第3讲 干燥过程的物料平衡和热平衡.
干燥过程的物料衡算和热量衡算.
第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算对流干燥过程利用不饱和热空气除去湿物料中的水分，所以常温下的空气通常先通过预热器加热至一定温度后再进入干燥器。
在干燥器中热空气和湿物料接触，使湿物料表面的水分气化并将水气带走。
在设计干燥器前，通常已知湿物料的处理量、湿物料在干燥前后的含水量及进入干燥器的湿空气的初始状态，要求计算水分蒸发量、空气用量以及干燥过程所需热量，为此需对干燥器作物料衡算和热量衡算，以便选择适宜型号的风机和换热器。
7-3-1 物料中含水量的表示方法1．湿基含水量 湿物料中所含水分的质量分率称为湿物料的湿基含水量。
湿物料总质量湿物料中水分的质量=w （7-21）2．干基含水量 不含水分的物料通常称为绝对干料或干料。
湿物料中水分的质量与绝对干料质量之比，称为湿物料的干基含水量。
量湿物料中绝对干物料质湿物料中水分的质量=X （7-22）上述两种含水量之间的换算关系如下：w wX -=1 kg 水/kg 干物料XXw +=1 kg 水/kg 湿物料 （7-23） 工业生产中，通常用湿基含水量来表示物料中水分的多少。
但在干燥器的物料衡算中，由于干燥过程中湿物料的质量不断变化，而绝对干物料质量不变，故采用干基含水量计算较为方便。
7-3-2 干燥器的物料衡算通过物料衡算可求出干燥产品流量、物料的水分蒸发量和空气消耗量。
对图7-8所示的连续干燥器作物料衡算。
设 G 1——进入干燥器的湿物料质量流量，kg/s ；G 2——出干燥器的产品质量流量，kg/s ； G c ——湿物料中绝对干料质量流量，kg/s ；w 1，w 2——干燥前后物料的湿基含水量，kg 水/kg 湿物料； X 1，X 2——干燥前后物料的干基含水量，kg 水/kg 干物料； H 1，H 2——进出干燥器的湿空气的湿度，kg 水/kg 绝干空气； W ——水分蒸发量，kg/s ；L ——湿空气中绝干空气的质量流量，kg/s 。
图7-8 各物流进出逆流干燥器的示意图一、水分蒸发量 若不计干燥过程中物料损失量，则在干燥前、后物料中绝干物料质量流量G c 不变，即G c =G 1（1-w 1）=G 2（1-w 2） （7-24）整理得 ()211211w w G G --= （7-25）对干燥器中水分作物料衡算，可得W =L （H 2-H 1）=G c （X 1-X 2） （7-26）二、干空气消耗量L 整理式（7-26）得 ()121221H H W H H X X G L c -=--= （7-27） 蒸发1kg 水分所消耗的干空气量，称为单位空气消耗量，其单位为kg 绝干空气/kg 水分，用L 表示，则 121H H WL l -== （7-28） 如果以H 0表示空气预热前的湿度，而空气经预热器后，其湿度不变，故H 0=H 1，则式（7-28）可写为 021H H l -=（7-28a ）由上式可见，单位空气消耗量仅与H 2、H 0有关，与路径无关。
干燥过程的物料衡算和能量衡算
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二、工业常用干燥器
1. 盘式干燥器(厢式干燥器) 是一种间歇式的干燥器，可以同时干燥多种不同的物料，一般 为常压操作，也有在真空下操作的，这种设备一般生产强度小 。优点:构造简单、设备投资少，适应性较强。 缺点：装卸物料的劳动强度大，设备利用率、热利用率低及产 品质量不易稳定。 2. 洞道式干燥器 洞道干燥器是厢式干燥器的自然发展。 3. 带式干燥器 带式干燥器为一长方形干燥器，内有透气的传送带，物料置 于带上，热气体穿过物料层，物料与气体形成复杂的错流。 适用于干燥颗粒状、块状和纤维状的物料。 优点：物料在其中翻动较少，可保持物料的形状，可连续 干燥多种物料。 缺点：生产能力及热效率都低。
6. 流化床干燥器 在流化床干燥器中，粒子运动激烈，气固相接触良好，因而传 质速率高。床层内温度均匀便于准确控制，不致发生局部过热。 流化干燥器结构简单、紧凑、容易连续化，所以应用比较广泛。 适用于处理粉粒状物料，而且粒径最好在30-60μ m范围。 优点：结构简单、造价低，活动部件少，操作维修方便。 缺点：操作控制要求高。而且由于颗粒在床中高度混合，可 能引起物料的反混和短路，从而造成物料干燥不充分。 7.喷雾干燥器 喷雾干燥是一种处理液状物料，将物料喷成细雾，分散在 热气流中，使水份蒸发而得粉状产品的一种干燥方法。 雾化器一般有三种： （1）压力式；(2)离心式；(3)气流式。 优点：能处理多种液态物料，由料液直接得到粉粒产品；干燥 面积极大；干燥过程进行很快；干燥成品质量好。 缺点：干燥设备庞大，容积汽化强度小，热效率较低，介质 及能量的消耗也较大。 返回
第六节 过程强化与展望
随着科学技术的发展，如生物制品、新型材料、 高级陶瓷、新型高级食品、新型药物制品等高质量产 品的出现，这就要求： （1）将已有的干燥机进行改造，具有新的性能； （ 2）研制出新概念型的干燥机，以满足干燥新产 品的需要。 今后若干年内，应注意或研究下列几个方面： （1）发展热传导式干燥器； (2)开发组合型干燥器； （3）提高干燥过程的控制水平； （4）节省能量； （5）控制环境污染。
化工原理干燥过程和物料及热量衡算
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
2020/7/10
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
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
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
Gcm 2 1 QL
化工原理少学时考试重点例题与考试复习题及课后答案.干燥过程的物料衡算与热量衡算PPT课件
7.2.1 湿物料中含水量
一、干燥过程的物料衡算 （一）物料含水量的表示方法
（1）湿基含水量 w [kg水/kg湿物料]
湿物料中水分质量 w 湿物料总质量
（2）干基含水量 X [kg水/kg干物料]
湿物料中水分质量 X 湿物料中绝干物料质量
三、两者关系 w X 1X
令：
l(I2I1)H I22 H I11
qG W 2cw(21)qL
则有： H I2 2 H I11cw1qDq
(cw1qD) ：外界补充的热量及湿物料中被汽化水分
带入的热量；
q ：热损失及湿物料进出干燥器热量之差。
等焓过程：
I2 I1
0
cw 1qDq0
等焓过程又可分为两种情况，其一
qL 0 无热损失
G W2 cw(2 1)0 湿物料不升温 2 1
qD 0 干燥器不补充热量
cw1 0 湿物料中汽化水分带入的热量很少
空气放出的显热完全用于蒸发水分所需的潜热， 而水蒸汽又把这部分潜热带回到空气中，所以空气 焓值不变。
其二
若 cw1qDq
即：湿物料中水分带入的热量及干燥器补充的热 量正好与热损失及物料升温所需的热量相抵 消，此时，空气的焓值也保持不变。 以上两种干燥过程均为等焓干燥过程。
2.
t
0、t
一定时，
2
t1 h
3. 回收废气中热量
Байду номын сангаас
4. 加强管道保温，减少热损失
谢谢观看！
第三节干燥过程的物料衡算与热量衡算721湿物料中含水量一干燥过程的物料衡算一物料含水量的表示方法1湿基含水量wkg水kg湿物料湿物料总质量湿物料中水分质量2干基含水量xkg水kg干物料湿物料中绝干物料质量湿物料中水分质量物料衡算干燥的物料衡算含水量干燥前后物料的湿基量流量进入干燥器的湿物料质量流量湿物料中绝干物料的质kgkg水量湿物料和产品的干基含水分的水分量湿物料在干燥器内蒸发kgkgkgkgkgkgkg单位空气消耗量单水分消耗的干空气量蒸发3空气消耗量二热量衡算
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
式中qmw——水分的蒸发量，kg水分/s qmc——绝干物料 的质量流量，kg绝干料/s L——绝干空气的消耗量，kg绝干气/s H1，H2——分别为空气进出干燥器时的湿度，kg/kg绝干气； X1，X2——分别为湿物料进出干燥器的干基含水量，kg水分/kg
q′m1，q′m2——分别为湿物料进出干燥器的流量，kg物料/s。
Q=Qp+QD=L(I2-I0)+qmc (I′2-I′1)+QL
（9－24） （9－25）
(9－26)
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
式中H0，H1，H2——湿空气进入预热器、离开预热器（即进 入干燥器）及离开干燥器时的湿度，kg/kg
I0，I1，I2——分别为湿空气进入预热器、离开预热器（即进 入干燥器）及离开干燥器时的焓，kg/kg
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
图9－8 各流股进出逆流干燥器的示意图
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
（1）对预热器进行热量衡算
LI0+Qp=LI1
（9－23）
在预热器中，空气的状态变化是等湿升温过程，即H1=H0，故预热器
Qp=L(I1-I0)=L(1.01+1088H0)(t1-t0) （2
QD=L(I2-I1)+qmc (I′ 2-I′1)+QL （3
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
一般干燥过程，湿空气中水汽的量（H0）相对于绝干空气来 说，数值较小，同时湿物料进入干燥器的温度偏低。若忽略空气 中水汽进出干燥系统的焓变1．88H(t2-t0)和湿物料中水分带入干 燥系统的焓4.18Wθ1，则Q=Qp+QD=1.01L(t2-t0)+qmcM (θ2θ1)+qmw (2490+1.88t2)+QL （9－29）
干燥过程的物料衡算和热量衡算
第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算对干燥流程的设计中，物料衡算解决的问题：（1）物料气化的水分量W （或称为空气带走的水分量）；（2）空气的消耗量（包括绝干气消耗量L 和新鲜空气消耗量L 0）。
而热量衡算的目的，是计算干燥流程的热能耗用量及各项热量分配（即预热器换热量p Q ，干燥器供热量D Q 及干燥器热损失L Q ）。
一、湿物料中含水率表示法湿物料＝水分＋绝干物料 （一）湿基含水量w%100⨯=总质量水m m w （８－１２）工业上常用这种方法表示湿物料的含水量。
（二）干基含水量XX ＝湿物料中水分质量／湿物料中绝干料质量 （８－１３） 式中 X ――湿物料的干基含水量，kg 水分.(kg 绝干料)-1。
两者关系：X Xw +=1 （８－１４）或w wX -=1 （８－１５）二、干燥器的物料衡算图８－７ 各流股进、出逆流干燥器的示意图图８－７中，G ――绝干物料流量，kg 绝干料.s -1；L ――绝干空气消耗量，kg 绝干气.s -1；H 1 ,H 2――分别为湿空气进、出干燥器时的湿度，kg.（kg 绝干气）-1； G 1 ,G 2――分别为湿物料进、出干燥器时的流量，kg 湿物料.s -1； X 1 ,X 2――分别为湿物料进、出干燥器时的干基含水量，kg 水分.（kg 绝干料）-1。
（一）水分蒸发量W)()(122121H H L G G X X G W -=-=-= （８－１６） 其中)1()1(2211w G w G G -=-= （８－１７）（二）空气消耗量L对干燥器作水分物料衡算：2211GX LH GX LH +=+ 则：()121221H H WH H X X G L -=--=（８－１８）若设：121H H WLl -== （８－１９）式中 l ――每蒸发１kg 水分消耗的绝干空气量，称为单位空气消耗量，kg 绝干气.(kg 水分)-1；L ――单位时间内消耗的绝干空气量，kg 绝干气.s -1。
热工基础与设备第3章-干燥详解
4、 湿含量(humidity)x----容纳水分的能力
又称为比湿度。它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对
干空气的质量之比表示，使用符号X，其单位为：kg/kg干
空气 。
X
湿空气中水气的质量 湿空气中绝干空气的质量
mw ma
nwM w na M a
常温下，湿空气可视为理想气体，则有
它以每立方米湿空气中所含水蒸气的质量来表，使用符 号rw，其单位为：kg/m3或g/m3。绝对湿度在数值上就是水 蒸气在其分压及湿空气温度下的密度。
在饱和状态时，湿空气中绝对湿度rs
3、 相对湿度 φ
在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pv 与同温度下 水的饱和蒸汽压 pS 之比的百分数，称为相对湿度(relative humidity)，用符号φ表示，即
能量衡算 涉及干燥速率和水在气固相的平衡关系
解决这些问题需要掌握的基本知识有： (1) 湿分在气固两相间的传递规律； (2) 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化； (3) 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征； (4)干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。 本章主要介绍运用上述基本知识解决工程中物料干燥的基本 问题，介绍的范围主要针对连续稳态的干燥过程。
注意：只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干燥即可 进行，与气体的温度无关。 气体预热并不是干燥的充要条件，其目的在于加快湿份汽化和物 料干燥的速度，达到一定的生产能力。
对流干燥过程实质
干燥过程
热空 气流 过湿 物料 表面
热量 传递 到湿 物料 表面
传热过程
湿物 料表 面水 分汽 化并 被带 走
空气
而等于循环水的温度，称此温度为
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ω表示。
100%⨯=湿物料的总质量水分质量ω(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χ表示。
100%⨯=量湿物料中绝干物料的质水分质量χ(3)两种含水率的换算关系： χχω+=1 ωωχ-=1 2、湿物料的比热与焓(1)湿物料的比热m C湿物料的比热可用加和法写成如下形式：w s m C C C χ+=式中：m C —湿物料的比热，()C kg J ο⋅绝干物料/k ； s C —绝干物料的比热，()C kg J ο⋅绝干物料/k ； w C —物料中所含水分的比热，取值()C kg J ο⋅水/k (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0C ο为基准)。
()θθχθχθm s w s C C C C I =+=+='186.4式中：θ为湿物料的温度，C ο。
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1kg 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： ()χ1.88t 24901.01t I ++= 或()χχ2490t 1.881.01I ++=式中；I —空气(含湿)的焓，绝干空气kg/kg ；χ—空气的干基含湿量，绝干空气kg/kg ；—干空气的平均定压比热，K ⋅kJ/kg ； —水蒸汽的定压比热，K ⋅kJ/kg ； 2490—0C ο水的汽化潜热，kJ/kg 。
由上式可以看出，()t 1.881.01χ+是随温度变化的热量即显热。
而χ2490则是0C ο时kg χ水的汽化潜热。
它是随含湿量而变化的，与温度无关，即“潜热”。
化工原理干燥过程的物料与热量衡算
2019/11/16
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。
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
Gcm 2 1 QL
H2 H1 H2 H1
每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量l
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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
12
2019/11/16
三、干燥系统的热量衡算
1、热量衡算的基本方程
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 89kJ / s
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分析物料的返潮情况
QV W 2490 1.88t2
W 2490 1.88t2 100%
第3讲 干燥过程的物料平衡和热平衡
w ml
100 v 2 v2 c ml cw 100 100
(6-41)
(3) 在干燥器中对干燥介质的补充加热量qad
如专设的电加热器、蒸汽加热或烘干兼粉磨系统中研磨体摩 擦、碰撞产生的热量等。
2、干燥器的热量支出： (1) 废气带走的热量q2
q 2 lI 2
(2) 物料离开干燥器带走的热量qm2
物料带走热量qm2 运输设备带走热量qc
1、进入干燥器的热量
(1) 干燥介质带入的热量q1
q1 lI1
式中，l为蒸发1kg水时干燥介质的用量，(kg/kg水)； I1为干燥介质进入干燥器时的热含量，(kJ/kg)。 (2) 湿物料带入的热量qml (6-39)
Gw2 w c ml t1 (6-40) mw 式中，t1为物料进入干燥器时的温度，C； cw为水的比热容，近似可用4.19kJ/(kg.C); Gw2为离开干燥器的物料量，kg/h； cmlw为湿基水分在v2(%)、温度为t1C时物料的比热容，看作 绝干物料的比热容 cm和相应水分比热容的加权平均值，即 q m1 c w t1
理论 干燥 过程
q ad q m q c q1 0
qad q m qc q1 0
理论干燥过程：没有热损失，干燥介质 的用量及热耗最小，热效率最高。
用热空气作干燥介质时
蒸发每千克水需用的干空气量l及热耗q0分别为： 1 1 l0 0 0 (kg干空气 / kg水) x 2 x1 x 2 x 0
(6-28) (6-29)
(三) 干燥过程中水分蒸发量的计算
1、用干基水分计算 令u1(%)和u2(%)为干燥前后物料的干基水分，Gd为绝干物料 量(kg/h)，则每小时在干燥器中蒸发的水分量为：
5.4--干燥中的物料平衡及热平衡
5.4.1物料平衡 5.4.1.1干燥流程
干燥介质：空气、燃烧产物以及窑炉废气 烟气干燥流程图:
燃烧产物 冷空气 燃 烧 室 混合气体 合 室
Lm1 , xm1 , m1
G w1, v1 湿物料
烘干机
t fl , x fl 混
I fl , L fl
废 气
xm2 , I m2 , m2
l a nl fl
5.4.2热量平衡
补充热量q ad
干燥介质带入热量q1
物料带入热量qm1
废气带走热量q2
干燥器
物料带走热量
干燥器表面散热ql
烘干机热平衡示意图
5.4.2.1热平衡项目
以物料排除1kg水分，温度以0℃为基准。 （1）收入的热量 1）干燥介质带入的热量
q1 lI 1
(KJ/kgH2O)
W 100% Gw
100v u (%) 100 v
或
v
100u (%) 100 u
5.4.1.3干燥过程中水分蒸发量计算
（1）用干基水分计算 蒸发水量=进干燥器物料中的水分-出干燥器物料中水分
mw u1 u 2 Gd 100
（2）用湿基水分计算
干燥前后绝对干燥物料量不变。
mw Gw1 v1 v2 v v Gw 2 1 2 100 v2 100 v1
(kg干空气 / h)
（2）用烟气作干燥介质 干燥介质中增加水气的量等于物料中水分的蒸发量。 1）蒸发1Kg水干混合气的用量：
l m1 Lm1 1 mw x 2 x1
2）蒸发1Kg水时高温烟气（燃烧产物）的用量为：
l fe l m1 1 n
5.4--干燥中的物料平衡及热平衡
2）湿物料中蒸发部分的水所带入的热量
q w C w t1
(KJ/kgH2O)
物料进 烘干机的温 度
3）烘干机中补充的热量
q ad Q ad mw
(KJ/kgH2O)
（2）支出的热量 1）加热被干燥物料上的热量
qm 100 v 2 100 v 2 v (C m C w 2 )(t 2 t1 ) v1 v 2 100 100
t mi , I mi
干物料 Gw2, v 2 , Q2
L0 , x 0 , t 0 , I 0 ,0
Lm 2 , t m 2
5.4.1.2物料中水分表示方法
物料中所含水的 质量与绝对干燥 物料的质量之比值
u W 100% Gd
干基水分
湿基水分
物料中所含水的 质量与湿物料的 质量之比值
v
l a nl fl
5.4.2热量平衡
补充热量q ad
干燥介质带入热量q1
物料带入热量qm1
废气带走热量q2
干燥器
物料带走热量qm2
干燥器表面散热ql
烘干机热平衡示意图
5.4.2.1热平衡项目
以物料排除1kg水分，温度以0℃为基准。 （1）收入的热量 1）干燥介质带入的热量
q1 lI 1
(KJ/kgH2O)
(kg干空气 / h)
（2）用烟气作干燥介质 干燥介质中增加水气的量等于物料中水分的蒸发量。 1）蒸发1Kg水干混合气的用量：
l m1Hale Waihona Puke Lm1 1 mw x 2 x1
2）蒸发1Kg水时高温烟气（燃烧产物）的用量为：
l fe l m1 1 n
3）令蒸发1Kg水时干冷空气(混合用)用量为：
吉大大学材料工程基础——干燥
主要内容
第一节 湿空气的性质 第二节 湿空气的h-d 图 第三节 干燥过程的物料平衡与热量平衡 第四节 干燥的物理过程 第五节 干燥方法与干燥设备
第一节 湿空气的性质
在工业上应用最为普遍的是对流干燥。通 常使用的干燥介质是空气或烟气，被除去的湿 分是水分。 在这种情况下，空气既是载热体又是载湿 体。因此，研究干燥过程首先需要了解这些干 燥介质（湿空气、湿烟气）的基本性质。
wa = m × 100% md
干物料 水分
干燥脱水率：干燥前后物料干基水分的差额。
m1 m2 wa1 − wa 2 = ( − ) × 100% md 1 md 2
1. 物料平衡
1.2 干燥过程中的水分蒸发量 干燥过程中蒸发的水量：
mw = md + m
Δm = m1 − m2 = (mw1 − md 1 ) − (mw 2 − md 2 ) = mw1 − mw 2 Δm = m1 − m2 = mw1wr1 − mw 2 wr 2
1. 物料平衡
1.2 干燥过程中的水分蒸发量 例：物料进入干燥器前的湿基水分为10 %，出干燥 器时湿基水分为2 %，干燥器的出料量为10 t/h，求 每小时的水分蒸发量。
Δm = mw 2
wr1 − wr 2 1 − wr1
0.1 − 0.02 8 Δm = 10 = = 0.89t / h 1 − 0.1 9
材料工程基础
第三章 干燥过程与设备
吉林大学 李芳菲
干燥过程概述
干燥是利用热能将固体物料中的水分蒸发并排 出的物理过程。 在工业生产过程中，干燥不仅是常用工序，而 且也是关乎硅酸盐制品性能的重要工艺过程。 掌握干燥过程、干燥原理、物料水分的存在状 态、以及平衡计算是本章学习的要点，同时了解干 燥设备及其工作原理也十分必要。
9.3-干燥过程的物料衡算与热量衡算
解1.气体在干燥管内为等焓过程。 t0=20℃，t1=70℃，H1＝H0=0.005kg/kg
I2 = I1 = (1.011.88 0.005)150 2492 0.005 = 165.37kJ / kg
I2 = (1.011.88H2 )t2 2492H2 = 165.37 H2 = 0.0361kg / kg
H2 H0 0.0478 0.005 Qp = L(I1 I0 ) = L（1.01＋1.88H 0 )(t1 t0 ) = 0.47 (1.011.88 0.005)(150 20) = 51.9kJ / s
热效率＝t1 t2 = 150 42 = 0.83 = 83.0%
t1 t0 150 20
讨论：降低废气的出口温度，所需的空气用量及传热 量愈小，热效率越高。
3.物料的返潮 第一种情况： 出干燥器空气中水的分压：
P = H2P总 = 0.036101.3 = 5.542kPa 0.622 H2 0.622 0.036
露点td=34.7℃。空气出旋风分离器的温度为60℃，未达 到空气的露点，不会有水珠析出。
=
LI 2
Gc
I
2
QL
QD
=
LI2
I1
Gc
I
2
I1
QL
I ＝cs Xcw ＝cs Xcw
Q = Qp QD
=
LI2
I0
Gc
I
2
I1
QL
cm＝cs Xcw
I = cm
式中：I′为物料的热焓，kJ/kg干料 cs为绝干物料的比热，cw为湿分液态时的比热 cm为湿物料的比热，kJ/（kg干料.℃）
当QL＝0，θ1＝θ2，QD＝0
干燥过程的物料恒算与热量恒算
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 )
则，热效率可表示为：
W (2490 1.88t 2 ) 100 % Q
空气通过干燥器时的状态变化
1、等焓干燥过程 Q＝Qp +QD＝L（I1 -I0）+QD＝L（I2 -I0） G（I2 ' I1 '） QL
Q Q p QD W (2490 1.88t2 4.1871 ) Gc cm 2 ( 2 1 ) L(1.01 1.88 H 0 )(t2 t0 ) 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Q Q p QD W (2490 1.88t2 ) Gc cm 2 ( 2 1 ) 1.01L(t 2 t0 ) QL
4.湿物料的焓I′
湿物料的焓I′包括绝干物料的焓（以0℃的物料为基准）和物料中所含水分
（以0℃的液体水为基准）的焓，即
I ' cs Xcw (cs 4.187 X ) cm （其中θ为湿物料的温度，℃）
干燥系统的物料衡算
湿空气 L，H1
L，H2
干燥产品 G，X2或G2，w2
湿物料 G，X1或G1，w1
各流股进出逆流干燥器的示意图
干燥系统的物料衡算 1.水分蒸发量W
对上示意图作水分衡算，以1s为基准，设干燥器内无物料损失，则：
LH1 GX 1 LH 2 GX 2
或
W L( H 2 H1 ) G( X 1 X 2 )
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绝干料/s
1.操作线在等焓线下方 I1>I2 不向干燥器补充热量QD 不可忽略热损失QL 物料进出干燥器的焓不相等 2.操作线在等焓线上方
干燥过程的物料衡算与热量衡算培训课件.pptx
干燥器直径：
D V ' 1.42 2.13m 0.785u 0.785 0.4
8.3.3 干燥过程的热量衡算
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。
374.2(0.111 0.0101) 0.0409 0.0327
4609kg干空气 h1
湿空气比容，按进入干燥器的空气状态计算， 即T1、H1。
VH1
(0.773 1.244H1)
T1 273
(0.773 1.244 0.0327) 373 273
1.112m3 kg 1
湿空气流量为：
则
G2
G11 w1
1 w2
（8-38）
二、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。
水分汽化量＝湿物料中水分减少量 ＝湿空气中水分增加量
即： G1 G2 G1w1 G2w2 Gc ( X1 X 2 ) （8-39）
8.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算
8.3.1 湿物料中含水量 8.3.2 干燥过程的物料衡算 8.3.3 干燥过程的热量衡算 8.3.4 干燥器空气出口状态的确定 8.3.5 干燥器的热效率
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？
干燥过程地物料平衡与热平衡计算
枯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ω表示。
100%⨯=湿物料的总质量水分质量ω(2)干基含水率：由于枯燥过程中，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χ表示。
100%⨯=量湿物料中绝干物料的质水分质量χ(3)两种含水率的换算关系：χχω+=1ωωχ-=1 2、湿物料的比热与焓(1)湿物料的比热m C湿物料的比热可用加和法写成如下形式：w s m C C C χ+=式中：m C —湿物料的比热，()C kg J ⋅绝干物料/k ；s C —绝干物料的比热，()C kg J ⋅绝干物料/k ； w C —()C kg J ⋅水/k(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0C 为基准)。
()θθχθχθm s w s C C C C I =+=+='186.4式中：θ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1kg 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：()χ1.88t 24901.01t I ++=或()χχ2490t 1.881.01I ++=式中；I —空气(含湿)的焓，绝干空气kg/kg ；χ—空气的干基含湿量，绝干空气kg/kg ；—干空气的平均定压比热，K ⋅kJ/kg ； —水蒸汽的定压比热，K ⋅kJ/kg ； 2490—0C 水的汽化潜热，kJ/kg 。
由上式可以看出，()t 1.881.01χ+是随温度变化的热量即显热。
而χ2490如此是0C 时kg χ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、枯燥系统的物料衡算枯燥系统的示意图如下：(1)水分蒸汽量W按上述示意图作枯燥过程中的0水量与物料平衡，假设枯燥系统中无物料损失，如此：2211χχG LH G LH +=+ 水量平衡G 1()()2112χχ-=-=G H H L W式中：W —单位时间内水分的蒸发量，s kg /；G —单位时间内绝干物料的流量，/s 绝干物料kg ；21H H ，—分别为枯燥介质空气中的进入和排出枯燥器的水分含量，绝干空气水/kg kg ；L —单位时间内消耗的绝干空气量，s /kg 绝干空气。
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(6-42)
q m2
Gw2 w cm2 t 2 mw
(6-43)
式中，t2为物料离开干燥器时的温度，C； cm2w为物料离开干燥器的比热容， (kJ/kg.C)。
(3) 运输设备在干燥器中吸收的热量qc
Gc qc cc ( t c 2 t c1 ) mw
(6-44)
式中，Gc为运输设备的质量，kg/h； cc为运输设备的平均比热容，kJ/kg.C； tc1、tc2为运输设备进入及离开干燥器的温度，C。 (4) 干燥器表面向环境的散热ql
m w G w1 G w 2
Gw2 G w1 G w1 (1 ) Gw2 ( 1) G w1 Gw2
(6-31)
由于干燥前后的绝干物料Gd相等，则有:
100 v1 100 v 2 G d G w1 Gw2 100 100
故有: 及
G w1 100 v1 G w 2 100 v 2 G w 2 100 v 2 G w1 100 v1
q 0 l (I 0 2 I0 )
式中，x0、I0为进预热器的冷空气的状态参数； x20、I20为离开干燥器干燥介质的状态参数
用高温烟气作干燥介质时
蒸发每千克水需用的干混合气、高温热烟气及冷空气的消耗量为
l ml
0
x0 m2
0 lm l
1 (kg干混合气/ kg水) x m1
(kg高温烟气/ kg水)
硅酸盐工业热工基础
第六章 干燥过程与设备
第3讲 干燥过程的物料平衡及热平衡
学习要点
1、物料平衡 干燥流程 物料中水分的表示方法
干燥过程水分蒸发量的计算
干燥介质消耗量 2、热量平衡
热平衡项目
干燥过程及热耗计算 3、干燥过程的图解法 理论干燥过程的图解 实际干燥过程的图解
§6-4 干燥过程的物料平衡及热平衡
故
(6-33) (6-34)
mw mw L (kg干空气 / h) x 2 x1 x 2 x 0
令蒸发每千克水需用的干空气量为l(kg干空气/kg水)，则有：
L 1 1 l m w x 2 x1 x 2 x 0
(kg干空气 / kg水)
(6-35)
2、用高温烟气作干燥介质时
蒸发1kg水时干混合气的用量lml为：
L ml 1 lml (kg干混合气 / kg水) m w x m 2 x m1
(6-36)
式中，Lml为干混合气的消耗量(kg干混合气/h)； xm2、xm1为离开和进入干燥器的混合气湿含量(kg水汽 /kg干混合气)。 蒸发1kg水时高温烟气的用量lfl为：
C1 O x1 x2
x x20 简单起见，C1(x20,I2)可以在等湿线Cx20上直接用比例尺量取： 0 0 0 I0 I ' R CC ( x x ) R x x CC x 2 2 i 1 2 1 x 2 1 1 2 x1 Ri R x 2000
例6-6 每小时进入干燥器的湿坯体Gw1=100kg，坯体的湿基水分 v1=20%，干燥至终水分v2=2%，用热空气作干燥介质。冷空气的温
用高温烟气作干燥介质时
(6-50)
q m f Q net
l fl Qgr [1.293Va0 1 (A ar 9H ar M ar )%]( 1 n)
(6-51)
三、干燥过程的图解法
干燥介质初始状 态参数x1、t1和 末了温度t2已知
根据I-x图
求干燥介质离 开干燥器的状 态参数x20、I20
理论 干燥 过程
q ad q m q c q1 0
qad q m qc q1 0
理论干燥过程：没有热损失，干燥介质 的用量及热耗最小，热效率最高。
用热空气作干燥介质时
蒸发每千克水需用的干空气量l及热耗q0分别为： 1 1 l0 0 0 (kg干空气 / kg水) x 2 x1 x 2 x 0
度t0=20C ，相对湿度0=70%，在加热器中加热至85C后进入干燥
器，出干燥器的温度t2=60C ，已知Δ=1200kJ/kg水。用I-x图求干燥 过程所需的空气量及热耗。
I (kJ/kg干空气)
I1=112 B
解： 1、每小时水分蒸发量 v v2 m w G w1 1 100 v 2
(6-28) (6-29)
(三) 干燥过程中水分蒸发量的计算
1、用干基水分计算 令u1(%)和u2(%)为干燥前后物料的干基水分，Gd为绝干物料 量(kg/h)，则每小时在干燥器中蒸发的水分量为：
mw u1 u 2 Gd 100 (kg / h )
(6-30)
2、用湿基水分计算 令Gw1和Gw2为干燥前后的湿物料量(kg/h)， 相应的湿基水分 为v1(%)和v2(%)，则每小时的水分蒸发量为:
代入式(6-31)得
v1 v 2 v1 v 2 m w G w1 ( ) Gw2 ( ) 100 v 2 100 v1
(6-32)
(四) 干燥介质消耗量
1、用空气作干燥介质时 设每小时通过干燥器的绝干空气量为L(kg干空气/h)，则根据 水分的平衡有：
mw L(x 2 x1 ) L(x 2 x 0 )
3、Δ>0的实际干燥过程 Δ>0，即qad<qm+qc+ql，表示在干燥器中热损失之和大于补充的热 量，或者干燥器无补充热量。此时干燥介质离开干燥器时的热量 小于其进入干燥器时的热含量，即I2<I1。 用热空气作干燥介质时 蒸发每千克水需用的热耗q为
q l (I1 I0 ) l (I2 I0 )
(二) 物料中水分的表示方法
质量为Gwkg的湿物料可以看作由Gdkg的绝干物料和Wkg的水 组成，即
G w Gd W
1、干基水分或绝对水分
W u 100% Gd
(6-26)
例如100kg湿物料中含水20kg，经过干燥后含水1.6kg，则
干燥前水分：
干燥后水分：
u1 (20 80) 100% 25% u 2 (1.6 80) 100% 2% u u1 u 2 25% 2% 23%
一、物料平衡 (一) 干燥流程
冷空气 L0,x0,I0 ,t0,0
湿物料 Gw1,v1,Q1
换 热 器
废气 L2,x2,I2,t2,2 干物料
热空气 L1=L0,x1=x0, I1,t1,1
干燥器
Gw2,v2,Q2
(a)空气干燥流程图
冷空气L0,x0,I0,t0,0
1
燃烧产物 Lfl,xfl,Ifl,tfl
(1) 作出理论干燥过程的终态点C； (2) 根据I2=I1-Δ(x20-x1)求出同一湿 含量x20时实际干燥的热含量I2并作 出等焓线，等焓线与等湿线的交点 C1(x20,I2)即为实际干燥过程的一个 状态点； (3)连接B与C1，线段BC1与等温线t2 的交点D(x2,I2)即为实际干燥过程的 终态点。 t1 B t2 D C
c
w ml
100 v 2 v2 c ml cw 100 100
(6-41)
(3) 在干燥器中对干燥介质的补充加热量qad
如专设的电加热器、蒸汽加热或烘干兼粉磨系统中研磨体摩 擦、碰撞产生的热量等。
2、干燥器的热量支出： (1) 废气带走的热量q2
q 2 lI 2
(2) 物料离开干燥器带走的热量qm2
物料带走热量qm2 运输设备带走热量qc
1、进入干燥器的热量
(1) 干燥介质带入的热量q1
q1 lI1
式中，l为蒸发1kg水时干燥介质的用量，(kg/kg水)； I1为干燥介质进入干燥器时的热含量，(kJ/kg)。 (2) 湿物料带入的热量qml (6-39)
Gw2 w c ml t1 (6-40) mw 式中，t1为物料进入干燥器时的温度，C； cw为水的比热容，近似可用4.19kJ/(kg.C); Gw2为离开干燥器的物料量，kg/h； cmlw为湿基水分在v2(%)、温度为t1C时物料的比热容，看作 绝干物料的比热容 cm和相应水分比热容的加权平均值，即 q m1 c w t1
lml l fl 1 n (kg高温烟气 / kg水)
(6-37)
蒸发1kg水时干冷空气的用量la为：
la nl fl
(kg冷空气/ kg水)
(6-38ad
干燥介质带 入热量q1=lI1
废气带走热量q2=lI2
干燥器
物料带入 热量qm1 干燥器壁扩散热量ql
令qm=(qm2-qm1)表示物料从干燥器获得的净热量 利用q1-q2= l(I1-I2)，上式可写为：
l (I1 I2 ) q m qc q1 qad
其中
(6-46)
q m qc q1 qad
(6-47)
(二) 干燥过程及热耗计算
1、理论干燥过程 物料在干燥过程中干燥介质的热含量不变，即I1=I2。 1、无补充热量及热损失； 2、物料及运输设备进入和 离开干燥器的温度相等； 3、干燥器表面绝热，干燥 介质传给物料的热量等于 水分蒸发所需的潜热。
(一) 理论干燥过程的图解
步骤：如图所示： (1) 由等温线t1及等湿线x1在I-x图上 得交点B； (2) 由B点作等焓线I1，该线与等温线 t2交于C点，即理论干燥过程的终态 点，C点对应的坐标为x20及I20=I1。 I t1 t20 O x1 I1 B C x2 0
x
(二) 实际干燥过程的图解
20 2 100 18.4(kg / h ) 100 2
t1
t2 t0 O
E
D
C
2、如右图，由等t0线和等0线在I-x 图上的交点A可得空气进加热器前 的湿含量和热含量：x00.0105kg水 汽/kg干空气，I045kJ/kg干空气。