干燥过程物料与热量衡算
烘干过程及加热量计算
目标煤矸石处理量13.889t/h ，设计计算时取14000kg/h 。
烘干操作单元1.设备选用规格为m m 154.2⨯φ的回转烘干机，将煤矸石的含水率由17.42%烘干至1%。
预热器将温度为20℃，湿度为0.007干气kg kg /的空气加热到210℃后通入干燥器中，风速设为4m/s ，废气出口温度设为130℃。
20℃的湿物料以14000kg/h 速率进入干燥器，出口温度为120℃。
2.计算（1）物料衡算①烘干机生产能力：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⨯=1210100100W W W VA Q 式中：Q——烘干机生产能力（含终水分），)/(3h m kg ⋅水；A 0——烘干机水分蒸发强度（设计指标），)/(3h m kg ⋅水；W 1，W 2——物料被烘干前后的含水率，%。
查得该规格回转烘干机单位容积蒸发强度)/(968.3530h m kg A ⋅=水，烘干机体积322824.67154.244m L D V =⨯⨯==ππ所以)/(688.12242.17100142.17100824.67968.3510010031210h m kg W W W V A Q ⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛--⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⨯=水煤矸石处理量h kg h kg W W Q G /14000/9.14856)42.17100(1688.12210000)100(1000012>=-⨯⨯=-=，说明1台规格为m m 154.2⨯φ的回转烘干机即可满足设计处理要求。
②水分蒸发量：2211100W W W G W H --⨯=式中：W——烘干蒸发量，h kg /水；G H1——烘干前湿物料量，h kg /。
所以h kg W W W G W H /02.2322)1100142.17(140001002211=--⨯=--⨯=③干空气消耗量：h kg s kg Au L /78133/7.212.144.242==⨯⨯⨯==πρ湿空气消耗量hkg H L L /9.78679)007.01(78133)1(00=+⨯=+=（2）能量衡算设干燥器中不再补加能量，忽略预热器中的热量损失，则预热器中加入的能量用于以下方面：①加热空气：kW t t H L Q 92.1788)20130()007.088.101.1(36009.78679))(88.101.1(0201=-⨯⨯+⨯÷=-+=②蒸发水分：kW t W Q 69.1709)20187.413088.12490(360002.2322)187.488.12490(122=⨯-⨯+⨯÷=-+=θ③加热湿物料：)(1223θθ-=m Gc Q 煤在20℃~120℃的平均比热容约为0.98~1.12，高岭土在20℃~120℃的平均比热容约为0.92~1.00，则取煤矸石在此温度范围的平均比热容为0.99，所以kWGc Q m 385)20120(99.0360014000)(1223=-⨯⨯÷=-=θθ④热量损失损Q kWt A Q m 28.361100154.21151=⨯⨯⨯⨯=∆=πα损所以需要的热量kW Q Q Q Q Q 4245321=+++=损。
干燥过程的物料衡算与热量衡算
干燥过程的物料衡算与热量衡算1. 引言在工业生产中，许多物料需要经过干燥过程才能达到所需的水分含量。
干燥过程是将物料中的水分蒸发或驱除的过程，其中物料的衡算和热量的衡算是非常重要的。
本文将介绍干燥过程中的物料衡算和热量衡算的基本原理和方法。
2. 物料衡算物料衡算是指在干燥过程中对物料的质量进行衡量和追踪的过程。
通常情况下，物料的衡算可以分为进料衡算和出料衡算两个部分。
2.1 进料衡算在干燥过程中，物料的进料衡算是指对进入干燥设备的物料进行质量的测量和记录。
通常情况下，进料衡算可以通过称重装置、质量流量计等设备进行。
物料的进料衡算可以用以下公式表示：进料量 = 初始物料质量 - 终止物料质量2.2 出料衡算在干燥过程中，物料的出料衡算是指对从干燥设备中出来的物料进行质量的测量和记录。
同样地，出料衡算也可以通过称重装置、质量流量计等设备进行。
物料的出料衡算可以用以下公式表示：出料量 = 初始物料质量 - 终止物料质量3. 热量衡算热量衡算是指在干燥过程中对热量的衡量和追踪的过程。
热量衡算是确定干燥设备所需的热量输入和物料中的水分蒸发所需的热量的关键。
3.1 热量平衡公式热量平衡公式是用于计算干燥过程中所需的热量输入和物料中的水分蒸发所需的热量的关系。
热量平衡公式如下：热量输入 = 热量输出 + 热量损失其中，热量输入是指干燥设备所需的热量输入，热量输出是指物料中的水分蒸发所需的热量，热量损失是指在干燥过程中因为传导、对流和辐射等现象导致的热量损失。
3.2 热量输入的计算热量输入可以通过以下公式计算：热量输入 = 干燥空气的热量 + 干燥空气的水分蒸发热量 + 加热设备的热量其中，干燥空气的热量可以通过湿空气焓值表或湿空气定压比热容表进行查找，干燥空气的水分蒸发热量可以通过水的蒸发热量进行计算，加热设备的热量可以通过加热元件的功率和加热时间进行计算。
3.3 热量输出的计算热量输出可以通过以下公式计算：热量输出 = 出料量 * 物料的比热 * (物料的初始水分含量 - 物料的终止水分含量)其中，出料量是指干燥过程中物料的出料量，物料的比热可以通过物料的物性表进行查找，物料的初始水分含量和物料的终止水分含量可以通过物料的质量衡算进行计算。
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
式中qmw——水分的蒸发量，kg水分/s qmc——绝干物料 的质量流量，kg绝干料/s L——绝干空气的消耗量，kg绝干气/s H1，H2——分别为空气进出干燥器时的湿度，kg/kg绝干气； X1，X2——分别为湿物料进出干燥器的干基含水量，kg水分/kg
q′m1，q′m2——分别为湿物料进出干燥器的流量，kg物料/s。
Q=Qp+QD=L(I2-I0)+qmc (I′2-I′1)+QL
（9－24） （9－25）
(9－26)
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
式中H0，H1，H2——湿空气进入预热器、离开预热器（即进 入干燥器）及离开干燥器时的湿度，kg/kg
I0，I1，I2——分别为湿空气进入预热器、离开预热器（即进 入干燥器）及离开干燥器时的焓，kg/kg
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
图9－8 各流股进出逆流干燥器的示意图
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
（1）对预热器进行热量衡算
LI0+Qp=LI1
（9－23）
在预热器中，空气的状态变化是等湿升温过程，即H1=H0，故预热器
Qp=L(I1-I0)=L(1.01+1088H0)(t1-t0) （2
QD=L(I2-I1)+qmc (I′ 2-I′1)+QL （3
干燥过程中的物料衡算和热量衡算
一般干燥过程，湿空气中水汽的量（H0）相对于绝干空气来 说，数值较小，同时湿物料进入干燥器的温度偏低。若忽略空气 中水汽进出干燥系统的焓变1．88H(t2-t0)和湿物料中水分带入干 燥系统的焓4.18Wθ1，则Q=Qp+QD=1.01L(t2-t0)+qmcM (θ2θ1)+qmw (2490+1.88t2)+QL （9－29）
5章干燥2第二节干燥过程的物料衡算与热量衡算
L , I0 H0 Qp
L , I1 H1
QL QD L, I2 H2 G, X1, I1’
LI0+QP=LI1 (5-29) 或 QP=L(I1-I0) (5-30) 2. 干燥器的热量衡算： 干燥器的热量衡算：
G, X2, I2’
LI1+GI1'+QD=LI2+GI2'+QL 或 QD=L(I2-I1)+G (I2'-I1')+QL (5-31)
连续操作逆流干燥器作关于水分的物料衡算 逆流干燥器作关于水分的物料衡算， 对连续操作逆流干燥器作关于水分的物料衡算， 1s为衡算基准 设干燥器内无物料损失。 为衡算基准， 以1s为衡算基准，设干燥器内无物料损失。则： LH1+GX1=LH2+GX2 或 L(H2-H1)=G (X1-X2)=W [kg水/s] 水 (5-24)
(5-28)
G2 = G(1+ X2 ) = G W 1
G— 单位时间内绝干物料流量，绝干料 kg / s 单位时间内绝干物料流量 绝干物料流量，
5-3-3 干燥系统的热量衡算 一、基本方程 基本方程
中 基准：
1. 预热器的热量衡算： 预热器的热量衡算：
c.等t (b.的特例 t1 的特例) 等 的特例
t0
QD > G(I2 I1 ) + QL
c1
H0 H2
p261 例5-6： ： 已知数据如图示， 已知数据如图示，求L0及QP(QL预=0)。 。
循环比=(废气 混气 质量比=0.8 循环比 废气/混气 质量比 废气 混气)质量比 t0=25℃ ℃ H中 干气 0=0.005kg/kg干气 国
7.3干燥过程的物料衡算和热量衡算
预热器
G, t1 , H1
干 燥 器
废气
G, t2 , H2
产品 L2, w2 (X2), θ2
湿物料 L1, w1 (X1), θ1
连续干燥流程图
G ——干空气质量流量，kg干气/h L1、L2 ——物料进出干燥器总量，kg物料/h
2
一、绝干物料量LC
( kg干物料/h )
LC L1 (1 w 1 ) L2 (1 w 2 )
8
三、空气出口状态的确定方法 ——确定H2、I2 （1）计算法
W G ( H 2 H 1 ) LC ( X 1 X 2 )
( H 2 、 I2 )
QD G ( I 2 I1 ) LC ( I 2 ' I1 ' ) QL
I1 I2 B t1 D C =1
7.3 干燥过程的物料衡算和热量衡算
7.3.1 干燥过程的物料衡算 湿基含水量 w [kg水/kg湿物料]
湿物料中水分质量 w 湿物料总质量
干基含水量 X
[kg水/kg干物料]
湿物料中水分质量 X 湿物料中绝干物料质量
X 换算关系： w 1 X
w X 1 w
1
G, t0 , H0
预热(t0t1) ：AB 干燥(t1t2) ：
• 等焓过程：BD • 不等焓过程：BC
t2 t0
A
10
补充热量: QD G ( I 2 I1 ) LC ( I 2 ' I1 ' ) QL 外加热量: Q Q
P
Q
D
Q G ( I 2 I 0 ) LC ( I 2 ' I 1 ' ) Q L
干燥过程得物料平衡与热平衡计算
—热损失
式中为湿物料进出干燥器时得比热
蒸发水分所需得热量为:
若忽略湿物料中水分带入系统中得焓,上式简化为:
此时热效率可表示为:
6、等焓干燥过程:
等焓干燥过程(绝热干燥过程):气体放出得显热全部用于湿分汽化。规定如下:
不向干燥器补充热量 ;
折合成标煤量=667384、6/29302=22、8kg/h
那么,需要向干燥系统供应多少热风呢？首先需要确定热风得初始温度,现按初始风温t1=300℃与400℃分别计算,忽略热空气中得水分,需要得绝干空气量L。
当t1=300℃时,L×1、01×300=667384、6得L=2202、6kJ/h
这样,加热空气带走热2202、6×1、01×60=133476、9kJ/h占20%
(3)干燥产品流量
物料平衡
则,
式中,分别为物料进与出干燥器得湿基含水量。需要指出得就是,干燥产品就是相对于而言得,并不就是绝干物料,只就是含水量较小。所以一般称为干燥产品,以区别于绝干物料。
例题:在一连续干燥器中,将每小时2000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,空气进出干燥器得湿度分别为0、02及0、08,假设干燥过程无物料损失,试求水分蒸发量,新鲜空气消耗量与干燥产品量。
水分蒸发热520560kJ/h占78%
其她热损失占2%
以上已接近等焓干燥,即:
热空气释放出得显热=2202、6×1、01×(300-60)=533910、2kJ/h
与水分蒸发汽化热=498000kJ/h两者比较相近。
当t1=400℃时,解得L=1610、6kg/h。
这时,加热空气带走热为97603、9kJ/h,占总热量得14、6%。
干燥过程热量衡算
干燥过程的热量衡算一、干燥过程的热量衡算通过对干燥系统进行热量衡算，可确定物料干燥所消耗的热量、预热器或干燥器内补充加热器的传热面积，以及确定干燥器出口空气（废气）的湿度H 2、焓I 2等状态参数。
图1为对流干燥过程的热量衡算示意图，图中0H 、1H 、2H ——分别为新鲜空气进入预热器、离开预热器（即进入干燥器）和离开干燥器时的湿度，单位为kg 水/kg 绝干空气；0I 、1I 、2I ——分别为新鲜空气进入预热器、离开预热器（即进入干燥器）和离开干燥器时的焓，单位为kJ/kg 绝干空气；0t 、1t 、2t ——分别为新鲜空气进入预热器、离开预热器（即进入干燥器）和离开干燥器时的温度，单位为℃；L ——绝干空气的质量流量，单位为kg 绝干空气/s1G 、2G ——分别为进入和离开干燥器的物料的质量流量，单位为kg/s/1t 、/2t ——分别为进入和离开干燥器的物料的温度，单位为℃；/1I 、/2I ——分别为进入和离开干燥器的物料的的焓，单位为kJ/kg 绝干物料；P Q ——单位时间内输入预热器的热量，单位为kW ；D Q ——单位时间内向干燥器内补充的热量，单位为kW ；L Q ——单位时间内干燥系统损失的热量，单位为kW ；（一）预热器的热量衡算若忽略预热器的热损失，对图1中的预热器作热量衡算，得10LI LI Q P =+ （1）或 ()01I I L Q P −= （1a）(二) 向干燥器补充的热量D Q对图1中的干燥器作热量衡算，得L c c D Q I G LI I G Q LI ++=++/22/11 或 ()()L c D Q I I G I I L Q +−+−=/1/212 （2） (三)干燥系统的热量衡算对图1中包括预热器和干燥器在内的干燥系统作热量衡算，则单位时间内进入干燥系统的热量＝单位时间内带出干燥系统的热量L c D P c Q I G LI Q Q I G LI ++=+++/22/10 （3）或 ()()L c D P Q I I G I I L Q Q Q +−+−=+=/1/202 （3a） 式中：c G ——绝干物料的质量流量，单位为kg/s；L Q ——干燥系统损失的热量，单位为kW 。
干燥物料及热量衡算的解读
干燥物料及热量衡算的解读（1-6） （1-7）所以 （1-8）由此可得： ，物料处理量，kg/h；产品量，kg/h；蒸发水量，kg/h；绝干物料量，kg；物料湿基含水率，%；为：或 （1-10）物料的湿基含水率为：即： （1-11）在干燥过程中，物料中的含水率总是在变化，只有绝干物料量不变，计算时常将湿基含水率换算成干基含水率。
干基含水率c应为：即： （1-12）两种含水率之间的换算关系为：蒸发水量，kg/h；绝干物料量，kg/h；湿基含水率，%；根据公式，干基含水率为：一般情况下，产品中总是残存部分水分，在计算实际蒸发水量时，应计算出物料初始状态和产品的干基含湿量，然后计算蒸发水量：W=Gs（c1-c2） （1-15）式中 c1、c2-干基含水率，kg/kg。
因干燥前后绝干物料量不变，则对绝干物料作物料二、空气消耗量的计算（1-17）由此可得（1-18）这是一个水分平衡式，式左端所代表的物料脱水量等于右端空气带出的水量。
热时加热器进出口空气绝干空气消耗量，kg/h；环境空气湿度，kg（水）/kg；量为基准。
以即 。
所以 （1-22）为了计算方便，可查表1。
干燥过程空气的消耗量一般由三个物理量决定，①能容纳所蒸发的水分量；②能带入干燥设备足够的热量；（1-23）式中 t m1、t m2-物料进入和离开干燥设备的温度，在不计物料和输送装置耗热和向周围散热的理想情（1-24） （1-25）式中 C s-绝干物料比热容，kJ/（kg·℃）；水的比热容，kJ/（kg·℃）；、w-物料和产品的含水率，%。
1w m1a这一结果表明，在理想干燥设备中，空气焓值的增加是靠液体变成蒸汽时的热量。
如果给此式两边同除以蒸发水量W，并令 。
于是：单位能量消耗量，kJ/kg（水）；单位蒸发水分所需要的绝干空气量， ，单位为干燥器的料车等。
通过干燥室输送设备的质量，kg/h；输送设备材料的比热容，kJ/kg；进出干燥设备输送设备的温度。
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QV W 2490 1.88t2 4.1871W
忽略物料中水分带入的焓
QV W 2490 1.88t2
W 2490 1.88t2 100% Q
四、空气通过干燥器时的状态变化不向干燥器中补充热量QD=0；
2、空气消耗量L
G X 1 X 2 W L H 2 H1 H 2 H1
每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量l
L 1 l W H 2 H1
3、干燥产品流量G2
对干燥器作绝干物料的衡算
G2 1 2 G1 1 1
G1 1 1 G2 1 2
I1 I 2
I t1 t2 B
I1 I 2
C3
C2
C C1
H
2）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
I1 QL QD GI 2
LI1 I 0 LI 2 I 0
I1 I 2
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
1.01t2 t0 2490 1.88t2 H 2 H 0
湿物料进出干燥器的焓分别为
I1 cm11
cm2 2 I2
I1 cm 2 1 I2
I1 QL Q Q p QD LI 2 I 0 GI 2
H1 H 0 0.005kg / kg干空气
t2 60 ℃
H2
1.01 1.88 0.005140 2490 0.005 1.01 60
1.88 60 2490 1.88 60 2490
0.0363kg / kg干空气
•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 G
I1 0 I 2
Q Q p QD LI 2 I1 GI 2 I1 QL LI1 I 0
Q p LI1 I 0
I1 QL QD LI1 I 0 LI 2 I 0 GI 2
IV 0 IV 2
•湿物料进出干燥器时的比热取平均值 c m 湿空气进出干燥器时的焓分别为：
I 0 c g t 0 IV 0 H 0
I 2 c g t 2 IV 2 H 2
I 2 I 0 cg t2 t0 IV 2 H 2 H 0
I 2 I 0 cg t2 t0 r0 c02t2 H 2 H 0
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。
1.01Lt2 t0 W 2490 1.88t2 Gcm 2 1 QL
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
cm cs Xc
2、干燥系统的热效率
蒸发水分所需的热量 100% 向干燥系统输入的总热量
一、湿物料中含水量的表示方法
1、湿基含水量W
水分质量 湿物料的总质量
2、干基含水量X
湿物料中水分的质量 X 湿物料中绝干气的质量
3、换算关系
X 1 X
X 1
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
LH1 GX1 LH 2 GX 2
W LH 2 H1 G X1 X 2
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
LI 0 Q p LI1
单位时间内预热器消耗的热量为：
Q p LI1 I 0
对干燥器列焓衡算，以1s为基准
QD LI 2 GI 2 QL LI1 GI1
单位时间内向干燥器补充的热量为
I1 QL QD LI 2 I1 GI 2
单位时间内干燥系统消耗的总热量为
Q Q p QD LI 2 I 0 GI 2 I1 QL
——连续干燥系统热量衡算的基本方程式
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
将上述条件代入
I1 I 2
I
t1 t2 t0
H0
B
I1 I 2
C A
H
2、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 G
I1 0 I 2
LI1 I 0 LI 2 I 0
L1.01t2 t0 2490 1.88t2 H 2 H 0 Gcm 2 1 QL
W W L H2 H0 H 2 H1
Q 1.01Lt2 t0
Gcm 2 1 QL
W 2490 1.88t2 H 2 H 0 H2 H0
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，I H 1 I H 2
1.01 1.88H1 t1 2490H1 1.01 1.88H 2 t2 2490H 2
t1 140 ℃