干燥过程的物料衡算和热量衡算
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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X
X ＝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 X
w +=
1 （８－１４）
或
w w
X -=
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 W
H H X X G L -=
--=
（８－１８）
若设：
121
H H W
L
l -=
= （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。
说明：
(1) 新鲜空气用量
L 0=L ( 1 + H 0 ) （８－２０） 式中 H 0――空气进预热器前的湿度，kg.(kg 绝干气)-1。
(2) 风机入口风量，即新鲜空气的体积V 0。
()
P P T T H L L V H 0
00244.1772.0+=⨯=ν （８－２１）
（三）干燥产品流量G 2
()()221111w G w G -=-Θ
21
1
211w w G G --=∴ （８－２２）
三、干燥系统热量衡算
热量衡算可以确定各项热量的分配和消耗量，可作为计算空气预热器的传热
面积，加热剂用量，干燥器热效率和干燥效率的依据，流程示意图如图８－８所示。
图８－８ 连续干燥过程的热量衡算示意图
（一）干燥系统热量衡算基本方程
1．
预热器换热量Q p
)(01I I L Q P -=
（８－２３）
2． 干燥器补充热量Q D
()()L D Q I I G I I L Q +'-'+-=1212 （８－２４）
3． 干燥系统消耗的总热量
()()Q I I G I I L Q Q Q D p +'-'+-=+=12
02 （８－２５）
（二）热量实用计算式
()≈-02I I L ()+-⨯0201.1t t L ()288.12490t W + （８－２６）
()='-'12
I I G ()12θθ-m GC （８－２７）
式中 C m ――湿物料的平均比热，kJ.(kg 绝干料)C ︒⋅-1。C m = 22
1m m C C +，
i w s mi x C C C +=
Q ＝()()L Q I I G I I L +'-'+-1202
=()+
-⨯0201.1t t L ()288.12490t W +＋()12θθ-m GC ＋Q L
（８－２８）
四、空气通过干燥系统的状态变化
D Q Θ＝()()L Q I I G I I L +'-'+-12
12 即
()12I I L -()12
I I G Q D '-'-=∆=-L Q （８－２９）
空气经过干燥器分等焓过程和非等焓过程。
（一）等焓干燥过程
当∆＝０时，即()12
I I G Q D '-'=L Q +⇒()12I I L -＝０ 即I 2= I 1，则空气经干燥器时经历等焓干燥过程，又称理想干燥过程，如图８－９所示，过程沿等焓线BC 进行，整个干燥过程由状态C B A →→点。
图８－９等焓干燥过程中湿空气的状态变化图
（二）非等焓过程
１．若∆<０，则I2< I1。
如图８－１０所示，干燥过程沿BC1变化，该线在等焓线以下，斜率小于等焓线。
２．若∆>０，即补充热量大于消耗热量，则
()
1
2
1
2
0I
I
I
I
L>
⇒
>
-。
３．若∆＝W（2490+）
说明补充的热量恰好等于水分蒸发所需热量，则干燥过程经历等温增湿过程。
五、干燥系统的热效率η
η＝蒸发水分所需热量／向干燥系统输入的总热量⨯100％
=Q t
W)
88
.1
2490
(
2
+
⨯100％（8—30）
当空气出干燥器时温度降低而湿度增高时，η会提高，但t
2
过低而H2过高，
会使物料返潮，所以应综合考虑。