化工原理11.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算
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L1 l
W H2 H1
5
3、干燥产品流量G2 对干燥器作绝干物料的衡算
G2 1 w2 G1 1 w1
G2
G1 1 w1
1 w2
G1 1 X 2
1 X1
6
例：今有一干燥器，湿物料处理量为800kg/h。要求物 料干燥后含水量由30%减至4%（均为湿基）。干燥介 质为空气，初温15℃，相对湿度为50%，经预热器加 热至120℃进入干燥器，出干燥器时降温至45℃，相对 湿度为80%。 试求： （a）水分蒸发量W； （b）空气消耗量L、单位空气消耗量； （c）如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量V。
2、干基含水量X
X
湿物料中水分的质量 湿物料中绝干物料的质
量
kg水/kg绝干物料
思考：两种含水率之间的换算关系？ 干燥过程中，湿物料的质
量是变化的，而绝干物料
w X 1 X
X w 1 w
的质量不变。因此，用干 基含水量计算较为方便。
3
11.2.2ຫໍສະໝຸດ Baidu干燥系统的物料衡算
求解： 空气用量，蒸发的水分量，干燥产品流量等
11.2 干燥过程的的物料衡算与热量衡算
干燥过程
蒸气
湿物料 1
空气
5
6
4
废气
2
冷凝水
3
冷凝水
干物料
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
1
已知： 干燥介质（空气）的进口条件，如温度、湿度、压力等； 物料的进口条件，如温度，湿含量，质量或质量流量； 物料的干燥要求（湿含量）。
10
11.2.3 干燥系统的热量衡算
1、热量衡算的基本方程
L
t H0 0 I0
预热器
Qp
L
t H1 1 I1
G2
X2 I2' θ2
Q L
干燥器
QD
t，θ单位为℃， 如用K，计算时 以（t-273）代入
L
H2 t2 I2
G1
X1 I1' θ1
忽略预热器的热损失，以1s为基准，对预热器列焓衡算
LI0 Qp LI1
8
（b）空气消耗量L、单位空气消耗量l
由I-H图中查得 t=15℃，φ=50%时，H1=0.005kg水/kg绝干空气 t2=45℃，φ2=80%时，H2=0.052kg水/kg绝干空气 空气通过预热器湿度不变，即H0=H1
L W W 216 .7 4610 H 2 H1 H 2 H0 0.052 0.005 kg绝干空气/h
1.01L(t2 t0 ) Gcm2 (2 1) W (2490 1.88t2 ) QL
空气升温 所需热量
物料升温 所需热量
蒸发水份 所需热量
干燥器热 量 损失
注：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
14
2、干燥系统的热效率
蒸发水分所需的热量
Q Qp QD LI2 I0 GI2 I1 QL
——连续干燥系统热量衡算的基本方程式
Q L
L
t H0 0 I0
预热器
L
t H1 1 I1
干燥器
L
H2 t2 I2
G1
G2
X1 I1' θ1
Qp
X2 I2' θ2
QD
12
干燥系统的总热负荷Q 被用于 （1）将新鲜空气L（湿度为H0）由t0加热至t2，所需热
Qp L I1 I0 L(1.011.88H0 )(t1 t0 )
11
对干燥器列焓衡算，以1s为基准
LI1 GI1 QD LI2 GI2 QL
单位时间内向干燥器补充的热量为
QD LI2 I1 GI2 I1 QL
单位时间内干燥系统消耗的总热量为
向干燥系统输入的总热量 100% 蒸发水所需的热量
Qv W (2490 1.88t2 ) 4.1871W 若忽略湿物料中水分带入系统中的焓
Qv W (2490 1.88t2 ) W (2490 1.88t2 ) 100%
Q
15
3、提高干燥系统热效率措施
提高H2而降低t2 提高空气入口温度t1 采用二级干燥 采用内换热器 干燥系统的保温 采用废气循环工艺
L,H0 预热器 H1
G1,X1 干燥室 L H2
G2,X2
4
1、水分蒸发量W
LH1 GX1 LH2 GX2
W LH2 H1 GX1 X2 （kg/s）
2、空气消耗量L
L GX1 X2 W
H2 H1 H2 H1
每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量l
l 1
1
21.3 kg干空气/kg水
H 2 H 0 0.052 0.005
9
（c）风量V
计算15℃、101.325kPa下的湿空气比容为
vH
0.773
1.244H
0
15 273
273
0.7731.244 0.005 288
273
=0.822m3/kg绝干空气 V=LvH=4610×0.822=3789.42m3/h 用此风量选用鼓风机。
7
解:（a）水分蒸发量W
已知G1=800kg/h，w1=30%，w2=4%，则 G=G1(1-w1)= 800×(1-0.3)=560kg/h
X1
w1 1 w1
0.3 1 0.3
0.429
X2
w2 1 w2
0.04 1 0.04
0.042
W=G(X1-X2)=560×(0.429-0.042)=216.7kg水/h
蒸气
湿物料
进料口
空气
空气加热器
求解：
干燥室
干燥介质用量； 干燥条件（如进干燥室的
空气温度，出干燥室的空气 温度和湿度等）；
冷凝水
卸料口 冷凝水
干物料
空气干燥器的流程图
整个设备的热能消耗；
干燥室尺寸。
抽风机
废气
2
11.2.1 湿物料中含水量的表示方法
1、湿基含水量w
湿物料中水分的质量
w 湿物料总质量 kg水/kg湿料
量为 L(1.011.88H0 )(t2 t0 )
（2）湿物料进料G1=G2+W，其中干燥产品G2由θ1
加热至θ2，所需热量为 Gcm2 2 1
水分W 由θ1被加热汽化并升温至t2，所需热量为 W(1.88t2+2490–4.187θ1)
（3）干燥系统损失的热量QL
13
Q Qp QD L(1.011.88H0 )(t2 t0 ) Gcm2 (2 1) W (24901.88t2 4.1871) QL
W H2 H1
5
3、干燥产品流量G2 对干燥器作绝干物料的衡算
G2 1 w2 G1 1 w1
G2
G1 1 w1
1 w2
G1 1 X 2
1 X1
6
例：今有一干燥器，湿物料处理量为800kg/h。要求物 料干燥后含水量由30%减至4%（均为湿基）。干燥介 质为空气，初温15℃，相对湿度为50%，经预热器加 热至120℃进入干燥器，出干燥器时降温至45℃，相对 湿度为80%。 试求： （a）水分蒸发量W； （b）空气消耗量L、单位空气消耗量； （c）如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量V。
2、干基含水量X
X
湿物料中水分的质量 湿物料中绝干物料的质
量
kg水/kg绝干物料
思考：两种含水率之间的换算关系？ 干燥过程中，湿物料的质
量是变化的，而绝干物料
w X 1 X
X w 1 w
的质量不变。因此，用干 基含水量计算较为方便。
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11.2.2ຫໍສະໝຸດ Baidu干燥系统的物料衡算
求解： 空气用量，蒸发的水分量，干燥产品流量等
11.2 干燥过程的的物料衡算与热量衡算
干燥过程
蒸气
湿物料 1
空气
5
6
4
废气
2
冷凝水
3
冷凝水
干物料
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
1
已知： 干燥介质（空气）的进口条件，如温度、湿度、压力等； 物料的进口条件，如温度，湿含量，质量或质量流量； 物料的干燥要求（湿含量）。
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11.2.3 干燥系统的热量衡算
1、热量衡算的基本方程
L
t H0 0 I0
预热器
Qp
L
t H1 1 I1
G2
X2 I2' θ2
Q L
干燥器
QD
t，θ单位为℃， 如用K，计算时 以（t-273）代入
L
H2 t2 I2
G1
X1 I1' θ1
忽略预热器的热损失，以1s为基准，对预热器列焓衡算
LI0 Qp LI1
8
（b）空气消耗量L、单位空气消耗量l
由I-H图中查得 t=15℃，φ=50%时，H1=0.005kg水/kg绝干空气 t2=45℃，φ2=80%时，H2=0.052kg水/kg绝干空气 空气通过预热器湿度不变，即H0=H1
L W W 216 .7 4610 H 2 H1 H 2 H0 0.052 0.005 kg绝干空气/h
1.01L(t2 t0 ) Gcm2 (2 1) W (2490 1.88t2 ) QL
空气升温 所需热量
物料升温 所需热量
蒸发水份 所需热量
干燥器热 量 损失
注：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
14
2、干燥系统的热效率
蒸发水分所需的热量
Q Qp QD LI2 I0 GI2 I1 QL
——连续干燥系统热量衡算的基本方程式
Q L
L
t H0 0 I0
预热器
L
t H1 1 I1
干燥器
L
H2 t2 I2
G1
G2
X1 I1' θ1
Qp
X2 I2' θ2
QD
12
干燥系统的总热负荷Q 被用于 （1）将新鲜空气L（湿度为H0）由t0加热至t2，所需热
Qp L I1 I0 L(1.011.88H0 )(t1 t0 )
11
对干燥器列焓衡算，以1s为基准
LI1 GI1 QD LI2 GI2 QL
单位时间内向干燥器补充的热量为
QD LI2 I1 GI2 I1 QL
单位时间内干燥系统消耗的总热量为
向干燥系统输入的总热量 100% 蒸发水所需的热量
Qv W (2490 1.88t2 ) 4.1871W 若忽略湿物料中水分带入系统中的焓
Qv W (2490 1.88t2 ) W (2490 1.88t2 ) 100%
Q
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3、提高干燥系统热效率措施
提高H2而降低t2 提高空气入口温度t1 采用二级干燥 采用内换热器 干燥系统的保温 采用废气循环工艺
L,H0 预热器 H1
G1,X1 干燥室 L H2
G2,X2
4
1、水分蒸发量W
LH1 GX1 LH2 GX2
W LH2 H1 GX1 X2 （kg/s）
2、空气消耗量L
L GX1 X2 W
H2 H1 H2 H1
每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量l
l 1
1
21.3 kg干空气/kg水
H 2 H 0 0.052 0.005
9
（c）风量V
计算15℃、101.325kPa下的湿空气比容为
vH
0.773
1.244H
0
15 273
273
0.7731.244 0.005 288
273
=0.822m3/kg绝干空气 V=LvH=4610×0.822=3789.42m3/h 用此风量选用鼓风机。
7
解:（a）水分蒸发量W
已知G1=800kg/h，w1=30%，w2=4%，则 G=G1(1-w1)= 800×(1-0.3)=560kg/h
X1
w1 1 w1
0.3 1 0.3
0.429
X2
w2 1 w2
0.04 1 0.04
0.042
W=G(X1-X2)=560×(0.429-0.042)=216.7kg水/h
蒸气
湿物料
进料口
空气
空气加热器
求解：
干燥室
干燥介质用量； 干燥条件（如进干燥室的
空气温度，出干燥室的空气 温度和湿度等）；
冷凝水
卸料口 冷凝水
干物料
空气干燥器的流程图
整个设备的热能消耗；
干燥室尺寸。
抽风机
废气
2
11.2.1 湿物料中含水量的表示方法
1、湿基含水量w
湿物料中水分的质量
w 湿物料总质量 kg水/kg湿料
量为 L(1.011.88H0 )(t2 t0 )
（2）湿物料进料G1=G2+W，其中干燥产品G2由θ1
加热至θ2，所需热量为 Gcm2 2 1
水分W 由θ1被加热汽化并升温至t2，所需热量为 W(1.88t2+2490–4.187θ1)
（3）干燥系统损失的热量QL
13
Q Qp QD L(1.011.88H0 )(t2 t0 ) Gcm2 (2 1) W (24901.88t2 4.1871) QL