干燥過程的物料平衡與熱平衡計算

1、干燥過程的物料與熱平衡計算K濕物料的含水率濕物料的含水率通常用兩種方法表示。(1) 濕基含水率：水分質(zhì)量占濕物料質(zhì)量的百分數(shù)，用0表示。水分質(zhì)量濕物料的總質(zhì)量xlOO%(2) 干基含水率：由于干燥過程中，絕干物料的質(zhì)量不變，故常取絕干物料 為基準(zhǔn)定義水分含量。把水分質(zhì)量與絕干物料的質(zhì)量之比定義為干基含水率，用 力表示水分質(zhì)量濕物料中絕干物料的質(zhì)量xlOO%(3) 兩種含水率的換算關(guān)系:2、濕物料的比熱與焙(1) 濕物料的比熱濕物料的比熱可用加和法寫成如下形式：c,” = + /CM式中：c,“一濕物料的比熱，kJ/(kg絕干物料c)；絕干物料的比熱，kJ/(Rg絕干物料c)；c“一物料中所含水

2、分的比熱，取值4. 186kj/(zl = C”0式中：&為濕物料的溫度，C。3、空氣的焙I空氣中的焙值是指空氣中含有的總熱量。通常以干空氣中的單位質(zhì)量為基準(zhǔn) 稱作比焙，工程中簡稱為焙。它是指1kg干空氣的焙和它相對應(yīng)的水蒸汽的焙的 總和?？諝獾谋褐涤嬎愎綖椋篒 = 1.01t +(2490 +1.88t)/或 1 = (1.01 +1.88/)1 + 2490/式中；I空氣(含濕)的焙，kg/kg絕干空氣；力一空氣的干基含濕量，kg/kg絕干空氣；1.01干空氣的平均定壓比熱，kJ/kgK；1.88水蒸汽的定壓比熱，kJ/kgK；24900C水的汽化潛熱，kJ/kgo由上式可以看出，(1.

3、01+1.88Z)t是隨溫度變化的熱量即顯熱。而2490力則是 0C時辦g水的汽化潛熱。它是隨含濕量而變化的，與溫度無關(guān)，即“潛熱”。4、干燥系統(tǒng)的物料衡算干燥系統(tǒng)的示意圖如下:濕空氣(入)濕空氣(岀)L, H,干燥產(chǎn)品干燥過程(逆流換熱)濕物料力2或、G，乙或G，(1) 水分蒸汽量W按上述示意圖作干燥過程中的0水量與物料平衡，假設(shè)干燥系統(tǒng)中無物料損失，則:LHx+GXi=LH2+GX2水量平衡vv = l(h2-h,)=g(Z1-Z2)式中：W 單位時間水分的蒸發(fā)量，kg/s ；G單位時間絕干物料的流量，Rg絕干物料/s；比,日2分別為干燥介質(zhì)空氣中的進入和排出干燥器的水分含量，燈水/kg絕

4、干空氣；厶一單位時間消耗的絕干空氣量，kg絕干空氣/$。(2) 空氣消耗量厶y力)_*h2-hH-H令/為蒸發(fā)以g水分消耗的絕干空氣量，稱為單位空氣消耗量，則由上式得 出：J _1w h2-h(3) 干燥產(chǎn)品流量G?&2(1-馬)= q(l-)物料平衡則，止-co2式中，型分別為物料進和出干燥器的濕基含水量。需要指出的是，干 燥產(chǎn)品G?是相對于q而言的，并不是絕干物料，只是含水量較G/、。所以一般 稱G,為干燥產(chǎn)品，以區(qū)別于絕干物料G。例題：在一連續(xù)干燥器中，將每小時2000kg濕物料由含水量3%干燥至0. 5%(均 為濕基)，以熱空氣為干燥介質(zhì)，空氣進出干燥器的濕度分別為 0.02kg/kg

5、絕干空氣及0.08kg/kg絕干空氣，假設(shè)干燥過程無物料損失，試求水 分蒸發(fā)量，新鮮空氣消耗量和干燥產(chǎn)品量。解：(1)水分蒸發(fā)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)新鮮空氣消耗量厶y已知耳= 002&g/kg絕干氣及丹2 =008gg絕干氣LW=L( + H)其中一丄=空HH 0.08 -0.02=836.7kg 絕干氣/h厶丫 = L(1 + HJ = 836.7 (1 + 0.02)= 853.4kg 濕空氣?(3)干燥產(chǎn)品質(zhì)量流量G.

6、業(yè)噸= 2000 (03)249.75 鏡1-1 - 0.05或G2 =Gx -W = 2000 - 50.2 = 1949.8kg/ h5. 干燥系統(tǒng)的熱量平衡干燥系統(tǒng)的熱量平衡示意圖如下:損失0物料6供熱0/J； 供熱(1) 預(yù)熱器消耗的熱量若忽略預(yù)熱器的熱損失，則0,=厶(人-/)(2) 向干燥器補充的熱量比 +GI； + Qd=U2+ G/； + Ql熱平衡式中：0,向干燥器補充的熱量；Qp 向預(yù)熱器補充的熱量；干燥器損失的熱量；I,廠一分別表示絕干空氣和物料的焙。故，單位時間向干燥器補充的熱量為：QD=L(I2-I)+G(r2-I)+QL若干燥過程中采用輸送設(shè)備輸送物料，則列熱量衡算

7、式時應(yīng)計入該裝置帶入與帶出的熱量。(3) 干燥系統(tǒng)消耗的總熱量干燥系統(tǒng)消耗的總熱量Q為0”和Qd之和。將 Qp = L(/,-/o)和 Qd= L(I2- /,)+ G(Z；代入 Q 的計算公式整理得：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忽略空氣中水汽進入干燥系統(tǒng)的焙的變化和濕物料中水分帶入干燥系統(tǒng)的焙，則：Q = Qp+Qd= VV(2490 +1.88r2)+ GC/h(2-,)+1.01

8、L(/2-r0)+ QL各項物理意義：1.01厶(J?-/J 加熱空氣VV(2490 + 1.88r2) 一蒸發(fā)水分GCm (&2 - q)加熱濕物料ql 熱損失式中C”,為濕物料進出干燥器時的比熱取平均值。(4) 干燥系統(tǒng)的熱效率通常將干燥系統(tǒng)的熱效率r定義為：_蒸發(fā)水分所需的熱量 ，一向干燥系統(tǒng)輸入的總熱量XC蒸發(fā)水分所需的熱量0,為：Qv =W(2490 +L88/2) - 4.186&”若忽略濕物料中水分帶入系統(tǒng)中的焙，上式簡化為：Qv aW(2490 +1.88/J此時熱效率可表示為：r=VV(2490 +1.88G)xloo%Q6等焙干燥過程：q=qp+qd = Ma 人)+Qd

9、= l(i2 一人)+g(/；/；)+Ol等焙干燥過程(絕熱干燥過程)：氣體放出的顯熱全部用于濕分汽化。規(guī)定如下：不向干燥器補充熱量eD=o；忽略熱損失eL = o ；物料進出干燥器的焙相等G(/J-/；)=Oo此時，上式轉(zhuǎn)化為：e=eP = L(/,-/()=L(/2-/()得 ux-u. = u2-u.u =u2 即，等焙過程：(1.01 +1.88Z/.X +2490/7, = (1.01 +1.88Z72)t2 +2490/2熱空氣顯熱 熱空氣潛熱冷空氣顯熱冷空氣潛熱干燥前人干燥后厶或者，(1.01 +1.88H,)t, - (1.01 +1.88H2)t2 =2490(/7,-H,)

10、熱空氣放出顯熱蒸發(fā)水分汽化熱等換干燥過程有以下兩種情況： 整個干燥過程無熱量損失，濕物料不升溫，干燥器不補充熱量，濕物料中 汽化水分帶走的熱量很少。 干燥過程中濕物料中水分帶入熱量及補充的熱量剛好與熱損失及升溫物 料所需熱量相抵消?？傊?，等焙干燥過程是一種簡化了的理想干燥過程。很顯然，只有在保溫良 好的干燥器和濕物料進出干燥器溫度相差不大的情況下才可以近似當(dāng)做等焙過 程處理。干燥系統(tǒng)計算例題例1：利用熱風(fēng)干燥濕精礦粉。濕精礦量2t/h,濕基含水12%,干燥 后精礦含水2% (濕基)，干燥后的熱風(fēng)溫度60C,若系統(tǒng)的干燥效率 為78. 0%,求向該干燥系統(tǒng)的供熱量？折合標(biāo)煤量多少？解：水分蒸發(fā)量

11、 w=2000 (0. 12-0. 02) =200kg/h水分蒸發(fā)需要的熱量QlW (2490+1. 88t2)Qv=200 (2490+1. 88X60)=498000+22560=520560kJ/h潛熱顯熱95.67%4.37%100%向干燥系統(tǒng)的供熱量Q二520560/0. 78=667384. 6 kJ/h每 lkg 標(biāo)煤的發(fā)熱量=7000X4. 186=29302 kJ /kg折合成標(biāo)煤量=667384. 6/29302=22. 8 kg/h那么，需要向干燥系統(tǒng)供應(yīng)多少熱風(fēng)呢？首先需要確定熱風(fēng)的初 始溫度，現(xiàn)按初始風(fēng)溫ti=300C和40(TC分別計算，忽略熱空氣中的 水分，需要

12、的絕干空氣量L。當(dāng) t產(chǎn)300C時，LX 1.01X300=667384. 6 得 L二2202. 6 kJ/h 這樣，加熱空氣帶走熱 2202.6X1.01X60=133476.9 kJ/h 占 20%水分蒸發(fā)熱520560 kJ/h 占78%其他熱損失占2%以上已接近等焙干燥，即：熱空氣釋放出的顯熱=2202.6X1. 01X (300-60)=533910. 2 kJ/h 與水分蒸發(fā)汽化熱二498000 kJ/h兩者比較相近。當(dāng) 11=400C 時，解得 L=1610. 6kg/ho這時，加熱空氣帶走熱為97603. 9kJ/h,占總熱量的14. 6%o水分蒸發(fā)熱520560kJ/h,占

13、總熱量78%。其他熱損失：100%-14. 6%-78%二7. 4%。已偏離等焙干燥過程。需要說明的是，例1中當(dāng)空氣加熱到400度時，通常干燥后的熱風(fēng)溫 度也會有升髙，這將涉及到更多熱交換的問題，本例不再深述。本例 只是想通過二種不同溫度對比，進一步理解等焙干燥的問題。例2：某種濕物料在常壓氣流干燥器中進行干燥，濕物料的流量為1 kg/s.初始 濕基含水量3. 5%,干燥產(chǎn)品的濕基含水量為0.5%。空氣狀況為：初始濃度258C, 水分0. 005kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱后進干燥器的溫度為1408C,若離開干燥器的 溫度選定為60 C和4CTC,試計算需要的空氣消耗能量及預(yù)熱器的傳熱效率； 又若

14、空氣在干燥器的后續(xù)設(shè)備中溫度下降了 i(rc,試分析以上兩種情況下物料 是否返潮？解：因在干燥器經(jīng)歷等焙過程，IUi = Ili2(1.01 +1.88/7 1 + 2490= (1.01 + 1.88H2 2 + 2490 H2tx =14OCHx = H = 0.005 kg/kg 干空氣t2 =60C(1.01 + 1.88x0.005)x140 2490x0.005-1.01x60 八小,Z1 廠宀H. = += 0.0363 kg/辰干空氣1.88x60 + 24901.88x60 + 2490絕干物料量：Gc =G(l eJ=lx(l 0035)= 09Z, =- = = 0.0363 kg水/kg絕干料1 -9.65z2 = 0.00503 kg 水/kg絕干料絕干空氣量：L =_力2)=H十H、=0964kg/s0.965(0.0363 - 0.00503)0.0363 - 0.005預(yù)熱器的傳熱效率：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 時H； =0.0447 kg/kg 干空氣Lf= 0.76kg/sQfp=S