青海大學(xué)干燥課件第5章第2節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算1

2023/1/16第五章干燥一、濕物料的性質(zhì)二、干燥系統(tǒng)的物料衡算

三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算

四、空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化

第二節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算

2023/1/16思考：試在濕度圖上畫(huà)出干燥全過(guò)程干燥過(guò)程干燥室預(yù)熱室第二節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算

2023/1/16已知：干燥介質(zhì)（空氣）的進(jìn)口條件，如溫度、濕度、壓力等；物料的進(jìn)口條件，如溫度，濕含量，質(zhì)量或質(zhì)量流率；物料的干燥要求（濕含量）。求解：干燥介質(zhì)用量；干燥條件（如進(jìn)干燥室的空氣溫度，出干燥室的空氣溫度和濕度等）；整個(gè)設(shè)備的熱能消耗；干燥室尺寸等等。第二節(jié)干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算

2023/1/161、濕物料中含水量的表示方法(1)濕基含水量w

(2)干基含水量X(3)換算關(guān)系濕物料是絕干固體與液態(tài)濕分的混合物。濕基含水量w:水分在濕物料中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。干基含水量X:濕物料中的水分與絕干物料的質(zhì)量比。工業(yè)生產(chǎn)中，物料濕含量通常以濕基含水量表示，但由于物料的總質(zhì)量在干燥過(guò)程中不斷減少，而絕干物料的質(zhì)量不變，故在干燥計(jì)算中以干基含水量表示較為方便。一、濕物料的性質(zhì)2023/1/162、濕物料的比熱容cm3、濕物料的焓2023/1/16干燥器物料衡算示意圖

干燥器

新鮮空氣

廢氣

濕物料

干燥產(chǎn)品

絕干空氣流量絕干物料流量干燥產(chǎn)品流量濕物料處理量二、干燥系統(tǒng)的物料衡算2023/1/161、水分蒸發(fā)量W

以1s為基準(zhǔn)，對(duì)水分作物料衡算，設(shè)干燥器內(nèi)無(wú)物料損失。

2、空氣消耗量L

單位空氣消耗量l:蒸發(fā)1kg水分消耗的絕干空氣數(shù)量,kg絕干氣/kg水。kg絕干氣單位時(shí)間內(nèi)水分蒸發(fā)量濕空氣(新鮮空氣)的消耗量為

kg新鮮空氣/s

濕空氣(新鮮空氣)的體積消耗量為

m3新鮮空氣/s

單位時(shí)間內(nèi)消耗的絕干空氣量2023/1/163.濕物料處理量及干燥產(chǎn)品流量

kg/s

絕干物料衡算濕物料處理量干燥產(chǎn)品流量kg/s

2023/1/16例：連續(xù)操作干燥器,每一小時(shí)處理濕物料1000kg，干燥前后物料的含水量由20%降至3%(均為濕基),干燥介質(zhì)為熱空氣，初始濕度為，離開(kāi)干燥器時(shí)濕度為，試求(1)水分蒸發(fā)量;（2）空氣消耗量，;(3)干燥產(chǎn)品量，(4)新鮮空氣消耗量。解：2023/1/16(1)(2)2023/1/16(3)(4)2023/1/16三、干燥系統(tǒng)的熱量衡算以1S為基準(zhǔn)，列以下各部位的熱量衡算。忽略預(yù)熱器的熱損失，對(duì)預(yù)熱器列焓衡算，得單位時(shí)間內(nèi)預(yù)熱器消耗的熱量為：

對(duì)干燥器列焓衡算，得單位時(shí)間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量為：1、熱量衡算的基本方程式干燥器熱量衡算示意圖

干燥器

新鮮空氣

廢氣

濕物料

干燥產(chǎn)品

預(yù)熱器

2023/1/16單位時(shí)間內(nèi)干燥系統(tǒng)消耗的總熱量為：——連續(xù)干燥系統(tǒng)熱量衡算的基本方程式假設(shè)：1)

新鮮干空氣中水汽的焓等于離開(kāi)干燥器廢氣中水汽的焓,即：2)

濕物料進(jìn)出干燥器時(shí)的比熱取平均值Cm濕空氣進(jìn)出干燥器時(shí)的焓分別為：濕物料進(jìn)出干燥器的焓分別為:2023/1/16可見(jiàn),向干燥系統(tǒng)輸入的總熱量用于：加熱空氣；蒸發(fā)水分；加熱濕物料；熱損失。總熱量:空氣升溫所需熱量

蒸發(fā)水份所需熱量物料升溫所需熱量

干燥器熱量損失2023/1/162、干燥系統(tǒng)的熱效率忽略物料中水分帶入的焓蒸發(fā)水分所需的熱量為干燥效率:汽化濕分所需熱量與氣體在干燥器中放出的熱量之比值。(因?yàn)槠瘽穹值臒崃坎攀怯行崃?干燥系統(tǒng)的總效率=熱效率×干燥效率2023/1/16提高熱效率的途徑①提高空氣出口濕度或降低出口溫度措施：t2↓,H2↑→L=W/(H2-H1)↓，η↑；注意：t2↓,H2↑→濕空氣出口相對(duì)濕度增大，要注意避免返潮現(xiàn)象的發(fā)生；代價(jià)：t2↓,H2↑→干燥器內(nèi)濕空氣與物料間的傳熱、傳質(zhì)推動(dòng)力均下降，干燥時(shí)間延長(zhǎng)，所需干燥器的體積要增大。2023/1/16②提高空氣進(jìn)入干燥器的溫度措施：

t1↑→Qp↑，若Q一定，則L↓，η↑；注意：t1↑→溫度較高，對(duì)熱敏性物料不適用；代價(jià)：t1

↑預(yù)熱器所需加熱蒸汽的品位高。2023/1/16③采用中間加熱措施：濕空氣進(jìn)出口狀態(tài)不變則采用中間加熱器時(shí)，干燥器內(nèi)的平均溫度低于沒(méi)有采用中間加熱器的干燥器，熱損失降低，從而提高熱效率η↑；代價(jià)：需要中間加熱器，平均溫度低，干燥器體積要增大。2023/1/16④部分廢氣循環(huán)措施：濕空氣出口溫度若較高，作為廢氣排放也是一種熱量損失，為利用廢氣的余熱，可將其與新鮮空氣混合，若與新鮮空氣混合后進(jìn)入預(yù)熱器則為“先混合、后預(yù)熱”廢氣循環(huán)流程；若與預(yù)熱器出口的空氣混合后進(jìn)入干燥器，則為“先預(yù)熱、后混合”廢氣循環(huán)流程；在循環(huán)流程中干燥器平均溫度降低，熱損失減少，熱效率提高；

注意：當(dāng)干燥器進(jìn)出口濕空氣狀態(tài)不變時(shí)，不論循環(huán)方式如何，在等焓條件下其絕干空氣消耗量和熱量消耗量均與無(wú)循環(huán)情況的相同；

代價(jià)：在干燥器中傳熱、傳質(zhì)推動(dòng)力下降，所需干燥器體積增大。2023/1/16提高干燥系統(tǒng)熱效率的措施帶廢氣循環(huán)的干燥系統(tǒng)（1）2023/1/16提高干燥系統(tǒng)熱效率的措施帶廢氣循環(huán)的干燥系統(tǒng)（2）2023/1/16⑤改善保溫措施2023/1/16四、空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化

1、等焓干燥過(guò)程(絕熱干燥過(guò)程)規(guī)定：(1)不向干燥器中補(bǔ)充熱量,即QD=0；(2)忽略干燥器向周?chē)⑹У臒崃?即QL=0；(3)物料進(jìn)出干燥器的焓相等，即將上述條件代入，得空氣通過(guò)干燥器時(shí)焓恒定，又稱(chēng)為理想干燥過(guò)程。2023/1/16等焓干燥過(guò)程的狀態(tài)變化理想干燥等焓干燥ABC2023/1/16空氣在干燥過(guò)程中的變化溫度t濕度H相對(duì)濕度φ2023/1/162、非等焓干燥過(guò)程

1）操作線在過(guò)B點(diǎn)等焓線下方條件：不向干燥器補(bǔ)充熱量QD=0；不能忽略干燥器向周?chē)⑹У臒崃?/p>

QL≠0；物料進(jìn)出干燥器時(shí)的焓不相等

2023/1/162）操作線在過(guò)點(diǎn)B的等焓線上方

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之總和3）操作線為過(guò)B點(diǎn)的等溫線

向干燥器補(bǔ)充的熱量足夠多，恰使干燥過(guò)程在等溫下進(jìn)行干燥器的熱損失不能忽略物料進(jìn)出干燥器的焓不相等需向干燥器補(bǔ)充熱量且ＱD足夠大，維持t1=t2ＱL>

0

2023/1/16非等焓干燥過(guò)程的狀態(tài)變化實(shí)際干燥AB等溫干燥升焓干燥降焓干燥2023/1/16中間加熱干燥過(guò)程2023/1/16廢氣循環(huán)干燥過(guò)程2023/1/16例：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進(jìn)行干燥，濕物料的流量為1kg/s，初始濕基含水量為3.5%，干燥產(chǎn)品的濕基含水量為0.5%?？諝鉅顩r為：初始溫度為25℃，濕度為0.005kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)干燥器的溫度為140℃，若離開(kāi)干燥器的溫度選定為60℃和40℃，試分別計(jì)算需要的空氣消耗量及預(yù)熱器的傳熱速率。又若空氣在干燥器的后續(xù)設(shè)備中溫度下降了10℃，試分析以上兩種情況下物料是否返潮？假設(shè)干燥器為理想干燥器。2023/1/16解：因在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過(guò)程，℃℃

2023/1/16絕干物料量：絕干空氣量2023/1/16