干燥过程的物料平衡与热平衡计算

1、干燥过程的物料与热平衡计算K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0表示。水分质量湿物料的总质量xlOO%(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 力表示水分质量湿物料中绝干物料的质量xlOO%(3) 两种含水率的换算关系:2、湿物料的比热与焙(1) 湿物料的比热湿物料的比热可用加和法写成如下形式：c,” = + /CM式中：c,“一湿物料的比热，kJ/(kg绝干物料c)；绝干物料的比热，kJ/(Rg绝干物料c)；c“一物料中所含水

2、分的比热，取值4. 186kj/(zl = C”0式中：&为湿物料的温度，C。3、空气的焙I空气中的焙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 称作比焙，工程中简称为焙。它是指1kg干空气的焙和它相对应的水蒸汽的焙的 总和。空气的焙值计算公式为：I = 1.01t +(2490 +1.88t)/或 1 = (1.01 +1.88/)1 + 2490/式中；I空气(含湿)的焙，kg/kg绝干空气；力一空气的干基含湿量，kg/kg绝干空气；1.01干空气的平均定压比热，kJ/kgK；1.88水蒸汽的定压比热，kJ/kgK；24900C水的汽化潜热，kJ/kgo由上式可以看出，(1.

3、01+1.88Z)t是随温度变化的热量即显热。而2490力则是 0C时办g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:湿空气(入)湿空气(岀)L, H,干燥产品干燥过程(逆流换热)湿物料力2或、G，乙或G，(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:LHx+GXi=LH2+GX2水量平衡vv = l(h2-h,)=g(Z1-Z2)式中：W 单位时间水分的蒸发量，kg/s ；G单位时间绝干物料的流量，Rg绝干物料/s；比,日2分别为干燥介质空气中的进入和排出干燥器的水分含量，灯水/kg绝

4、干空气；厶一单位时间消耗的绝干空气量，kg绝干空气/$。(2) 空气消耗量厶y力)_*h2-hH-H令/为蒸发以g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：J _1w h2-h(3) 干燥产品流量G?&2(1-马)= q(l-)物料平衡则，止-co2式中，型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G?是相对于q而言的，并不是绝干物料，只是含水量较G/、。所以一般 称G,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 0.02kg/kg

5、绝干空气及0.08kg/kg绝干空气，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w0.031 - 0.03=0.0309G = G(1)=2000(1 003)=1940“力w = G(/i -/2)=194O(0.0309 - 0.005) = 50.2/cg/h(2)新鲜空气消耗量厶y已知耳= 002&g/kg绝干气及丹2 =008gg绝干气LW=L( + H)其中一丄=空HH 0.08 -0.02=836.7kg 绝干气/h厶丫 = L(1 + HJ = 836.7 (1 + 0.02)= 853.4kg 湿空气?(3)干燥产品质量流量G.

6、业吨= 2000 (03)249.75 鏡1-1 - 0.05或G2 =Gx -W = 2000 - 50.2 = 1949.8kg/ h5. 干燥系统的热量平衡干燥系统的热量平衡示意图如下:损失0物料6供热0/J； 供热(1) 预热器消耗的热量若忽略预热器的热损失，则0,=厶(人-/)(2) 向干燥器补充的热量比 +GI； + Qd=U2+ G/； + Ql热平衡式中：0,向干燥器补充的热量；Qp 向预热器补充的热量；干燥器损失的热量；I,厂一分别表示绝干空气和物料的焙。故，单位时间向干燥器补充的热量为：QD=L(I2-I)+G(r2-I)+QL若干燥过程中采用输送设备输送物料，则列热量衡算

7、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0”和Qd之和。将 Qp = L(/,-/o)和 Qd= L(I2- /,)+ G(Z；代入 Q 的计算公式整理得：Q = Op +Q = l(z. -z0)+ 厶 _/J+g(/; _/;)+Q = QP + Qd = W(2490 + 1.88r2 -4.186) + GCm(02 - 6,) + L(1.01 + 1.88X/2 -/0)+(?L忽略空气中水汽进入干燥系统的焙的变化和湿物料中水分带入干燥系统的焙，则：Q = Qp+Qd= VV(2490 +1.88r2)+ GC/h(2-,)+1.01

8、L(/2-r0)+ QL各项物理意义：1.01厶(J?-/J 加热空气VV(2490 + 1.88r2) 一蒸发水分GCm (&2 - q)加热湿物料ql 热损失式中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r定义为：_蒸发水分所需的热量 ，一向干燥系统输入的总热量XC蒸发水分所需的热量0,为：Qv =W(2490 +L88/2) - 4.186&”若忽略湿物料中水分带入系统中的焙，上式简化为：Qv aW(2490 +1.88/J此时热效率可表示为：r=VV(2490 +1.88G)xloo%Q6等焙干燥过程：q=qp+qd = Ma 人)+Qd

9、= l(i2 一人)+g(/；/；)+Ol等焙干燥过程(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eD=o；忽略热损失eL = o ；物料进出干燥器的焙相等G(/J-/；)=Oo此时，上式转化为：e=eP = L(/,-/()=L(/2-/()得 ux-u. = u2-u.u =u2 即，等焙过程：(1.01 +1.88Z/.X +2490/7, = (1.01 +1.88Z72)t2 +2490/2热空气显热 热空气潜热冷空气显热冷空气潜热干燥前人干燥后厶或者，(1.01 +1.88H,)t, - (1.01 +1.88H2)t2 =2490(/7,-H,)

10、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： 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。 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，等焙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焙过 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60C,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

11、 w=2000 (0. 12-0. 02) =200kg/h水分蒸发需要的热量QlW (2490+1. 88t2)Qv=200 (2490+1. 88X60)=498000+22560=520560kJ/h潜热显热95.67%4.37%100%向干燥系统的供热量Q二520560/0. 78=667384. 6 kJ/h每 lkg 标煤的发热量=7000X4. 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ti=300C和40(TC分别计算，忽略热空气中的 水分，需要

12、的绝干空气量L。当 t产300C时，LX 1.01X300=667384. 6 得 L二2202. 6 kJ/h 这样，加热空气带走热 2202.6X1.01X60=133476.9 kJ/h 占 20%水分蒸发热520560 kJ/h 占78%其他热损失占2%以上已接近等焙干燥，即：热空气释放出的显热=2202.6X1. 01X (300-60)=533910. 2 kJ/h 与水分蒸发汽化热二498000 kJ/h两者比较相近。当 11=400C 时，解得 L=1610. 6kg/ho这时，加热空气带走热为97603. 9kJ/h,占总热量的14. 6%o水分蒸发热520560kJ/h,占

13、总热量78%。其他热损失：100%-14. 6%-78%二7. 4%。已偏离等焙干燥过程。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 度也会有升髙，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，进一步理解等焙干燥的问题。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1 kg/s.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258C, 水分0. 005kg/kg干空气，经预热后进干燥器的温度为1408C,若离开干燥器的 温度选定为60 C和4CTC,试计算需要的空气消耗能量及预热器的传热效率； 又若

14、空气在干燥器的后续设备中温度下降了 i(rc,试分析以上两种情况下物料 是否返潮？解：因在干燥器经历等焙过程，IUi = Ili2(1.01 +1.88/7 1 + 2490= (1.01 + 1.88H2 2 + 2490 H2tx =14OCHx = H = 0.005 kg/kg 干空气t2 =60C(1.01 + 1.88x0.005)x140 2490x0.005-1.01x60 八小,Z1 厂宀H. = += 0.0363 kg/辰干空气1.88x60 + 24901.88x60 + 2490绝干物料量：Gc =G(l eJ=lx(l 0035)= 09Z, =- = = 0.0363 kg水/kg绝干料1 -9.65z2 = 0.00503 kg 水/kg绝干料绝干空气量：L =_力2)=H十H、=0964kg/s0.965(0.0363 - 0.00503)0.0363 - 0.005预热器的传热效率：Qp =L C” (g -/o)=L(l.Ol+1.88/7oX/l -r() = 0.964(1.01 +1.88x0.005X140-25)=113/5 t2 =40C 时H； =0.0447 kg/kg 干空气Lf= 0.76kg/sQfp=S