化工原理(天大版)干燥过程的物料衡算与热量衡算

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8.3干燥过程的物料衡算与热量衡算

干燥过程是热、质同时传递的过程。进行干燥计算，必须解决干燥中湿物料去除的水分量及所需的热空气量。湿物料中的水分量如何表征呢？

湿物料中的含水量有两种表示方法

1.湿基含水量w

湿物料总质量

湿物料中水分的质量=

w kg 水/kg 湿料 2.干基含水量X

量

湿物料中绝干物料的质湿物料中水分的质量=

X kg 水/kg 绝干物料 3.二者关系 X X w +=1w

w X -=1 说明：干燥过程中，湿物料的质量是变化的，而绝干物料的质量是不变的。因此，用干基含

水量计算较为方便。

图8.7 物料衡算

符号说明：

L ：绝干空气流量，kg 干气/h ；

G 1、G 2：进、出干燥器的湿物料量，kg 湿料/h ；

G c ：湿物料中绝干物料量，kg 干料/h 。

产品

G 2, w 2, (X 2), θ2

G 1, w 1, (X 1), θ1

L, t 2 , H 2

目的：通过干燥过程的物料衡算，可确定出将湿物料干燥到指定的含水量所需除去的水分量及所需的空气量。从而确定在给定干燥任务下所用的干燥器尺寸，并配备合适的风机。

1.湿物料的水分蒸发量W[kg 水/h] 通过干燥器的湿空气中绝干空气量是不变的，又因为湿物料中蒸发出的水分被空气带

走，故湿物料中水分的减少量等于湿物料中水分汽化量等于湿空气中水分增加量。即：

[])]([][)(1221221121H H L W X X G w G w G G G c -==-=-=- 所以：1212221

1

2111w w w G w w w G G G W --=--=-= 2.干空气用量L[kg 干气/h] 1212)

(H H W L H H L W -=∴-=Θ 令121H H W L l -==

[kg 干气/kg 水] l 称为比空气用量，即每汽化1kg 的水所需干空气的量。

因为空气在预热器中为等湿加热，所以H 0＝H 1，0

21211H H H H l -=-=，因此l 只与空气的初、终湿度有关，而与路径无关，是状态函数。

湿空气用量：)1(0'H L L += kg 湿气/h 或)1(0'H l l += kg 湿气/kg 水

湿空气体积：H s L V υ= m 3湿气/h 或H s l V υ=' m 3湿气/kg 水

通过干燥器的热量衡算，可以确定物料干燥所消耗的热量或干燥器排出空气的状态。作为计算空气预热器和加热器的传热面积、加热剂的用量、干燥器的尺寸或热效率的依据。

1.流程图

温度为，湿度为H 0，焓为的新鲜空气，经加热后的状态为t 1、H 1、I 1，进入干燥器与湿物料接触，增湿降温，离开干燥器时状态为t 2、H 2、I 2，固体物料进、出干燥器的流量为G 1、G 2，温度为θ1、θ2，含水量为X 1、X 2。通过流程图可知，整个干燥过程需外加热量有两处，预热器内加入热量Q p ，干燥器内加入热量Q d 。外加总热量Q ＝Q p ＋Q d 。将Q 折合

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为汽化1kg 水分所需热量D p D P q q W

Q Q W Q q +=+==

2.预热器热量衡算

若忽略热损失，则 [kJ/kg 水]

3.干燥器的热量衡算

（1）输入量

①湿物料带入热量'M q

112'θθw M M c c W

G q += 式中：

M c ：干燥后物料比热，[kJ/kg 湿料℃]

s w M c w c w c )1(22-+=

w c ：水的比热，[kJ/kg 水℃]

s c ：绝干物料比热，[kJ/kg 干料℃]

②空气带入的焓值 11lI W

LI = ③干燥器补充的热量 W Q q d D =

（2）输出量

①干物料带出焓值 W

Q c G M 22 ②废气带出焓值 2lI

③热损失 L q

在稳定干燥过程中，输入量等于输出量，干燥器热量衡算式为：

112212)()(θθθw L M D c q c W

G I I l q -+-+-=

)()(0101P P I I l W

I I L W Q q -=-==

由于空气在干燥器内发生增湿降温变化过程，如何确定废气出口状态，需对不同干燥过程进行分析。

1.等焓干燥过程（理想干燥过程、绝热干燥过程）

等焓干燥过程是指干燥在绝热情况下进行的，空气在进出干燥器的焓值不变，即I 1＝I 2。

112212)()(θθθw L M D c q c W

G I I l q -+-+-= 112202)()(θθθw L M c q c W

G I I l q -+-+-= L M D w q c W G q c I I l ---

+=-)()(122112θθθ 令：L M D w q c W

G q c ---+=∆)(1221θθθ 则：∆=--=-1

21212)(H H I I I I l 若为等焓过程，则I 1＝I 2，∆＝0。 可用⎪⎩⎪⎨⎧++===---+=-2

22121221122492)88.101.1(0)()(H t H I I q c W G q c I I l L M D w θθθ 求出（H 2、I 2）。

等焓干燥过程有以下两种情况：

A.整个干燥过程无热损失、湿物料不升温、干燥器不补充热量、湿物料中汽化水分带入的 热量很少。

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

2.实际干燥过程

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，才可近似当作等焓过程处理。由于对干燥器的绝热保温很难，因此实际干燥过程是在非绝热情况下进行的，即0≠∆。

（1）当补充的热量大于损失的热量时，0>∆。

（2）当补充的热量小于损失的热量时，0<∆。

干燥器的热效率是干燥器操作性能的一个重要指标。热效率高，表明热的利用程度好，操作费用低，同时可合理利用能源，使产品成本降低。因此，在操作过程中，希望可获得尽可能高的热效率。

1.定义

)

(01P I I l q -=