青海大学干燥课件第5章第2节干燥过程的物料衡算与热量衡算.ppt

2019/4/14,第五章 干燥,一、湿物料的性质 二、干燥系统的物料衡算 三、干燥系统的热量衡算 四、空气通过干燥器时的状态变化,第二节 干燥过程的物料衡算与热量衡算,2019/4/14,思考： 试在湿度图上画出干燥全过程,干燥过程,干燥室,预热室,第二节 干燥过程的物料衡算与热量衡算,2019/4/14,已知： 干燥介质（空气）的进口条件，如温度、湿度、压力等； 物料的进口条件，如温度，湿含量，质量或质量流率； 物料的干燥要求（湿含量）。 求解： 干燥介质用量； 干燥条件（如进干燥室的空气温度， 出干燥室的空气温度和湿度等）； 整个设备的热能消耗； 干燥室尺寸 等等。,第二节 干燥过程的物料衡算与热量衡算,2019/4/14,1、湿物料中含水量的表示方法,(1) 湿基含水量 w,(2) 干基含水量 X,(3) 换算关系,湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。,湿基含水量 w: 水分在湿物料中的质量百分数。,干基含水量 X: 湿物料中的水分与绝干物料的质量比。,工业生产中，物料湿含量通常以湿基含水量表示，但由于物料的总质量在干燥过程中不断减少，而绝干物料的质量不变，故在干燥计算中以干基含水量表示较为方便。,一、湿物料的性质,2019/4/14,2、湿物料的比热容 cm,3、湿物料的焓,2019/4/14,干燥器物料衡算示意图,干燥器,新鲜空气,废气,湿物料,干燥产品,绝干空气流量,绝干物料流量,干燥产品流量,湿物料处理量,二、干燥系统的物料衡算,2019/4/14,1、水分蒸发量 W,以1s为基准，对水分作物料衡算，设干燥器内无物料损失。,2、空气消耗量 L,单位空气消耗量l : 蒸发1kg水分消耗的绝干空气数量,kg绝干气/kg水。,kg绝干气,单位时间内 水分蒸发量,湿空气(新鲜空气)的消耗量为,kg新鲜空气/s,湿空气(新鲜空气)的体积消耗量为,m3新鲜空气/s,单位时间内消耗 的绝干空气量,2019/4/14,3.湿物料处理量及干燥产品流量,kg/s,绝干物料衡算,湿物料处理量,干燥产品流量,kg/s,2019/4/14,例：连续操作干燥器,每一小时处理湿物料1000kg，干燥前后物料的含水量由20%降至3%(均为湿基),干燥介质为热空气，初始湿度为 ，离开干燥器时湿度为 ，试求(1)水分蒸发量 ;（2）空气消耗量， ;(3)干燥产品量， (4)新鲜空气消耗量 。,解：,2019/4/14,(1),(2),2019/4/14,(3),(4),2019/4/14,三、干燥系统的热量衡算,以1S为基准，列以下各部位的热量衡算。,忽略预热器的热损失，对预热器列焓衡算，得,单位时间内预热器消耗的热量为：,对干燥器列焓衡算，得,单位时间内向干燥器补充的热量为：,1、热量衡算的基本方程式,干燥器热量衡算示意图,干燥器,新 鲜 空 气,废 气,湿 物 料,干 燥 产 品,预热器,2019/4/14,单位时间内干燥系统消耗的总热量为：,连续干燥系统热量衡算的基本方程式,假设：,1) 新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废气中水汽的焓,即：,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：,湿物料进出干燥器的焓分别为:,2019/4/14,可见,向干燥系统输入的总热量用于：加热空气；蒸发水分；加热湿物料；热损失。,总热量:,空气升温所需热量,蒸发水份所需热量,物料升温所需热量,干燥器热量 损失,2019/4/14,2、干燥系统的热效率,忽略物料中水分带入的焓,蒸发水分所需的热量为,干燥效率: 汽化湿分所需热量与气体在干燥器中放出的热量之比值。(因为汽化湿分的热量才是有效热量),干燥系统的总效率=热效率干燥效率,2019/4/14,提高热效率的途径 提高空气出口湿度或降低出口温度,措施：t2,H2L=W/(H2-H1)，； 注意： t2,H2湿空气出口相对湿度增大，要注意避免返潮现象的发生； 代价： t2,H2干燥器内湿空气与物料间的传热、传质推动力均下降，干燥时间延长，所需干燥器的体积要增大。,2019/4/14, 提高空气进入干燥器的温度 措施： t1 Qp，若Q一定，则L，；,注意： t1温度较高，对热敏性物料不适用； 代价： t1 预热器所需加热蒸汽的品位高。,2019/4/14, 采用中间加热 措施：湿空气进出口状态不变则采用中间加热器时，干燥器内的平均温度低于没有采用中间加热器的干燥器，热损失降低，从而提高热效率； 代价：需要中间加热器，平均温度低，干燥器体积要增大。,2019/4/14, 部分废气循环 措施：湿空气出口温度若较高，作为废气排放也是一种热量损失，为利用废气的余热，可将其与新鲜空气混合，若与新鲜空气混合后进入预热器则为“先混合、后预热”废气循环流程；若与预热器出口的空气混合后进入干燥器，则为“先预热、后混合”废气循环流程；在循环流程中干燥器平均温度降低，热损失减少，热效率提高； 注意：当干燥器进出口湿空气状态不变时，不论循环方式如何，在等焓条件下其绝干空气消耗量和热量消耗量均与无循环情况的相同； 代价：在干燥器中传热、传质推动力下降，所需干燥器体积增大。,2019/4/14,提高干燥系统热效率的措施,带废气循环的干燥系统（1）,2019/4/14,提高干燥系统热效率的措施,带废气循环的干燥系统（2）,2019/4/14, 改善保温措施,2019/4/14,四、空气通过干燥器时的状态变化,1、等焓干燥过程(绝热干燥过程),规定：,(1) 不向干燥器中补充热量, 即QD=0；,(2) 忽略干燥器向周围散失的热量,即QL=0；,(3) 物料进出干燥器的焓相等，即,将上述条件代入，得,空气通过干燥器时焓恒定，又称为理想干燥过程。,2019/4/14,等焓干燥过程的状态变化,理想干燥 等焓干燥,A,B,C,2019/4/14,空气在干燥过程中的变化,温度 t,湿度 H,相对湿度 ,2019/4/14,2、非等焓干燥过程,1）操作线在过B点等焓线下方 条件： 不向干燥器补充热量QD=0； 不能忽略干燥器向周围散失的热量 QL0； 物料进出干燥器时的焓不相等,2019/4/14,2）操作线在过点B的等焓线上方,向干燥器补充的热量大于损失的热量和加热物料消耗的热量之总和,3）操作线为过B点的等温线,向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥过程在等温下进行,干燥器的热损失不能忽略,物料进出干燥器的焓不相等,需向干燥器补充热量且D足够大，维持 t1= t2,L 0,2019/4/14,非等焓干燥过程的状态变化,实际 干燥,A,B,等温 干燥,升焓 干燥,降焓 干燥,2019/4/14,中间加热干燥过程,2019/4/14,废气循环干燥过程,2019/4/14,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。,2019/4/14,解：因在干燥器内经历等焓过程，,2019/4/14,绝干物料量 ：,绝干空气量,2