管道保温，减少热损失 尽量利用废气中的热量，如用废气预热冷空尽量利用废气中的热量，如用废气预热冷空气或湿物料，气或湿物料，或将废气循环使用，或将废气循环使用，有助于热效率有助于热效率的提高 减少设备和管道的热损失，同样有助于热效减少设备和管道的热损失，同样有助于热效率的提高率的提高428.3.4 空气出口状态的确定空气出口状态的确定 由于空气在干燥器内发生增湿降温变化过由于空气在干燥器内发生增湿降温变化过程，如何确定废气出口状态，需对不同干燥过程，如何确定废气出口状态，需对不同干燥过程进行分析。

程进行分析一、等焓干燥过程（绝热干燥过程或理想干燥过程）一、等焓干燥过程（绝热干燥过程或理想干燥过程） 等等焓焓干燥干燥过过程是指干燥在程是指干燥在绝热绝热情况下情况下进进行行的，空气的，空气进进出干燥器的出干燥器的焓值焓值不不变变即：即：（（8-61））43图图8-12 干燥流程图干燥流程图44过程分析：过程分析： 通常通常QD=0、、QL =0、物料带进、带出的热、物料带进、带出的热量均可忽略不计，量均可忽略不计，则：则：（（8-61））45 式（式（8-61）说明：空气通过干燥器时焓）说明：空气通过干燥器时焓恒定，即等焓过程；实际操作中很难实现等恒定，即等焓过程；实际操作中很难实现等焓过程，故这个过程又称理想等焓过程焓过程，故这个过程又称理想等焓过程图图8-13 等焓过程等焓过程IHBCAI0I1=I2H0=H1H2t0t1t2φ2φ1φ0φ=146理想干燥过程（又称等焓干燥过程）理想干燥过程（又称等焓干燥过程）（（8-62））47等焓干燥过程有以下两种情况：等焓干燥过程有以下两种情况：A、整个干燥、整个干燥过过程无程无热损热损失、湿物料不升温、失、湿物料不升温、干燥器不干燥器不补补充充热热量、湿物料中汽化水分量、湿物料中汽化水分带带入入的的热热量很少。

量很少B、干燥、干燥过过程中湿物料中水分程中湿物料中水分带带入的入的热热量及量及补补充的充的热热量量刚刚好与好与热损热损失及升温物料所需的失及升温物料所需的热热量量相抵消48二、实际干燥过程（非绝热过程）二、实际干燥过程（非绝热过程） 很很显显然，只有在保温良好的干燥器和湿物然，只有在保温良好的干燥器和湿物料料进进出干燥器温度相差不大的情况下，才可近出干燥器温度相差不大的情况下，才可近似当作等似当作等焓过焓过程程处处理 由于由于对对干燥器的干燥器的绝热绝热保温很保温很难难，因此，因此实际实际干燥干燥过过程是在非程是在非绝热绝热情况下情况下进进行的，非行的，非等温过等温过程有下面三种情况，要弄清楚不能按等焓过程程有下面三种情况，要弄清楚不能按等焓过程计算491、操作线是在、操作线是在B点的点的等焓线之下：等焓线之下：条件：条件：1））QD=0（不向干燥器补充热量）（不向干燥器补充热量）2））QL≠0（干燥器损失的能量不能忽略）（干燥器损失的能量不能忽略）3））G（（I 2′-I1′)≠0（进出干燥器时物料的（进出干燥器时物料的焓不相等）焓不相等）将以上三个条件代入下式：将以上三个条件代入下式：（（8-63））其中：其中：50（（8-64））即：即：（（8-65））得：得： 式（式（8-65）说明：空气离开干燥器的焓）说明：空气离开干燥器的焓I 2小小于进入干燥器时的于进入干燥器时的焓焓I 1，这种过程的操作线，这种过程的操作线BG应在应在BC线的下方。

如图线的下方如图8-14，， BG线上任意点指线上任意点指示的空气焓值小于同湿度下示的空气焓值小于同湿度下BC线上相应的焓值；线上相应的焓值；512、操作线是在过、操作线是在过B点的点的等焓线上方：等焓线上方： 若向干燥器补充的热量大于损失的热量和若向干燥器补充的热量大于损失的热量和加热物料消耗的热量总和，即：加热物料消耗的热量总和，即：条件：条件：（（8-66））将上式将上式 代入式代入式（（8-63））中：中：（（8-67））52即：即：（（8-68）） 这种情况下，这种情况下，操作线在等操作线在等焓线上方，焓线上方，如图如图8-14中中BC2线；线；3、操作线为过、操作线为过B点的点的等温线重合：等温线重合： 若向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥若向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥过程在过程在等温下进行，即等温下进行，即干燥过程中维持恒定的干燥过程中维持恒定的温度温度t1，，这种过程的操作线为这种过程的操作线为过过B点的点的等温线，等温线，如图如图8-14中中BC3线所示；线所示；53IHABCGC2C3I0t0t1Φ=1End图图8-14 非绝热过程非绝热过程54图图9-10 干燥器物料衡算干燥器物料衡算 55图图9-10 干燥器物料衡算干燥器物料衡算 56图图9-10 干燥器物料衡算干燥器物料衡算 57585960湿物料Gc , X1 , 1, I’1干燥产品Gc , X2 , 2, I’2热气体L, H1, t1, I1湿废气体L, H2, t2, I2湿气体L, H0, t0, I0QpQdQl预热器干燥器图图8-11 干燥器干燥器热热量衡算量衡算 61湿物料Gc , X1 , 1, I’1干燥产品Gc , X2 , 2, I’2热气体L, H1, t1, I1湿废气体L, H2, t2, I2湿气体L, H0, t0, I0QpQdQl预热器干燥器图图8-11 干燥器干燥器热热量衡算量衡算 62湿物料Gc , X1 , 1, I’1干燥产品Gc , X2 , 2, I’2热气体L, H1, t1, I1湿废气体L, H2, t2, I2湿气体L, H0, t0, I0QpQdQl预热器干燥器图图8-11 干燥器干燥器热热量衡算量衡算 63（（8-50））（（8-52））64（（8-53））（（8-54））（（8-56））65IHABCGC2C3I0t0t1Φ=1图图8-14 非绝热过程非绝热过程66IHABCGC2C3I0t0t1Φ=1图图8-14 非绝热过程非绝热过程67IHABCGC2C3I0t0t1Φ=1图图8-14 非绝热过程非绝热过程68图图8-12 干燥流程图干燥流程图69图图8-12 干燥流程图干燥流程图70。