干燥过程的物料平衡与热平衡计算

干燥过程的物料与热平衡计算

1、湿物料的含水率

湿物料的含水率通常用两种方法表示。

(1) 湿基含水率：水分质量占湿物料质量的百分数，用表示。

水分质量

100%

湿物料的总质量

(2) 干基含水率：由于干燥过程中，绝干物料的质量不变，故常取绝干物料

为基准定义水分含量。把水分质量与绝干物料的质量之比定义为干基含水率，用表示。

水分质量

1 0 0 %

湿物料中绝干物料的量质

(3) 两种含水率的换算关系：

1 1

2、湿物料的比热与焓

(1) 湿物料的比热C m

湿物料的比热可用加和法写成如下形式：

C m C s C w

式中：C m —湿物料的比热，k J / kg绝干物料 C ；

C s —绝干物料的比热，k J / kg绝干物料 C ；

C w —物料中所含水分的比热，取值 4.186 k J / kg水 C

(2) 湿物料的焓I

湿物料的焓I 包括单位质量绝干物料的焓和物料中所含水分的焓。(都是以

0 C 为基准)。

I C s C w C s 4.186 C m

式中：为湿物料的温度， C 。

3、空气的焓I

空气中的焓值是指空气中含有的总热量。通常以干空气中的单位质量为基准称作比焓，工程中简称为焓。它是指 1 kg 干空气的焓和它相对应的水蒸汽的焓的总和。

空气的焓值计算公式为：

I 1. 0 1 t 2 4 9 0 1. 8 8 t

或I 1.01 1.88 t 2490

式中；I —空气(含湿)的焓，kg/kg 绝干空气；

—空气的干基含湿量，kg/kg 绝干空气；

1.01 —干空气的平均定压比热，kJ/kg K ；

1.88 —水蒸汽的定压比热，kJ/kg K ；

2490 —0 C 水的汽化潜热，kJ/kg 。

由上式可以看出， 1.01 1.88 t 是随温度变化的热量即显热。而2490 则是0 C 时kg 水的汽化潜热。它是随含湿量而变化的，与温度无关，即“潜热”。

4、干燥系统的物料衡算

干燥系统的示意图如下：

湿空气（入）

L，H 1干燥产品

干燥过程

（逆流换热）

湿空气（出）

L，H 2

湿物料

G，2或G 2， 2 G，1或G1，1

(1) 水分蒸汽量 W

按上述示意图作干燥过程中的 0 水量与物料平衡，假设干燥系统中无物料损失，则：

LH 1 G

W

1

LH 2 G

2

L H 2

H 1

G

水量平衡

1

2

式中： W — 单位时间内水分的蒸发量， kg / s ；

G —单位时间内绝干物料的流量， kg 绝干物料 /s ；

H 1，H 2 — 分别为干燥介质空气中的进入和排出干燥器的水分含量，

kg 水/kg 绝干空气 ；

L —单位时间内消耗的绝干空气量， kg 绝干空气 / s 。

(2) 空气消耗量 L

L

G

1 2

H 2 H 1

W H 2

H 1

令l 为蒸发 1 kg 水分消耗的绝干空气量，称为单位空气消耗量，则由上式得

出：

l

L 1 W

H 2

H 1

(3) 干燥产品流量 G 2

G 2 1

则， G 2

2

G 1 1 G 1 1

1

1 物料平衡

1

2

式中，

1

，

2

分别为物料进和出干燥器的湿基含水量。需要指出的是，干

燥产品 G 2 是相对于 G 1 而言的，并不是绝干物料，只是含水量较 G 1 小。所以一般 称G 2 为干燥产品，以区别于绝干物料 G 。

例题：在一连续干燥器中， 将每小时 2000 kg 湿物料由含水量 3%干燥至 0.5%（均为 湿 基 ）， 以 热 空 气 为 干 燥 介 质 ， 空 气 进 出 干 燥 器 的 湿 度 分 别 为 0.02 kg/kg 绝干空气 及 0.08 kg/kg 绝干空气 ，假设干燥过程无物料损失，试求水 分蒸发量，新鲜空气消耗量和干燥产品量。解：

(1) 水分蒸发量 W

1

0.03

1

1 -

1 -

0.03

2

0.0309

0.005

G G 1 1 -

1

2000 1 - 0.03

1940kg/h

W

G

1

- 2

1940 0.0309 - 0.005

50.2 k g/h

(2) 新鲜空气消耗量 L W

已知 H 1

0.02kg / kg 绝干气 及 H 2

0.08kg / kg 绝干气

L W

L 1 H 1

其中 L

W

50.2 836.7kg 绝干气 /h

H 2 - H 1

0.08 - 0.02

L W

L 1 H 1

836.7 1 0.02

853.4kg 湿空气 /h

(3) 干燥产品质量流量 G 2

G 1 1 - 1

2 1-

2

2000 1 - 0.03 1 - 0.05

1949.75 kg/h

或G 2

G 1 - W

2000 - 50.2 1949.8kg/ h

5、干燥系统的热量平衡

G 1

2

0.005

1 -

2

1 - 0.005