2022年干燥过程的物料平衡与热平衡计算.pdf

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1、干燥过程的物料平衡与热平衡计算干燥过程的物料与热平衡计算1、湿物料的含水率湿物料的含水率通常用两种方法表示。(1)湿基含水率 :水分质量占湿物料质量的百分数,用表示。100%湿物料的总质量水分质量(2)干基含水率 :由于干燥过程中 ,绝干物料的质量不变,故常取绝干物料为基准定义水分含量。把水分质量与绝干物料的质量之比定义为干基含水率,用表示。100%量湿物料中绝干物料的质水分质量(3)两种含水率的换算关系 : 112、湿物料的比热与焓(1)湿物料的比热mC湿物料的比热可用加与法写成如下形式: wsmCCC式中:mC湿物料的比热 ,CkgJ绝干物料/k; sC绝干物料的比热 ,CkgJ绝干物料/

2、k; wC物料中所含水分的比热 ,取值 4、186CkgJ水/k(2)湿物料的焓 I湿物料的焓 I 包括单位质量绝干物料的焓与物料中所含水分的焓。(都就是以 0C为基准 )。mswsCCCCI186.4式中:为湿物料的温度 ,C。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 干燥过程的物料平衡与热平衡计算3、空气的焓 I 空气中的焓值就是指空气中含有的总热量。通常以干空气中的单位质量为基准称作比焓 ,工程中简称为焓。它就是指1kg干空气的焓与

3、它相对应的水蒸汽的焓的总与。空气的焓值计算公式为 : 1.88t24901.01tI或2490t1.881.01I式中;I 空气 (含湿) 的焓,绝干空气kg/kg; 空气的干基含湿量 ,绝干空气kg/kg; 1、01干空气的平均定压比热,KkJ/kg; 1、88水蒸汽的定压比热 ,KkJ/kg; 24900C水的汽化潜热 ,kJ/kg。由上式可以瞧出 ,t1.881.01就是随温度变化的热量即显热。而2490则就是 0C时kg水的汽化潜热。它就是随含湿量而变化的, 与温度无关 , 即“潜热” 。4、干燥系统的物料衡算干燥系统的示意图如下 : (1)水分蒸汽量 W按上述示意图作干燥过程中的0

4、水量与物料平衡 ,假设干燥系统中无物料损失,则: 2211GLHGLH水量平衡湿空气 (入 ) 1HL，干燥产品222，或，GG干燥过程(逆流换热 ) 湿空气 (出) 湿物料2HL，111，或，GG精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 干燥过程的物料平衡与热平衡计算2112GHHLW式中:W单位时间内水分的蒸发量 ,skg /; G 单位时间内绝干物料的流量,/s绝干物料kg; 21HH ， 分别为干燥介质空气中的进入与排出干燥器的水

5、分含量,绝干空气水/kgkg; L单位时间内消耗的绝干空气量,s/kg绝干空气。(2)空气消耗量 L121221HHWHHGL令l 为蒸发 1kg水分消耗的绝干空气量 ,称为单位空气消耗量 ,则由上式得出 : 121HHWLl(3)干燥产品流量2G112211GG物料平衡则,211211GG式中,21，分别为物料进与出干燥器的湿基含水量。需要指出的就是,干燥产品2G就是相对于1G而言的 ,并不就是绝干物料 ,只就是含水量较1G小。所以一般称2G为干燥产品 ,以区别于绝干物料 G 。例题:在一连续干燥器中 ,将每小时 2000kg湿物料由含水量3%干燥至 0、5%(均为 湿 基 ), 以 热 空

6、 气 为 干 燥 介 质 , 空 气 进 出 干 燥 器 的 湿 度 分 别 为0 、02绝干空气kg/kg及 0、08绝干空气kg/kg,假设干燥过程无物料损失,试求水分蒸发量,新鲜空气消耗量与干燥产品量。解: (1)水分蒸发量 W精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 干燥过程的物料平衡与热平衡计算0.03090.03-10.03-11110.0050.005-10.005-1222hkgGG/194003.0-12000-111h

7、kgGW/2.50005.0-0309.01940-21(2)新鲜空气消耗量WL已知绝干气kgkgH/02.01及绝干气kgkgH/80.0211HLLW其中/h836.7kg0.02-0.0850.2-12绝干气HHWLhHLLW/853.4kg0.021836.711湿空气(3)干燥产品质量流量2GhkgGG/1949.750.05-10.03-12000-1-12112或hWGG1949.8kg/50.2-2000-125、干燥系统的热量平衡干燥系统的热量平衡示意图如下: (1)预热器消耗的热量空气 L000,ItH预热器供热pQL111,ItH2G222,I供热DQ干燥器损失LQL22

8、2,ItH物料1G111,I精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 干燥过程的物料平衡与热平衡计算若忽略预热器的热损失 ,则01IILQp(2)向干燥器补充的热量LDQIGLIQIGLI2211热平衡式中:DQ向干燥器补充的热量 ; pQ向预热器补充的热量 ; LQ干燥器损失的热量 ; II，分别表示绝干空气与物料的焓。故,单位时间内向干燥器补充的热量为: LDQIIGIILQ1212若干燥过程中采用输送设备输送物料,则列热量衡算式时应

9、计入该装置带入与带出的热量。(3)干燥系统消耗的总热量干燥系统消耗的总热量Q为pQ与DQ之与。将01IILQp与LDQIIGIILQ1212代入Q的计算公式整理得: DpQOQ01IILLQIIGIIL1212LDpQttHLGCmtWQQQ020121288.101.1186.488.12490忽略空气中水汽进入干燥系统的焓的变化与湿物料中水分带入干燥系统的焓,则: LDpQttLGCmtWQQQ0212201.188.12490各项物理意义 :0201.1ttL加热空气288.12490tW蒸发水分12mGC加热湿物料LQ热损失精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - -

10、 - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 干燥过程的物料平衡与热平衡计算式中mC为湿物料进出干燥器时的比热取平均值。(4)干燥系统的热效率通常将干燥系统的热效率定义为 : 100%量向干燥系统输入的总热蒸发水分所需的热量蒸发水分所需的热量VQ为: WtWQV12186.488.12490若忽略湿物料中水分带入系统中的焓,上式简化为 : 288.12490tWQV此时热效率可表示为 : 100%88.124902QtW 6 、等焓干燥过程 :LDDPQIIGIILQIILQQQ120201等焓干燥过程

11、 (绝热干燥过程 ): 气体放出的显热全部用于湿分汽化。规定如下: 不向干燥器补充热量0DQ; 忽略热损失0LQ; 物料进出干燥器的焓相等012IIG。此时, 上式转化为 : 0201IILIILQQP得0201LILILILI21LILI21II即, 等焓过程 :1112490t1.881.01HH2222490t1.881.01HH精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 干燥过程的物料平衡与热平衡计算热空气显热热空气潜热冷空气显热冷

12、空气潜热干燥前1I干燥后2I或者,11t1.881.01H12222490t1.881.01HHH热空气放出显热蒸发水分汽化热等换干燥过程有以下两种情况: 整个干燥过程无热量损失,湿物料不升温 ,干燥器不补充热量 ,湿物料中汽化水分带走的热量很少。干燥过程中湿物料中水分带入热量及补充的热量刚好与热损失及升温物料所需热量相抵消。总之,等焓干燥过程就是一种简化了的理想干燥过程。很显然,只有在保温良好的干燥器与湿物料进出干燥器温度相差不大的情况下才可以近似当做等焓过程处理。干燥系统计算例题例 1:利用热风干燥湿精矿粉。 湿精矿量 2t/h,湿基含水 12%,干燥后精矿含水 2%(湿基),干燥后的热风

13、温度60,若系统的干燥效率为78、0%,求向该干燥系统的供热量？折合标煤量多少？解:水分蒸发量 W=2000(0 、12-0、02)=200kg/h 水分蒸发需要的热量QV=W(2490+1 、88t2) QV=200(2490+1 、8860) =498000 + 22560 = 520560 kJ/h 向干燥系统的供热量Q=520560/0 、78=667384 、6 kJ/h 每 1kg 标煤的发热量 =7000 4、186=29302 kJ /kg 折合成标煤量 =667384 、6/29302=22 、8 kg/h 那么 ,需要向干燥系统供应多少热风呢？首先需要确定热风的初潜热95、

14、67% 显热4、37% 100% 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 干燥过程的物料平衡与热平衡计算始温度 ,现按初始风温 t1=300与 400分别计算 ,忽略热空气中的水分,需要的绝干空气量L。当 t1=300时,L1、 01300=667384 、 6 得 L=2202 、 6 kJ/h 这样,加热空气带走热2202 、61、0160=133476 、9 kJ/h占20% 水分蒸发热 520560 kJ/h 占 78% 其她热

15、损失占 2%以上已接近等焓干燥 ,即: 热空气释放出的显热=2202 、61、01(300-60)=533910 、2 kJ/h 与水分蒸发汽化热 =498000 kJ/h 两者比较相近。当 t1=400时, 解得 L=1610 、6kg/h。这时, 加热空气带走热为97603 、9kJ/h, 占总热量的 14、6%。水分蒸发热 520560kJ/h , 占总热量 78%。其她热损失 : 100%-14 、6%-78%=7 、4%。已偏离等焓干燥过程。需要说明的就是 , 例 1中当空气加热到 400度时, 通常干燥后的热风温度也会有升高 ,这将涉及到更多热交换的问题, 本例不再深述。本例只就是

16、想通过二种不同温度对比, 进一步理解等焓干燥的问题。例 2:某种湿物料在常压气流干燥器中进行干燥,湿物料的流量为 1skg /,初始湿基含水量 3、5%,干燥产品的湿基含水量为0、5%。空气状况为 :初始浓度 25C,水分 0、 005干空气kg/kg,经预热后进干燥器的温度为140C,若离开干燥器的温精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 干燥过程的物料平衡与热平衡计算度选定为60C与 40C,试计算需要的空气消耗能量及预热器的传热效

17、率;又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了10C,试分析以上两种情况下物料就是否返潮？解:因在干燥器内经历等焓过程,21HHII222111249088.101.1249088.101.1HtHHtHCt1401005.001HH干空气kg/kgCt6020363.024906088.16001.1005.0249024906088.1140005. 088.101.12H干空气kg/kg绝干物料量 : 9 .0035.011111GGC0363.065.95.31111绝干料水/kgkg05030.00.5-15. 02绝干料水/kgkg绝干空气量 : skgHHGLC/964.0005.0

18、0363.000503.00363.0965.01221预热器的传热效率 : skJttHLttLCQHP/11325140005.088.101. 1964. 088.101.101001Ct402时0447.02H干空气kg/kgskgL/76.0skJQP/89分析物料的返潮情况精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 干燥过程的物料平衡与热平衡计算当Ct602时,干燥器出口空气中水蒸气分压为: kPaHPHP59.50363.0622.00363.033.01.1622.0222Ct502饱与蒸汽压kPaPs34.122PPs即此时空气温度尚未达到气体的露点,故不会返潮。当Ct402时,干燥器出口空气中水蒸气分压为: kPaP79. 60447.0622.00447. 033.01. 12Ct302饱与蒸汽压kPaPs25.4sPP2,故物料可能返潮。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - - -