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1、10.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算干燥过程的物料衡算与热量衡算10.2.1干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算10.2.2热量衡算热量衡算10.2.3空气出口状态的确定空气出口状态的确定10.2.4干燥器的热效率干燥器的热效率典型的干燥流程典型的干燥流程 ：10.2.1干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算目目的的：确确定定出出湿湿物物料料干干燥燥到到指指定定的的含含水水量量所所需需除除去去的的水分量及所需的空气量水分量及所需的空气量。L, t0, H0, I0t1, H1, I1t2, H2, I2G1, 1, W1G2, 2, W2L QDQP 干燥器物料与热量衡算1 湿物料中含水量湿物
2、料中含水量两种表示方法：两种表示方法：一、湿基含水量一、湿基含水量wkg水水/kg湿物料湿物料二、干基含水量二、干基含水量Xkg水水/kg干物料干物料三、两者关系三、两者关系2干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算干干燥燥流流程程图图预热器预热器L, t0,H0L, t1,H1干干燥燥器器L, t2,H2湿物料湿物料G1,w1,(X1),1产品产品G2,w2,(X2),2新鲜空气新鲜空气废气废气绝干空气质量流量，绝干空气质量流量，kg干气干气/hr物料进出干燥器物料进出干燥器总量，总量，kg物料物料/hr2绝干物料量绝干物料量Gckg干物料干物料/hr3汽化水分量汽化水分量Wkg水水/hr水分汽
3、化量湿物料中水分减少量水分汽化量湿物料中水分减少量湿空气中水分增加量湿空气中水分增加量4、绝干空气用量、绝干空气用量Lkg干气干气/hrkg干气干气/kg水水比空气用量：每汽化比空气用量：每汽化1kg的水所需干空气的量。的水所需干空气的量。（单位空气消耗量）（单位空气消耗量）5湿空气量的表达方式湿空气量的表达方式1）湿空气质量湿空气质量kg湿气湿气/kg水水kg湿气湿气/hr2）湿空气体积湿空气体积m3湿气湿气/kg水水m3湿气湿气/hr3）湿空气密度湿空气密度kg湿气湿气/m3湿气湿气例题例题某干燥器每小时处理盐类结晶某干燥器每小时处理盐类结晶10t，从初含水量，从初含水量10%干燥至干燥至
4、1%（以上均为湿基）。热空气的温（以上均为湿基）。热空气的温度为度为90，相对湿度为，相对湿度为5%。假定为理想干燥过。假定为理想干燥过程，空气离开干燥器的温度为程，空气离开干燥器的温度为65，求：，求：v绝干产品量；除去的水分量；绝干产品量；除去的水分量；v空气消耗量空气消耗量 10.2.2干燥过程的热量衡算干燥过程的热量衡算目的：确定干燥器的所需的加热量或出口空气状态参数。目的：确定干燥器的所需的加热量或出口空气状态参数。基准：连续式干燥器的热量衡算以单位时间为基准，基准：连续式干燥器的热量衡算以单位时间为基准，间歇式干燥器则以一次干燥周期为基准。间歇式干燥器则以一次干燥周期为基准。L,
5、t0, H0, I0t1, H1, I1t2, H2, I2G1, 1, X1G2, 2, X2QLQDQP 干燥器物料与热量衡算QP：预热器内加入热量，：预热器内加入热量，kJ/hr；QD：干燥器内加入热量，：干燥器内加入热量，kJ/hr。外加总热量外加总热量QQPQD汽化汽化1kg水所需热量：水所需热量：kJ/kg水水一、预热器的加热量计算一、预热器的加热量计算QP若忽略热损失，则若忽略热损失，则1.01+1.88H0预热过程为恒湿增温过程预热过程为恒湿增温过程。1.输入量输入量（1）湿物料带入热量）湿物料带入热量二、干燥器的热量衡算二、干燥器的热量衡算I1, L, t1,H1产品产品G2
6、,w2,(X2),2湿物料湿物料G1,w1,(X1),1I2, L, t2,H2废气废气QD干干燥燥器器Cs+X1cw水的比热，水的比热，4.187kJ/kg水水绝干物料比绝干物料比热，热，kJ/kg干料干料（2）空气带入的焓值）空气带入的焓值（3）干燥器补充加入的热量）干燥器补充加入的热量QD2.输出量输出量（1）干物料带出焓值：）干物料带出焓值：（2）废气带出焓值：）废气带出焓值：（3）热损失：）热损失：QL输入输入输出输出例题例题2v干球温度为干球温度为26 ，湿球温度为，湿球温度为23 的新鲜空气，预的新鲜空气，预热到热到95 后送至连续逆流干燥器内，离开干燥器时温后送至连续逆流干燥器
7、内，离开干燥器时温度为度为85 ，相对湿度为，相对湿度为20%。湿物料初始状态为。湿物料初始状态为25 ，含水量，含水量1.5%，终了状态温度为，终了状态温度为34.5 ，含水量，含水量0.2%.每小时有每小时有9200Kg的湿物料送入干燥器，绝干物的湿物料送入干燥器，绝干物料比热容料比热容1.84kJ/（kg绝干物料绝干物料），热损失为），热损失为580 kJ/kg汽化水分。试求：汽化水分。试求：v单位时间获得的产品质量单位时间获得的产品质量v单位时间消耗的新鲜空气质量单位时间消耗的新鲜空气质量v所需补充的热量所需补充的热量3 讨论讨论假设：假设：蒸发水分汽蒸发水分汽化所需热量化所需热量物料
8、升温所需热量物料升温所需热量空气升温所带空气升温所带走的热量走的热量热损失热损失输入热量输入热量输出热量输出热量1.湿物料带入的热量湿物料带入的热量湿物料带入：湿物料带入：GCcm1蒸发水分带入：蒸发水分带入：Wcw11干产品带出干产品带出:GCcm22.空气带入：空气带入：LI1=L(1.01+1.88H1)t1+r0H12空气带出空气带出:LI2=L(1.01+1.88H2)t2+r0H23干燥器内补充加热：干燥器内补充加热： D3干燥器内热损失：干燥器内热损失： L表中表中小结：以干燥器为衡算系统，热量收支情况小结：以干燥器为衡算系统，热量收支情况10.2.3空气出口状态的确定空气出口状
9、态的确定一、等焓干燥过程（绝热干燥过程或理想干燥过程）一、等焓干燥过程（绝热干燥过程或理想干燥过程）空气在进、出干燥器的焓值不变。空气在进、出干燥器的焓值不变。据干燥器热据干燥器热量衡算公式：量衡算公式：等焓过程：等焓过程：无热损失无热损失湿物料不升温湿物料不升温干燥器不补充热量干燥器不补充热量空气放出的显热完全用于蒸发水分所需的潜热，空气放出的显热完全用于蒸发水分所需的潜热，而水蒸汽又把这部分潜热带回到空气中，所以空气而水蒸汽又把这部分潜热带回到空气中，所以空气焓值不变。焓值不变。以上两种干燥过程均为等焓干燥过程。以上两种干燥过程均为等焓干燥过程。即：湿物料中水分带入的热量及干燥器补充的热即
10、：湿物料中水分带入的热量及干燥器补充的热量正好与热损失及物料升温所需的热量相抵量正好与热损失及物料升温所需的热量相抵消，此时，空气的焓值也保持不变。消，此时，空气的焓值也保持不变。若若ABC二、实际干燥过程二、实际干燥过程1.补充热量大于损失的热量补充热量大于损失的热量即在非绝热情况下进行的干燥过程。在非绝热情况下进行的干燥过程。2.补充热量小于损失的热量补充热量小于损失的热量即3.空气出口状态的确定方法空气出口状态的确定方法即确定即确定H2、I2(H2、I2)（1）计算法）计算法（2）图解法）图解法10.2.4干燥器的热效率干燥器的热效率一、热效率一、热效率定义：定义：二、干燥效率二、干燥效
11、率三、影响热效率的因素三、影响热效率的因素但但t2不能过低，一般规定不能过低，一般规定t2比进入干燥器比进入干燥器时空气的湿球温度时空气的湿球温度tw高高2050。u用热空气作干燥介质时，热效率用热空气作干燥介质时，热效率=30-60%；应用部分废气循环时，；应用部分废气循环时，=50-75%； 热空气的漏出或冷空气的漏入会降低干燥器热空气的漏出或冷空气的漏入会降低干燥器的热效率；的热效率； 尽量利用废气中的热量，如用废气预热冷空尽量利用废气中的热量，如用废气预热冷空气或湿物料，减少设备和管道的热损失，都有气或湿物料，减少设备和管道的热损失，都有助于热效率的提高助于热效率的提高10.3 干燥速
12、率和干燥时间干燥速率和干燥时间温度一定，对于一定的湿物料长时间接触湿空气，达到平温度一定，对于一定的湿物料长时间接触湿空气，达到平衡状态。衡状态。平衡蒸气压：平衡状态下湿物料表面的蒸气压。平衡蒸气压：平衡状态下湿物料表面的蒸气压。平衡含水量：平衡状态下物料的含水量。平衡含水量：平衡状态下物料的含水量。10.3.1水分在气、固之间的平衡及干燥平衡曲水分在气、固之间的平衡及干燥平衡曲线线 平衡含水量平衡含水量=f(物料的性质，空气的状态物料的性质，空气的状态)（1）干燥平衡曲线）干燥平衡曲线p-X*(或或p*-X)线线pV=0X=0当当时，时，pVX*当当时，时，SSDTEBCOAppSp*AXS
13、p1pCp*CX* XAXB平衡含水量曲线（ t 常数） -X线线 -X图受温度的影响相对较小图受温度的影响相对较小754210389112611060402080100481216202428 / %X*/kg（水）/100kg（绝对干燥物料） 某些物料的平衡含水量（常温下）1新闻纸2羊毛3消化纤维4丝5皮革6陶土7烟叶8肥皂9牛皮胶10木材11玻璃丝12棉花10.3.2物料中的水分分类物料中的水分分类平衡水分平衡水分自由水分自由水分v按按结合方式结合方式表面吸着水分表面吸着水分毛细管水分毛细管水分溶胀水分溶胀水分v按按能否用干燥除去水分能否用干燥除去水分Pw = PsPw Ps1 分类分类
14、2物料中所含水分的性质物料中所含水分的性质自由水分和平衡水分自由水分和平衡水分平衡水分：用一定状态的湿空气，干燥某湿物料，物料平衡水分：用一定状态的湿空气，干燥某湿物料，物料能够达到的极限含水量称为为对应于该空气状态的平衡能够达到的极限含水量称为为对应于该空气状态的平衡水分。水分。XX*可能被空气干燥的水分可能被空气干燥的水分。 结合水分和非结合水分结合水分和非结合水分结结合合水水分分：固固、液液之之间间结结合合力力较较强强的的水水分分，存存在于物料细胞壁内或毛细管内。在于物料细胞壁内或毛细管内。注：结合水产生的蒸汽压小于同温度下纯水的蒸注：结合水产生的蒸汽压小于同温度下纯水的蒸汽压汽压。非非
15、结结合合水水分分：固固液液之之间间结结合合力力较较弱弱的的水水分分，如如物物料料表面的附着水分，或物料表面大孔内的水分。表面的附着水分，或物料表面大孔内的水分。注：非结合水产生的蒸汽压等于同温度下纯水的蒸汽压。注：非结合水产生的蒸汽压等于同温度下纯水的蒸汽压。（2）非非结结合合水水分分是是在在干干燥燥中中容容易易除除去去的的水水分分，而而结结合合水水分分较较难难除除去去。是是结结合合水水还还是是非非结结合合水水仅仅决决定定于于固固体体物料本身的性质，与空气状态无关。物料本身的性质，与空气状态无关。注意：注意：（1）自由水分是在干燥中可以除去的水分，而平衡水）自由水分是在干燥中可以除去的水分，而
16、平衡水分是不能除去的，自由水分和平衡水分的划分除与物分是不能除去的，自由水分和平衡水分的划分除与物料有关外，还决定于空气的状态。料有关外，还决定于空气的状态。3平衡曲线的应用平衡曲线的应用确定过程进行的方向确定过程进行的方向物料脱水而被干燥； 物料吸水而增湿 ； 相平衡。确定过程的推动力确定过程的推动力 传质推动力：传质推动力：湿份的传递方向，视推动力的方向而定，或增湿或干燥。 传热推动力：传热推动力： 空气的温度与湿物料表面温度之差。 确定在给定干燥介质的条确定在给定干燥介质的条件下，湿物料中可能去除的件下，湿物料中可能去除的水分及干燥后物料的最低含水分及干燥后物料的最低含水量水量 。10.
17、3.210.3.2干燥速率及其影响因素干燥速率及其影响因素1、干燥速率、干燥速率干燥面干燥面积积干燥速率干燥速率,kg/m2s汽化水分量汽化水分量2、干燥曲线和干燥速率曲线、干燥曲线和干燥速率曲线预热阶段预热阶段v 预热阶段预热阶段v 恒速阶段恒速阶段v 降速阶段降速阶段恒速阶段恒速阶段降速阶段降速阶段X0临界点临界点干燥曲线：在相同的干燥条件下，物料干燥至干燥曲线：在相同的干燥条件下，物料干燥至某一含水量时所需的干燥时间及物料表面温度某一含水量时所需的干燥时间及物料表面温度的变化情况。的变化情况。10-16u干燥速率曲线干燥速率曲线临界湿含量临界湿含量3 干燥速率的影响因素干燥速率的影响因素
18、v 恒速阶段恒速阶段v恒速阶段影响因素恒速阶段影响因素q提高空气流速提高空气流速q提高空气温度、降低空气湿度，则推动力增大提高空气温度、降低空气湿度，则推动力增大q与与接触面积有关接触面积有关v 降速阶段影响因素降速阶段影响因素q取决于物料本身的结构、形状和尺寸取决于物料本身的结构、形状和尺寸q内部迁移控制阶段内部迁移控制阶段3、干燥时间的计算、干燥时间的计算（1）恒速干燥阶段时间的计算）恒速干燥阶段时间的计算干燥速率曲线求解干燥速率曲线求解给热系数求解给热系数求解查干燥速率查干燥速率曲线曲线(2)降速阶段干燥时间的计算降速阶段干燥时间的计算图解积分图解积分1/udX解析法解析法10-16u适
19、用于直线适用于直线概念题概念题v间歇干燥，如进入干燥器的空气中水汽分压增间歇干燥，如进入干燥器的空气中水汽分压增加，温度不变，则恒速阶段的物料温度（加，温度不变，则恒速阶段的物料温度（ ），），恒速阶段干燥速率（恒速阶段干燥速率（ ），临界含水量（），临界含水量（ ）（增大、减小、不变、不确定）（增大、减小、不变、不确定）v某干燥器无补充热量及热损失，则空气通过干某干燥器无补充热量及热损失，则空气通过干燥器后，燥器后，t( ), td( ),tw( ),相对湿度（相对湿度（ ），），焓（焓（ ） （增大、减小、不变、不确定）（增大、减小、不变、不确定）v恒定的干燥条件是指空气（恒定的干燥条件是
20、指空气（ ）、（）、（ ）、）、（ ）均不变的干燥过程）均不变的干燥过程v恒速干燥阶段又称（恒速干燥阶段又称（ ）控制阶段，影响该）控制阶段，影响该阶段干燥速率的主要因素是（阶段干燥速率的主要因素是（ ）；降速）；降速干燥阶段又称（干燥阶段又称（ ）控制阶段，影响该阶段）控制阶段，影响该阶段干燥速率的主要因素是（干燥速率的主要因素是（ ）；）；v物料的平衡水分一定是（物料的平衡水分一定是（ ）A 结合水分结合水分 B 非结合水分非结合水分 C 临界水分临界水分 D自由自由水分水分4干燥过程设计参数的确定干燥过程设计参数的确定 进口温度：进口温度： 为了强化干燥过程，降低设备成本，为了强化干燥过
21、程，降低设备成本，应提高空气的入口温度。应提高空气的入口温度。 空气的进口温度与湿度空气的进口温度与湿度 进口湿度：空气的进口湿度愈低，所需的空气进口湿度：空气的进口湿度愈低，所需的空气量就愈少。一般情况下，空气的进口湿度决定于当量就愈少。一般情况下，空气的进口湿度决定于当时当地的大气状态时当地的大气状态。 空气出口温度空气出口温度在并流操作中，一般取气体出口温度比固体出口温度高在并流操作中，一般取气体出口温度比固体出口温度高1020在逆流操作中，一般可选在逆流操作中，一般可选100100作为初步设计值。作为初步设计值。 降低降低空气的出口温度，可减少空气的消耗量、提高空气的出口温度，可减少空
22、气的消耗量、提高热效率、降低操作费用。热效率、降低操作费用。 湿物料的出口温度湿物料的出口温度目目前前还还没没有有较较精精确确的的计计算算公公式式，一一般般取取相相似似于于设设计计条条件下的实验值，或用经验式估算。件下的实验值，或用经验式估算。物料允许的最高温度物料允许的最高温度10.4干燥器干燥器v保证产品质量要求保证产品质量要求v干燥速率高，干燥时间短，减小尺寸及降低干燥速率高，干燥时间短，减小尺寸及降低能耗能耗v干燥器的热效率高干燥器的热效率高v干燥系统流体阻力小干燥系统流体阻力小10.4.1常用工业干燥器常用工业干燥器一、厢式干燥器一、厢式干燥器二、洞道式干燥器二、洞道式干燥器三、气流干燥器三、气流干燥器四、沸腾床干燥器（称流化床干燥器）四、沸腾床干燥器（称流化床干燥器）图1225干燥操作条件的确定与许多因素有关，下面介绍一干燥操作条件的确定与许多因素有关，下面介绍一般的选择原则：般的选择原则：1、干燥介质的选择、干燥介质的选择2、流动方式的选择、流动方式的选择3、干燥介质进口温度的确定、干燥介质进口温度的确定4、干燥介质出口温度干燥介质出口温度t2及相对湿度及相对湿度的确定的确定5、物料离开干燥器的温度物料离开干燥器的温度的确定的确定10.4.2干燥操作条件的确定干燥操作条件的确定
