干燥过程的物料衡算与热量衡算培训课件

8.3.5干燥器的热效率8.3.2干燥过程的物料衡算8.3.3干燥过程的热量衡算8.3.4干燥器空气出口状态的确定8.3干燥过程的物料衡算与热量衡算8.3.1 湿物料中含水量8.3干燥过程的物料衡算与热量衡算进行干燥计算，必须解决干燥中湿物料去除的水分量及所需的热空气量。干燥过程是热、质同时传递的过程。湿物料中的水分量如何表征呢？一、湿基含水量w:[kg水/kg湿物料]8.3.1 湿物料中含水量湿物料中含水量有两种表示方法：（8-33）水分在湿物料中的质量百分数。二、干基含水量X[kg水/kg干物料]三、两者关系:湿物料中的水分与绝干物料的质量比。（8-34）（8-35）（8-36）w与X之间的换算关系的推导：设：水分质量为mw

，绝干料质量为mc。则二式相除得：由

可推得干燥过程中，湿物料的质量是变化的，而绝干物料的质量是不变的。说明：因此，用干基含水量计算较为方便。8.3.2干燥过程的物料衡算湿物料与热空气并流进入干燥器，连续操作图9-10干燥器物料衡算W

——单位时间内汽化的水分量，kg/s。符号说明：G1——湿物料进口的质量流率，kg/s；G2——产品出口的质量流率，kg/s；Gc——绝干物料的质量流率，kg/s；w1

——物料的初始湿含量；w2

——产品湿含量；L

——绝干气体的质量流率，kg/s；H1

——气体进干燥器时的湿度；H2——气体离开干燥器时的湿度；通过干燥过程程的物料衡算算，可确定出出将湿物料干干燥到指定的的含水量所需需除去的水分分量及所需的的空气量。目的：从而确定在给给定干燥任务务下所用的干干燥器尺寸，，并配备合适适的风机。出干燥器的绝绝干物料=入干燥器的绝绝干物料（8-37））一、绝干物料料量Gc[kg干物料料/hr]则（8-38））二、湿物料的的水分蒸发量量W[kg水水/h]通过干燥器的的湿空气中绝绝干空气量是是不变的，又又因为湿物料料中蒸发出的的水分被空气气带走，故湿湿物料中水分分的减少量等等于湿物料中中水分汽化量量等于湿空气气中水分增加加量。即：水分汽化量＝＝湿物料中水水分减少量＝湿空气中水水分增加量（8-39））三、绝干空气用量L[kg干气气/h][kg干气/kg水]l称为比空气用用量，即每汽汽化1kg的的水所需干空空气的量。（单位空气消消耗量）（8-40））（8-41））因为空气在预预热器中为等等湿加热，所所以H0＝H1；因此l只与空气的初初、终湿度有有关，而与路路径无关，是是状态函数。。（8-42））四、湿空气参参数1、湿空气用用量：kg湿气/hkg湿气/kg水（8-43））（8-44））2、湿空气体体积：m3湿气/hm3湿气/kg水水（8-45））（8-46））VH——压压力P、温度度t下湿空空气比比容。。[m3湿气/kg干气]3.湿湿空空气密密度度：[kg湿气气/m3湿气]（8-47）例、用用干干燥器器对某某盐类类结晶晶进行行干燥燥，一一昼夜夜将10吨吨湿物物料，，由最最初湿湿含量量10%干干燥到到最终终湿含含量1%（（以上上均为为湿基基），，经预预热器器后的的空气气的温温度为为373K，相对对湿度度为5%，空空气离离开干干燥器器时的的温度度为338K，相对对湿度度为25%，且且已知知进预预热器器前空空气温温度为为293K。当当338K时，，水的的饱和和蒸气气压为为101.3kPa。试求：（1）产产品的质质量流率率kg·h-1；（2）如如干燥器器的截面面为园形形，假设设热空气气在干燥燥器的线线速度为为0.4，m·s-1干燥器的的直径。。如图所示示：解：（1）（2）思考路线p1即为373K或100℃℃时水的饱和和蒸气压，应应为1大气压压，即101.3kPa。湿空气比容，，按进入干燥燥器的空气状状态计算，即即T1、H1。湿空气流量为为：干燥器直径：：8.3.3干干燥过过程的热量衡衡算通过干燥器的的热量衡算，，可以确定物物料干燥所消消耗的热量或或干燥器排出出空气的状态态。作为计算空气气预热器和加加热器的传热热面积、加热热剂的用量、、干燥器的尺尺寸或热效率率的依据。湿物料Gc,

X1,1,I’1干燥产品Gc,

X2,2,I’2热气体L,H1,t1,I1湿废气体L,H2,t2,I2湿气体L,H0,t0,I0QpQdQl预热器干燥器图8-11干干燥器热量量衡算一、流程图符号说明：θ1、θ2——分分别为为湿物物料进进入和和离开开干燥燥器时时的温度度；温度为为t0，湿度度为H0，焓为为I0的新鲜空空气，经经加热后后的状态态为t1、H1、I1，进入干干燥器与与湿物料料接触，，增湿降降温，离离开干燥燥器时状状态为t2、H2、I2，固体物物料进、、出干燥燥器的流流量为G1、G2，温度为为θ1、θ2，含水量量为X1、X2。通过流程程图可知知，整个个干燥过过程需外外加热量量有两处处，预热热器内加加入热量量Qp，干燥器器内加入入热量Qd。外加总热热量Q＝＝Qp＋Qd。将Q折合合为汽化化1kg水分所所需热量量（8-48）二、预热热器热量量衡算（8-49）若忽略热热损失，，以1[s]为基准准，对上上图预热热器列焓焓衡算：故单位时时间内预预热器消消耗的热热量为：（8-50）三、干燥燥器的热热量衡算算对上图干干燥器列列焓衡算算，以1[s]为基准准，得：物料基准准：绝干干物料（（入方、、出方Gc不变）QL——为热热损失（8-51）故单位时时间内向向干燥器器补充的的热量为为：（8-52）联立式（8-50）和（8-52）得：式（8-50）、、（8-52）、（（8-53））为连续干干燥系统统中热量量衡算的的基本方方程式。（8-53）（8-54）而：式中：新鲜空气气L（湿湿度为H0）被加热热至t2所需的热热量：原湿物料料G2从θ1被加热至至θ2后离开干干燥器，，所耗热量为：：水分W由液态温温度θ1被加热并并汽化，，在温度度t2下以气态态形式离离开干燥燥器所需需热量为为：（8-55）Cm——湿物料的的比热容容，kJ/kg绝干料℃℃；式中：湿物料的的比热容容可用加加和法求求算；Cs——绝干物料料的比热热容，kJ/kg绝干料℃℃；Cw——水分的比比热容，，kJ/kg水分℃；；（8-56）将（8-54）、（（8-56）代代入（（8-53）得得：（8-57）若忽略空空气中水水气进出出干燥系系统的焓的变化化L1.88H0（t2-t0）和湿物料中中水分代代入干燥系统统的焓（W4.187θ1），则（8-57）变为：（8-58）上式表明明：干燥燥系统的的总热量量消耗于于：（1）加热热空气气；（3）蒸发发水分分；（2）加热热湿物料料；（4）损失失于周周围环环境中中（设设备热热损失失）；；热效率率高，，表明明热的的利用用程度度好，，操作作费用用低，，同时时可合合理利利用能能源，，使产产品成成本降降低。。干燥器器的热热效率率是干干燥器器操作作性能能的一一个重重要指指标。。因此，，在操操作过过程中中，希希望获获得尽尽可能能高的的热效效率。。四、干干燥设设备的的热效效率1、热热效率率（8-59）式中：：QV——蒸蒸发水水分所所需要要的热热量；；Q——总总耗热热；若忽略略湿物料料中水水分代代入的的焓，上上式变变为为：则（8-60）2、提高高热效效率途途径1）当当t0，t1一定时时，t2要比热热空气气进入入干燥燥器时时的湿湿球温温度tw高2050℃。因此在在设计计时规规定：：2）当当t0，t2一定时时，不能经经受高高温的的材料料，采采用中中间加加热的的方式式，即即在干干燥器器内设设置一一个或或多个个中间间加热热器，，往往往可提提高热热效率率。提高空空气的的预热热温度度，可可提高高热效效率。。空气预预热温温度高高，单单位质质量干干空气气携带带的热热量多多，干干燥过过程所所需要要的空空气量量少，，废气气带走走的热热量相相应减减少，，故热热效率率得以以提高高。但是，，空气气的预预热温温度应应以湿湿物料料不致致在高高温下下受热热破坏坏为限限。3）回回收废废气中中热量量4）加加强管管道保保温，，减少少热损损失尽量利利用废废气中中的热热量，，如用用废气气预热热冷空空气或或湿物物料，，或将废废气循循环使使用，，有助于于热效效率的的提高高。减少设设备和和管道道的热热损失失，同同样有有助于于热效效率的的提高高。8.3.4空空气出出口状状态的的确定定由于空空气在在干燥燥器内内发生生增湿湿降温温变化化过程程，如如何确确定废废气出出口状状态，，需对对不同同干燥燥过程程进行行分析析。一、等等焓干干燥过过程（（绝热热干燥燥过程程或理理想干干燥过过程））等焓干燥燥过程程是指指干燥燥在绝绝热情情况下下进行行的，，空气气进出出干燥燥器的的焓值值不变变。即：（8-61）图8-12干干燥流流程图图过程分分析：：通常QD=0、、QL=0、物料料带进进、带带出的的热量量均可可忽略略不计计，则：（8-61）式（8-61））说明明：空空气通通过干干燥器器时焓焓恒定定，即即等焓焓过程程；实实际操操作中中很难难实现现等焓焓过程程，故故这个个过程程又称称理想想等焓焓过程程。图8-13等等焓过过程IHBCAI0I1=I2H0=H1H2t0t1t2φ2φ1φ0φ=1理想干干燥过过程（（又称称等焓焓干燥燥过程程）（8-62）等焓干干燥过过程有有以下下两种种情况况：A、整整个干干燥过过程无无热损损失、、湿物物料不不升温温、干干燥器器不补补充热热量、、湿物物料中中汽化化水分分带入入的热热量很很少。。B、干燥过过程中湿物物料中水分分带入的热热量及补充充的热量刚刚好与热损损失及升温温物料所需需的热量相相抵消。二、实际干干燥过程（（非绝热过过程）很显然，只只有在保温温良好的干干燥器和湿湿物料进出出干燥器温温度相差不不大的情况况下，才可可近似当作作等焓过程程处理。由于对干燥燥器的绝热热保温很难难，因此实实际干燥过过程是在非非绝热情况况下进行的的，非等温过程有有下面三种种情况，要要弄清楚不不能按等焓焓过程计算算。1、操作线是在在B点的等焓线之下：：条件：1）QD=0（不向干干燥器补充热热量）2）QL≠0（干燥器器损失的能量量不能忽略））3）G（I2′-I1′)≠0（进进出干燥器时时物料的焓不不相相等等））将以以上上三三个个条条件件代代入入下下式式：：（8-63））其中中：：（8-64））即：：（8-65））得：：式（（8-65））说说明明：：空空气气离离开开干干燥燥器器的的焓焓I2小于于进进入入干干燥燥器器时时的的焓I1，这这种种过过程程的的操操作作线线BG应应在在BC线线的的下下方方。。如如图图8-14，，BG线线上上任任意意点点指指示示的的空空气气焓焓值值小小于于同同湿湿度度下下BC线线上上相相应应的的焓焓值值；；2、操作线是是在过B点的等焓线上方方：若向干燥器器补充的热热量大于损损失的热量量和加热物物料消耗的的热量总和和，即：条件：（8-66）将上式代代入式（8-63）中：（8-67）即：（8-68）这种情况下下，操作线在等等焓线上方，，如图8-14中BC2线；3、操作线为为过B点的等温线重合合：若向干燥器器补充的热热量足够多多，恰使干干燥过程在在等温下进行行，即干燥过程中中维持恒定定的温度t1，这种过程的的操作线为为过B点的等温线，如图8-14中BC3线所示；IHABCGC2C3I0t0t1Φ=1End图8-14非绝热热过程图9-10干燥器器物料衡算算图9-10干燥器器物料衡算算图9-10干燥器器物料衡算算湿物料Gc,

X1,1,I’1干燥产品Gc,

X2,2,I’2热气体L,H1,t1,I1湿废气体L,H2,t2,I2湿气体L,H0,t0,I0QpQdQl预热器干燥器图8-11干燥器器热量衡算算湿物料Gc,

X1,1,I’1干燥产品Gc,

X2,2,I’2热气体L,H1,t1,I1湿废气体L,H2,t2,I2湿气体L,H0,t0,I0QpQdQl预热器干燥器图8-11干燥器器热量衡算算湿物料Gc,

X1,1,I’1干燥产品Gc,

X2,2,I’2热气体L,H1,t1,I1湿废气体L,H2,t2,I2湿气体L,H0,t0,I0QpQdQl预热器干燥器图8-11干燥器器热量衡算算（8-50）（8-52）（8-53）（8-54）（8-56）IHABCGC2C3I0t0t1Φ=1图8-14非绝热热过程IHABCGC2C3I0t0t1Φ=1图8-14非非绝热过过程IHABCGC2C3I0t0t1Φ=1图8-14非非绝热过过程图8-12干干燥流程程图图8-12干干燥流程图图9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。13:13:5513:13:5513:1312/29/20221:13:55PM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。12月月-2213:13:5513:13Dec-2229-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。13:13:5513:13:5513:13Thursday,December29,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2213:13:5513:13:55December29,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。29十十二二月月20221:13:55下下午午13:13:5512月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月221:13下下午12月-2213:13December29,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/2913:13:5513:13:5529December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。1:13:55下午午1:13下午午13:13:5512月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。13:13:5513:13:5513:1312/29/20221:13:55PM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2213:13:5513:13Dec-2229-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。13:13:5513:13:5513:13Thursday,December29,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。。。12月月-2212月月-2213:13:5613:13:56December29,202214、意意志志坚坚强强的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥块块一一样样任任意意揉揉捏捏。。29十十二二月月20221:13:56下下午午13:13:5612月月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荆门门九派派通。。。。十二月月221:13下下午12月-2213:13December29,202216、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2022/12/2913:13:5613:13:5629December2