化工原理41固體物料的干燥干燥過(guò)程的物料衡算與熱量

第十一章固體物料的干燥11.3干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算

11.3.1濕物料的性質(zhì)11.3.2干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算

11.3.3空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化第一頁(yè)，共四十一頁(yè)。一、絕熱干燥過(guò)程1.絕熱干燥過(guò)程的狀態(tài)變化理想干燥等焓干燥ABC第二頁(yè)，共四十一頁(yè)。不向干燥器補(bǔ)充熱量干燥器的熱損失可忽略物料進(jìn)出干燥器的焓相等ＱD=0

ＱL=0

一、絕熱干燥過(guò)程2.絕熱干燥過(guò)程的條件第三頁(yè)，共四十一頁(yè)。由一、絕熱干燥過(guò)程故則第四頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、非絕熱干燥過(guò)程1.非絕熱干燥過(guò)程的狀態(tài)變化實(shí)際干燥AB等溫干燥升焓干燥降焓干燥第五頁(yè)，共四十一頁(yè)。降焓干燥過(guò)程應(yīng)滿足以下條件

不向干燥器補(bǔ)充熱量干燥器的熱損失不能忽略物料進(jìn)出干燥器的焓不相等ＱD=0

ＱL>

0

2.非絕熱干燥過(guò)程的條件二、非絕熱干燥過(guò)程第六頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、非絕熱干燥過(guò)程由故則第七頁(yè)，共四十一頁(yè)。升焓干燥過(guò)程應(yīng)滿足以下條件需向干燥器補(bǔ)充熱量干燥器的熱損失不能忽略物料進(jìn)出干燥器的焓不相等且

ＱL>

0

二、非絕熱干燥過(guò)程第八頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、非絕熱干燥過(guò)程由故則因第九頁(yè)，共四十一頁(yè)。等溫干燥過(guò)程應(yīng)滿足以下條件干燥器的熱損失不能忽略物料進(jìn)出干燥器的焓不相等需向干燥器補(bǔ)充熱量ＱD足夠大，維持t1=

t2且

ＱL>

0

二、非絕熱干燥過(guò)程第十頁(yè)，共四十一頁(yè)。第十一章固體物料的干燥11.3干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算

11.3.1濕物料的性質(zhì)11.3.2干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算

11.3.3空氣通過(guò)干燥器時(shí)的狀態(tài)變化11.3.4干燥系統(tǒng)的熱效率第十一頁(yè)，共四十一頁(yè)。一、干燥系統(tǒng)的熱效率干燥系統(tǒng)的熱效率定義

蒸發(fā)水分所需熱量第十二頁(yè)，共四十一頁(yè)。一、干燥系統(tǒng)的熱效率由

忽略濕物料中水分帶入系統(tǒng)中的焓，則

故

對(duì)于理想干燥器第十三頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、提高干燥系統(tǒng)熱效率的措施提高干燥系統(tǒng)熱效率措施

提高而降低

提高空氣入口溫度

采用二級(jí)干燥

采用內(nèi)換熱器

干燥系統(tǒng)的保溫

采用廢氣循環(huán)工藝第十四頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、提高干燥系統(tǒng)熱效率的措施帶廢氣循環(huán)的干燥系統(tǒng)（1）第十五頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、提高干燥系統(tǒng)熱效率的措施帶廢氣循環(huán)的干燥系統(tǒng)（2）第十六頁(yè)，共四十一頁(yè)?！纠}與解題指導(dǎo)】【例11-1】某常壓空氣干燥器，其操作參數(shù)如附圖所示。濕物料的平均比熱容為3.28kJ／(kg絕干料·℃）。忽略預(yù)熱器的熱損失，干燥器的熱損失為1.2kW。試求：（1）水分蒸發(fā)量W；（2）新鮮空氣消耗量L0；（3）若風(fēng)機(jī)裝在預(yù)熱器的空氣入口處，求風(fēng)機(jī)的風(fēng)量；（4）預(yù)熱器消耗的熱量Qp；（5）干燥系統(tǒng)消耗的總熱量Q；（6）向干燥器補(bǔ)充的熱量QD；（7）干燥系統(tǒng)的熱效率η。第十七頁(yè)，共四十一頁(yè)。W2=0.001第十八頁(yè)，共四十一頁(yè)。解（1）水分蒸發(fā)量W

kg水分/h

（2）新鮮空氣消耗量L020℃水的飽和蒸汽壓

pS=2.3341kPa，則由式5-5知

kg/kg絕干氣絕干空氣消耗量

kg絕干氣/h新鮮空氣消耗量為

kg新鮮空氣/h第十九頁(yè)，共四十一頁(yè)。（3）風(fēng)機(jī)的風(fēng)量V″

首先計(jì)算新鮮濕空氣的比容

m3新鮮空氣/h

故m3新鮮空氣/h（4）預(yù)熱器中消耗的熱量Qp

kJ/h=43.11kW第二十頁(yè)，共四十一頁(yè)。(5)干燥系統(tǒng)消耗的總熱量Q

kg絕干物料/h

=2.812×105kJ/h=78.11kW

(6)向干燥器補(bǔ)充的熱量QD

=78.11–43.11=35.00kW(7)干燥系統(tǒng)的熱效率

若忽略濕物料的水分帶入系統(tǒng)中的焓，則可用式5-37計(jì)算

，即

第二十一頁(yè)，共四十一頁(yè)。【例11-2】如本題附圖1所示，某常壓連續(xù)逆流干燥器采用廢氣循環(huán)操作，循環(huán)比(循環(huán)廢氣中絕干空氣質(zhì)量和混合氣中絕干空氣質(zhì)量之比)為0.8。設(shè)空氣在干燥器中經(jīng)歷等焓過(guò)程，忽略預(yù)熱器的熱損失。試求新鮮空氣耗量及預(yù)熱器的熱負(fù)荷。第二十二頁(yè)，共四十一頁(yè)。解：如本例附圖2所示，由t0=25℃、H0=0.005kg/kg絕干氣可確定新鮮空氣的狀態(tài)點(diǎn)Ａ；由t2＝40℃，H2＝0.034kg／kg絕干氣可確定循環(huán)廢氣的狀態(tài)點(diǎn)Ｂ；根據(jù)杠桿規(guī)則可確定混合氣的狀態(tài)點(diǎn)Ｍ，其中由此可查得混合氣的性質(zhì)參數(shù)為tm=37℃,Hm＝0.0282kg／kg絕干氣，Im=110kJ/kg絕干氣。第二十三頁(yè)，共四十一頁(yè)。混合氣在預(yù)熱器經(jīng)歷等濕過(guò)程，在干燥器經(jīng)歷等焓過(guò)程，因此，Ｍ點(diǎn)的等H線與Ｂ點(diǎn)的等Ｉ線的交點(diǎn)Ｎ即為混合氣離開預(yù)熱器（進(jìn)入干燥器）的狀態(tài)點(diǎn)，讀得性質(zhì)參數(shù)為t1=54℃,H1＝Hm＝0.0282kg／kg絕干氣，I1=128kJ/kg絕干氣。水分蒸發(fā)量為對(duì)整個(gè)干燥系統(tǒng)進(jìn)行物料衡算可得，

第二十四頁(yè)，共四十一頁(yè)。絕干氣的耗量為

kg絕干氣/h故新鮮空氣用量為

混合氣的流量為

預(yù)熱器的熱負(fù)荷為

第二十五頁(yè)，共四十一頁(yè)。第十一章固體物料的干燥11.3干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算

11.4干燥速率與干燥時(shí)間

11.4.1物料中水分的性質(zhì)第二十六頁(yè)，共四十一頁(yè)。一、平衡水分與自由水分濕物料濕空氣接觸時(shí)間～平衡曲線達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)平衡濕含量～X*X1.平衡曲線第二十七頁(yè)，共四十一頁(yè)。平衡含水量X*與空氣相對(duì)濕度的關(guān)系（25℃

）1－新聞紙2－羊毛、毛織物3－硝化纖維4－絲5－皮革6－陶土7－煙葉8－肥皂9－牛皮膠10－木材11－玻璃絨12－棉花第二十八頁(yè)，共四十一頁(yè)。在一定的干燥條件下不能被除去的水分平衡水分X*

大于平衡水分的水分自由水分X-X*

物料所含水分＝平衡水分＋自由水分平衡水分

自由水分

按能否被除去劃分，取決于物料的性質(zhì)和空氣的狀態(tài)。2.平衡水分與自由水分一、平衡水分與自由水分第二十九頁(yè)，共四十一頁(yè)。結(jié)合水分的特點(diǎn)結(jié)合力強(qiáng)，不易除去。二、結(jié)合水分與非結(jié)合水分物料表面吸附及空隙中所含的水分物料細(xì)胞壁及毛細(xì)孔道內(nèi)所含的水分濕物料結(jié)合水分非結(jié)合水分第三十頁(yè)，共四十一頁(yè)。非結(jié)合水分的特點(diǎn)結(jié)合力弱，容易除去。物料所含水分＝結(jié)合水分＋非結(jié)合水分結(jié)合水分

非結(jié)合水分

按除去的難易程度劃分，僅取決于物料的性質(zhì)，而與空氣的狀態(tài)無(wú)關(guān)。二、結(jié)合水分與非結(jié)合水分第三十一頁(yè)，共四十一頁(yè)。固體物料中所含水分的性質(zhì)總水分平衡水分自由水分非結(jié)合水分結(jié)合水分第三十二頁(yè)，共四十一頁(yè)。第十一章固體物料的干燥11.3干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算

11.4干燥速率與干燥時(shí)間

11.4.1物料中水分的性質(zhì)11.4.2恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算第三十三頁(yè)，共四十一頁(yè)。一、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線1.恒定干燥實(shí)驗(yàn)恒定干燥條件間歇操作用大量的空氣干燥少量的物料維持空氣的速度及與物料的接觸方式不變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間τ

物料溫度θ物料濕含量X第三十四頁(yè)，共四十一頁(yè)。洞道干燥實(shí)驗(yàn)流程示意圖1－洞道干燥室2－離心鼓風(fēng)機(jī)3－孔板流量計(jì)4－溫度計(jì)5－干燥物料6－重量傳感器7－加熱器8－濕球溫度計(jì)9－干球溫度計(jì)10－重量顯示儀11－溫度顯示儀12－濕球溫度顯

示儀13－電加熱控制

儀表第三十五頁(yè)，共四十一頁(yè)。一、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線預(yù)熱階段～～恒速干燥階段（第一干燥階段）～干燥階段～～～降速干燥階段（第二干燥階段）～～～熱量主要用于物料升溫?zé)崃坑糜谄譄崃坑糜谄趾图訜嵛锪系谌?yè)，共四十一頁(yè)。一、干燥實(shí)驗(yàn)和干燥曲線2.干燥曲線將物料含水量Ｘ（或物料表面溫度

）對(duì)干燥干燥曲線X～τ

曲線θ

～τ曲線時(shí)間τ繪圖，所得圖形稱為干燥曲線。第三十七頁(yè)，共四十一頁(yè)。干燥曲線（X～τ關(guān)系

）預(yù)熱階段恒速干燥階段降速干燥階段第三十八頁(yè)，共四十一頁(yè)。干燥曲線（θ

～τ關(guān)系

）預(yù)熱階段恒速干燥階段降速干燥階段第三十九頁(yè)，共四十一頁(yè)。思考題作業(yè)題:6、7、8練習(xí)題目2.何為平衡水分與自由水分，根據(jù)什么劃分？3.何為結(jié)合水分與非結(jié)合水分，根據(jù)什么劃分？4.干燥曲線有何形式，其構(gòu)造如何？1.空氣通過(guò)干燥器時(shí)有哪些狀態(tài)變化？第四十頁(yè)，共四十一頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)第十一章固體物料的干燥。11.3干燥過(guò)程的物料衡算與熱量衡算。11.3.2干燥過(guò)程