化工原理_41固体物料的干燥_干燥过程的物料衡算与热量

第十一章固体物料的干燥11.3干燥过程的物料衡算与热量衡算11.3.1湿物料的性质11.3.2干燥过程的物料衡算与热量衡算11.3.3空气通过干燥器时的状态变化一、绝热干燥过程1.绝热干燥过程的状态变化理想干燥等焓干燥pA0H1t2tB1I21II0t2H1HC不向干燥器补充热量干燥器的热损失可忽略物料进出干燥器的焓相等12IIＱD=0ＱL=0一、绝热干燥过程2.绝热干燥过程的条件由LDPQIIGIILQQQ)()(1202LDQIIGIILQIILQ)()()(120201)()(0201IILIIL12II一、绝热干燥过程故)(01IILQP则二、非绝热干燥过程1.非绝热干燥过程的状态变化实际干燥pA0H1tB1I0t1H12II12II12ttCCC等温干燥升焓干燥降焓干燥降焓干燥过程应满足以下条件不向干燥器补充热量干燥器的热损失不能忽略物料进出干燥器的焓不相等12IIＱD=0ＱL02.非绝热干燥过程的条件二、非绝热干燥过程LDQIIGIILQIILQ)()()(120201)()(0201IILIIL21II二、非绝热干燥过程由LDPQIIGIILQQQ)()(1202故)(01IILQP则升焓干燥过程应满足以下条件需向干燥器补充热量干燥器的热损失不能忽略物料进出干燥器的焓不相等12IILDQIIGQ)(12且ＱL0二、非绝热干燥过程LDQIIGIILQIILQ)()()(120201)()(0201IILIIL21II二、非绝热干燥过程由LDPQIIGIILQQQ)()(1202故)(01IILQP则因LDQIIGQ)(12等温干燥过程应满足以下条件干燥器的热损失不能忽略物料进出干燥器的焓不相等12II需向干燥器补充热量ＱD足够大，维持t1=t2且ＱL0二、非绝热干燥过程第十一章固体物料的干燥11.3干燥过程的物料衡算与热量衡算11.3.1湿物料的性质11.3.2干燥过程的物料衡算与热量衡算11.3.3空气通过干燥器时的状态变化11.3.4干燥系统的热效率一、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干燥系统的热效率定义%100DPvvQQQQQ蒸发水分所需热量一、干燥系统的热效率由)187.488.12490(12tWQv忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则)88.12490(2tWQv故%100)88.12490(2QtW对于理想干燥器%1000121tttt二、提高干燥系统热效率的措施提高干燥系统热效率措施提高而降低2H2t提高空气入口温度1t采用二级干燥采用内换热器干燥系统的保温采用废气循环工艺二、提高干燥系统热效率的措施带废气循环的干燥系统（1）二、提高干燥系统热效率的措施带废气循环的干燥系统（2）【例题与解题指导】【例11-1】某常压空气干燥器，其操作参数如附图所示。湿物料的平均比热容为3.28kJ／(kg绝干料·℃）。忽略预热器的热损失，干燥器的热损失为1.2kW。试求：（1）水分蒸发量W；（2）新鲜空气消耗量L0；（3）若风机装在预热器的空气入口处，求风机的风量；（4）预热器消耗的热量Qp；（5）干燥系统消耗的总热量Q；（6）向干燥器补充的热量QD；（7）干燥系统的热效率η。W2=0.001解（1）水分蒸发量Wkg水分/h（2）新鲜空气消耗量L020℃水的饱和蒸汽压pS=2.3341kPa，则由式5-5知kg/kg绝干气绝干空气消耗量kg绝干气/h新鲜空气消耗量为kg新鲜空气/h（3）风机的风量V″首先计算新鲜湿空气的比容m3新鲜空气/h故m3新鲜空气/h（4）预热器中消耗的热量QpkJ/h=43.11kW(5)干燥系统消耗的总热量Qkg绝干物料/h=2.812×105kJ/h=78.11kW(6)向干燥器补充的热量QD=78.11–43.11=35.00kW(7)干燥系统的热效率若忽略湿物料的水分带入系统中的焓，则可用式5-37计算，即【例11-2】如本题附图1所示，某常压连续逆流干燥器采用废气循环操作，循环比(循环废气中绝干空气质量和混合气中绝干空气质量之比)为0.8。设空气在干燥器中经历等焓过程，忽略预热器的热损失。试求新鲜空气耗量及预热器的热负荷。解：如本例附图2所示，由t0=25℃、H0=0.005kg/kg绝干气可确定新鲜空气的状态点Ａ；由t2＝40℃，H2＝0.034kg／kg绝干气可确定循环废气的状态点Ｂ；根据杠杆规则可确定混合气的状态点Ｍ，其中由此可查得混合气的性质参数为tm=37℃,Hm＝0.0282kg／kg绝干气，Im=110kJ/kg绝干气。混合气在预热器经历等湿过程，在干燥器经历等焓过程，因此，Ｍ点的等H线与Ｂ点的等Ｉ线的交点Ｎ即为混合气离开预热器（进入干燥器）的状态点，读得性质参数为t1=54℃,H1＝Hm＝0.0282kg／kg绝干气，I1=128kJ/kg绝干气。水分蒸发量为hkg对整个干燥系统进行物料衡算可得，绝干气的耗量为kg绝干气/h故新鲜空气用量为混合气的流量为预热器的热负荷为第十一章固体物料的干燥11.3干燥过程的物料衡算与热量衡算11.4干燥速率与干燥时间11.4.1物料中水分的性质一、平衡水分与自由水分)(*fX湿物料湿空气X接触时间～*XX平衡曲线达平衡状态时平衡湿含量～X*X1.平衡曲线平衡含水量X*与空气相对湿度的关系（25℃）1－新闻纸2－羊毛、毛织物3－硝化纤维4－丝5－皮革6－陶土7－烟叶8－肥皂9－牛皮胶10－木材11－玻璃绒12－棉花在一定的干燥条件下不能被除去的水分平衡水分X*大于平衡水分的水分自由水分X-X*物料所含水分＝平衡水分＋自由水分平衡水分自由水分按能否被除去划分，取决于物料的性质和空气的状态。2.平衡水分与自由水分一、平衡水分与自由水分结合水分的特点spp结合力强，不易除去。二、结合水分与非结合水分物料表面吸附及空隙中所含的水分物料细胞壁及毛细孔道内所含的水分湿物料结合水分非结合水分非结合水分的特点spp结合力弱，容易除去。物料所含水分＝结合水分＋非结合水分结合水分非结合水分按除去的难易程度划分，仅取决于物料的性质，而与空气的状态无关。二、结合水分与非结合水分固体物料中所含水分的性质X总水分*X平衡水分自由水分%100spp非结合水分结合水分第十一章固体物料的干燥11.3干燥过程的物料衡算与热量衡算11.4干燥速率与干燥时间11.4.1物料中水分的性质11.4.2恒定干燥条件下干燥时间的计算一、干燥实验和干燥曲线1.恒定干燥实验恒定干燥条件间歇操作用大量的空气干燥少量的物料维持空气的速度及与物料的接触方式不变实验数据时间τ物料温度θ物料湿含量X洞道干燥实验流程示意图1－洞道干燥室2－离心鼓风机3－孔板流量计4－温度计5－干燥物料6－重量传感器7－加热器8－湿球温度计9－干球温度计10－重量显示仪11－温度显示仪12－湿球温度显示仪13－电加热控制仪表一、干燥实验和干燥曲线预热阶段～～恒速干燥阶段（第一干燥阶段）～干燥阶段X较小ddX～～～X很大ddX不变降速干燥阶段（第二干燥阶段）～～～X逐渐减小趋近于零ddX热量主要用于物料升温热量用于汽化水分热量用于汽化水分和加热物料一、干燥实验和干燥曲线2.干燥曲线将物料含水量Ｘ（或物料表面温度）对干燥干燥曲线X～τ曲线θ～τ曲线时间τ绘图，所得图形称为干燥曲线。干燥曲线（X～τ关系）ABCDE预热阶段恒速干燥阶段降速干燥阶段干燥曲线（θ～τ关系）ABCDE预热阶段恒速干燥阶段降速干燥阶段12Wt思考题作业题:6、7、8练习题目2.何为平衡水分与自由水分，根据什么划分？3.何为结合水分与非结合水分，根据什么划分？4.干燥曲线有何形式，其构造如何？1.空气通过干燥器时有哪些状态变化？