化工原理下册 干燥-2

加热过程 始态A→终态B，因p水汽与 p不变，为等H过程，t↑， ↓，吸收水汽能力↑；
冷却过程

始温为t1，若终温 t2>td，则为等H过程； 若终温t3< td ，则过 程为ADE所示，必有 部分水汽凝结为水， 空气的湿度降低 H3<H2，每千克绝干 空气析出的水分量为
H H1 H3
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进入干燥器的绝干物料为
GC = G1(1－w1) = 1000(1－0.1) = 900kg绝干料/h
水分蒸发量为
W = GC(X1－X2) = 900(0.111－0.0204) = 81.5kg水/h
（2）空气消耗量
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原湿空气的消耗量为：
L΄= L(1+H1) = 1940(1+0.008) = 1960kg湿空气/h
水分质量 w 100% 物料总质量
2. 干基含水量 X：
X 水分质量 纯干物料总质量
X w 1 w
换算关系：
X w 1 X
工业生产中，物料湿含量通常以湿基含水量表示，但由于 物料的总质量在干燥过程中不断减少，而绝干物料的质量不变， 故在干燥计算中以干基含水量表示较为方便。
二、干燥系统的物料衡算
空气湿度图的绘制 （Humidity chart） 横坐标：空气的湿度，所有的纵线为等湿度线。 左侧纵坐标：空气的干球温度，所有横线为等温线。
(1) 等湿度线 (等 H 线)
在同一条等湿线上不同点所代表的湿空气状态不同，但 H相同，露点是将湿空气等H冷却至 = 1时的温度。 (2) 等焓线（等 I 线）
2.确定空气的状态点，查找其它参数
两个参数在曲线上能相交于一点，即这两个参数是独立参数，这些参 数才能确定空气的状态点。
3.确定绝热饱和冷却温度
1）等I干燥过程 等焓干燥过程又称绝热干燥过程。 a.不向干燥器重补充热量，即QD=0. b.忽略干燥器向周围散失的热量，即QL=0. c.物料进出干燥器的焓相等，即G(I2’ _ I1’ )=0 沿等I线 ，空气t1 、t2已知，即可确定H1 、H2。 2）等H干燥过程 恒压下，加热或冷却过程。
G1 G2 W
W G1w1 G2 w2 LH 2 H1 GC X1 X 2
绝对干物料质量
GC G1 1 w1 G2 1 w2
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2. 空气消耗量 L 物料衡算： W L( H 2 H1 )
W L H 2 H1 kg干空气/ h
L ——绝干空气质量流量，[kg干气/hr]； G1、G2 ——物料进出干燥器总量，[kg物料/hr]。
w1 (X1)，w2(X2)：干燥前后湿物料的湿（干）基含水量； H1，H2：干燥前后湿空气的湿度。
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求解：干燥介质用量，蒸发的水分量等
1、水分蒸发量
＝湿物料中水分减少量 ＝湿空气中水分增加量
(1)水分蒸发量W；
(2)空气消耗量L ； (3)如干燥得率为97%，求干燥产品量G2 ； (4)如风机在常压下 工作，求风机的风量Vs 。
解：(1)水分蒸发量W
X1
X2
w1 0.13 0.14ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(kg水 / kg绝干物料) 1 w1 1 0.13
w2 0.09 0.099(kg水 / kg绝干物料) 1 w2 1 0.09
即一般夏季空气用量比冬季大，干燥器设计时应注意此问题 3. 湿空气的体积流量 V m3/s
Vs LVH L(0.773 1.244 H ) t 273 273
式中空气的温度t和湿度H由风机所在的空气状态而定。
4.干燥产品流量G2
对干燥器作绝干物料的衡算
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例：在一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后物料的含水量由 10%降至2%（wb）。以热空气为干燥介质，初始湿度H1=0.008kg水/kg绝干气，
上式说明，干燥器、预热器所需热量用于：物料升温、空 气焓变、和热损失。
干燥过程的物料衡算和热量衡算
湿分汽化升温 Qw=W(r0+cvt2-cw1) 干燥器内放热 Qg=LcH0(t1-t2) 物料升温 Qm=Gccm2 (2-1) 热损失 Ql 废气带走热量 Ql′=LcH0(t2-t0)
供给热量 Qp+Qd
(1) 预热器的加热量
若忽略热损失，则
QP L ( I1 I 0 )
(2) 干燥室的热量衡算
输入量
1）湿物料带入热量（焓值）
G2cm1 Wc w1
cm：湿物料的平均比热，[kJ/kg湿料℃]； cw：水的比热， [kJ/kg水℃]。
2）空气带入的焓值 3）干燥器补充加入的热量
LI1
I
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(3) 等干球温度线 (等 t 线)
I (1.88t 2492) H 1.01t
I与H呈直线关系，t越高，等t线的斜率越大，读数0-250º C。 (4) 等相对湿度线 (等 线)
ps H 0.622 P ps
总压 P 一定，对给定的 ： 因 ps= f (t) ， 故 H = f (t) 。
（二）热量衡算（Heat balance）
湿废气体 L, H2, t2, I2
QD 湿物料 G1 , w1 , 1, I’1 干燥产品 G2 , w2 , 2, I’2 QL 湿气体 L, H0, t0, I0 Qp 热气体 L, H1, t1, I1
干 燥 器
预热器
Qp —— 预热器向气体提供的热量，kW； QD—— 向干燥器补充的热量，kW； QL — 干燥器的散热损失，kW。
所需外加总热量 Q：
Q QP QD L ( I1 I 0 ) L ( I 2 I1 ) G2cm (2 1 ) QL Wc w1
加热物料 蒸发水分
L ( I 2 I 0 ) G2cm (2 1 ) QL Wc w1
加热空气
热损失
供给干燥系统输入的热量除一部分在干燥器内释放 外，尚有部分未被利用。
例6 某糖厂转筒式干燥器生产能力为 4030kg/h，湿糖含水率 为 1.27% ，于 31℃ 进入干燥器，离开时温度为 36℃ 、含水率为 0.18% ， 此 时 糖 的 比 热 为 1.26kJ/(kg· K) 。 空 气 的 初 始 状 况 为 t=20℃， tw=17℃，预热到97 ℃进入干燥器，离开时空气t=40℃， tw=32℃ ，求：（1）水分汽化量；（2）空气用量；（ 3）预热 器加热蒸汽用量；（4）干燥器的热损失。 解：(1)水分蒸发量W
由空气的任意两独立状态参数，确定空气的状态点，查找其它
参数
两个参数的曲线能相交于一点，即这两个参数是独立参 数，这些参数才能确定空气的状态点。 可能的已知条件是：
①干球温度 t 和湿球温度 tw；
②干球温度 t 和露点 td；
③干球温度 t 和相对湿度 。
上述三种条件下确定湿空气状态点的方法可由下图表明。
(3)如干燥得率为97%，求干燥产品量G2 G2=G1－W=2100－91.4=2008.6kg/h 实际产品量G2=2008.6×0.97=1948kg/h
(4) 风机的风量Vs
t0 273 Vs LVH L(0.773 1.244H 0 ) 273 20 273 0.94 (0.773 1.244 0.009) 0.79(m 3 /s) 273
干燥过程
蒸气 湿物料 1
6 空气 5
预热器
2 冷凝水
干燥室
4
废气
3 干物料
冷凝水
空气预热的作用？
空气干燥器的流程图
1进料口；2干燥室；3卸料口；4抽风机；5、6 空气加热器
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L, t0 , H0 预热器
新鲜空气
H1 H 0
L, t1 , H1 干 废气 L, t2 , H2 燥 室 产品 湿物料 G2, w2, (X2) G1, w1, (X1)
绝干物料量Gc = G1(1－w1) = 2100×(1－0.13) =1827(kg绝干物料/h)
W Gc ( X 1 X 2 ) 1827 (0.149 0.099) 91.35(kg 水/h) 0.0254(kg 水/s)
(2)空气消耗量L及单位空气消耗量l 查湿度图：t0=20℃，0=60%时，H0=0.009kg水/kg干空气 t2=40℃，2=75%时，H2=0.036kg水/kg干空气
单位空气消耗量（比空气用量）为：
（3）干燥产品量
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【例2】
某干燥器每小时处理湿物料2100kg，经干燥后使物料的湿 基含水率由13%降到9%。干燥介质为空气，初温20℃，相对 湿度60%，经预热器加热至115 ℃后进入干燥器。空气离开干 燥器时的温度为40 ℃ ，相对湿度75%。求：
(5) 蒸气分压线
HP pV 0.622 H
总压 P 一定， ps= f (H) ，
p-H 近似为直线关系。
H H H H
空气湿焓图的用法 （Use of humidity chart） 1.确定空气的干燥条件
越好。
=100%，空气达到饱和，无吸湿能力。 <100%，属于未饱和空气，可作为干燥介质。 越小，干燥条件
（2）t、tw、tas、td 的关系 =1，t =tw =tas =td <1，t >tw =tas >td
第二节 干燥过程的物料与热量衡算
一、湿物料中含水量的表示方法 二、干燥系统的物料衡算 三、干燥系统的热量衡算 四、干燥过程的图解
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一、湿物料水分含量的表示方法
1. 湿基含水量 w：
5.1.2 湿焓图 湿气体参数的计算比较繁琐，甚至需要试差。为了 方便和直观，通常使用湿度图。
P, H，t 图是根据总压P＝101.3kPa绘制的。图上任何一点都代表一定 温度和湿度的湿空气的状态。
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H-I图
等I线群（0~680）
等t线群（0~250）
蒸 汽 分 压 线 群
等φ线群（5%~100%）
2/22
等H线群（0~0.2）
横坐标H， 等湿线（平行于纵坐标） I kJ/kg绝干气
总压一定
纵坐标I， 等焓线（45℃于横坐标）
t℃
φ
p kPa
等温线t
等相对湿度线φ H＝0.622φ ps/(P-φ ps) 等分压线p p＝P H/(0.622 +H)，一般H很小
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H kg水/kg绝干气
QD
输出量
1）干物料G2 带出焓值：
G2cm 2
2）废气带出焓值：
LI 2
3）热损失：
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QL
Σ输入＝Σ输出
G2cm1 Wc w1 LI1 QD G2cm2 LI 2 QL
QD L ( I 2 I1 ) G2cm (2 1 ) QL Wc w1
离开干燥器时湿度为H2=0.05 kg水/kg绝干气，假设干燥过程中无物料损失.试求：
水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。 解:1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含量， 即:
w1 0.1 X1 0.111 kg水 / kg绝干料 1 w1 1 0.1 w2 0.02 X2 0.0204 kg水 / kg绝干料 1 w2 1 0.02
在湿度图上确定湿空气的状态
水与空气系统中，已知 t
和 td，求原始状态点
A
A(t,H)。 td
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湿气体的性质和湿度图
湿空气性质小结 （1）当总压一定时，表征湿空气状态只有两个独立 参数。即已知两个相互独立的参数，其它参数 即可确定。 t-H、t-tw、t-td、t-是相互独立的两个参数，可确 定唯一的空气状态点； td-H、pv-H、td-pv、tas（tw）-I不是彼此独立的参数， 不能确定空气的状态点。
或：
W L H2 H0
kg干空气/ h
实际空气用量：
L L(1 H 0 )
单位空气消耗量l：蒸发1kg/s的水分所消耗的干空气量
L 1 l W H2 H0
kg干 空气/kg水
单位空气消耗量l与季节的关系
当H2一定时，H0↑，l↑
夏季：气温高t ↑，ps ↑，雨水多 ↑，∴ H0↑
ras t tas ( H as H ) cH
对给定的 tas： t = f (H)
对于空气-水系统，tas tw，等 tas 线可近似作为等tw线。 每一条绝热冷却线上所有各点都具有相同的 tas 。 物理意义：以绝热冷却线上所有各点为始点，经过绝热 饱和过程到达终点时，所有各状态的气体的温度都变为 同一温度。