热工基础第四节 (2).ppt

第四节 干燥过程的物料平衡和热量平衡目的：求解技术指标：1.确定每小时蒸发水分量2.干燥介质消耗量物料质量平衡3.热耗能量平衡一、物料平衡（确定每小时蒸发水分量与干燥介质消耗量） （一）干燥流程及设备 • 干燥设备主要由干燥器、空气预热器（或燃烧室、混合室） 、通风设备、辅助设备等组成二）物料中水分表示方法要确定物料在干燥过程中所除去的水分量，必须知道物 料总量及物料在干燥前后的含水率 两种表示方法：1、湿基水分(v)：（以湿物料为基准）定义：湿物料中水分质量（W）与湿物料质量（GW）之比 干燥器湿物料1Gw1 W1湿物料2Gw2 W2n二者关系同样状态的物料，u>vn注意有时写为:2、干基水分(u)： （以绝对干燥物料为基准）定义：物料中水分质量（W）与绝对干燥物料质量(Gd)之比干燥器湿物料1Gw1 W1湿物料2Gw2 W2（三）干燥过程中的物料的水分蒸发量mw的计算原则： ①干燥前后的干物料与水分总和恒定； ②干燥前后的干物料质量不变（u可以直接相减)，湿物料质量在 减少（v不能直接相减） 干燥器湿物料1Gw1W1湿物料2Gw2 W2每小时水分蒸发量：以干基水分表示：以湿基水分表示：两式相比得所以：干燥器湿物料1Gw1W1湿物料2Gw2 W2（四）干燥介质的消耗量假设干燥介质通过干燥器时无任何损失，则列质量平衡： 物料中水分的蒸发量 = 干燥介质中水分的增加量 1、用空气作干燥介质时空气的消耗量（kg干空气/kg水分 ）u则蒸发每千克水分需要的干空气量为n设每小时干空气的质量流量为L(kg/h)湿物料1 Gw1W1干燥器湿物料2 GW2 W2废气 x2L+Lt2 φ2 I2 x2预热器冷空气x1L+Lt0 φ0 、 I0 x0热空气x1L+Lt1 φ1 I1 x1x0=x1n所需的湿空气量为：l+lx1=l(1+x1)= l(1+x0)（kg湿空气/kg水分） 2、用高温烟气与冷空气混合作干燥介质时的消耗量物料中水分的蒸发量 = 干燥介质（混合气）中水分的增加量湿物料2 GW2 W2混合室热烟气 xfl Ifl tfl φfl混合气 xm1 Im1 tm1φm1冷空气x0，I0，t0，φ0干燥器混合气 xm2 Im2 tm2φm2湿物料1 Gw1W1u则蒸发每千克水分需要的干混合气体量为设1kg干烟气与nkg干空气混合，生成（1+n）kg混合气.那么生成lm1kg干混合气需要热烟气用量为：湿物料2 GW2 W2混合室热烟气 xfl Ifl tfl φfl混合气 xm1 Im1 tm1φm1冷空气x0，I0，t0，φ0干燥器混合气 xm2 Im2 tm2φm2湿物料1 Gw1W1同时需要冷空气量为（一）热平衡项目n输入热量： 1、干燥介质带入热量：q1 =LI1 2、湿物料带入的热量qm1 ①可以被蒸发的水分带入的热量：cwθ1 ②脱水物料带入的热量： 二、热量平衡（基准：0℃，1kg蒸发水 ）其中：即表示湿基含水率为v2，温度为θ1时，绝干物料的比热（cm）与相应水分比热（cw）的加权值。

3、干燥器内补充加入的热量：qad• 输出热量：1、废气带走的热量：q2=LI22、物料带走的热量3、输送设备带入的热量：4、热量损失：列热平衡：输入热量=输出热量干燥实际过程方程为 ：令 ：则方程为：（二）干燥过程及热耗计算根据Δ值的不同，干燥过程分为三种情况：1) 理论干燥过程：Δ=0即：I1=I2，干燥过程中，干燥介质的热含量不变（等焓过程）物理意义：a）干燥器绝热，干空气消耗的热量全部用于蒸发水 份 ，而物料中的 水份又将这部份热量带到空气中b）所有的热损失qm+qc+ql=qad干燥过程方程一般用上标“0”表示理论 干燥过程中干燥介质离开干燥器的状态参数热耗：湿物料1 Gw1W1干燥器 （理论干燥过程）湿物料2 GW2 W2废气 t2 φ2 I02 x02预热器冷空气t0 φ0 、 I0 x0热空气xt1 φ1 I1 x1x0=x1n若用空气作干燥介质进行理论干燥过程，则蒸发1kg水所需干燥介质的消耗量为（kg干空气/kg水分 ）湿物料2 GW2 W2混合室热烟气 xfl Ifl tfl φfl混合气 xm1 Im1 tm1φm1冷空气x0，I0，t0，φ0干燥器 理论干燥过程混合气 x0m2 I0m2 tm2φm2湿物料1 Gw1W1n用高温烟气与冷空气混合作干燥介质时完成理论干燥过程： 则混合气的消耗量冷空气消耗量：热烟气消耗量：蒸发1kg水的燃料消耗量热耗 ：①Δ>0，I2>I1，表明输入热量大于消耗热量——这是不可能的②Δ0 实际干燥过程：干燥过程方程： Δ=l(I1-I2) 因为Δ>0 所以I2

问题：如何确定干燥过程方程的直线:I=I1-Δ(x-x1)（1）干燥过程方程的直线确定方法：[ I=I1-Δ(x-x1)（1）] 找特殊点即可绘出该方程的直线 常将理论干燥点C(t2，I20=I1)的湿含量x20代入实际干燥过程方程（1)中， 求得：I2’=I1+Δ(x20-x1) 既确定了干燥线上的一点特殊点C1(I2’，x20) 连接BC1两点与t2的交点即为实际干燥终点D(I2，x2) 例题6-7：求解思路与步骤：思路:首先画流程图，确定已知与未知量干燥器预热器 冷空气： t0=20℃, Φ0=70%热空气热空气 t1=85℃,废气t2=60℃坯体v1=20% Gw1=100kg/h坯体v2=2%Δ=1200kJ/kg水 思路:首先画流程图，确定已知与未知量如何确定状态参数(I0,x0),(I1,x1 )(I2,x2)确定状态参数(I0,x0),(I1,x1 )(I2,x2)步骤：1) 确定状态参数(I0,下0): 2) 由t0=20℃,Φ=70% 确定冷空气状态参数: 3) x0=0.0105kg水蒸气/kg干空气， I0 =45kJ/kg干空气I0 Ixt0 φ0 x0A2) 确定状态参数(I1,x1 )：预热过程为等下过程，所以x1 =x0= 0.0105kg水蒸气/kg干空气 ，由t1=85℃,x1 = 0.0105kg水蒸气/kg干空气 确定热空气状态, (B点)x1=0.0105kg水蒸气/kg干空气， I1 =112kJ/kg干空气Ix t0 φ0 x0=x1AB3) 确定理论干燥过程的状态参数（C点 )I20=I1 =112kJ/kg干空气, I20线与t2=60℃相交点得到C点C点的x20=0.0202 kg水蒸气/kg干空气I0 t1 Ix I20=I1 t0 φ0 t2 x0=x1x20ACB4) 确定特殊状态点（C1点 )由实际干燥过程方程： I=I1+Δ(x-x1) 取x20=0.0202 kg水蒸气/kg干空气，则可得到特殊点C1点状态参数 I2’=I1+Δ(x20-x1)= 112-1200*(0.0202-0.0105)=100.36kJ/kg干空气, I0 t1 IxI20=I1 t0 φ0 t2 x0=x1x20AC干燥过程方程线DC1B5) 确定实际干燥过程的状态参数连接BC1直线与t2=60℃相交D点,该 点为废气状态点 x2=0.0165 kg水蒸气/kg干空气， I2=104kJ/kg干空气空气用量：热耗（三）具有废气循环的干燥过程及其图解湿物料Gw1燃烧室冷空气 混合室1热烟气混合气体1较干物料Gw2燃料废气混合室2混合气体2冷空气废气循环干燥器xfl,Ifl,tfl,φfl t0,φ0 tm1,xm1,Im1t’m1,x’m1,I’mi1tm2, xm2, Im2t0,φ0 x0,I0废气循环作用：降低干燥介质的温度、增加湿度，降低热耗已知：冷空气：t0,φ0 热烟气：tfl,xfl,Ifl混合气体1：tm1,xm1,Im1 混合气体2：t’m1,H’m1,I’m1废气：tm2,Hm2,Im2求：1）热烟气与冷空气的混合量2）混合气体1与废气混合量混合室1热烟气xfl，Ifl，tfl，混合气体1xm1，Im1，tm1，冷空气 t0,φ0 x0，I0 设1kg干烟气与nkg干空气混合研究混合室1：该式表明混合气体1的状态点 (xm1,Im1)为热烟气状态点和冷空 气状态点连线的内分点。

x0 xm1 xflI0 Ifl t0 t2 tfl BMAIx混合气体冷空气热烟气设1kg干混合气体1与n’kg废气循环混合室2混合气体1xm1，Im1，tm1，混合气体2t’m1,x’m1,I’m1废气循环 tm2,xm2,Im2研究混合室2：列混合室2水蒸气的质量平衡：混合气体1水蒸气质量+循环废气水蒸气质量=混合气体2水蒸气质量xm1+n’xm2=(1+n’)x’m1热量平衡:干混合气体1焓+循环废气焓=混合气体2焓Im1+n’Im2=（1+n’)I’m1由上两式相比得到：该式表明混合气体2的状态点(x’m1,I’m1)为混合气体1状态点和循环废气状态点(xm2,Im2)连线的内分点混合室2混合气体1Xm1,Im1,tm1，混合气体2t’m1,x’m1,I’m1废气循环 tm2,xm2,Im2B废气DM ’AIMx x0 xm1 xfl1 x’m1 xm2I0 Ifl t0 tm1 tfl 热烟气混合气1冷空气t’m1tm2,混合气2考察整个干燥过程：注:MM’DC1直线为实 际干燥过程线湿物料Gw1燃烧室冷空气混合室1热烟气混合气体1较干物料Gw2燃料废气混合室2混合气体2冷空气废气循环干燥器xfl,Ifl,tfl,φfl t0,φ0 tm1,xm1,Im1t’m1,x’m1,I’mi1tm2, xm2, Im2t0,φ0 x0,I0。