第4章-干燥-2-干燥过程计算

——干燥过程计算第4章干燥干燥过程计算Calculationofthedryingprocess干燥过程计算即干燥过程的物料衡算和热量衡算。干燥过程的计算中，首先需要确定从物料中移除水分量、需消耗的空气量和热量，据此选择或设计适宜型号的风机或换热器，最后再进行干燥器和其他辅助设备的设计和选择。Keywords:Wetmaterial,Dryair,Drying,Materialbalance,Heatbalance思考：试在湿度图上画出干燥全过程湿空气的状态变化过程t/℃H/kg/kgФ=100%ABa）加热过程t/℃H/kg/kgФ=100%ABb）绝热增湿、降温过程蒸气湿物料16空气54废气2冷凝水3冷凝水干物料空气干燥器的流程图1进料口；2干燥室；3卸料口；4抽风机；5、6空气加热器已知：干燥介质（空气）的进口条件，如温度、湿度、压力等；物料的进口条件，如温度，湿含量，质量或质量流率；物料的干燥要求（湿含量）。求解：干燥介质用量；干燥条件（如进干燥室的空气温度，出干燥室的空气温度和湿度等）；整个设备的热能消耗；干燥室尺寸等等。主要内容一、湿物料中含水率的表示方法——物料衡算二、整个设备的热能消耗——热量衡算三、理想干燥过程和实际干燥过程四、例题%100湿物料的总质量水分质量%100量湿物料中绝干物料的质水分质量XXX11X一、湿物料中含水率的表示方法1.1湿基含水率1.2干基含水率思考：两种含水率之间的换算关系G1,X1L,H0预热器H1干燥室H2G2,X2求解：干燥介质用量，蒸发的水分量等蒸发的水分量:022121HHLXXGGGWC22111G12121Gc1122G=G(1-w)=G(1-w)2120WWLHHHH212011lHHHH绝干空气用量：比干空气用量：l与干燥过程所经历的途径无关实际空气用量：01'(1)(1)LLHLH01'(1)(1)llHlH实际比空气用量：QlG1,ω1,tM1L,H0H1,t1t0,I0I1H2,t2,I2预热器干燥室QdQPG2,ω2,tM210PQLII010HLctt1.011.882492IHtH二、整个设备的热能消耗2.1预热器的热量衡算QlG1,ω1,tM1L,H0H1,t1t0,I0I1H2,t2,I2预热器Qd干燥室QPG2,ω2,tM211221122MMdMMlLIGctQLIGctQ1MSlccc4.187kJkgKlc2.2干燥室的热量衡算1.011.882492IHtH01IILQPlMMdMMQtcGLIQtcGLI22112211WGG21又111MMtcG122MMtcG1MltWclMMMMdPQtcGtcGIILQQQ11221202QlG1,ω1,tM1L,H0H1,t1t0,I0I1H2,t2,I2预热器Qd干燥室QPG2,ω2,tM22020220024922492HHLIILctHctH而20000220202022022024921.8824921.882492HHHHHLcctHHcttLHHtLcttWtLctt0122120221.882492PdHlMMMMlQQLcttWtctGcttQH..cH8810110122120221.882492PdHlMMMMlQQLcttWtctGcttQ加入干燥系统的全部能量有四个用途：加热空气、蒸发水分、加热物料和热损失新鲜空气被加热所耗的能量供能方物料中水分蒸发所耗的能量物料升温所耗能量热损失%10088.12492%10012dPMlQQtctWQQ输入干燥设备的总热量蒸发水分所需的热量气化2.3干燥设备的热效率一般，=30~60%，在应用部分废气循环时，=50~70%影响热效率的因素：201lHH2H2tlQ此外，尽量利用废气中的热量，例如用废气预热冷空气或湿物料，或将废气循环使用，也将有助于热效率的提高。QlG1,ω1,tM1L,H0H1,t1t0,I0I1H2,t2,I2预热器Qd干燥室QPG2,ω2,tM211221122MMdMMlLIGctQLIGctQ112212MMdMMlGctQGctQ若12II三、理想干燥过程和实际干燥过程3.1理想干燥过程（又称等焓干燥过程）通常Qd=0、Ql=0、物料带进、带出的热量忽略不计100%PQQ汽化理想1210100%tttt理想101210100%HHLcttLcttQlG1,ω1,tM1L,H0H1,t1t0,I0I1H2,t2,I2预热器Qd干燥室QPG2,ω2,tM2CC等焓线HCABt理想干燥过程和实际干燥过程中湿空气状态变化示意图I1I2I1I23.2实际干燥过程(1)I1I2(2)I1I201010PHQLIILctt11221122MMdMMlLIGctQLIGctQ12II1210100%tttt理想121212121CWGGGXXG20WLHH干燥过程计算用到的公式：物料衡算热量衡算理想干燥过程（等焓干燥过程）1224921.88100%lMPdWtctQQ例题：常压下拟用温度为20℃、湿度为0.008kg水/kg干气的空气干燥某种湿物料。空气在预热器中被加热到90℃后送入干燥室，离开时的温度为45℃、湿度为0.022kg水/kg干气。现要求每小时将1200kg的湿物料由含水率3%（湿基）干燥至0.2%（湿基），已知物料进、出口温度分别为20℃和60℃，在此温度范围内，绝干物料的比热为3.5kJ/(kg·℃)，水的平均比热为4.19kJ/(kg℃)。干燥设备热损失可按预热器中加热量的5%计算。试求：(1)新鲜空气用量，kg/h；(2)预热器的加热量QP，kW；(3)干燥室内补充的热量Qd，kW；(4)热效率。G1=1200kg/hQl=5%Qpω1=3%tM1=20℃t0=20℃t1=90℃t2=45℃H0=0.008H1H2=0.022LQPQdω2=0.2%tM2=60℃,CS=3.5kJ/kg℃12120.030.002120033.64kgh110.002WG2033.642402.8kg/h0.0220.008WLHH012402.810.0082422.1kg/hLLH（1）新鲜空气用量，kg/h；G1=1200kg/hQl=5%Qpω1=3%tM1=20℃t0=20℃t1=90℃t2=45℃H0=0.008H1H2=0.022LQPQdω2=0.2%tM2=60℃,CS=3.5kJ/kg℃01010PHQLIILctt2402.81.011.880.0089020172407.63kJ/h47.89kW(2)预热器的加热量QP，kW22112121dMMlMMQLIIGctQGct10101.011.8824921.011.880.0089024920.008112.19kJ/kgIHtH干气G1=1200kg/hQl=5%Qpω1=3%tM1=20℃t0=20℃t1=90℃t2=45℃H0=0.008H1H2=0.022LQPQdω2=0.2%tM2=60℃,CS=3.5kJ/kg℃(3)干燥室内补充的热量Qd，kW其中：22221.011.8824921.011.880.0224524920.022102.14kJ/kgIHtH干气11221120013%1166.3kg/h110.2%GG22112121dMMlMMQLIIGctQGct111113%3.53%4.193.52kJ(kg)MSlccc℃222110.2%3.50.2%4.193.50kJ(kgMSlccc℃)5%47.895%2.39kWlPQQ2402.81166.3102.14112.193.50602.393600360012003.522040.25kW3600dQ(4)热效率1224921.884.1933.6424921.88454.192023.29kW3600MQWtt汽化%10088.12492%10012dPMlQQtctWQQ输入干燥设备的总热量蒸发水分所需的热量气化23.29100%100%26.4%47.8940.25PdQQQ汽化例2：现将例1流程改为废气循环流程设计，如图所示。将出口废气中的50%引到新鲜空气处与新鲜空气混合。混合气经预热器仍加热至90℃后，再送入干燥室，出干燥室的废气温度仍为45℃，干燥室加热量Qd不变，仍为40.25kW，被干燥的物料及干燥要求不变，热损失仍可取为QP的5%。试计算：(1)新鲜空气的用量，kg/h；(2)预热器的加热量QP，kW；(3)热效率；(4)画出湿空气状态变化，并与例1对比。循环废气LR=L,t2=45℃,H2=?Qlt0=20℃t0t1=90℃H0=0.008H0H1t2=45℃LLH2QPQd=40.25kW循环废气LR=L,t2=45℃,H2=?Qlt0=20℃t0t1=90℃H0=0.008H0H1t2=45℃LLH2QPQd=40.25kW33.64kgh0.00934kgsW20WLHH20.009340.008LH(1)新鲜空气用量，kg/h20WLHH由例1知：——（1）202000001RHHttLHHttL=1CH2MH0HAH0t0t2t1200210.004kgkg22HHHH干气o200452032.5C22ttt杠杆原理10PRQLLII(2)预热器的加热量QP，kW00001.011.882492IHtH00001.011.882492IHtH243.041276.55H101021.011.882492101.541330.6IHtHH循环废气LR=L,t2=45℃,H2=?Qlt0=20℃t0t1=90℃H0=0.008H0H1t2=45℃LLH2QPQd=1CH2MH0HAH0t0t2t110PRQLLII2222101.541330.643.041276.55117108.1LHHLLH22222221.011.8824921.011.8845249245.452576.6IHtHHHH2211212120.05dMMPMMQLIIGctQGct2240.25245.452576.6101.541330.6LHH21166.312003.50600.05117108.13.522036003600LLH22497.405106.334.3170LH——（2）0.32kg/s1152kg/hL干气干气20.0372kg/kgH水干气联立式1、2得：2117108.1PQLLH1170.32108.10.320.037238