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： χ

χ

ω+=

1 ω

ω

χ-=

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 —物料中所含水分的比热，取值4.186()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 ；

1.01—干空气的平均定压比热，K ⋅kJ/kg ； 1.88—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则是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、干燥系统的物料衡算

干燥系统的示意图如下：

(1)水分蒸汽量W

按上述示意图作干燥过程中的0水量与物料平衡，假设干燥系统中无物料损失，则：

2211χχG LH G LH +=+ 水量平衡

G 1

()()2112χχ-=-=G H H L W

式中：W —单位时间水分的蒸发量，s kg /；

G —单位时间绝干物料的流量，/s 绝干物料kg ；

21H H ，—分别为干燥介质空气中的进入和排出干燥器的水分含量，

绝干空气水/kg kg ；

L —单位时间消耗的绝干空气量，s /kg 绝干空气。 (2)空气消耗量L ()1

21221H H W

H H G L -=--=

χχ

令l 为蒸发1kg 水分消耗的绝干空气量，称为单位空气消耗量，则由上式得出：

1

21H H W L l -==

(3)干燥产品流量2G

()()112211ωω-=-G G 物料平衡 则，()

2

11211ωω--=

G G

式中，21ωω，分别为物料进和出干燥器的湿基含水量。需要指出的是，干燥产品2G 是相对于1G 而言的，并不是绝干物料，只是含水量较1G 小。所以一般称2G 为干燥产品，以区别于绝干物料G 。

例题：在一连续干燥器中，将每小时2000kg 湿物料由含水量3%干燥至0.5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，空气进出干燥器的湿度分别为0.02绝干空气kg/kg 及0.08绝干空气kg/kg ，假设干燥过程无物料损失，试求水分蒸发量，新鲜空气消耗量和干燥产品量。 解：

(1)水分蒸发量W

0.03090.03

-10.03

-1111===

ωωχ 0.0050.005

-10.005

-1222===

ωωχ ()()h kg G G /194003.0-12000-111===ω ()()h kg G W /2.50005.0-0309.01940-21===χχ

(2)新鲜空气消耗量W L

已知绝干气kg kg H /02.01=及绝干气kg kg H /80.02=

()11H L L W +=

其中/h 836.7kg 0.02

-0.0850.2

-12绝干气===

H H W L

()()h H L L W /853.4kg 0.021836.711湿空气=+=+=

(3)干燥产品质量流量2G

()()h kg G G /1949.750.05

-10.03-12000-1-12112==

ωω 或h W G G 1949.8kg/50.2-2000-12===

5、干燥系统的热量平衡

干燥系统的热量平衡示意图如下：

供热p Q

2

22,,I 'θχ 供热D Q

损失L Q

2

物料1G

(1)预热器消耗的热量

若忽略预热器的热损失，则()01I I L Q p -=

(2)向干燥器补充的热量

L D Q I G LI Q I G LI +'+=+'+221

1 热平衡 式中：D Q —向干燥器补充的热量； p Q —向预热器补充的热量；

L Q —干燥器损失的热量；

I I '，—分别表示绝干空气和物料的焓。

故，单位时间向干燥器补充的热量为：

()()L D Q I I G I I L Q +'-'+-=12

12 若干燥过程中采用输送设备输送物料，则列热量衡算式时应计入该装置带入与带出的热量。

。

(3)干燥系统消耗的总热量

干燥系统消耗的总热量Q 为p Q 和D Q 之和。

将()01I I L Q p -=和()()L D Q I I G I I L Q +'-'+-=12

12代入Q 的计算公式整理得：

=+=D p Q O Q ()+-01I I L ()()L Q I I G I I L +'-'+-12

12 ()()()()L

D p Q t t H L GCm t W Q Q Q +-++-+-+=+=020121288.101.1186.488.12490θθθ 忽略空气中水汽进入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：

()()()L D p Q t t L GCm t W Q Q Q +-+-++=+=0212201.188.12490θθ

各项物理意义：()0201.1t t L -—加热空气

()288.12490t W +—蒸发水分