干燥过程的物料平衡与热平衡计算教学内容

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 ()()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 —单位时间内消耗的绝干空气量，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

G 1

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：

(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，单位时间内向干燥器补充的热量为：

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

12

供热p Q

2

22,,I 'θχ 供热D Q

损失L Q

2

物料1G