干燥过程中物料和热量的衡算方法

干燥过程是传热、传质同时进行的过程，干燥过程的计算既包括物料衡算也包括热量衡算。

湿物料中的水分量如何表征呢？

一、湿物料中的含水量

湿物料中含水量的多少有两种表示方法。

1.湿基含水量

以湿物料为基准的物料中所含水分的质量百分数表示的含水量称为湿基含水量，用符号w表示，表示公式见式（14-18）。工业生产中通常所指的含水量是指湿基含水量。

2.干基含水量

以绝干的物料为基准的物料中所含水分的质量分数表示的含水量称为干基含水量，用符号X表示，见式（14-19）所示。

3.两种含水量的换算关系

对于同一湿物料，其所含的水分质量是相同的，而湿基含水量和干基含水量只是表示方法不同而已，根据式（4-18）和式（4-19），可得二者的换算关系如下：

由于干燥过程中，湿物料的总质量是变化的，而绝干物料的质量是不变的。因此，用干基含水量计算较为方便。

二、干燥过程的物料衡算

干燥过程物料衡算见图14-11。

图14-11 干燥过程物料衡算

图中符号说明：

L——绝干空气流量，kg干气/h

G₁、G₂——进、出干燥器的湿物料量，kg湿料/h

H₀、H₁、H₂——新鲜空气、湿空气进、出干燥器时的湿度，k g水气/k g绝干空气

t₀、t₁、t₂——新鲜空气、湿空气进、出干燥器时的温度，℃

θ₁、θ₂——湿物料进、出干燥器时的温度，℃

w₁、w₂——湿物料进、出干燥器时的湿基含水量

X₁、X₂——湿物料进、出干燥器时的干基含水量

通过干燥过程的物料衡算，可确定出将湿物料干燥到指定的含水量所需除去的水分量及所需的空气量，从而确定在给定干燥任务下所用的干燥器尺寸，并配备合适的风机。

1. 湿物料的水分蒸发量W（kg水/h）

通过干燥器的湿空气中绝干空气量是不变的，又因为湿物料中蒸发出的水分被空气带走，故湿物料中水分的减少量等于湿物料中水分汽化量等于湿空气中水分增加量。即：

所以：

2.干空气用量L（kg干气/h）

令（kg干气/kg水）

l称为比空气用量，即每汽化1kg的水所需干空气的量。

因为空气在预热器中为等湿加热，所以H₀=H₁，，因此l只与空气的初、终湿度有关，而与路径无关，是状态函数。

湿空气用量：L′=L（1 +H₀）（kg湿气/h）或l′=l（1+H₀）（kg湿气/kg水）

湿空气体积：V_s=Lv_H（m³湿气/h）或V′_s=lv_H（m³湿气/kg水）(www.xing528.com)

三、干燥过程热量衡算

通过干燥器的热量衡算（图14-12），可以确定物料干燥所消耗的热量或干燥器排出空气的状态。作为计算空气预热器和加热器的传热面积、加热剂的用量、干燥器的尺寸或热效率的依据。

图14-12 热量衡算

1.流程图

温度为t₀，湿度为H₀，焓为h₀的新鲜空气，经加热后的状态为t₁、H₁、h₁，进入干燥器与湿物料接触，增湿降温，离开干燥器时状态为t₂、H₂、h₂，固体物料进、出干燥器的流量为G₁、G₂，温度为θ₁、θ₂，含水量为X₁、X₂。通过流程图可知，整个干燥过程需外加热量有两处，预热器内加入热量Q_p，干燥器内加入热量Q_d。外加总热量Q=Q_p+Q_d。将Q折合为汽化1kg水分所需热量

2.预热器热量衡算

3.干燥器的热量衡算

（1）输入量

①湿物料带入热量

式中 c_M——干燥后物料比热容，kJ/（kg湿料·℃）

式中 c_w——水的比热容，kJ/（kg水·℃）

c_s——绝干物料比热容，kJ/（kg·干料·℃）

②空气带入的焓值

③干燥器补充的热量

（2）输出量

①干物料带出焓值

②废气带出焓值lh₂

③热损失q_L

在稳定干燥过程中，输入量等于输出量，干燥器热量衡算式为：

四、干燥器的热效率

干燥器的热效率是干燥器操作性能的一个重要指标。热效率高，表明热的利用程度好，操作费用低，同时可合理利用能源，使产品成本降低。因此，在操作过程中，希望可获得尽可能高的热效率。

1.定义

式中 η——热效率

2.提高热效率途径

（1）当t₀，t₁一定时，t₂↓→η↑；H₂↑→η↑。

但t₂↓，传热推动力（t₂-t_w）↓，传质推动力（H_w-H）↓

因此在设计时规定：t₂要比热空气进入干燥器时的湿球温度t_w高20～50℃。

（2）当t₀，t₂一定时，t₁↑→η↑。

提高空气的预热温度，可提高热效率。空气预热温度高，单位质量干空气携带的热量多，干燥过程所需要的空气量少，废气带走的热量相应减少，故热效率得以提高。但是，空气的预热温度应以湿物料不致在高温下受热破坏为限。对不能经受高温的材料，采用中间加热的方式，即在干燥器内设置一个或多个中间加热器，往往可提高热效率。

（3）尽量利用废气中的热量，如用废气预热冷空气或湿物料，减少设备和管道的热损失，都有助于热效率的提高。