第八章干燥四、干燥的能量衡算
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若蒸发水分量为W,空气出干燥器时温 度为t ,物料进干燥器温度为,则干燥器内汽化 水分所需热量Q 为：
2 1
W (2490 1.88t2 4.1871 )
主讲教师:沈吉林
11
化工原理
干燥系统的热效率 热效率越高表示干燥器热利用率越好。t2 或 H2
可以提高热效率。但 H2 使推动力减小；t2 过低，则可
化工原理
干燥过程的能量衡算
热量衡算:
预热器提供的热量QP
干燥器输入的热量QD 整个干燥系统的总传热量Q 干燥器的热效率和干燥效率 空气通过干燥器时的状态变化
主讲教师:沈吉林
1
化工原理
热量衡算:
连续干燥过程的热量衡算示意图 主讲教师:沈吉林
2
化工原理
热量衡算:
主讲教师:沈吉林
3
化工原理
热量衡算:
能使高燥产品返潮、在系统后面的设备中析出湿分，因 此：t2=tas+（20~50）℃。 提高热效率的措施： 对设备进行保温，使热损失减小； 利用废气预热冷物料或冷介质； 部分废气循环。
主讲教师:沈吉林
12
化工原理
干燥系统的干燥效率
干燥器内用于汽化物料 中水分所消耗的热量 100% 空气在干燥器内放出的 热量 Q 1 100% Q2
上式称为连续干燥系统热量衡算基本方程式
主讲教师:沈吉林
8
化工原理
热量衡算: 分析
加热干燥系统的总热量Q主要用于
加热空气 加热并汽化水分
L 1.01 1.88H 0 (t2 t0 )
W (2490 1.88t2 4.1871 )
加热湿物料
热损失 主讲教师:沈吉林
GCm (2 1 )
22
主讲教师:沈吉林
主讲教师:沈吉林
4
化工原理
热量衡算:
1.预热器提供的热量
L H0 t0 I0
预热器
QP
L H1 t1 I1
LI 0 Qp LI1
Qp L( I1 I 0 )
主讲教师:沈吉林
5
化工原理
热量衡算:
2.向干燥器补充的热量
L I1 H1 t1 G2 w2 I2’2 QD 干燥器 QL G1 w1 I1’1 L I2 H2 t2
干燥器
t0=20℃ W2=0.2%,θ2=60℃ Cs=3.5kJ/kg.℃
QD
解:（1）新鲜空气用量，kg/h；
X1 w1 0.03 0.03093 1 w1 1 0.03 X2 w2 0.002 0.002 1 w2 1 0.002
G G1 (1 w1 ) 1200 (1 0.03) 1164 kg / h
干燥设备热损失可按预热器中加热量的5%计算。试求：
1）新鲜空气用量，kg/h；
2）预热器的加热量QP，kW；
3）干燥室内补充的热量QD，kW； 4）热效率。
主讲教师:沈吉林
18
化工原理
QL=5%QP
H0=0.008
W2=3%,θ1=20℃ G1=1200kg/h H2,t2=45℃
预热器 H1,t1=90℃ QP
' ' QD LI 2 I1 G (I 2 I1 ) QL
20
主讲教师:沈吉林
化工原理
I1 1.01 1.88H 0 t1 2492H 0 1.01 1.88 0.008 90 2492 0.008 112.19kJ / kg( 绝 干 气)
主讲教师:沈吉林
19
化工原理
W G ( X1 X 2 ) 1164 (0.03093 0.002) 33.67kg/h
L W 33.67 2405 kg (绝干气) / h H 2 H 0 0.022 0.008
(2)预热器的加热量QP，kW
QP L( I1 I 0 ) LCH ( t1 t 0 ) 2405 ( 1.01 1.088 0.008) ( 90 20 ) 172565.48k J/h 47.93kW (3)干燥室内补充的热量QD，kW
Q1 W 2490 1.88t 2 4.184 1 33.67 2490 1.88 45 4.184 20 3600 23.297kW
4)干燥器的热效率
Q1 23.297 100% 100% 26.4% QP QD 47.93 40.3
4）被汽化的湿分带入的热量可以忽略不计，则：I1=I2。
说明干燥介质在干燥器中经历的过程为等 焓过程，即干燥介质的状态在干燥器中沿等焓 线变化。
主讲教师:沈吉林
14
化工原理
空气通过干燥器时的状态变化 等焓过程
Φ=100%
C
H2
B
A
H0 =H1
t 主讲教师:沈吉林
0
t
2
t
1
15
化工原理
1、干燥器中不补充加热，QD=0，I1＞I2，空气状态变 化在等焓变化BC线下方，即BC1 2、干燥器中有补充加热QD，而且比热损失及干燥物料带 进与带出干燥器差值的和还要大，此时I2＞I1，空气状态 变化在等焓变化BC线上方，即BC2
主讲教师:沈吉林
6
化工原理
热量衡算: 湿物料的焓的表示:
以0℃液态湿分及固体的焓为0，则以1kg 绝干物料为基准的焓：
I ' (Cs XCw ) ; C s : 绝干物料的比热 ;
C w : 水分的比热 ; Cm : 湿物料的比热 ;
' LI1 G I1' QD LI 2 G I 2 QL
' QD L(I 2 I1 ) G I 2 I1' QL
主讲教师:沈吉林
7
化工原理
热量衡算:
3.干燥系统的总热量衡算
干燥系统消耗的总热量Q等于预热 器提供的热量QP加上干燥器提供的热量QD
Q Qp QD L( I 2 I 0 ) G( I 2 ' I1 ') QL
' I1 ( C s X 1C w ) 1 ( 3.5 0.03 4.184 ) 20
72.51kJ/kg (绝 干 物 料 )
主讲教师:沈吉林
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化工原理
QL 5%QP 47.93 5% 2.3965 kW
2405 1164 QD 102.14 112.19 ( 210.5 72.5 ) 2.3965 3600 3600 40.3kW
Q QP QD 1.01Lt2 t0 GCm ( 2 1 ) W 2490 1.88t2 QL
结论：干燥系统中，加入干燥系统的 热量等于蒸发水分、加热空气与物料的热量， 以及干燥系统中热损失之和
主讲教师:沈吉林
10
化工原理
干燥系统的热效率
干燥器内用于汽化物料中水分所消耗的热量 100% 向干燥器输入的总热量 Q1 100% QP QD
Φ=100%
C2
C C1
H2
B
H0 =H1
A
t 主讲教师:沈吉林
0
t
2
t
1
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化工原理
空气通过干燥器时的状态变化
实际干燥过程
Φ=100%
C2 C
H
C3
C1
A
B
t 主讲教师:沈吉林
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化工原理
常压下拟用温度为 20℃、湿度为0.008kg水/kg干气的空气干 燥某种湿物料。空气在预热器中被加热到 90℃后送入干燥室， 离开时的温度为45℃、湿度为0.022kg水/kg干气。现要求每小时 将1200kg的湿物料由含水率3%（湿基）干燥至0.2%（湿基）， 已知物料进、出口温度分别为 20℃和 60℃，在此温度范围内， 绝干物料的比热为3.5kJ/(kg· ℃)，水的平均比热为4.19 kJ/(kg℃)。
Q1= W (2490 1.88t2 4.1871 )
Q2 L(1.01 1.88H0 )(t1 t2 )
主讲教师:沈吉林
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化工原理
空气通过干燥器时的Βιβλιοθήκη Baidu态变化
理想干燥过程
1）设备无热损失，QL=0； 2）不补充热量，QD=0；
3）物料足够湿润，温度保持为干燥介质的湿球温度tw， 即1=2=tw ；
I 2 1.01 1.88H 2 t 2 2492H 2
1.01 1.88 0.022 45 2492 0.022 102.14kJ / kg( 绝 干 气)
I '2 ( C s X 2C w ) 2 ( 3.5 0.002 4.184 ) 60 210.5kJ/kg (绝 干 物 料 )
QL
9
化工原理
热量衡算: 即：
Q QP QD L1.01 1.88H 0 t2 t0 GCm ( 2 1 ) W 2490 1.88t2 4.187 1 QL
忽略空气中水汽进出干燥系统的焓的变化和湿 物料中水分带入干燥系统的焓，则上式可简化为：
若蒸发水分量为W,空气出干燥器时温 度为t ,物料进干燥器温度为,则干燥器内汽化 水分所需热量Q 为：
2 1
W (2490 1.88t2 4.1871 )
主讲教师:沈吉林
11
化工原理
干燥系统的热效率 热效率越高表示干燥器热利用率越好。t2 或 H2
可以提高热效率。但 H2 使推动力减小；t2 过低，则可
化工原理
干燥过程的能量衡算
热量衡算:
预热器提供的热量QP
干燥器输入的热量QD 整个干燥系统的总传热量Q 干燥器的热效率和干燥效率 空气通过干燥器时的状态变化
主讲教师:沈吉林
1
化工原理
热量衡算:
连续干燥过程的热量衡算示意图 主讲教师:沈吉林
2
化工原理
热量衡算:
主讲教师:沈吉林
3
化工原理
热量衡算:
能使高燥产品返潮、在系统后面的设备中析出湿分，因 此：t2=tas+（20~50）℃。 提高热效率的措施： 对设备进行保温，使热损失减小； 利用废气预热冷物料或冷介质； 部分废气循环。
主讲教师:沈吉林
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化工原理
干燥系统的干燥效率
干燥器内用于汽化物料 中水分所消耗的热量 100% 空气在干燥器内放出的 热量 Q 1 100% Q2
上式称为连续干燥系统热量衡算基本方程式
主讲教师:沈吉林
8
化工原理
热量衡算: 分析
加热干燥系统的总热量Q主要用于
加热空气 加热并汽化水分
L 1.01 1.88H 0 (t2 t0 )
W (2490 1.88t2 4.1871 )
加热湿物料
热损失 主讲教师:沈吉林
GCm (2 1 )
22
主讲教师:沈吉林
主讲教师:沈吉林
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化工原理
热量衡算:
1.预热器提供的热量
L H0 t0 I0
预热器
QP
L H1 t1 I1
LI 0 Qp LI1
Qp L( I1 I 0 )
主讲教师:沈吉林
5
化工原理
热量衡算:
2.向干燥器补充的热量
L I1 H1 t1 G2 w2 I2’2 QD 干燥器 QL G1 w1 I1’1 L I2 H2 t2
干燥器
t0=20℃ W2=0.2%,θ2=60℃ Cs=3.5kJ/kg.℃
QD
解:（1）新鲜空气用量，kg/h；
X1 w1 0.03 0.03093 1 w1 1 0.03 X2 w2 0.002 0.002 1 w2 1 0.002
G G1 (1 w1 ) 1200 (1 0.03) 1164 kg / h
干燥设备热损失可按预热器中加热量的5%计算。试求：
1）新鲜空气用量，kg/h；
2）预热器的加热量QP，kW；
3）干燥室内补充的热量QD，kW； 4）热效率。
主讲教师:沈吉林
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化工原理
QL=5%QP
H0=0.008
W2=3%,θ1=20℃ G1=1200kg/h H2,t2=45℃
预热器 H1,t1=90℃ QP
' ' QD LI 2 I1 G (I 2 I1 ) QL
20
主讲教师:沈吉林
化工原理
I1 1.01 1.88H 0 t1 2492H 0 1.01 1.88 0.008 90 2492 0.008 112.19kJ / kg( 绝 干 气)
主讲教师:沈吉林
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化工原理
W G ( X1 X 2 ) 1164 (0.03093 0.002) 33.67kg/h
L W 33.67 2405 kg (绝干气) / h H 2 H 0 0.022 0.008
(2)预热器的加热量QP，kW
QP L( I1 I 0 ) LCH ( t1 t 0 ) 2405 ( 1.01 1.088 0.008) ( 90 20 ) 172565.48k J/h 47.93kW (3)干燥室内补充的热量QD，kW
Q1 W 2490 1.88t 2 4.184 1 33.67 2490 1.88 45 4.184 20 3600 23.297kW
4)干燥器的热效率
Q1 23.297 100% 100% 26.4% QP QD 47.93 40.3
4）被汽化的湿分带入的热量可以忽略不计，则：I1=I2。
说明干燥介质在干燥器中经历的过程为等 焓过程，即干燥介质的状态在干燥器中沿等焓 线变化。
主讲教师:沈吉林
14
化工原理
空气通过干燥器时的状态变化 等焓过程
Φ=100%
C
H2
B
A
H0 =H1
t 主讲教师:沈吉林
0
t
2
t
1
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化工原理
1、干燥器中不补充加热，QD=0，I1＞I2，空气状态变 化在等焓变化BC线下方，即BC1 2、干燥器中有补充加热QD，而且比热损失及干燥物料带 进与带出干燥器差值的和还要大，此时I2＞I1，空气状态 变化在等焓变化BC线上方，即BC2
主讲教师:沈吉林
6
化工原理
热量衡算: 湿物料的焓的表示:
以0℃液态湿分及固体的焓为0，则以1kg 绝干物料为基准的焓：
I ' (Cs XCw ) ; C s : 绝干物料的比热 ;
C w : 水分的比热 ; Cm : 湿物料的比热 ;
' LI1 G I1' QD LI 2 G I 2 QL
' QD L(I 2 I1 ) G I 2 I1' QL
主讲教师:沈吉林
7
化工原理
热量衡算:
3.干燥系统的总热量衡算
干燥系统消耗的总热量Q等于预热 器提供的热量QP加上干燥器提供的热量QD
Q Qp QD L( I 2 I 0 ) G( I 2 ' I1 ') QL
' I1 ( C s X 1C w ) 1 ( 3.5 0.03 4.184 ) 20
72.51kJ/kg (绝 干 物 料 )
主讲教师:沈吉林
21
化工原理
QL 5%QP 47.93 5% 2.3965 kW
2405 1164 QD 102.14 112.19 ( 210.5 72.5 ) 2.3965 3600 3600 40.3kW
Q QP QD 1.01Lt2 t0 GCm ( 2 1 ) W 2490 1.88t2 QL
结论：干燥系统中，加入干燥系统的 热量等于蒸发水分、加热空气与物料的热量， 以及干燥系统中热损失之和
主讲教师:沈吉林
10
化工原理
干燥系统的热效率
干燥器内用于汽化物料中水分所消耗的热量 100% 向干燥器输入的总热量 Q1 100% QP QD
Φ=100%
C2
C C1
H2
B
H0 =H1
A
t 主讲教师:沈吉林
0
t
2
t
1
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化工原理
空气通过干燥器时的状态变化
实际干燥过程
Φ=100%
C2 C
H
C3
C1
A
B
t 主讲教师:沈吉林
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化工原理
常压下拟用温度为 20℃、湿度为0.008kg水/kg干气的空气干 燥某种湿物料。空气在预热器中被加热到 90℃后送入干燥室， 离开时的温度为45℃、湿度为0.022kg水/kg干气。现要求每小时 将1200kg的湿物料由含水率3%（湿基）干燥至0.2%（湿基）， 已知物料进、出口温度分别为 20℃和 60℃，在此温度范围内， 绝干物料的比热为3.5kJ/(kg· ℃)，水的平均比热为4.19 kJ/(kg℃)。
Q1= W (2490 1.88t2 4.1871 )
Q2 L(1.01 1.88H0 )(t1 t2 )
主讲教师:沈吉林
13
化工原理
空气通过干燥器时的Βιβλιοθήκη Baidu态变化
理想干燥过程
1）设备无热损失，QL=0； 2）不补充热量，QD=0；
3）物料足够湿润，温度保持为干燥介质的湿球温度tw， 即1=2=tw ；
I 2 1.01 1.88H 2 t 2 2492H 2
1.01 1.88 0.022 45 2492 0.022 102.14kJ / kg( 绝 干 气)
I '2 ( C s X 2C w ) 2 ( 3.5 0.002 4.184 ) 60 210.5kJ/kg (绝 干 物 料 )
QL
9
化工原理
热量衡算: 即：
Q QP QD L1.01 1.88H 0 t2 t0 GCm ( 2 1 ) W 2490 1.88t2 4.187 1 QL
忽略空气中水汽进出干燥系统的焓的变化和湿 物料中水分带入干燥系统的焓，则上式可简化为：