化工原理干燥过程和物料及热量衡算

2020/7/10
例：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1kg/s，初始湿基含水量为3.5%，干燥产品的湿基含 水量为0.5%。空气状况为：初始温度为25℃，湿度为 0.005kg/kg干空气，经预热后进干燥器的温度为140℃，若离 开干燥器的温度选定为60℃和40℃，
试分别计算需要的空气消耗量及预热器的传热速率。 又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了10℃，试分析 以上两种情况下物料是否返潮？假设干燥器为理想干燥器。
Qp 89kJ / s
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分析物料的返潮情况
当t2=60℃时，干燥器出口空气中水汽分压为
p2
PH2 0.622 H2
101.33 0.0363 5.59kPa 0.622 0.0363
t=50℃时，饱和蒸汽压ps=12.34kPa，ps p2
即此时空气温度尚未达到气体的露点，不会返潮。
LI1 I0 LI2 I0
I1 I2
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I
C3
t1
B
I1
I2 C
C2
t2
C1
H
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2）操作线在过点B的等焓线上方
向干燥器补充的热量大于损失的热量和加热物料消耗的
热量之总和
QD GI2 I1 QL
LI1 I0 LI2 I0
I1 I2
3）操作线为过B点的等温线 向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥过程在等温下进行
cm cs Xc
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2、干燥系统的热效率
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为
QV W 2490 1.88t2 4.1871W
忽略物料中水分带入的焓
QV W 2490 1.88t2
W 2490 1.88t2 100%
Q
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解：因在干燥器内经历等焓过程，IH1 IH 2
1.011.88H1t1 2490H1 1.011.88H2 t2 2490H2
t1 140℃ H1 H0 0.005kg / kg干空气
t2 60 ℃
H2
1.011.88 0.005140
1.88 60 2490
2490 0.005 1.01 1.88 60 2490
I2 I0 cg t2 t0 r0 c02t2 H2 H0
1.01t2 t0 2490 1.88t2 H2 H0
湿物料进出干燥器的焓分别为
I1 cm11
I2 cm22
I2 I1 cm2 1
Q Qp QD LI2 I0 GI2 I1 QL
L1.01t2 t0 2490 1.88t2 H2 H0
四、空气通过干燥器时的状态变化
1、等焓干燥过程(理想干燥过程 )
规定： •不向干燥器中补充热量QD=0； •忽略干燥器向周围散失的热量QL=0；
•物料进出干燥器的焓相等 GI2 I1 0
Q Qp QD LI2 I1 GI2 I1 QL LI1 I0 Qp LI1 I0
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60
0.0363kg / kg干空气
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绝干物料量 ：
GC G111 1 1 0.035 0.965kg / s
X1
1 1 1
3.5 0.0363kg水 / kg绝干料 96.5
X
2
0.5 1 0.5
0.00503kg水 /
kg绝干料
绝干空气量
L GC X 2 X 2 0.9650.0363 0.00503 0.964kg / s
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假设： •新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废气中水汽的焓
IV 0 IV 2 •湿物料进出干燥器时的比热取平均值 cm
湿空气进出干燥器时的焓分别为：
I0 cgt0 IV 0H0 I2 cgt2 IV 2H2
I2 I0 cg t2 t0 IV 2 H2 H0
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当t2=40℃时，干燥器出口空气中水汽分压为
p2
101.33 0.0447 0.622 0.0447
பைடு நூலகம்
6.79kPa
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t=30℃时，饱和蒸汽压ps=4.25kPa， p2 ps
物料可能返潮。
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H2 H1
0.0363 0.005
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预热器的传热速率
Qp LcH (t1 t0 )
L1.011.88H0 t1 t0
0.9641.011.88 0.005140 25
113kJ / s
t2 40 ℃
H2 0.0447kg / kg干空气
L 0.76kg / s
Qp LI1 I0
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
Q Qp QD LI2 I0 GI2 I1 QL
——连续干燥系统热量衡算的基本方程式
Gcm 2 1 QL
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L W W H2 H1 H 2 H 0
Q
1.01Lt2
t0
W H2
H0
2490
1.88t2
H 2
H0
Gcm2 1 QL
1.01Lt2 t0 W 2490 1.88t2 Gcm2 1 QL
可见：向干燥系统输入的热量用于：加热空气；加热物料；
蒸发水分；热损失
QD LI1 I0 LI2 I0 GI2 I1 QL
将上述条件代入
I1 I2
I
t1
B I1 I2
C
t2
A
t0
H0
H
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2、非等焓干燥过程
1）操作线在过B点等焓线下方 条件： •不向干燥器补充热量QD=0； •不能忽略干燥器向周围散失的热量 QL≠0；
•物料进出干燥器时的焓不相等 G I2 I1 0
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l L 1 W H2 H1
3、干燥产品流量G2
对干燥器作绝干物料的衡算
G212 G111
G2
G1 1 1
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三、干燥系统的热量衡算
1、热量衡算的基本方程
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
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单位时间内预热器消耗的热量为：
3、换算关系
X
1 X
X 1
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二、干燥系统的物料衡算
1、水分蒸发量
以s为基准，对水分作物料衡算
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LH1 GX1 LH2 GX2
W LH2 H1 GX1 X2
2、空气消耗量L
L GX1 X 2 W
H2 H1 H2 H1
每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量l
第九章 干燥 Drying
第三节 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、空气通过干燥器时的状
态变化
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一、湿物料中含水量的表示方法
1、湿基含水量W
水分质量
湿物料的总质量 2、干基含水量X
湿物料中水分的质量 X 湿物料中绝干气的质量