化工原理干燥过程的物料与热量衡算

2019/8/15第九章干燥Drying一、湿物料中含水量的表示方法二、干燥系统的物料衡算三、干燥系统的热量衡算四、空气通过干燥器时的状态变化第三节干燥过程的物料与热量衡算2019/8/15一、湿物料中含水量的表示方法1、湿基含水量W湿物料的总质量水分质量2、干基含水量X湿物料中绝干气的质量湿物料中水分的质量X3、换算关系XX11X2019/8/15二、干燥系统的物料衡算1、水分蒸发量以s为基准，对水分作物料衡算2019/8/152211GXLHGXLH2112XXGHHLW2、空气消耗量L1221HHXXGL12HHW每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量lWLl121HH2019/8/153、干燥产品流量G2对干燥器作绝干物料的衡算112211GG211211GG2019/8/15三、干燥系统的热量衡算1、热量衡算的基本方程忽略预热器的热损失，以1s为基准，对预热器列焓衡算10LIQLIp2019/8/15单位时间内预热器消耗的热量为：01IILQp对干燥器列焓衡算，以1s为基准LDQIGLIQIGLI2211单位时间内向干燥器补充的热量为LDQIIGIILQ1212单位时间内干燥系统消耗的总热量为DpQQQLQIIGIIL1202——连续干燥系统热量衡算的基本方程式2019/8/15假设：•新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废气中水汽的焓20VVII•湿物料进出干燥器时的比热取平均值mc湿空气进出干燥器时的焓分别为：0000HItcIVg2222HItcIVg0220202HHIttcIIVg2019/8/150220200202HHtcrttcIIg0220288.1249001.1HHttt湿物料进出干燥器的焓分别为111mcI222mcI1212mcIIDpQQQLQIIGIIL1202LmQGcHHtttL120220288.1249001.12019/8/1512HHWL02HHWQ022020288.1249001.1HHtHHWttLLmQGc12LmQGctWttL1220288.1249001.1可见：向干燥系统输入的热量用于：加热空气；加热物料；蒸发水分；热损失Xcccsm2019/8/152、干燥系统的热效率%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为WtWQV12187.488.12490忽略物料中水分带入的焓288.12490tWQV%10088.124902QtW2019/8/15四、空气通过干燥器时的状态变化1、等焓干燥过程(理想干燥过程)规定：•不向干燥器中补充热量QD=0；•忽略干燥器向周围散失的热量QL=0；•物料进出干燥器的焓相等012IIGDpQQQ011212IILQIIGIILL01IILQp2019/8/1521IILDQIIGIILIILQ120201将上述条件代入H0t0AIHt1Bt2C21II2019/8/152、非等焓干燥过程1）操作线在过B点等焓线下方条件：•不向干燥器补充热量QD=0；•不能忽略干燥器向周围散失的热量QL≠0；•物料进出干燥器时的焓不相等012IIG0201IILIIL21II2019/8/15IHt1Bt2C21IIC1C2C32019/8/152）操作线在过点B的等焓线上方向干燥器补充的热量大于损失的热量和加热物料消耗的热量之总和LDQIIGQ120201IILIIL21II3）操作线为过B点的等温线向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥过程在等温下进行2019/8/15例：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1kg/s，初始湿基含水量为3.5%，干燥产品的湿基含水量为0.5%。空气状况为：初始温度为25℃，湿度为0.005kg/kg干空气，经预热后进干燥器的温度为140℃，若离开干燥器的温度选定为60℃和40℃，试分别计算需要的空气消耗量及预热器的传热速率。又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了10℃，试分析以上两种情况下物料是否返潮？假设干燥器为理想干燥器。2019/8/15解：因在干燥器内经历等焓过程，21HHII222111249088.101.1249088.101.1HtHHtH1401t℃干空气kgkgHH/005.001602t℃24906088.16001.1005.0249024906088.1140005.088.101.12H干空气kgkg/0363.02019/8/15绝干物料量：111GGC035.011skg/965.01111X绝干料水kgkg/0363.05.965.3绝干料水kgkgX/00503.05.015.02绝干空气量1222HHXXGLC005.00363.000503.00363.0965.0skg/964.02019/8/15预热器的传热速率)(01ttLcQHp01088.101.1ttHL25140005.088.101.1964.0skJ/113402t℃干空气kgkgH/0447.02skgL/76.0skJQp/892019/8/15分析物料的返潮情况当t2=60℃时，干燥器出口空气中水汽分压为222622.0HPHp0363.0622.00363.033.101kPa59.5t=50℃时，饱和蒸汽压ps=12.34kPa，2pps即此时空气温度尚未达到气体的露点，不会返潮。当t2=40℃时，干燥器出口空气中水汽分压为kPap79.60447.0622.00447.033.10122019/8/15t=30℃时，饱和蒸汽压ps=4.25kPa，spp2物料可能返潮。