ww干燥过程物料衡算

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,9.5.1,干燥过程的物料衡算,典型的干燥流程,：,9.5,干燥过程的设计计算,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。,q,m,L,t,0,H,0,I,0,t,1,H,1,I,1,t,2,H,2,I,2,q,m,1,1,X,1,q,m,2,2,X,2,L,D,P,干燥器物料与热量衡算,（,1,）湿物料的水分蒸发量,或,又,所以,（,2,）空气用量,进入和排出干燥器的湿分相等，故有：,干空气用量：,kg/s,kg/s,单位空气消耗量（比空气消耗量）：,，,kg,干空气,/kg,水,换算为湿空气的质量为：,换算为湿气体的体积量为：,，,kg,湿空气,/s,，,m,3,湿空气,/s,9.5.2,干燥过程的热量衡算及干燥器的热效率,（,1,）热量衡算,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：,连续式干燥器的热量衡算以单位时间为基准，,间歇式干燥器则以一次干燥周期为基准。,q,m,L,t,0,H,0,I,0,t,1,H,1,I,1,t,2,H,2,I,2,q,m,1,1,X,1,q,m,2,2,X,2,L,D,P,干燥器物料与热量衡算,全系统的热量衡算,进一步简化整理得：,或,预热器的耗热量,该过程为,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,干产品带入：,q,m,2,c,m,1,蒸发水分带入：,q,mW,c,w,1,1,干产品带出,:,q,m,2,c,m,2,2.,空气带入：,q,mL,I,1,=,q,mL,(1.01+1.88,H,1,),t,1,+,r,0,H,1,2,空气带出,:,q,mL,I,2,=,q,mL,(1.01+1.88,H,2,),t,2,+,r,0,H,2,3,干燥器内补充加热：,D,3,干燥器内热损失：,L,表中,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：,(,产品升温热量,),由此可列出干燥器的热量衡算式：,令,将 带入，整理得：,或,kW/kg,因,I=c,H,t+r,0,H,，,如不计干燥过程中,c,H,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,无热损失；,不加入补充热量；,物料足够湿润。,理想干燥过程,理想干燥过程为,等焓过程,，近似,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：,对于理想干燥过程 ，有：,B,A,H,=,0.08,t,t,0,t,2,t,1,H,0,=,H,1,C,H,2,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：,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：,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：,干燥器中无补充热量，则,若忽略湿比热容的变化，则,关于热效率：,可以表示热利用的程度，但还不能以此判别设计或操作的优劣；,降低空气出口温度,t,2,和提高空气的出口湿度,H,2,，,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,（,1,）,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,干燥速率,R,的求取：,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,。,k,H,、,h,可由实验求得 ，可供参考的经验式：,W/m,2,o,C,适用范围：,空气平行流过物料表面,或,空气垂直流向固体表面,适用于：,b,）,降速阶段的干燥时间,积分法,求解：,干燥曲线已知，将,1/R,对相应的,X,值进行标绘，求得,X,2,-,X,c,之间的面积，再由上式求得时间,2,。,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,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：,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,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，在干燥时间较长的情况下：,最终含水量为,X,2,所需降速干燥时间为：,c,）,总的干燥时间,=,1,+,2,注,：上式中的,D,L,为常数，但,D,L,是随含水量和温度而变化的，含水量越大，温度越高，,D,L,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）,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,：预热区 ，可忽略不计,区,：干燥的第一阶段,区,：干燥的第二阶段,干燥器长,温度,H,2,t,2,X,1,1,X,1,t,w,X,C,t,w,X,2,2,H,2,t,2,H,C,t,C,H,1,t,1,忽略预热段，其它两段的干燥时间可分别计算如下：,a,）,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：,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：,若干燥的第一阶段为绝热冷却过程，则,k,H,和,H,w,均为常数。,式中，,H,c,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,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：,如空气的状态变化可视为绝热冷却过程，则,H,w,为常数 ，上式积分后整理得：,c,）,总干燥时间,=,1,+,2,（,3,）,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,空气的入口温度。,空气的进口温度与湿度,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,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,，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,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。,物料允许的最高温度,对于细颗粒或液滴并流干燥时，湿物料的出口温度,2,为：,