化工原理41固体物料的干燥干燥过程的物料衡算与热量

kg绝干气/h
第十一章 固体物料的干燥
11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.4 干燥速率与干燥时间 11.4.1 物料中水分的性质
一、平衡水分与自由水分
1.平衡曲线
湿空气 湿物料
接触 时间
～X
达平衡状态时
～ X*
平衡湿 含量
平衡曲线
平衡含水量X*与空气相对
湿度 的关系（25℃ ）
1－新闻纸 2－羊毛、毛织物 3－硝化纤维 4－丝 5－皮革 6－陶土
化工原理41固体物料的 干燥干燥过程的物料衡
算与热量
2020/11/12
化工原理41固体物料的干燥干燥过程 的物料衡算与热量
一、绝热干燥过程
1.绝热干燥过程的状态变化
理想干燥 等焓干燥
B
C A
一、绝热干燥过程
2.绝热干燥过程的条件
❖ 不向干燥器补充热量 ＱD= 0
❖ 干燥器的热损失可忽略 ＱL= 0
Байду номын сангаас
新鲜空气消耗量为
kg新鲜空气/h
（3）风机的风量V″ 首先计算新鲜湿空气的比容
故 （4）预热器中消耗的热量Qp
m3新鲜空气/h m3新鲜空气/h kJ/h=43.11kW
(5) 干燥系统消耗的总热量Q
kg绝干物料/h
=2.812 ×105 kJ/h=78.11kW
(6)向干燥器补充的热量QD =78.11–43.11 =35.00kW
干燥系统的热效率定义
蒸发水分 所需热量
一、干燥系统的热效率
由 忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则
故 对于理想干燥器
二、提高干燥系统热效率的措施
提高干燥系统热效率措施
❖ 提高 而降低 ❖ 提高空气入口温度 ❖ 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
二、提高干燥系统热效率的措施
7－烟叶 8－肥皂 9－牛皮胶 10－木材 11－玻璃绒 12－棉花
一、平衡水分与自由水分
2.平衡水分与自由水分 在一定的干燥条件下
不能被除去的水分
大于平衡水分的水分
平衡水分 X* 自由水分 X-X*
物料所含水分＝平衡水分＋自由水分
平衡水分 自由水分
按能否被除去划分，取决于 物料的性质和空气的状态。
二、非绝热干燥过程
由 则
故
二、非绝热干燥过程
升焓干燥过程应满足以下条件
❖ 需向干燥器补充热量 且
❖ 干燥器的热损失不能忽略 ＱL> 0
❖ 物料进出干燥器的焓不相等
二、非绝热干燥过程
由 则 因
故
二、非绝热干燥过程
等温干燥过程应满足以下条件
❖ 需向干燥器补充热量
且 ＱD足够大，维持 t1= t2
带废气循环的干燥系统（1）
二、提高干燥系统热效率的措施
带废气循环的干燥系统（2）
【例题与解题指导】
【例11-1】某常压空气干燥器，其操作参数如附图所 示。湿物料的平均比热容为 3.28 kJ／(kg绝干 料·℃）。忽略预热器的热损失，干燥器的热损失为 1.2 kW。试求：
（1）水分蒸发量W；
（2）新鲜空气消耗量L0； （3）若风机装在预热器的空气入口处，求风机的风量；
(7)干燥系统的热效率 若忽略湿物料的水分带入系统中的焓， 则可用式5-37计算 ，即
【例11-2】如本题附图1所示，某常压连续逆 流干燥器采用废气循环操作，循环比(循环 废气中绝干空气质量和混合气中绝干空气 质量之比)为0.8。设空气在干燥器中经历 等焓过程，忽略预热器的热损失。试求新 鲜空气耗量及预热器的热负荷。
解：如本例附图2所示，由t0=25℃、 H0=0.005kg/kg绝干气可确定新鲜空 气的状态点Ａ；由t2＝40℃，H2＝ 0.034kg／kg绝干气可确定循环废气 的状态点Ｂ；根据杠杆规则可确定 混合气的状态点Ｍ，其中
由此可查得混合气的性质参数为 tm=37℃, Hm＝0.0282kg／kg绝干气， Im=110kJ/kg绝干气。
❖ 间歇操作 ❖ 用大量的空气干燥少量的物料 ❖ 维持空气的速度及与物料的接触方式不变
实验数据
时 间τ 物料温度 θ
物料湿含量 X
混合气在预热器经历等湿过程，在干燥器经 历等焓过程，因此，Ｍ点的等H线与Ｂ点的
等Ｉ线的交点Ｎ即为混合气离开预热器（进
入干燥器）的状态点，读得性质参数为
t1=54℃, H1＝Hm＝0.0282kg／kg绝干气， I1=128kJ/kg绝干气。 水分蒸发量为
对整个干燥系统进行物料衡算可得，
绝干气的耗量为 故新鲜空气用量为 混合气的流量为 预热器的热负荷为
二、结合水分与非结合水分
物料表面吸 附及空隙中 所含的水分
湿物料
物料细胞壁及 毛细孔道内所 含的水分
非结合
结合
结合水分的特点
水分
水分
结合力强，不易除去。
二、结合水分与非结合水分
非结合水分的特点 结合力弱，容易除去。
物料所含水分＝结合水分＋非结合水分
结合水分 非结合水分
按除去的难易程度划分，仅取 决于物料的性质，而与空气的 状态无关。
非结合水分
总 水 分
自 由 水 分
结合水分
平衡 水分
固体物料中所含水分的性质
第十一章 固体物料的干燥
11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.4 干燥速率与干燥时间 11.4.1 物料中水分的性质 11.4.2 恒定干燥条件下干燥时间的计算
一、干燥实验和干燥曲线
1.恒定干燥实验 恒定干燥条件
❖ 干燥器的热损失不能忽略 ＱL> 0 ❖ 物料进出干燥器的焓不相等
第十一章 固体物料的干燥
11.3 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.3.1 湿物料的性质 11.3.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算 11.3.3 空气通过干燥器时的状态变化 11.3.4 干燥系统的热效率
一、干燥系统的热效率
（4）预热器消耗的热量Qp； （5）干燥系统消耗的总热量Q；
（6）向干燥器补充的热量 QD； （7）干燥系统的热效率η。
W2=0.001
解（1）水分蒸发量W
kg水分/h
（2）新鲜空气消耗量L0 20℃水的饱和蒸汽压 pS=2.3341 kPa，则由式5-5知
kg/kg绝干气 绝干空气消耗量
kg绝干气/h
❖ 物料进出干燥器的焓相等
一、绝热干燥过程
由 则 故
二、非绝热干燥过程
1.非绝热干燥过程的状态变化
等
温
干
B
燥
升
实
际
A
干
燥
焓 干 燥 降 焓
干
燥
二、非绝热干燥过程
2.非绝热干燥过程的条件 降焓干燥过程应满足以下条件
❖ 不向干燥器补充热量 ＱD= 0
❖ 干燥器的热损失不能忽略 ＱL> 0
❖ 物料进出干燥器的焓不相等