化工原理(天大版)干燥過程的物料衡算與熱量衡算

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1、8.3干燥過程的物料衡算與熱量衡算干燥過程是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過程。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。濕物料中的水分量如何表征呢？8.3.1濕物料中的含水量濕物料中的含水量有兩種表示方法1.濕基含水量wkg水/kg濕料2.干基含水量Xkg水/kg絕干物料3.二者關(guān)系說明：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。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預(yù)熱器干燥器產(chǎn)品G2,w2,(X2),q2L,t1,H1濕物料G1,w1,(X1),q

2、1L,t0,H0新鮮空氣L,t2,H2廢氣圖8.7物料衡算符號(hào)說明：L：絕干空氣流量，kg干氣/h；G1、G2：進(jìn)、出干燥器的濕物料量，kg濕料/h；Gc：濕物料中絕干物料量，kg干料/h。目的：通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。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)。1.濕物料的水分蒸發(fā)量W[kg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

3、等于濕空氣中水分增加量。即：所以：2.干空氣用量L[kg干氣/h]令[kg干氣/kg水]l稱為比空氣用量，即每汽化1kg的水所需干空氣的量。因?yàn)榭諝庠陬A(yù)熱器中為等濕加熱，所以H0＝H1，，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)。濕空氣用量：kg濕氣/h或kg濕氣/kg水濕空氣體積：m3濕氣/h或m3濕氣/kg水8.3.3干燥過程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、干燥器的尺寸或熱效率的依

4、據(jù)。1.流程圖溫度為，濕度為H0，焓為的新鮮空氣，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θ1、θ2，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Q＝Qp＋Qd。將Q折合為汽化1kg水分所需熱量2.預(yù)熱器熱量衡算若忽略熱損失，則[kJ/kg水]3.干燥器的熱量衡算（1）輸入量①濕物料帶入熱量式中：：干燥后物料比熱，[k

5、J/kg濕料℃]：水的比熱，[kJ/kg水℃]：絕干物料比熱，[kJ/kg干料℃]②空氣帶入的焓值③干燥器補(bǔ)充的熱量（2）輸出量①干物料帶出焓值②廢氣帶出焓值③熱損失在穩(wěn)定干燥過程中，輸入量等于輸出量，干燥器熱量衡算式為：8.3.4干燥器空氣出口狀態(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(duì)不同干燥過程進(jìn)行分析。1.等焓干燥過程（理想干燥過程、絕熱干燥過程）等焓干燥過程是指干燥在絕熱情況下進(jìn)行的，空氣在進(jìn)出干燥器的焓值不變，即I1＝I2。令：則：若為等焓過程，則I1＝I2

6、，D＝0?？捎们蟪觯℉2、I2）。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。2.實(shí)際干燥過程很顯然，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(duì)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，即。（1）當(dāng)補(bǔ)充的熱量大于損失的熱量時(shí)，。（2）當(dāng)補(bǔ)充的熱量小于損失的熱量時(shí)，。8.3

7、.5干燥器的熱效率干燥器的熱效率是干燥器操作性能的一個(gè)重要指標(biāo)。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。因此，在操作過程中，希望可獲得盡可能高的熱效率。1.定義2.提高熱效率途徑（1）當(dāng)t0，t1一定時(shí)，但因此在設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定：t2要比熱空氣進(jìn)入干燥器時(shí)的濕球溫度tw高20~50℃。（2）當(dāng)t0，t2一定時(shí)，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

8、溫度應(yīng)以濕物料不致在高溫下受熱破壞為限。對(duì)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。（3）盡量利用廢氣中的熱量，如用廢氣預(yù)熱冷空氣或濕物料，減少設(shè)備和管道的熱損失，都有助于熱效率的提高。