干燥过程计算

1、 对流干燥过程计算干燥过程是热量、质量同时传递的过程。干燥设备设计及选型要以物料衡算、热量衡算、速率关系及平衡关系作为依据。一、对流干燥过程的物料衡算图1 逆流干燥器物料衡算示意图通过对图1所示的逆流干燥过程的物料衡算，可以求出水分蒸发量、空气消耗量、干燥产品流量等。图中有关符号的意义如下 ： 绝干空气的质量流量，kg绝干空气/s；、进、出干燥器的湿物料的质量流量，kg湿物料/s；湿物料中绝干物料的质量流量，kg绝干物料/s；、湿物料进、出干燥器的干基含水量，kg水/kg绝干物料；、湿物料进、出干燥器的湿基含水量；rH1、rH2湿空气进、出干燥器的湿度，kg水/kg绝干空气。（一）水分蒸发量的

2、计算1.湿物料中含水量的表示方法（1）湿基含水量。湿物料中水分的质量占湿物料总质量的百分数称为湿基含水量，以w表示，其表达式为：×100% （1）（2）干基含水量。干基含水量是以绝干物料为基准的水分含量的表示法，是指湿物料中的水分的质量与湿物料中绝干物料的质量之比，以表示，其表达式为： ， kg水/kg绝干物料 （2）湿基含水量与干基含水量的关系为： ； 在干燥过程中，湿物料的质量逐渐减少，绝干物料的质量恒定不变。因此，用干基含水量进行计算较为方便。2.水分蒸发量W的计算对图6-11所示逆流干燥器作水分的物料衡算，以1s为计算基准。若干燥过程中无物料损失，则 （3）式中 水分蒸发量，

3、kg水/s。上式表明湿物料的水分蒸发量W等于湿空气中水分的增加量。（二）空气消耗量L 的计算因为 所以 （kg绝干空气/s） （4）令 （kg绝干空气/kg水） （5）式中 l单位空气消耗量，即每蒸发1kg的水分所消耗的绝干空气量。由于湿空气中的绝干空气在干燥过程中为恒定值，作物料衡算时采用绝干空气量作为计算基准可使计算简化，但实际进入干燥器的是湿空气，故计算出后还应换算成湿空气的消耗量 （6）式中 新鲜空气消耗量，kg新鲜湿空气/s。湿空气体积为： ， m3湿空气/s (7)（三）干燥产品量的计算进、出干燥器的绝干物料质量分别为：， 所以 （8）【例1】 在一连续干燥器中，每小时将5000k

4、g湿物料由含水量6干燥至0.6（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水/kg绝干空气和0.08水/kg绝干空气。假设干燥过程中无物料损失，试求水分蒸发量、新鲜湿空气消耗量和干燥产品量。解：计算水分蒸发量： (kg水/kg绝干物料)( kg水/kg绝干物料)( kg/h) (kg水分/h)计算新鲜湿空气消耗量：rH1=0.02(kg/kg绝干空气)；rH2=0.08 (kg/kg绝干空气) (kg绝干空气/h) (kg新鲜湿空气/h)计算干燥产品量： (kg干燥产品/h)二、对流干燥过程热量衡算图2为连续干燥过程的热量衡算示意图。通过干燥器的热量衡算可以求得：

5、干燥系统中预热器消耗的热量、向干燥器补充的热量及干燥过程消耗的总热量，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等的依据。 图2 连续干燥过程的热量衡算示意图干燥过程中，温度为，湿度为rH0，焓为H0的新鲜空气，经预热器加热后送入干燥器。空气预热后的状态为、rH1（rH1= rH0）和H1。设在连续干燥器中热空气与湿物料进行逆流接触，离开干燥器时空气的湿度增加而温度下降，空气的状态变为、rH2和H2，绝干空气流量为kg/s。固体物料进、出干燥器的质量流量分别为、，温度分别为、，干基含水量分别为、，焓分别为H1和H2，绝干物料的质量流量为。由流程图可知，单位时间内系

6、统的热交换情况为：预热器消耗的热量为，向干燥器内补加的热量为，干燥器向周围损失的热量为。（一）预热器消耗热量的计算 对图6-12热量衡算示意图的预热器作热量衡算，若忽略热损失，则 （9）式中 单位时间内预热器消耗的热量，kW。 （二）、干燥器补充热量的计算对热量衡算示意图的干燥器作热量衡算：或 （10）式中 单位时间内向干燥器补充的热量，kW；单位时间内干燥器向周围损失的热量，kW。（三）干燥系统消耗总热量的计算干燥系统消耗的总热量为干燥器补充的热量与预热器消耗的热量之和，即 （11）式中 单位时间内干燥系统消耗的总热量，kW。通过对干燥过程简化处理推导出干燥系统消耗的总热量为 （12）其中湿

7、物料的平均比热容可用加和法求得 (13) 式中 绝干物料的比热容， kJ/（kg绝干物料）；水的比热容，kJ/（kg),=4.187(kJ/kg.)。【例2】用热空气干燥某湿物料，要求干燥产品为0.1kg/s，进干燥器时湿物料温度为15，含水量为13（湿基）。出干燥器的产品温度为40，含水量为1（湿基）。原始空气的温度为15，湿度为0.0073kg水/kg绝干空气，在预热器中加热至100进入干燥器，出干燥器时的废气温度为50，湿度为0.0235 kg水/kg绝干空气。已知绝干物料的平均比热容为1.25(kJ/kg)，干燥器内不补充热量。试求：（1）当预热器中采用200kPa饱和水蒸汽作热源，每

8、小时需消耗的蒸汽量为多少？（2）干燥系统的热损失量为多少kW？图3 例2 附图解：根据题意画出该对流干燥系统的示意图，取1s为基准。（1）计算预热器中蒸汽用量，应先通过物料衡算求出水分蒸发量和空气消耗量。将物料的湿基含水量换算为干基含水量。(kg水/kg绝干物料)(kg水/kg绝干物料)(kg/s)(kg水/s)(kg绝干空气/s)(kW)当采用200kPa的饱和水蒸气作热源时，由附录查得水蒸气的汽化热为2205kJ/kg，则加热蒸气消耗量为(kg/s)=120(kg/h)（2）干燥系统的热损失由题意可知：（kg/kg） =5.17(kW) 热损失占加入总热量的百分率为： 由以上计算结果可以看

9、出，干燥系统预热器供热量用于加热空气、蒸发物料中水分、加热湿物料和补偿干燥器的热损失。三、空气通过干燥器时的状态变化分析 对干燥系统进行物料衡算和热量衡算时，必须确定空气离开干燥器时的状态参数，而这些状态参数与空气通过干燥器时所经历的变化过程有关。在干燥器中空气与物料间既有热量传递又有质量传递，同时还要受向干燥器补加的热量以及热损失的影响，所以状态变化过程比较复杂，一般根据空气在干燥器内焓的变化情况，将干燥过程分为等焓干燥过程和非等焓干燥过程。1、等焓干燥过程对干燥器作热量衡算，以1为基准， 则即 （14）若不向干燥器内补充热量，即；忽略干燥器向周围散失的热量，即；物料进、出干燥器的焓相等，即

10、。则，即。上式表明空气通过干燥器中所经历的变化过程是一个等焓干燥过程。等焓干燥过程又称为绝热干燥过程，实际干燥中很难实现等焓干燥过程，故称为理想干燥过程。 等焓干燥过程中空气离开干燥器的状态，可由已知离开干燥器的空气温度 和在TrH图上确定。设新鲜空气温度为，相对湿度为，经预热器后温度升高为，而离开干燥器时的温度已测知为t2，则空气经过等焓干燥过程时，状态变化可表示在图4中。图中点表示新鲜空气的状态，在预热器中预热后温度升为而湿度不变，所以由点沿等湿线向右与交于，此点即表示为进干燥器时空气的状态。由于在干燥器中空气状态变化过程是一个等焓过程，因此由点沿等焓线向左上方与线相交于C， C点即表示空

11、气出干燥器时的状态。图4 等焓干燥过程空气状态的变化2、非等焓干燥过程非等焓干燥过程又称为实际干燥过程，非等焓干燥过程可能有以下三种情况。1.操作线在等焓变化过程BC线的下方这种干燥过程的条件为：不向干燥器补充热量，即；不能忽略干燥器向周围的热损失，即；物料进、出干燥器的焓不相等，即。将以上假设代入式（6-27）整理后得：即H1H2。上式说明空气离开干燥器的焓H2小于进干燥器的焓H1,这种过程的操作线BC1应在BC线的下方。如图6-15所示。2.操作线在等焓变化过程BC线的上方若向干燥器补充的热量大于损失的热量与加热物料消耗的热量之和，即将此关系代入式（6-27）整理后得 即H1H2上式说明空

12、气离开干燥器时的焓H2大于进入干燥器时的焓H1,这种过程的操作线BC2应在BC线的上方。如图6-15所示。3.操作线为过点的等温线若向干燥器补充适当的热量，恰使干燥过程在等温条件下进行，即空气在干燥过程中维持恒定的温度t1，其操作线为过点的等温线，如图5中BC3所示。上面定性分析了实际干燥过程中干燥器内空气状态所经历的变化情况，至于空气离开干燥器时的状态应根据具体条件进行确定。图5 实际干燥空气状态的变化四、干燥器的热效率和干燥效率1、干燥器的热效率干燥器的热效率是衡量干燥器操作性能的一个重要指标。干燥器的热效率高，表明热的利用程度好，操作费用低，使产品成本降低。干燥器的热效率定义为： （14）或 （15）若蒸发水分量为，空气出干燥器时温度为，物料进干燥器温度为，则干燥器内蒸发水分所需热量可用下式表示： （16）提高空气的预热温度，可提高干燥器的热效率。空气预热温度高，单位质量干空气携带的热量多，干燥过程所需要的空气量少，废气带走的热量相应减少，故热效率得以提高。但是，空气的预热温度应以湿物料不致在高温下受热破坏为限。对不能经受高温的材料，采用中间加热的方式，即在干燥器内设置一个或多个中间加热器，往往可提高热效率