(3.1.10)--干燥 第3次课 干燥的物料衡算和热量衡算.pdf

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1、传质与分离工程干燥的物料衡算和热量衡算干燥的物料衡算和热量衡算2通过本节的学习，掌握干燥过程的物料计算过程和热量计算过程；掌握干燥过程设计型计算的方法。学习目的与学习目的与要求要求干燥的物料衡算和热量衡算干燥的物料衡算和热量衡算3.3.湿空气的状态变化过程湿空气的状态变化过程1 1、加热与冷却过程加热与冷却过程加热：湿空气的加热与冷却属等加热：湿空气的加热与冷却属等压过程压过程P P，p p不变不变，H H不变不变，ABAB线为一垂直线线为一垂直线，沿等沿等H H现由现由A A到达到达B B点点，温度升高温度升高，空气空气的的下降下降，干燥能力上升干燥能力上升。冷却与加热过程相反冷却与加热过程

2、相反冷凝：等冷凝：等，（t t，H H）2 2、绝热增湿过程、绝热增湿过程:等等I I过程过程4/92ABCAHBHCHAtCtBtCBACCBACABttttHHHHLL=3 3、两股湿空气混合过程、两股湿空气混合过程:杠杆原则杠杆原则5/92ABCAHBHCHAtCtBt杠杆原则证明：杠杆原则证明：CBACCBACABttttHHHHLL=CBALLL=+=+CCBBAAHLHLHL=+=+CBAC=CBACHHHH=ABLL回忆：回忆：杠杆原则就是物料衡算杠杆原则就是物料衡算由物料衡算可得：由物料衡算可得：L L-绝干空气流量绝干空气流量6/92CBACCBACABttttHHHHLL=

3、ABCAHBHCHAtCtBt杠杆原则证明：杠杆原则证明：由热量衡算可得：由热量衡算可得：CCBBAAILILIL=+=+()()()()()()CCHCBBHBAAHAHrtcLHrtcLHrtcLCBA000+=+=+()()CHBABHBAHAtcLLtcLtcLCBA+=+=+CHBHAHCHABtctctctcLLCBAC=CBAHHHcccCCBBAAHLHLHL=+=+CBALLL=+=+蒸气蒸气 湿物料湿物料 1 6 空气空气 5 4 废气废气 2 冷凝水冷凝水 3 冷凝水冷凝水 干物料干物料 空气干燥器的流程图空气干燥器的流程图 1进料口；进料口；2干燥室；干燥室；3卸料口；

4、卸料口；4抽风机；抽风机；5、6空气加热器空气加热器 干燥过程流程示意图：干燥过程流程示意图：干燥室预热室第三节第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算 蒸气蒸气 湿物料湿物料 1 6 空气空气 5 4 废气废气 2 冷凝水冷凝水 3 冷凝水冷凝水 干物料干物料空气干燥器的流程图空气干燥器的流程图 1进料口；进料口；2干燥室；干燥室；3卸料口；卸料口；4抽风机；抽风机；5、6空气加热器空气加热器干燥室预热室 C H A B t 干燥过程中湿空气状态变化示意图 思考：思考：1 1、试在湿度图上画出干燥全过程试在湿度图上画出干燥全过程2 2、为什么空气要预热？、为什么空气要

5、预热？空气预热有两个好处：空气预热有两个好处：（1 1）相对湿度下降，吸水能力增强；）相对湿度下降，吸水能力增强；（2 2）空气温度高，物料温度就高，水）空气温度高，物料温度就高，水汽化速率就快。汽化速率就快。第三节第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算已知：已知：干燥介质（空气）的进口条件，干燥介质（空气）的进口条件，如温度、湿度、压力等；如温度、湿度、压力等；物料的进口条件，物料的进口条件，如温度，湿含量，质量或质量流率；如温度，湿含量，质量或质量流率；物料的干燥要求物料的干燥要求（湿含量）。（湿含量）。求解：求解：干燥介质用量干燥介质用量；干燥条件干燥条件（如进

6、干燥室的空气温度，（如进干燥室的空气温度，出干燥室的空气温度和湿度等）；出干燥室的空气温度和湿度等）；整个设备的热能消耗整个设备的热能消耗；干燥室尺寸干燥室尺寸等等。等等。蒸气蒸气 湿物料湿物料 1 6 空气空气 5 4 2 冷凝水冷凝水 3 冷凝水冷凝水 干物料干物料空气干燥器的流程图空气干燥器的流程图 1进料口；进料口；2干燥室；干燥室；3卸料口；卸料口；4抽风机；抽风机；5、6空气加热器空气加热器第三节第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算一、干燥过程中的物料衡算一、干燥过程中的物料衡算1 1、物料含水量的表示、物料含水量的表示方法方法 干基含水量干基含水量不含

7、水分的物料通常称为不含水分的物料通常称为绝对干物料或称干料绝对干物料或称干料。湿基湿基含水量含水量：在工业生产中，通常以在工业生产中，通常以湿基含水量湿基含水量来表示物料中含水分的多少来表示物料中含水分的多少。但由于湿物料的质量在干燥过程中因失去水分而逐渐减少，。但由于湿物料的质量在干燥过程中因失去水分而逐渐减少，绝对干料的质量在干燥过程中是不变的，故用绝对干料的质量在干燥过程中是不变的，故用干基含水量干基含水量计算计算较为方便。较为方便。划分依据：划分依据：物料所含水分能否用干燥方法除去。物料所含水分能否用干燥方法除去。物料中的水分与一定温度物料中的水分与一定温度t t、相对湿度、相对湿度的

8、不饱和湿空气的不饱和湿空气达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件(t t、)下下物料的物料的平衡水分平衡水分。在干燥过程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的在干燥过程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的那一部分，称为那一部分，称为自由水分自由水分。平衡水分随物料的种类及空气的状态平衡水分随物料的种类及空气的状态(t t，)不同而异。不同而异。平衡水分代表物料在一定空气状况下可以干燥的限度。平衡水分代表物料在一定空气状况下可以干燥的限度。2.2.湿物料中水分的状态湿物料中水分的状态平衡水分平衡水分(equilibrium water)和自由水

9、分和自由水分(free water)划分依据：划分依据：根据物料与水分结合力的状况根据物料与水分结合力的状况结合水分结合水分：包括包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分、及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。、及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。特点：特点：籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。传质推动力降低，故除去结合水分较困难。结

10、合水分结合水分(bound water)与非结合水分与非结合水分(unbound water)非结合水分：非结合水分：包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。特点特点：物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水分较容度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水分较容易。易。物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性质，而与

11、干燥介质的状态无关；质，而与干燥介质的状态无关；平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。强调：强调：物料的物料的总水分总水分、平衡水分平衡水分、自由水分自由水分、结合水分结合水分、非非结合水分结合水分之间的关系：之间的关系：总总水水分分自自由由水水分分平平衡衡水水分分非结合水分非结合水分结结合合水水分分x*x0 x1空气相对湿度空气相对湿度100%物物料料的的含含水水量量0干燥产品量干燥产品量G2绝对干料的质量绝对干料的质量GC不变不变

12、3 3、物料衡算、物料衡算水分蒸发量水分蒸发量W W干燥器的总物料衡算干燥器的总物料衡算若以干基含水量表示，若以干基含水量表示，干空气消耗量干空气消耗量 L L湿物料中水分减少量空气中水汽的增加量湿物料中水分减少量空气中水汽的增加量单位空气消耗量单位空气消耗量l:蒸发蒸发kgkg水分所消耗的干空气量，水分所消耗的干空气量，kgkg干干空气空气kgkg水分水分空气经预热前、后空气经预热前、后的湿度不变的湿度不变01l 仅与仅与2、0有关。有关。0 0愈大，愈大，l 愈大。愈大。湿空气的质量：湿空气的质量：/hkg)H1(LL00湿空气+=湿空气+=HLvV=湿气体的体积流量湿气体的体积流量(风机

13、的风量风机的风量)V)V：今有一干燥器，处理湿物料量为今有一干燥器，处理湿物料量为800kg/h。要求物料干燥后。要求物料干燥后含水量由含水量由30%减至减至4 4%（均为湿基）。干燥介质为空气，（均为湿基）。干燥介质为空气，初温为初温为15150C，相对湿度为，相对湿度为5050%，经预热器加热至，经预热器加热至1201200C，空气终温为空气终温为45450C，相对湿度为，相对湿度为8080%，试求：，试求：（a)a)水分蒸发量；水分蒸发量；(b)(b)空气消耗量、单位消耗量空气消耗量、单位消耗量l；(c)(c)如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量。课堂练习

14、课堂练习解：解：空气消耗量空气消耗量、单位空气消耗量、单位空气消耗量 l由由I-H图查得，空气在图查得，空气在t0150C,050%时的湿度为时的湿度为00.005kg水水/kg干干空气，在空气，在t2=450C，280%时的湿度为时的湿度为20.052kg水水/kg干空气，空气通过预热器湿度不变，即干空气，空气通过预热器湿度不变，即01 二、热量衡算二、热量衡算目的：确定干燥过程的热量消耗，作为计算空气预热器和目的：确定干燥过程的热量消耗，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加热器的传热面积、加热剂的用量、干燥器的尺寸或热效率的依据。率的依据。L,H0,t0

15、,I0L,H1,t1,I1L,H2,t2,I2G2,w2,X2,I2,G1,w1,X1,I1,2 1 QP预热预热器器干燥器干燥器空气空气QD1 1、预热器的消耗热量、预热器的消耗热量Q Qp p()()()()L12C12DL2C2D1C1QIIGIILQQIGLIQIGLI+=+=+=+=+2 2、干燥器热量衡算：、干燥器热量衡算：确定干燥器的出口空气状态参数或所需的加热量。确定干燥器的出口空气状态参数或所需的加热量。假设假设QL0，LI0QPLI1QpL（I1I0）3 3、热量衡算方程的、热量衡算方程的简化计算简化计算空气的焓值空气的焓值I=(1.01+1.88H)t+2490H物料的焓值物料的焓值XCXCCCIgwgm187.4Cm+=+=其中：=+=+=(.)+.+()+干燥消耗干燥消耗的总热量的总热量空气升空气升温带走温带走的热量的热量蒸发蒸发水分水分热量热量物料升物料升温带走温带走的热量的热量热热损失损失