干燥過程的物料衡算與熱量衡算ppt課件

1、8.3.5 干燥器的熱效率,8.3.2 干燥過程的物料衡算,8.3.3 干燥過程的熱量衡算,8.3.4 干燥器空氣出口狀態(tài)的確定,8.3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算,8.3.1 濕物料中含水量,8.3 干燥過程的物料衡算與熱量衡算,進(jìn)行干燥計(jì)算，必須解決干燥中濕物料去除的水分量及所需的熱空氣量,干燥過程是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過程,濕物料中的水分量如何表征呢,一、濕基含水量 w:kg水/kg濕物料,8.3.1 濕物料中含水量,濕物料中含水量有兩種表示方法,8-33,水分在濕物料中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù),二、干基含水量 X kg水/kg干物料,三、兩者關(guān)系,濕物料中的水分與絕干物料的質(zhì)量比,8-34,8-35

2、,8-36,w與X之間的換算關(guān)系的推導(dǎo),設(shè)：水分質(zhì)量為mw ，絕干料質(zhì)量為mc,則,二式相除得,由,可推得,干燥過程中，濕物料的質(zhì)量是變化的，而絕干物料的質(zhì)量是不變的,說明,因此，用干基含水量計(jì)算較為方便,8.3.2 干燥過程的物料衡算,濕物料與熱空氣并流進(jìn)入干燥器，連續(xù)操作,圖9-10 干燥器物料衡算,W 單位時(shí)間內(nèi)汽化的水分量，kg/s,符號說明,G1 濕物料進(jìn)口的質(zhì)量流率，kg/s,G2 產(chǎn)品出口的質(zhì)量流率，kg/s,Gc 絕干物料的質(zhì)量流率，kg/s,w1 物料的初始濕含量,w2 產(chǎn)品濕含量,L 絕干氣體的質(zhì)量流率，kg/s,H1 氣體進(jìn)干燥器時(shí)的濕度,H2 氣體離開干燥器時(shí)的濕度,通

3、過干燥過程的物料衡算，可確定出將濕物料干燥到指定的含水量所需除去的水分量及所需的空氣量,目的,從而確定在給定干燥任務(wù)下所用的干燥器尺寸，并配備合適的風(fēng)機(jī),出干燥器的絕干物料=入干燥器的絕干物料,8-37,一、絕干物料量Gc kg干物料/hr,則,8-38,二、濕物料的水分蒸發(fā)量Wkg水/h,通過干燥器的濕空氣中絕干空氣量是不變的，又因?yàn)闈裎锪现姓舭l(fā)出的水分被空氣帶走，故濕物料中水分的減少量等于濕物料中水分汽化量等于濕空氣中水分增加量,即,水分汽化量濕物料中水分減少量 濕空氣中水分增加量,8-39,三、絕干空氣用量Lkg干氣/h,kg干氣/kg水,l 稱為比空氣用量，即每汽化1kg的水所需干空氣

4、的量。 （單位空氣消耗量,8-40,8-41,因?yàn)榭諝庠陬A(yù)熱器中為等濕加熱，所以 H0H1,因此 l 只與空氣的初、終濕度有關(guān)，而與路徑無關(guān)，是狀態(tài)函數(shù),8-42,四、濕空氣參數(shù),1、濕空氣 用量,kg濕氣/h,kg濕氣/kg水,8-43,8-44,2、濕空氣體積,m3濕氣/h,m3濕氣/kg水,8-45,8-46,VH 壓力P 、溫度t下濕空氣比容。 m3濕氣/kg干氣,3. 濕空氣 密度,kg濕氣/m3濕氣,8-47,例、 用干燥器對某鹽類結(jié)晶進(jìn)行干燥，一晝夜將10噸濕物料，由最初濕含量10%干燥到最終濕含量1%（以上均為濕基），經(jīng)預(yù)熱器后的空氣的溫度為373K，相對濕度為5%，空氣離開干

5、燥器時(shí)的溫度為338K，相對濕度為25%，且已知進(jìn)預(yù)熱器前空氣溫度為293K。當(dāng)338K時(shí)，水的飽和蒸氣壓為101.3kPa,試求,1）產(chǎn)品的質(zhì)量流率kgh-1,2）如干燥器的截面為園形，假設(shè)熱空氣在干燥器的線速度為0.4 ，ms-1干燥器的直徑,如圖所示,解,1,2）思考路線,p1即為373K或100時(shí)水的飽和蒸氣壓，應(yīng)為1大氣壓，即101.3 kPa,濕空氣比容，按進(jìn)入干燥器的空氣狀態(tài)計(jì)算，即T1、H1,濕空氣流量為,干燥器直徑,8.3.3 干燥過程的熱量衡算,通過干燥器的熱量衡算，可以確定物料干燥所消耗的熱量或干燥器排出空氣的狀態(tài),作為計(jì)算空氣預(yù)熱器和加熱器的傳熱面積、加熱劑的用量、干燥

6、器的尺寸或熱效率的依據(jù),圖8-11 干燥器熱量衡算,一、流程圖,符號說明,1、2分別為濕物料進(jìn)入和離開干燥器時(shí) 的溫度,溫度為t0 ，濕度為H0，焓為I0的新鮮空氣，經(jīng)加熱后的狀態(tài)為t1、H1、I1，進(jìn)入干燥器與濕物料接觸，增濕降溫，離開干燥器時(shí)狀態(tài)為t2、H2、I2，固體物料進(jìn)、出干燥器的流量為G1、G2，溫度為1、2，含水量為X1、X2,通過流程圖可知，整個(gè)干燥過程需外加熱量有兩處，預(yù)熱器內(nèi)加入熱量Qp，干燥器內(nèi)加入熱量Qd,外加總熱量QQpQd,將Q折合為汽化1kg水分所需熱量,8-48,二、預(yù)熱器熱量衡算,8-49,若忽略熱損失，以1s為基準(zhǔn)，對上圖預(yù)熱器列焓衡算,故單位時(shí)間內(nèi)預(yù)熱器消

7、耗的熱量為,8-50,三、干燥器的熱量衡算,對上圖干燥器列焓衡算，以1s為基準(zhǔn)，得,物料基準(zhǔn)：絕干物料（入方、出方Gc不變,QL為熱損失,8-51,故單位時(shí)間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量為,8-52,聯(lián)立式（8-50）和（8-52）得,式（8-50） 、（8-52）、 （8-53）為連續(xù)干燥系統(tǒng)中熱量衡算的基本方程式,8-53,8-54,而,式中,新鮮空氣L（濕度為H0）被加熱至t2所需的熱量,原濕物料,G2從1被加熱至2后離開干燥器，所耗熱量為,水分W由液態(tài)溫度1被加熱并汽化，在溫度t2下以氣態(tài)形式離開干燥器所需熱量為,8-55,Cm濕物料的比熱容，kJ/kg絕干料,式中,濕物料的比熱容可用加和法求

8、算,Cs絕干物料的比熱容，kJ/kg絕干料,Cw水分的比熱容，kJ/kg水分,8-56,將（8-54）、 （8-56）代入 （8-53）得,8-57,若忽略空氣中水氣進(jìn)出干燥系統(tǒng)的焓的變化L1.88H0（t2-t0）和濕物料中水分代入干燥系統(tǒng)的焓（W4.1871），則（8-57） 變?yōu)?8-58,上式表明：干燥系統(tǒng)的總熱量消耗于,1）加熱空氣,3）蒸發(fā)水分,2）加熱濕物料,4）損失于周圍環(huán)境中（設(shè)備熱損失,熱效率高，表明熱的利用程度好，操作費(fèi)用低，同時(shí)可合理利用能源，使產(chǎn)品成本降低,干燥器的熱效率是干燥器操作性能的一個(gè)重要指標(biāo),因此，在操作過程中，希望獲得盡可能高的熱效率,四、干燥設(shè)備的熱效率

9、,1、熱效率,8-59,式中,QV蒸發(fā)水分所需要的熱量,Q總耗熱,若忽略濕物料中水分代入的焓，上式 變?yōu)?則,8-60,2、提高熱效率途徑,1）當(dāng)t0，t1一定時(shí),t2要比熱空氣進(jìn)入干燥器時(shí)的濕球溫度tw高2050,因此在設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定,2）當(dāng)t0，t2一定時(shí),不能經(jīng)受高溫的材料，采用中間加熱的方式，即在干燥器內(nèi)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)中間加熱器，往往可提高熱效率,提高空氣的預(yù)熱溫度，可提高熱效率,空氣預(yù)熱溫度高，單位質(zhì)量干空氣攜帶的熱量多，干燥過程所需要的空氣量少，廢氣帶走的熱量相應(yīng)減少，故熱效率得以提高,但是，空氣的預(yù)熱溫度應(yīng)以濕物料不致在高溫下受熱破壞為限,3）回收廢氣中熱量,4）加強(qiáng)管道保溫，減少熱

10、損失,盡量利用廢氣中的熱量，如用廢氣預(yù)熱冷空氣或濕物料，或?qū)U氣循環(huán)使用，有助于熱效率的提高,減少設(shè)備和管道的熱損失，同樣有助于熱效率的提高,8.3.4 空氣出口狀態(tài)的確定,由于空氣在干燥器內(nèi)發(fā)生增濕降溫變化過程，如何確定廢氣出口狀態(tài)，需對不同干燥過程進(jìn)行分析,一、等焓干燥過程（絕熱干燥過程或理想干燥過程,等焓干燥過程是指干燥在絕熱情況下進(jìn)行的，空氣進(jìn)出干燥器的焓值不變,即,8-61,圖8-12 干燥流程圖,過程分析,通常QD=0、QL =0、物料帶進(jìn)、帶出的熱量均可忽略不計(jì),則,8-61,式（8-61）說明：空氣通過干燥器時(shí)焓恒定，即等焓過程；實(shí)際操作中很難實(shí)現(xiàn)等焓過程，故這個(gè)過程又稱理想等

11、焓過程,圖8-13 等焓過程,I,H,B,C,A,I0,I1=I2,H0=H1,H2,t0,t1,t2,2,1,0,1,理想干燥過程（又稱等焓干燥過程,8-62,等焓干燥過程有以下兩種情況,A、整個(gè)干燥過程無熱損失、濕物料不升溫、干燥器不補(bǔ)充熱量、濕物料中汽化水分帶入的熱量很少,B、干燥過程中濕物料中水分帶入的熱量及補(bǔ)充的熱量剛好與熱損失及升溫物料所需的熱量相抵消,二、實(shí)際干燥過程（非絕熱過程,很顯然，只有在保溫良好的干燥器和濕物料進(jìn)出干燥器溫度相差不大的情況下，才可近似當(dāng)作等焓過程處理,由于對干燥器的絕熱保溫很難，因此實(shí)際干燥過程是在非絕熱情況下進(jìn)行的，非等溫過程有下面三種情況，要弄清楚不能

12、按等焓過程計(jì)算,1、操作線是在B點(diǎn)的等焓線之下,條件,1）QD=0（不向干燥器補(bǔ)充熱量,2）QL0（干燥器損失的能量不能忽略,3）G（I 2-I1)0（進(jìn)出干燥器時(shí)物料的焓不相等,將以上三個(gè)條件代入下式,8-63,其中,8-64,即,8-65,得,式（8-65）說明：空氣離開干燥器的焓I 2小于進(jìn)入干燥器時(shí)的焓I 1，這種過程的操作線BG應(yīng)在BC線的下方。如圖8-14， BG線上任意點(diǎn)指示的空氣焓值小于同濕度下BC線上相應(yīng)的焓值,2、操作線是在過B點(diǎn)的等焓線上方,若向干燥器補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量和加熱物料消耗的熱量總和，即,條件,8-66,將上式 代入式（8-63）中,8-67,即,8-68,這種情況下，操作線在等焓線上方，如圖8-14中BC2線,3、操作線為過B點(diǎn)的等溫線重合,若向干燥器補(bǔ)充的熱量足夠多，恰使干燥過程在等溫下進(jìn)行，即干燥過程中維持恒定的溫度t1，這種過程的操作線為過B點(diǎn)的等溫線，如圖8-14中BC3線所示,I,H,A,B,C,G,C2,C3,I0,t0,t1,1,End,圖8-14 非絕熱過程,圖9-10 干燥器物料衡算,圖9-10 干燥器物料衡算,圖9-10 干燥器物料衡算,圖8-11 干燥器熱量衡算