干燥過程計算

1、 對流干燥過程計算干燥過程是熱量、質(zhì)量同時傳遞的過程。干燥設備設計及選型要以物料衡算、熱量衡算、速率關系及平衡關系作為依據(jù)。一、對流干燥過程的物料衡算圖1 逆流干燥器物料衡算示意圖通過對圖1所示的逆流干燥過程的物料衡算，可以求出水分蒸發(fā)量、空氣消耗量、干燥產(chǎn)品流量等。圖中有關符號的意義如下 ： 絕干空氣的質(zhì)量流量，kg絕干空氣/s；、進、出干燥器的濕物料的質(zhì)量流量，kg濕物料/s；濕物料中絕干物料的質(zhì)量流量，kg絕干物料/s；、濕物料進、出干燥器的干基含水量，kg水/kg絕干物料；、濕物料進、出干燥器的濕基含水量；rH1、rH2濕空氣進、出干燥器的濕度，kg水/kg絕干空氣。（一）水分蒸發(fā)量的

2、計算1.濕物料中含水量的表示方法（1）濕基含水量。濕物料中水分的質(zhì)量占濕物料總質(zhì)量的百分數(shù)稱為濕基含水量，以w表示，其表達式為：×100% （1）（2）干基含水量。干基含水量是以絕干物料為基準的水分含量的表示法，是指濕物料中的水分的質(zhì)量與濕物料中絕干物料的質(zhì)量之比，以表示，其表達式為： ， kg水/kg絕干物料 （2）濕基含水量與干基含水量的關系為： ； 在干燥過程中，濕物料的質(zhì)量逐漸減少，絕干物料的質(zhì)量恒定不變。因此，用干基含水量進行計算較為方便。2.水分蒸發(fā)量W的計算對圖6-11所示逆流干燥器作水分的物料衡算，以1s為計算基準。若干燥過程中無物料損失，則 （3）式中 水分蒸發(fā)量，

3、kg水/s。上式表明濕物料的水分蒸發(fā)量W等于濕空氣中水分的增加量。（二）空氣消耗量L 的計算因為 所以 （kg絕干空氣/s） （4）令 （kg絕干空氣/kg水） （5）式中 l單位空氣消耗量，即每蒸發(fā)1kg的水分所消耗的絕干空氣量。由于濕空氣中的絕干空氣在干燥過程中為恒定值，作物料衡算時采用絕干空氣量作為計算基準可使計算簡化，但實際進入干燥器的是濕空氣，故計算出后還應換算成濕空氣的消耗量 （6）式中 新鮮空氣消耗量，kg新鮮濕空氣/s。濕空氣體積為： ， m3濕空氣/s (7)（三）干燥產(chǎn)品量的計算進、出干燥器的絕干物料質(zhì)量分別為：， 所以 （8）【例1】 在一連續(xù)干燥器中，每小時將5000k

4、g濕物料由含水量6干燥至0.6（均為濕基）。以熱空氣為干燥介質(zhì)，空氣進、出干燥器的濕度分別為0.02kg水/kg絕干空氣和0.08水/kg絕干空氣。假設干燥過程中無物料損失，試求水分蒸發(fā)量、新鮮濕空氣消耗量和干燥產(chǎn)品量。解：計算水分蒸發(fā)量： (kg水/kg絕干物料)( kg水/kg絕干物料)( kg/h) (kg水分/h)計算新鮮濕空氣消耗量：rH1=0.02(kg/kg絕干空氣)；rH2=0.08 (kg/kg絕干空氣) (kg絕干空氣/h) (kg新鮮濕空氣/h)計算干燥產(chǎn)品量： (kg干燥產(chǎn)品/h)二、對流干燥過程熱量衡算圖2為連續(xù)干燥過程的熱量衡算示意圖。通過干燥器的熱量衡算可以求得：

5、干燥系統(tǒng)中預熱器消耗的熱量、向干燥器補充的熱量及干燥過程消耗的總熱量，作為計算空氣預熱器和加熱器的傳熱面積、加熱劑的用量、干燥器的尺寸或熱效率等的依據(jù)。 圖2 連續(xù)干燥過程的熱量衡算示意圖干燥過程中，溫度為，濕度為rH0，焓為H0的新鮮空氣，經(jīng)預熱器加熱后送入干燥器。空氣預熱后的狀態(tài)為、rH1（rH1= rH0）和H1。設在連續(xù)干燥器中熱空氣與濕物料進行逆流接觸，離開干燥器時空氣的濕度增加而溫度下降，空氣的狀態(tài)變?yōu)椤H2和H2，絕干空氣流量為kg/s。固體物料進、出干燥器的質(zhì)量流量分別為、，溫度分別為、，干基含水量分別為、，焓分別為H1和H2，絕干物料的質(zhì)量流量為。由流程圖可知，單位時間內(nèi)系

6、統(tǒng)的熱交換情況為：預熱器消耗的熱量為，向干燥器內(nèi)補加的熱量為，干燥器向周圍損失的熱量為。（一）預熱器消耗熱量的計算 對圖6-12熱量衡算示意圖的預熱器作熱量衡算，若忽略熱損失，則 （9）式中 單位時間內(nèi)預熱器消耗的熱量，kW。 （二）、干燥器補充熱量的計算對熱量衡算示意圖的干燥器作熱量衡算：或 （10）式中 單位時間內(nèi)向干燥器補充的熱量，kW；單位時間內(nèi)干燥器向周圍損失的熱量，kW。（三）干燥系統(tǒng)消耗總熱量的計算干燥系統(tǒng)消耗的總熱量為干燥器補充的熱量與預熱器消耗的熱量之和，即 （11）式中 單位時間內(nèi)干燥系統(tǒng)消耗的總熱量，kW。通過對干燥過程簡化處理推導出干燥系統(tǒng)消耗的總熱量為 （12）其中濕

7、物料的平均比熱容可用加和法求得 (13) 式中 絕干物料的比熱容， kJ/（kg絕干物料）；水的比熱容，kJ/（kg),=4.187(kJ/kg.)?！纠?】用熱空氣干燥某濕物料，要求干燥產(chǎn)品為0.1kg/s，進干燥器時濕物料溫度為15，含水量為13（濕基）。出干燥器的產(chǎn)品溫度為40，含水量為1（濕基）。原始空氣的溫度為15，濕度為0.0073kg水/kg絕干空氣，在預熱器中加熱至100進入干燥器，出干燥器時的廢氣溫度為50，濕度為0.0235 kg水/kg絕干空氣。已知絕干物料的平均比熱容為1.25(kJ/kg)，干燥器內(nèi)不補充熱量。試求：（1）當預熱器中采用200kPa飽和水蒸汽作熱源，每

8、小時需消耗的蒸汽量為多少？（2）干燥系統(tǒng)的熱損失量為多少kW？圖3 例2 附圖解：根據(jù)題意畫出該對流干燥系統(tǒng)的示意圖，取1s為基準。（1）計算預熱器中蒸汽用量，應先通過物料衡算求出水分蒸發(fā)量和空氣消耗量。將物料的濕基含水量換算為干基含水量。(kg水/kg絕干物料)(kg水/kg絕干物料)(kg/s)(kg水/s)(kg絕干空氣/s)(kW)當采用200kPa的飽和水蒸氣作熱源時，由附錄查得水蒸氣的汽化熱為2205kJ/kg，則加熱蒸氣消耗量為(kg/s)=120(kg/h)（2）干燥系統(tǒng)的熱損失由題意可知：（kg/kg） =5.17(kW) 熱損失占加入總熱量的百分率為： 由以上計算結果可以看

9、出，干燥系統(tǒng)預熱器供熱量用于加熱空氣、蒸發(fā)物料中水分、加熱濕物料和補償干燥器的熱損失。三、空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化分析 對干燥系統(tǒng)進行物料衡算和熱量衡算時，必須確定空氣離開干燥器時的狀態(tài)參數(shù)，而這些狀態(tài)參數(shù)與空氣通過干燥器時所經(jīng)歷的變化過程有關。在干燥器中空氣與物料間既有熱量傳遞又有質(zhì)量傳遞，同時還要受向干燥器補加的熱量以及熱損失的影響，所以狀態(tài)變化過程比較復雜，一般根據(jù)空氣在干燥器內(nèi)焓的變化情況，將干燥過程分為等焓干燥過程和非等焓干燥過程。1、等焓干燥過程對干燥器作熱量衡算，以1為基準， 則即 （14）若不向干燥器內(nèi)補充熱量，即；忽略干燥器向周圍散失的熱量，即；物料進、出干燥器的焓相等，即

10、。則，即。上式表明空氣通過干燥器中所經(jīng)歷的變化過程是一個等焓干燥過程。等焓干燥過程又稱為絕熱干燥過程，實際干燥中很難實現(xiàn)等焓干燥過程，故稱為理想干燥過程。 等焓干燥過程中空氣離開干燥器的狀態(tài)，可由已知離開干燥器的空氣溫度 和在TrH圖上確定。設新鮮空氣溫度為，相對濕度為，經(jīng)預熱器后溫度升高為，而離開干燥器時的溫度已測知為t2，則空氣經(jīng)過等焓干燥過程時，狀態(tài)變化可表示在圖4中。圖中點表示新鮮空氣的狀態(tài)，在預熱器中預熱后溫度升為而濕度不變，所以由點沿等濕線向右與交于，此點即表示為進干燥器時空氣的狀態(tài)。由于在干燥器中空氣狀態(tài)變化過程是一個等焓過程，因此由點沿等焓線向左上方與線相交于C， C點即表示空

11、氣出干燥器時的狀態(tài)。圖4 等焓干燥過程空氣狀態(tài)的變化2、非等焓干燥過程非等焓干燥過程又稱為實際干燥過程，非等焓干燥過程可能有以下三種情況。1.操作線在等焓變化過程BC線的下方這種干燥過程的條件為：不向干燥器補充熱量，即；不能忽略干燥器向周圍的熱損失，即；物料進、出干燥器的焓不相等，即。將以上假設代入式（6-27）整理后得：即H1H2。上式說明空氣離開干燥器的焓H2小于進干燥器的焓H1,這種過程的操作線BC1應在BC線的下方。如圖6-15所示。2.操作線在等焓變化過程BC線的上方若向干燥器補充的熱量大于損失的熱量與加熱物料消耗的熱量之和，即將此關系代入式（6-27）整理后得 即H1H2上式說明空

12、氣離開干燥器時的焓H2大于進入干燥器時的焓H1,這種過程的操作線BC2應在BC線的上方。如圖6-15所示。3.操作線為過點的等溫線若向干燥器補充適當?shù)臒崃?，恰使干燥過程在等溫條件下進行，即空氣在干燥過程中維持恒定的溫度t1，其操作線為過點的等溫線，如圖5中BC3所示。上面定性分析了實際干燥過程中干燥器內(nèi)空氣狀態(tài)所經(jīng)歷的變化情況，至于空氣離開干燥器時的狀態(tài)應根據(jù)具體條件進行確定。圖5 實際干燥空氣狀態(tài)的變化四、干燥器的熱效率和干燥效率1、干燥器的熱效率干燥器的熱效率是衡量干燥器操作性能的一個重要指標。干燥器的熱效率高，表明熱的利用程度好，操作費用低，使產(chǎn)品成本降低。干燥器的熱效率定義為： （14）或 （15）若蒸發(fā)水分量為，空氣出干燥器時溫度為，物料進干燥器溫度為，則干燥器內(nèi)蒸發(fā)水分所需熱量可用下式表示： （16）提高空氣的預熱溫度，可提高干燥器的熱效率。空氣預熱溫度高，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減少，故熱效率得以提高。但是，空氣的預熱溫度應以濕物料不致在高溫下受熱破壞為限。對不能經(jīng)受高溫的材料，采用中間加熱的方式，即在干燥器內(nèi)設置一個或多個中間加熱器，往往可提高熱效率