干燥过程的物料平衡与热平衡计算

干燥过程的物料与热平衡计算1、湿物料的含水率湿物料的含水率通常用两种方法表示。

(1) 湿基含水率：水分质量占湿物料质量的百分数，用表示。

水分质量100%湿物料的总质量(2) 干基含水率：由于干燥过程中，绝干物料的质量不变，故常取绝干物料为基准定义水分含量。

把水分质量与绝干物料的质量之比定义为干基含水率，用表示。

水分质量1 0 0 %湿物料中绝干物料的量质(3) 两种含水率的换算关系：1 12、湿物料的比热与焓(1) 湿物料的比热C m湿物料的比热可用加和法写成如下形式：C m C s C w式中：C m —湿物料的比热，k J / kg绝干物料 C ；C s —绝干物料的比热，k J / kg绝干物料 C ；C w —物料中所含水分的比热，取值 4.186 k J / kg水 C(2) 湿物料的焓I湿物料的焓I 包括单位质量绝干物料的焓和物料中所含水分的焓。

(都是以0 C 为基准)。

I C s C w C s 4.186 C m式中：为湿物料的温度， C 。

3、空气的焓I空气中的焓值是指空气中含有的总热量。

通常以干空气中的单位质量为基准称作比焓，工程中简称为焓。

它是指 1 kg 干空气的焓和它相对应的水蒸汽的焓的总和。

空气的焓值计算公式为：I 1. 0 1 t 2 4 9 0 1. 8 8 t或I 1.01 1.88 t 2490式中；I —空气(含湿)的焓，kg/kg 绝干空气；—空气的干基含湿量，kg/kg 绝干空气；1.01 —干空气的平均定压比热，kJ/kg K ；1.88 —水蒸汽的定压比热，kJ/kg K ；2490 —0 C 水的汽化潜热，kJ/kg 。

由上式可以看出， 1.01 1.88 t 是随温度变化的热量即显热。

而2490 则是0 C 时kg 水的汽化潜热。

它是随含湿量而变化的，与温度无关，即“潜热”。

4、干燥系统的物料衡算干燥系统的示意图如下：湿空气（入）L，H 1干燥产品干燥过程（逆流换热）湿空气（出）L，H 2湿物料G，2或G 2， 2 G，1或G1，1(1) 水分蒸汽量 W按上述示意图作干燥过程中的 0 水量与物料平衡，假设干燥系统中无物料损失，则：LH 1 GW1LH 2 G2L H 2H 1G水量平衡12式中： W — 单位时间内水分的蒸发量， kg / s ；G —单位时间内绝干物料的流量， kg 绝干物料 /s ；H 1，H 2 — 分别为干燥介质空气中的进入和排出干燥器的水分含量，kg 水/kg 绝干空气 ；L —单位时间内消耗的绝干空气量， kg 绝干空气 / s 。

(2) 空气消耗量 LLG1 2H 2 H 1W H 2H 1令l 为蒸发 1 kg 水分消耗的绝干空气量，称为单位空气消耗量，则由上式得出：lL 1 WH 2H 1(3) 干燥产品流量 G 2G 2 1则， G 22G 1 1 G 1 111 物料平衡12式中，1，2分别为物料进和出干燥器的湿基含水量。

需要指出的是，干燥产品 G 2 是相对于 G 1 而言的，并不是绝干物料，只是含水量较 G 1 小。

所以一般 称G 2 为干燥产品，以区别于绝干物料 G 。

例题：在一连续干燥器中， 将每小时 2000 kg 湿物料由含水量 3%干燥至 0.5%（均为 湿 基 ）， 以 热 空 气 为 干 燥 介 质 ， 空 气 进 出 干 燥 器 的 湿 度 分 别 为 0.02 kg/kg 绝干空气 及 0.08 kg/kg 绝干空气 ，假设干燥过程无物料损失，试求水 分蒸发量，新鲜空气消耗量和干燥产品量。

解：(1) 水分蒸发量 W10.0311 -1 -0.0320.03090.005G G 1 1 -12000 1 - 0.031940kg/hWG1- 21940 0.0309 - 0.00550.2 k g/h(2) 新鲜空气消耗量 L W已知 H 10.02kg / kg 绝干气 及 H 20.08kg / kg 绝干气L WL 1 H 1其中 LW50.2 836.7kg 绝干气 /hH 2 - H 10.08 - 0.02L WL 1 H 1836.7 1 0.02853.4kg 湿空气 /h(3) 干燥产品质量流量 G 2G 1 1 - 12 1-22000 1 - 0.03 1 - 0.051949.75 kg/h或G 2G 1 - W2000 - 50.2 1949.8kg/ h5、干燥系统的热量平衡G 120.0051 -21 - 0.005干燥系统的热量平衡示意图如下：损失QL空气LH 0 ,t0 , I 0预热器供热QpLH 1 , t1 , I1G22, 2 , I 2干燥器供热QDLH 2 , t2 , I 21, 1 , I1物料G1(1) 预热器消耗的热量若忽略预热器的热损失，则Qp L I1I(2) 向干燥器补充的热量LI 1GI 1 Q D LI 2GI 2 Q L热平衡式中：QD —向干燥器补充的热量；Q p —向预热器补充的热量；Q L —干燥器损失的热量；I，I —分别表示绝干空气和物料的焓。

故，单位时间内向干燥器补充的热量为：Q D L I 2 I 1 G I 2 I1 Q L若干燥过程中采用输送设备输送物料，则列热量衡算式时应计入该装置带入与带出的热量。

(3) 干燥系统消耗的总热量干燥系统消耗的总热量Q 为Qp 和Q D 之和。

将Qp L I1 I 0和QDL I 2 I 1G I 2 I 1QL代入Q 的计算公式整理得：Q Op QDL I 1 I 0L I 2 I 1G I 2 I 1 Q LQ Q p Q D W 2490 1.88t2 4.186 1GCm 2 1 L 1.01 1.88H 0 t2 t0 Q L 忽略空气中水汽进入干燥系统的焓的变化和湿物料中水分带入干燥系统的焓，则：Q Q p Q D W 2490 1.88t 2GCm 2 1 1.01L t 2 t 0Q L各项物理意义：1.01L t2t—加热空气W 2490 1.88t 2—蒸发水分GC m 2 1 —加热湿物料Q L —热损失式中Cm为湿物料进出干燥器时的比热取平均值。

(4) 干燥系统的热效率通常将干燥系统的热效率定义为：蒸发水分所需的热量向干燥系统输入的总热量100%蒸发水分所需的热量QV 为：Q V W 2490 1.88t 2 4.186 1W若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，上式简化为：QV W 2490 1.88t2此时热效率可表示为：W 2490Q 1.88t21 0 0 %6.等焓干燥过程：Q Q P Q D L I1 I 0Q D L I 2 I 0G I 2 I 1 Q L 等焓干燥过程(绝热干燥过程)：气体放出的显热全部用于湿分汽化。

规定如下：不向干燥器补充热量QD0 ；忽略热损失QL0 ；物料进出干燥器的焓相等G I2I 1 0 。

此时，上式转化为：Q Q P L I1 I 0L I 2 I 0得LI1LI 0LI 2LI 0LI 1 LI 2I 1 I 2即，等焓过程： 1.01 1.88 H1t12490H 1 1.01 1.88H 2 t 22490H 2热空气显热热空气潜热冷空气显热冷空气潜热干燥前I1 干燥后I2或者， 1.01 1.88 H 1 t1 1.01 1.88 H 2 t 22490 H 2 H 1热空气放出显热蒸发水分汽化热等换干燥过程有以下两种情况：①整个干燥过程无热量损失，湿物料不升温，干燥器不补充热量，湿物料中汽化水分带走的热量很少。

②干燥过程中湿物料中水分带入热量及补充的热量刚好与热损失及升温物料所需热量相抵消。

总之，等焓干燥过程是一种简化了的理想干燥过程。

很显然，只有在保温良好的干燥器和湿物料进出干燥器温度相差不大的情况下才可以近似当做等焓过程处理。

干燥系统计算例题例1：利用热风干燥湿精矿粉。

湿精矿量2t/h ，湿基含水12% ，干燥后精矿含水2% （湿基），干燥后的热风温度60℃，若系统的干燥效率为78.0% ，求向该干燥系统的供热量？折合标煤量多少？解：水分蒸发量W=2000 （0.12-0.02 ）=200kg/h水分蒸发需要的热量QV=W （2490+1.88t 2）Q V=200 （2490+1.88 ×60 ）=498000 + 22560 = 520560 kJ/h潜热95.67%显热4.37% 100%向干燥系统的供热量Q=520560/0.78=667384.6 kJ/h每1kg 标煤的发热量=7000 ×4.186=29302 kJ /kg折合成标煤量=667384.6/29302=22.8 kg/h那么，需要向干燥系统供应多少热风呢？首先需要确定热风的初始温度，现按初始风温t1 =300 ℃和400 ℃分别计算，忽略热空气中的水分，需要的绝干空气量L。

当t1=300 ℃时，L×1.01 ×300=667384.6 得L=2202.6 kJ/h 这样，加热空气带走热2202.6 ×1.01 ×60=133476.9 kJ/h 占20%水分蒸发热520560 kJ/h 占78%其他热损失占2%以上已接近等焓干燥，即：热空气释放出的显热=2202.6 ×1.01 ×（300-60 ）=533910.2 kJ/h与水分蒸发汽化热=498000 kJ/h 两者比较相近。

当t1=400 ℃时，解得L=1610.6kg/h 。

这时，加热空气带走热为97603.9kJ/h ，占总热量的14.6% 。

水分蒸发热520560kJ/h ，占总热量78% 。

其他热损失：100%-14.6%-78%=7.4% 。

已偏离等焓干燥过程。

需要说明的是，例 1 中当空气加热到400 度时，通常干燥后的热风温度也会有升高，这将涉及到更多热交换的问题，本例不再深述。

本例只是想通过二种不同温度对比，进一步理解等焓干燥的问题。

例2：某种湿物料在常压气流干燥器中进行干燥，湿物料的流量为 1 kg / s ，初始湿基含水量3.5% ，干燥产品的湿基含水量为0.5% 。

空气状况为：初始浓度25 C ，水分0.005 kg/kg 干空气，经预热后进干燥器的温度为140 C ，若离开干燥器的温度选定为60 C 和40 C ，试计算需要的空气消耗能量及预热器的传热效率；又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了10 C ，试分析以上两种情况下物料是否返潮？解：因在干燥器内经历等焓过程，I H1I H21.01 1.88H 1 t 12490 H 1 1.01 1.88H 2 t 2 2490H 2t 1140 CH 1 H 00.005 kg/kg 干空气t 260 C1.01 1.88 0.005 2 140 2490 0.005 1.01 60 0.0363 kg/kg 干空气1.88 60 绝干物料量：2490 1.88 60 2490G CG 1 11 1 1 0.035 0.9 1 3.5 11 1 9.65 0.0363 kg 水/kg 绝干料0.51 - 0.5 0.00503 kg 水/kg 绝干料绝干空气量：L G C1 2 0.965 0.0363 0.00503 0.964 k g / s H 2 H 10.0363 0.005 预热器的传热效率：Q P LC H t 1 t 0 L 1.01 1.88H 0 t 1 t 0 0.964 1. 01 1.88 0.005 140 25 113kJ / s t 2 40 C 时H 20.0447 kg/kg 干空气 L 0.76kg / sQ P 89kJ / s分析物料的返潮情况当t 260 C 时，干燥器出口空气中水蒸气分压为：PH 2 20.622 H 2 1.01.33 0.622 0.03630.0363 5.59kPat 250 C 饱和蒸汽压 P s 12.34 kPa H 2P2P s P 2 即此时空气温度尚未达到气体的露点，故不会返潮。