干燥过程的物料平衡与热平衡计算
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。
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 ⋅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”。
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）
5章干燥2第二节干燥过程的物料衡算与热量衡算
L , I0 H0 Qp
L , I1 H1
QL QD L, I2 H2 G, X1, I1’
LI0+QP=LI1 (5-29) 或 QP=L(I1-I0) (5-30) 2. 干燥器的热量衡算： 干燥器的热量衡算：
G, X2, I2’
LI1+GI1'+QD=LI2+GI2'+QL 或 QD=L(I2-I1)+G (I2'-I1')+QL (5-31)
连续操作逆流干燥器作关于水分的物料衡算 逆流干燥器作关于水分的物料衡算， 对连续操作逆流干燥器作关于水分的物料衡算， 1s为衡算基准 设干燥器内无物料损失。 为衡算基准， 以1s为衡算基准，设干燥器内无物料损失。则： LH1+GX1=LH2+GX2 或 L(H2-H1)=G (X1-X2)=W [kg水/s] 水 (5-24)
(5-28)
G2 = G(1+ X2 ) = G W 1
G— 单位时间内绝干物料流量，绝干料 kg / s 单位时间内绝干物料流量 绝干物料流量，
5-3-3 干燥系统的热量衡算 一、基本方程 基本方程
中 基准：
1. 预热器的热量衡算： 预热器的热量衡算：
c.等t (b.的特例 t1 的特例) 等 的特例
t0
QD > G(I2 I1 ) + QL
c1
H0 H2
p261 例5-6： ： 已知数据如图示， 已知数据如图示，求L0及QP(QL预=0)。 。
循环比=(废气 混气 质量比=0.8 循环比 废气/混气 质量比 废气 混气)质量比 t0=25℃ ℃ H中 干气 0=0.005kg/kg干气 国
干燥过程得物料平衡与热平衡计算
—热损失
式中为湿物料进出干燥器时得比热
蒸发水分所需得热量为:
若忽略湿物料中水分带入系统中得焓,上式简化为:
此时热效率可表示为:
6、等焓干燥过程:
等焓干燥过程(绝热干燥过程):气体放出得显热全部用于湿分汽化。规定如下:
不向干燥器补充热量 ;
折合成标煤量=667384、6/29302=22、8kg/h
那么,需要向干燥系统供应多少热风呢？首先需要确定热风得初始温度,现按初始风温t1=300℃与400℃分别计算,忽略热空气中得水分,需要得绝干空气量L。
当t1=300℃时,L×1、01×300=667384、6得L=2202、6kJ/h
这样,加热空气带走热2202、6×1、01×60=133476、9kJ/h占20%
(3)干燥产品流量
物料平衡
则,
式中,分别为物料进与出干燥器得湿基含水量。需要指出得就是,干燥产品就是相对于而言得,并不就是绝干物料,只就是含水量较小。所以一般称为干燥产品,以区别于绝干物料。
例题:在一连续干燥器中,将每小时2000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,空气进出干燥器得湿度分别为0、02及0、08,假设干燥过程无物料损失,试求水分蒸发量,新鲜空气消耗量与干燥产品量。
水分蒸发热520560kJ/h占78%
其她热损失占2%
以上已接近等焓干燥,即:
热空气释放出得显热=2202、6×1、01×(300-60)=533910、2kJ/h
与水分蒸发汽化热=498000kJ/h两者比较相近。
当t1=400℃时,解得L=1610、6kg/h。
这时,加热空气带走热为97603、9kJ/h,占总热量得14、6%。
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
第三节 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通常在干燥过程的计算中，首先需要确定从事物料中移除的水分量相应需消耗的空气量和热量，据选择或设计适宜型号的风机或换热器，其次再进行干燥器和其他辅助设备的设计和选择，干燥过程的物料衡算和热量衡算是上述计算的基础。
§8.3.1湿物料中含水量的表示方法X与W关系：§8.3.2物料衡算范围（对象）：连续干燥器基准：单位时间s（或h）对象水分：§8.3.3热量衡算范围基准：单位时间s热量衡算：对象干燥全系统：或预热器：（忽略预热器热损失）湿物料的焓I’：1㎏绝干料与其所带X㎏水具有的焓。
则温度为θ湿含量为X的湿物料的焓I’为为了简化计算，现假设：1．新鲜气中水蒸气的焓等于出干燥器时废气中的水蒸气的焓，即，2．进出干燥器的湿物料比热相等，即，即∵，，代入上式并整理得：或若（不补充热量于干燥器中）则由此可见，干燥系统中加入的热量为四部分：①加热空气②蒸发水分③加热物料④热损失。
通过热量衡算，可确定干燥操作的耗热量以及各次热量的分配，热量衡算上计算预热器的传热面积，加热介质消耗量，干燥器尺寸及干燥热效率的基础。
§8.3.4 空气通过干燥器时的状态变化应用上面的物料及热量衡算前要确定空气离开干燥器时的状态。
这涉及空气通过干燥器时状态的变化过程。
空气经过预热器被加热，H不变，温度升高，焓↑空气经过干燥器时，由于空气与物料间进行热和质的交换，而且还有其它外加热量的影响，应而确定出干燥器时的空气状态是比较困难的和复杂的。
一．现讨论等焓干燥过程（绝热干燥过程）前提：①②③故，在H—I图描绘为对于等焓干燥过程，离开干燥的空气状态的确定只需一个参数，一般。
在实际干燥过程中，等焓干燥过程是难于完全实现的，故又称为理想干燥过程。
（理想干燥器）但在干燥器绝热良好，又不向干燥器中补充热量，且物料进出干燥器时的湿度十分接近时，可近似按等焓干燥过程处理。
干燥过程物料衡算与热量衡算
A(t0，H0，φ 0，I0) B(t1，H1，φ 1，I1) C(t2，H2，φ 2，I2)
2.非绝热干燥过程 非绝热干燥过程又称非等焓干燥过程或实际干
燥过程。非绝热干燥过程可能有以下三种情况。参 见图5-9所示，图5-9为非绝热干燥过程中湿空气的 状态变化示意图。
(1)操作线在过点B的等焓线下方 QD=0
①假设条件 QL≠0 G(I2’-I1’) ≠0
②特征方程 I1>I2
(2)操作线在过点B的等焓线上方 ①假设条件 QD>G(I2’-I1’)+QL ②特征方程 I1<I2
(3)操作线在过点B的等温线上 ①假设条件QD足够大，大到恰好使干燥过程的 温度恒定在等温条件下进行。 ②特征方程 t2=t1 非绝热干燥过程中湿空气离开干燥器的状态 点，可用解析法或图解法确定。
二、干燥过程的物料衡算
1.过程简图 参见图5-6所示，图5-6为连续逆流干
燥过程的物料衡算示意图。
主要设备 新鲜湿空气→废气
物流方向 湿物料→产品
流程要素
状态参数
湿空气 湿物料
L，H1，H2 L1，L2 G，X1，X2 G1，G2，w1，w2
参数比较
2.衡算任务
(1)水分蒸发量W［kg水分/s］ (2)绝干空气消耗量L［kg绝干气/s］ (3)新鲜空气消耗量L1［kg新鲜空气/s］ (4)蒸发1kg水分消耗的绝干空气量l［kg绝干气/kg水分］ (5)干燥产品量G2［kg干料/s］ (6)绝干产品量G［kg绝干料/s］
干基含水量X
教学要点
干燥过程的物料衡算
例题 计算举例
习题
水分蒸发量W
空气消耗量L，L1，l 干燥产品量G，G2
一、湿物料中含水量的表示方法
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？
干燥过程的物料衡算与热量衡算
图9-10 干燥器物料衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算
符号说明：
G1 ——湿物料进口的质量流率，kg/s； G2 ——产品出口的质量流率，kg/s； Gc ——绝干物料的质量流率，kg/s； w1 ——物料的初始湿含量； w2 ——产品湿含量； L ——绝干气体的质量流率，kg/s； H1 ——气体进干燥器时的湿度； H2 —— 气体离开干燥器时的湿度；
（8-63）
其中：
干燥过程的物料衡算与热量衡算
得： 即：
（8-64） （8-65）
式（8-65）说明：空气离开干燥器的焓I 2小 于进入干燥器时的焓I 1，这种过程的操作线BG 应在BC线的下方。如图8-14， BG线上任意点指 示的空气焓值小于同湿度下BC线上相应的焓值；
干燥过程的物料衡算与热量衡算
干燥过程的物料衡算与热量衡算
等焓干燥过程有以下两种情况：
A、整个干燥过程无热损失、湿物料不升温、 干燥器不补充热量、湿物料中汽化水分带入 的热量很少。 B、干燥过程中湿物料中水分带入的热量及补 充的热量刚好与热损失及升温物料所需的热量 相抵消。
干燥过程的物料衡算与热量衡算
二、实际干燥过程（非绝热过程） 很显然，只有在保温良好的干燥器和湿物
湿物料中含水量有两种表示方法： 一、湿基含水量 w:[kg水/kg湿物料]
水分在湿物料中的质量百分数。 （8-33）
干燥过程的物料衡算与热量衡算
二、干基含水量 X [kg水/kg干物料] 湿物料中的水分与绝干物料的质量比。
（8-34）
三、两者关系:
（8-35）
（8-36）
干燥过程的物料衡算与热量衡算
（8-39）
干燥过程的物料衡算与热量衡算
干燥过程物料与热量衡算
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。
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。 当t2=40℃时，干燥器出口空气中水汽分压为
101.33×0.0447 p2 = = 6.79kPa 0.622 + 0.0447
t=30℃时，饱和蒸汽压ps=4.25kPa， 物料可能返潮。
——连续干燥系统热量衡算的基本方程式
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 )
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
1、湿基含水量W 、湿基含水量
水分质量 ω= 湿物料的总质量
2、干基含水量X 、干基含水量
湿物 料中水分的质量 X= 湿物料中绝干气的质量
3、换算关系 、
第三节干燥过程的物料和热量衡算
(2)
两式联立，可在 H2未知情况下，求出干空气用量L。
三.空气通过干燥器时的状态变化
1.等焓过程（绝热干燥过程）
条件：1）干燥器内不补充热量 QD = 0 2）干燥器热损失不计 QC = 0
3）物料进出口焓不变 证： Q = QP = L(I1 − I0 )
I2 ' = I1 '
Q = QP = L(I2 − I0 ) + GC (I2 '− I1 ') + QC
求： W, L, V0及产品G2
解： 1） W = GC ( X1 − X 2 )
GC = G1 (1 − w1 ) = 1000(1 − 0.4) = 600( K g / h)
X1
=
w1 1 − w1
=
0.4 1 − 0.4=0.667 K g/ Kg)
X2
=
w2 1− w2
= 0.05 = 0.053(Kg 1− 0.05
)
=
468(
Kg
/
h)
QP = Lm (I1 − Im ),
Lm
=
L0 0.2
w1 − w2 1− w1
3.空气消耗量 L = W
H2 − H1
湿空气
V
=
LVH
=
L(0.772 +1.244H ) t + 273 273
例 已知：G1 =1000Kg / h, w1 = 40%, w2 = 5%, t0 = 293K
φ0 = 60%, t1 = 393K, t2 = 313K, φ2 = 80%
而 W = L(H2 − H0 ), Iv2 = r00 + Cvt2 ∴Q = QP + QD
干燥过程的物料衡算与热量衡算
干燥过程的物料衡算与热量衡算1. 引言在工业生产中，许多物料需要经过干燥过程才能达到所需的水分含量。
干燥过程是将物料中的水分蒸发或驱除的过程，其中物料的衡算和热量的衡算是非常重要的。
本文将介绍干燥过程中的物料衡算和热量衡算的基本原理和方法。
2. 物料衡算物料衡算是指在干燥过程中对物料的质量进行衡量和追踪的过程。
通常情况下，物料的衡算可以分为进料衡算和出料衡算两个部分。
2.1 进料衡算在干燥过程中，物料的进料衡算是指对进入干燥设备的物料进行质量的测量和记录。
通常情况下，进料衡算可以通过称重装置、质量流量计等设备进行。
物料的进料衡算可以用以下公式表示：进料量 = 初始物料质量 - 终止物料质量2.2 出料衡算在干燥过程中，物料的出料衡算是指对从干燥设备中出来的物料进行质量的测量和记录。
同样地，出料衡算也可以通过称重装置、质量流量计等设备进行。
物料的出料衡算可以用以下公式表示：出料量 = 初始物料质量 - 终止物料质量3. 热量衡算热量衡算是指在干燥过程中对热量的衡量和追踪的过程。
热量衡算是确定干燥设备所需的热量输入和物料中的水分蒸发所需的热量的关键。
3.1 热量平衡公式热量平衡公式是用于计算干燥过程中所需的热量输入和物料中的水分蒸发所需的热量的关系。
热量平衡公式如下：热量输入 = 热量输出 + 热量损失其中，热量输入是指干燥设备所需的热量输入，热量输出是指物料中的水分蒸发所需的热量，热量损失是指在干燥过程中因为传导、对流和辐射等现象导致的热量损失。
3.2 热量输入的计算热量输入可以通过以下公式计算：热量输入 = 干燥空气的热量 + 干燥空气的水分蒸发热量 + 加热设备的热量其中，干燥空气的热量可以通过湿空气焓值表或湿空气定压比热容表进行查找，干燥空气的水分蒸发热量可以通过水的蒸发热量进行计算，加热设备的热量可以通过加热元件的功率和加热时间进行计算。
3.3 热量输出的计算热量输出可以通过以下公式计算：热量输出 = 出料量 * 物料的比热 * (物料的初始水分含量 - 物料的终止水分含量)其中，出料量是指干燥过程中物料的出料量，物料的比热可以通过物料的物性表进行查找，物料的初始水分含量和物料的终止水分含量可以通过物料的质量衡算进行计算。
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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 ⋅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 ()121221H H WH 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：121H H W L l -==(3)干燥产品流量2G()()112211ωω-=-G G 物料平衡 则，()211211ωω--=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W0.03090.03-10.03-1111===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 Q222,,I 'θχ 供热D Q损失L Q2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 +'+=+'+2211 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 +'-'+-=1212 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 +'-'+-=1212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 +'-'+-1212 ()()()()LD 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()12θθ-m GC —加热湿物料L Q —热损失式中m C 为湿物料进出干燥器时的比热取平均值。
(4)干燥系统的热效率通常将干燥系统的热效率τ定义为： 100%⨯=量向干燥系统输入的总热蒸发水分所需的热量τ蒸发水分所需的热量V Q 为：()W t W Q V 12186.488.12490θ-+=若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，上式简化为： ()288.12490t W Q V +≈ 此时热效率可表示为： ()100%88.124902⨯+=Qt W τ6.等焓干燥过程：()()()L D D P Q I I G I I L Q I I L Q Q Q +'-'+-=+-=+=120201 等焓干燥过程(绝热干燥过程)：气体放出的显热全部用于湿分汽化。
规定如下：不向干燥器补充热量 0=D Q ； 忽略热损失 0=L Q ；物料进出干燥器的焓相等()012='-'I I G 。
此时，上式转化为：()()0201I I L I I L Q Q P -=-== 得0201LI LI LI LI -=- 21LI LI =21I I =即，等焓过程：()=++1112490t 1.881.01H H ()2222490t 1.881.01H H ++热空气显热 热空气潜热 冷空气显热 冷空气潜热 干燥前1I 干燥后2I或者，()-+11t 1.881.01H ()()12222490t 1.881.01H H H -=+热空气放出显热 蒸发水分汽化热等换干燥过程有以下两种情况：①整个干燥过程无热量损失，湿物料不升温，干燥器不补充热量，湿物料中汽化水分带走的热量很少。
②干燥过程中湿物料中水分带入热量及补充的热量刚好与热损失及升温物料所需热量相抵消。
总之，等焓干燥过程是一种简化了的理想干燥过程。
很显然，只有在保温良好的干燥器和湿物料进出干燥器温度相差不大的情况下才可以近似当做等焓过程处理。
干燥系统计算例题例1：利用热风干燥湿精矿粉。
湿精矿量2t/h ，湿基含水12%，干燥后精矿含水2%（湿基），干燥后的热风温度60℃，若系统的干燥效率为78.0%，求向该干燥系统的供热量？折合标煤量多少？ 解：水分蒸发量W=2000（0.12-0.02）=200kg/h水分蒸发需要的热量Q V =W （2490+1.88t 2） Q V =200（2490+1.88×60）=498000 + 22560 = 520560 kJ/h潜热95.67%显热 4.37%100%向干燥系统的供热量Q=520560/0.78=667384.6 kJ/h每1kg标煤的发热量=7000×4.186=29302 kJ /kg折合成标煤量=667384.6/29302=22.8 kg/h那么，需要向干燥系统供应多少热风呢？首先需要确定热风的初始温度，现按初始风温t1=300℃和400℃分别计算，忽略热空气中的水分，需要的绝干空气量L。
当t1=300℃时，L×1.01×300=667384.6 得L=2202.6 kJ/h 这样，加热空气带走热2202.6×1.01×60=133476.9 kJ/h 占20% 水分蒸发热520560 kJ/h 占78%其他热损失占2%以上已接近等焓干燥，即：热空气释放出的显热=2202.6×1.01×（300-60）=533910.2 kJ/h 与水分蒸发汽化热=498000 kJ/h 两者比较相近。
当t1=400℃时，解得L=1610.6kg/h。
这时，加热空气带走热为97603.9kJ/h，占总热量的14.6%。
水分蒸发热520560kJ/h，占总热量78%。
其他热损失：100%-14.6%-78%=7.4%。
已偏离等焓干燥过程。
需要说明的是，例1中当空气加热到400度时，通常干燥后的热风温度也会有升高，这将涉及到更多热交换的问题，本例不再深述。
本例只是想通过二种不同温度对比，进一步理解等焓干燥的问题。
例2：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1s kg /，初始湿基含水量3.5%，干燥产品的湿基含水量为0.5%。
空气状况为：初始浓度25C ，水分0.005干空气kg/kg ，经预热后进干燥器的温度为140C ，若离开干燥器的温度选定为60C 和40C ，试计算需要的空气消耗能量及预热器的传热效率；又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了10C ，试分析以上两种情况下物料是否返潮？解：因在干燥器经历等焓过程，21H H I I =()()222111249088.101.1249088.101.1H t H H t H ++=++C t 1401=005.001==H H 干空气kg/kg C t 602=()0363.024906088.16001.1005.0249024906088.1140005.088.101.12=+⨯⨯-⨯++⨯⨯⨯+=H 干空气kg/kg绝干物料量：()()9.0035.011111=-⨯=-=ωG G C0363.065.95.31111==-=ωωχ绝干料水/kg kg 05030.00.5-15.02==χ绝干料水/kg kg 绝干空气量：()()s kg H H G L C /964.0005.00363.000503.00363.0965.01221=--=--=χχ预热器的传热效率：()()()()()skJ t t H L t t LC Q H P /11325140005.088.101.1964.088.101.101001=-⨯+=-+=-=C t 402=时0447.02='H 干空气kg/kg s kg L /76.0='s kJ Q P/89=' 分析物料的返潮情况当C t 602=时，干燥器出口空气中水蒸气分压为：kPa H PH P 59.50363.0622.00363.033.01.1622.0222=+⨯=+=C t 502=饱和蒸汽压kPa P s 34.12=2P P s 〉即此时空气温度尚未达到气体的露点，故不会返潮。