化工原理-物料衡算和熱量衡算

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1、第二節(jié)物料衡算和熱量衡算p254一、濕物料的性質(zhì)二、物料衡算三、熱量衡算四、干燥過(guò)程在濕焓圖上的表達(dá)1濕物料的形態(tài)濕物料按其外觀形態(tài)的不同二分為下列幾種：散粒狀：如谷物、各種油料種籽；晶體：經(jīng)過(guò)濾分離后的各種晶體，如葡萄糖、檸檬酸、鹽等；塊狀：如馬鈴薯、胡蘿卜、面包等；片狀：如果蔬、肉片、蔥、蒜片、餅干等；一、濕物料的形態(tài)和含水量表示條狀：馬鈴薯切條、刀豆、香腸等；膏糊狀：如麥乳精、巧克力漿等；粉末狀：淀粉、奶粉等；液態(tài)：包括各種溶液、懸浮液和乳濁液如牛奶、蛋液、果汁等。濕物料按其物理化學(xué)性質(zhì)不同粗略分為如下兩大類：（1）含水分的液體溶液：如

2、葡萄糖、味精等的水溶液及食品的浸出液。膠體溶液：如蛋白體溶液、果膠溶液等。（2）含水分的固體結(jié)晶質(zhì)的固體：如糖和食鹽等。膠質(zhì)分散系：如明膠、淀粉質(zhì)物料等。其中，后一類是多見(jiàn)的。膠質(zhì)固體又可分為三類。彈性膠體是典型的膠質(zhì)固體，如明膠、洋膠、洋菜、面團(tuán)等。當(dāng)除去水分后，這種物體將收縮，但保持其彈性。脆性膠體除去水分后變脆，干燥后可能變化為粉末，如木炭、陶質(zhì)物料。第三類是膠質(zhì)毛細(xì)孔物料，如面包、谷物，其毛細(xì)管壁具有彈性，干燥時(shí)收縮，干燥后變脆。2物料濕含量的表示方法（P254）（1）濕基含水量w定義：水分在濕物料中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（2）干基含水量X定義

3、：水分質(zhì)量與絕干物料質(zhì)量之比X=w/(1-w)w=X/(1+X)(5-23)(5-22)（3）濕物料的比熱容cmcm=cs+Xcw=cs+X·4.187(5-24)（4）濕物料的焓I’包括：絕干物料的焓（0?C為基準(zhǔn)）和物料中水分的焓（0?C、液態(tài)水為基準(zhǔn)）二、物料衡算絕干物料量2水分氣化量預(yù)熱干燥新鮮空氣熱空氣廢氣濕物料產(chǎn)品1產(chǎn)品量(5-30)單位!3干空氣消耗量l比空氣用量：每蒸發(fā)1kg水所需干空氣的量，與空氣的初、終溫度有關(guān)。由：LH1+GX1=LH2+GX2得：或：(5-28)GXG1w1G2w2預(yù)熱干燥L(fēng)H0,t0,I0H1,t1,

4、I1H2,t2,I2LLG1,w1,q1,I’1G2,w2,q2,I’2QpQLQD三、熱量衡算整個(gè)系統(tǒng)：進(jìn)入離開(kāi)熱空氣LI0LI2物料GI′1GI′2加入Qp+QD損失QL預(yù)熱器：Qp=L(I1-I0)kW忽略預(yù)熱器的熱損失，以1s為基準(zhǔn)，對(duì)預(yù)熱器列焓衡算:對(duì)干燥器列焓衡算，以1s為基準(zhǔn)單位時(shí)間內(nèi)向干燥器補(bǔ)充的熱量為單位時(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(5-31/32)(5-33)(5-34)假設(shè)：a）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b）濕物料進(jìn)出干燥器時(shí)的比熱取平均值濕空氣進(jìn)出干燥器時(shí)的焓分

5、別為：濕物料進(jìn)出干燥器的焓分別為:可見(jiàn)，向干燥系統(tǒng)輸入的熱量用于：加熱空氣、加熱物料、蒸發(fā)水分、熱損失。(5-36)干燥系統(tǒng)的熱效率蒸發(fā)水分所需的熱量為忽略物料中水分帶入的焓?學(xué)號(hào)請(qǐng)回答！一般地，廢氣溫度低而濕度高時(shí)，h就高。但t2應(yīng)比tas高20~50oC，以保證在干燥后不致返潮。0：示意圖1：W2：L03：V”（體積流量）4：Qp5：Q6：QD7：?四、干燥過(guò)程在濕焓圖上的表達(dá)代入：1典型干燥過(guò)程將熱量衡算式各項(xiàng)除以W:（2）e?=0，非等焓干燥過(guò)程又分e<0（I20兩種情況t0t1t2H0H2ABCt0t1t2H0H2AB

6、Ct0t1t2H0H2ABCC’C’根據(jù)e的值，把干燥器分成兩大類：（1）e=0，稱為理想干燥器或等焓干燥器(P260文字說(shuō)明)Q:哪一個(gè)?<0?a）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圍散失的熱量QL≠0；物料進(jìn)出干燥器時(shí)的焓不相等IHt1Bt2CC1C2C3b）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。c）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。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

7、水量為3.5%，干燥產(chǎn)品的濕基含水量為0.5%。空氣狀況為：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。解：因在干燥器內(nèi)經(jīng)歷等焓過(guò)程，℃℃絕干物料量:絕干空氣量：預(yù)熱器的傳熱速率：℃分析物料的返潮情況當(dāng)t2=60℃時(shí)，干燥器出口空氣中水汽分壓為：t=50℃時(shí)，飽和蒸汽壓ps=12.34kPa，即此時(shí)空氣溫度尚未達(dá)到

8、氣體的露點(diǎn)，不會(huì)返潮。當(dāng)t2=40℃時(shí)，干燥器出口空氣中水汽分壓為：t=30℃時(shí)，飽和蒸汽壓ps=4.25kPa，物料可能返潮。2中間加熱干燥過(guò)程預(yù)熱干燥新鮮空氣廢