化工原理_物料衡算和热量衡算（PPT36页)

第二节物料衡算和热量衡算p254一、湿物料的性质二、物料衡算三、热量衡算四、干燥过程在湿焓图上的表达1湿物料的形态湿物料按其外观形态的不同二分为下列几种：散粒状：如谷物、各种油料种籽；晶体：经过滤分离后的各种晶体，如葡萄糖、柠檬酸、盐等；块状：如马铃薯、胡萝卜、面包等；片状：如果蔬、肉片、葱、蒜片、饼干等；一、湿物料的形态和含水量表示条状：马铃薯切条、刀豆、香肠等；膏糊状：如麦乳精、巧克力浆等；粉末状：淀粉、奶粉等；液态：包括各种溶液、悬浮液和乳浊液如牛奶、蛋液、果汁等。湿物料按其物理化学性质不同粗略分为如下两大类：（1）含水分的液体溶液：如葡萄糖、味精等的水溶液及食品的浸出液。胶体溶液：如蛋白体溶液、果胶溶液等。（2）含水分的固体结晶质的固体：如糖和食盐等。胶质分散系：如明胶、淀粉质物料等。其中，后一类是多见的。胶质固体又可分为三类。弹性胶体是典型的胶质固体，如明胶、洋胶、洋菜、面团等。当除去水分后，这种物体将收缩，但保持其弹性。脆性胶体除去水分后变脆，干燥后可能变化为粉末，如木炭、陶质物料。第三类是胶质毛细孔物料，如面包、谷物，其毛细管壁具有弹性，干燥时收缩，干燥后变脆。2物料湿含量的表示方法（P254）（1）湿基含水量w定义：水分在湿物料中的质量百分数（2）干基含水量X定义：水分质量与绝干物料质量之比X=w/(1-w)w=X/(1+X)(5-23)(5-22)（3）湿物料的比热容cmcm=cs+Xcw=cs+X·4.187(5-24)（4）湿物料的焓I’包括：绝干物料的焓（0C为基准）和物料中水分的焓（0C、液态水为基准）二、物料衡算121211GwwG)(2121XXGGGW)w(G)w(GG2211-1=-1=绝干物料量2水分气化量预热干燥新鲜空气热空气废气湿物料产品1产品量00,,HtL11,,HtL22,,HtL)(,111XwG)(,222XwG(5-30)单位!3干空气消耗量121221)(HHWHHXXGL121HHWLll比空气用量：每蒸发1kg水所需干空气的量，与空气的初、终温度有关。)1(00HllH的空气：实际需由：LH1+GX1=LH2+GX2得：或：(5-28)GXG1w1G2w2预热干燥LH0,t0,I0H1,t1,I1H2,t2,I2LLG1,w1,q1,I’1G2,w2,q2,I’2QpQLQD三、热量衡算整个系统：进入离开热空气LI0LI2物料GI′1GI′2加入Qp+QD损失QL预热器：Qp=L(I1-I0)kW10LIQLIp忽略预热器的热损失，以1s为基准，对预热器列焓衡算: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(5-31/32)(5-33)(5-34)假设：a）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b）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0220200202HHtcrttcIIg0220288.1249001.1HHttt湿物料进出干燥器的焓分别为:222qmcI1212qqmcIIDpQQQLQIIGIIL1202LmQGcHHtttL120220288.1249001.1qq111qmcI12HHWL02HHWQ022020288.1249001.1HHtHHWttLLmQGc12qqLmQGctWttL1220288.1249001.1qq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。wsmXccc+=(5-36)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WtWQV12187.488.12490q忽略物料中水分带入的焓288.12490tWQV%10088.124902QtW?学号请回答！%100)88.12490(Dp2QQtW一般地，废气温度低而湿度高时，就高。但t2应比tas高20~50ºC，以保证在干燥后不致返潮。0：示意图1：W2：L03：V”（体积流量）4：Qp5：Q6：QD7：四、干燥过程在湿焓图上的表达L12D12---=-Q)'I'I(WGQ)II(l代入：121HHlL12D1212---=--=Q)'I'I(WGQHHIIε1典型干燥过程将热量衡算式各项除以W:（2）e0，非等焓干燥过程又分e0（I2I1）和e0两种情况t0t1t2H0H2ABCt0t1t2H0H2ABCt0t1t2H0H2ABCC’C’根据e的值，把干燥器分成两大类：（1）e0，称为理想干燥器或等焓干燥器(P260文字说明)Q:哪一个e0?a）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21IIIHt1Bt2C21IIC1C2C3b）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21IIc）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。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。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绝干物料量:()11-1=ωGG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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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t=30℃时，饱和蒸汽压ps=4.25kPa，spp2物料可能返潮。2中间加热干燥过程预热干燥新鲜空气废气目的：降低热空气温度。适用于热敏性物料。加热干燥ABC3部分废气循环干燥过程预热干燥新鲜空气废气ABC目的：降低干燥推动力。适用于干燥太快时易翘曲、开裂、变形的物料。作业：讲课内容教材部分复习；P294:第3,4,5题5月5日交。