干燥过程的物料衡算课件.ppt

1、9.5.1 干燥过程的物料衡算干燥过程的物料衡算 典型的干燥流程典型的干燥流程：9.5 干燥过程的设计计算干燥过程的设计计算目的目的：确定出湿物料干燥到指定的含水量所需除去的水分量及 所需的空气量。qmL,t0,H0,I0t1,H1,I1t2,H2,I2qm1,1,X1qm2,2,X2LDP 干燥器物料与热量衡算（1）湿物料的水分蒸发量）湿物料的水分蒸发量 21mmmWqqq221121)(wqwqXXqqmmCmmW或)1()1(2211wqwqqmmCm1212221111wwwqwwwqqmmmW又所以（2）空气用量）空气用量 2211HqXqHqXqmLCmmLCm进入和排出干燥器的湿

2、分相等，故有：)()(1221HHqXXqqmLCmmW 干空气用量：干空气用量：12HHqqmWmLkg/skg/s单位空气消耗量（比空气消耗量）：单位空气消耗量（比空气消耗量）：121HHqqlmWmL，kg干空气/kg水 换算为湿空气的质量为：换算为湿空气的质量为：)1(HqqmLmL换算为湿气体的体积量为：换算为湿气体的体积量为：，kg湿空气/s，m3湿空气/s HmLVvqq9.5.2 干燥过程的热量衡算及干燥器的热效率干燥过程的热量衡算及干燥器的热效率（1）热量衡算）热量衡算 目的目的：确定干燥器的出口空气状态参数或所需的加热量。基准：基准：连续式干燥器的热量衡算以单位时间为基准，

3、间歇式干燥器则以一次干燥周期为基准。qmL,t0,H0,I0t1,H1,I1t2,H2,I2qm1,1,X1qm2,2,X2LDP 干燥器物料与热量衡算 全系统的热量衡算全系统的热量衡算进一步简化整理得：LmCmLDPmCmLIqIqIqIq2210LmCmLDPIIqIIq)()(1202LmWmmCmLDPtqcqttq)88.12490()()(01.1212202或 预热器的耗热量预热器的耗热量)(88.101.1()(101omLomLPttHqIIq该过程为恒湿增温恒湿增温过程。忽略热损失，有：输入热量输出热量 1.湿物料带入的热量湿物料带入的热量 干产品带入：qm2cm1 蒸发水

4、分带入：qmWcw11干产品带出干产品带出:qm2cm2 2.空气带入：空气带入：qmLI1=qmL(1.01+1.88H1)t1+r0H12空气带出空气带出:qmL I2=qmL(1.01+1.88H2)t2+r0H2 3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：LwSmcwcwc22)1(表中 干燥器热量衡算干燥器热量衡算 以干燥器为衡算系统，热量收支情况如下表所示：LmLmmDmLwnWmmIqcqIqcqcq2221112)(1221mmcq(产品升温热量)1121)(wmWDLmLcqIIq由此可列出干燥器的热量衡算式：令111221wmWDmWLmWc

5、qqqHHII12HHqqmWmL将 带入，整理得：或111221wDLcqqqHHIIkW/kgHwDLcrcqqqHHtt0111221因I=cHt+r0H，如不计干燥过程中cH的变化，则上式可改写为：（2）理想干燥过程和非理想干燥过程理想干燥过程和非理想干燥过程 无热损失；不加入补充热量；物料足够湿润。121)(wmWmLcqIIq21II 理想干燥过程理想干燥过程理想干燥过程为等焓过程等焓过程，近似绝热饱和过程绝热饱和过程。干燥器出口空气状态亦可利用图解法在湿度图中直接求得：HcrHHtt02121对于理想干燥过程，有：BAH=0.08tt0 t2 t1H0=H1CH2 非理想干燥过程

6、非理想干燥过程 非理想干燥过程为非等焓干燥过程；空气状态不是沿绝热饱和线变化；实际的干燥过程大多为非理想干燥过程。出口状态参数需由下式计算求得：HwDLcrcqqqHHtt0111221干燥器的热效率干燥器的热效率 常用的干燥器的热效率定义为：干燥过程中，蒸发水分所消耗的热量与加入系统的热量之比。即：T汽化）（汽化12187.488.12490tqmW式中如干燥器中空气所放出的热量全部用来气化湿物料中的水分，则：)(212ttcqHmL汽化干燥器中无补充热量，则0121ttttDPT)(011ttcqHmLPT若忽略湿比热容的变化，则 0D关于热效率：关于热效率：可以表示热利用的程度，但还不能

7、以此判别设计或操作的优劣；降低空气出口温度t2和提高空气的出口湿度H2，可以减少废气带出的热量，减少空气用量，提高热效率；用热空气作干燥介质时，热效率=30-60%；应用部分废气循环时，=50-75%；热空气的漏出或冷空气的漏入会降低干燥器的热效率；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，都有助于热效率的提高。9.5.3 干燥时间的计算干燥时间的计算（1）恒定干燥条件下的干燥时间计算（间歇过程）恒定干燥条件下的干燥时间计算（间歇过程）a）恒速干燥阶段）恒速干燥阶段)(10111CcXXcXXARmRdXAmdC)(HHkRwH干燥速率干燥速率R R的求取：的求

8、取：干燥速率R可由实验测定，所用实验条件必须与待设计的干燥器的条件（如干燥器型式、空气流速及空气的状态、湿物料的堆积厚度等）相同。也可按传质或传热速率式估算恒速阶段的干燥速率R。)(wwttrhRkH、h 可由实验求得，可供参考的经验式：8.0)(0204.0uh W/m2 oC 适用范围：C15045)/(2930024502thmkgu 空气平行流过物料表面空气平行流过物料表面)()(11HHAkXXmWHCC)()(11WWCCttAhrXXm或37.0)(17.1uh 空气垂直流向固体表面空气垂直流向固体表面适用于：)/(1950039002hmkgub）降速阶段的干燥时间降速阶段的干

9、燥时间 积分法积分法 cXXcRdXAm22 求解：求解：干燥曲线已知，将1/R对相应的X值进行标绘，求得X2-Xc之间的面积，再由上式求得时间2。特点：特点：比较准确，但计算较繁，且事先应具有从实验获得的与生产条件相仿的干燥速度曲线。近似计算近似计算*ln*)(22XXXXARXXmcccC 简化：简化：当降速段的速率曲线近似地以临界C点与平衡含水量E点的联线替代降速段曲线时，则R与X-X*成正比。计算式：计算式：简化后，推导得降速阶段干燥时间2为：对多孔性物料，符合毛细管理论的干燥过程适宜采用这种方法。按扩散理论计算按扩散理论计算 对于厚度为l的平板，当侧面和底面绝热，干燥只在表面上进行时

10、，在干燥时间较长的情况下：最终含水量为X2所需降速干燥时间为：*)(*)(8ln422222XXXXDlcLc）总的干燥时间总的干燥时间=1+2 注注：上式中的DL为常数，但DL是随含水量和温度而变化的，含水量越大，温度越高，DL越大，计算时应采用实验所得的平均值。（2）非恒定干燥条件下的干燥时间计算（连续过程）非恒定干燥条件下的干燥时间计算（连续过程）实际干燥过程，干燥条件不是恒定的。一连续逆流干燥器物料与空气的温度沿流程的分布曲线：区区：预热区，可忽略不计 区区：干燥的第一阶段区区：干燥的第二阶段 干燥器长温度H2t2X11X1twXCtwX22H2t2HCtCH1t1忽略预热段，其它两段

11、的干燥时间可分别计算如下：a）干燥的第一阶段）干燥的第一阶段 在干燥的第一阶段，任一截面都可写出传递速率关系：)()(wwwHttrhHHkR任一微元距离内，空气与湿物料逆流接触的时间为d，相应的湿度和水分含量的变化为dH与dX，根据物料衡算有：dHmdXmLC)(HHAkdHmdwHL21lnHHHHAkmwcwHL若干燥的第一阶段为绝热冷却过程，则kH和Hw均为常数。)(21XXmmHHcLcc式中，Hc为：设干燥速率与自由水分的关系仍可用下式表示：b）干燥的第二阶段）干燥的第二阶段*)(*XXXXHHkXXXXRRcwHcccXXwHccXXHHdXAkXXmd22*)(*)(02dHm

12、mdXcL由物料衡算：第二阶段的任一截面和物料出口之间做水分的衡算，可得：)(12HHmmXXCLCHHcLwHcLXXHHmmHHdHAkXXm1*)()(*)(212如空气的状态变化可视为绝热冷却过程，则Hw为常数，上式积分后整理得：*)(*)(ln*)()(1*)(21212XXHHXXHHXXHHmmAkXXmcwcwwcLHcLc）总干燥时间）总干燥时间 =1+2 （3）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：为了强化干燥过程，降低设备成本，应提高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 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1020在逆流操作中，一般可选100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、提高热效率、降低操作费用。进口湿度：空气的进口湿度愈低愈低，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时当地的大气状态。湿物料的出口温度湿物料的出口温度 目前还没有较精确的计算公式，一般取相似于设计条件下的实验值，或用经验式估算。)2015(max2 物料允许的最高温度max)()()(222)(222222222222wmcfwttcrXcffwmfwwttcXrXXttCXrtttwmwfc对于细颗粒或液滴并流干燥时，湿物料的出口温度2为：