干燥过程热量衡算法则

通过干燥系统的热量衡算可以求得:预热器消耗的热量、向干燥器补充的热量、干燥过程消耗的总热量。这些内容可作为计算预热器传热面积、加热介质用量、干燥器尺寸以及干燥系统热效应等依据。

( 一) 热量衡算的基本方程

若忽略预热器的热损失，对图3 -69 中所示的预热器列焓衡算，得:

图3-69　干燥器的热量衡算

故单位时间内预热器消耗的热量为:

再对上图的干燥器列焓衡算，得:

式中: QL ——热损失，kg/s;

I0、I1、I2——湿空气进、出预热器及出干燥器的焓，kJ/kg 干空气;

I1′、I2′——湿物料进、出干燥器的焓，kJ/kg 干物料。

故单位时间内向干燥器补充的热量为:

联立式(3 -65) 、式(3 -66) 得:

式(3 -65) 、式(3 -66) 及式(3 -67) 为连续干燥系统中热量衡算的基本方程式。为了便于分析和应用，将式(3 -66) 式作如下处理。假设:

(1) 新鲜空气中水气的焓等于离开干燥器废气中水气的焓，即:

(2) 湿物料进出干燥器时的比热取平均值cm。

根据焓的定义，可写出湿空气进出干燥系统的焓为:

上两式相减并将假设(1) 代入，为了简化起见，取湿空气的焓为Iv2 ，故:

湿物料进出干燥器的焓分别为:

将假设(2) 代入下式:

分析式(3-73) 可知，向干燥系统输入的热量用于加热空气、蒸发水分、加热物料、热损失。

上述各式中的湿物料比热cm 可由绝干物料比热c g及纯水的比热c w求得，即:

( 二) 空气通过干燥器时的状态变化

干燥过程既有热量传递又有质量传递，情况复杂，一般根据空气在干燥器内焓的变化，将干燥过程分为等焓过程与非等焓过程两大类。(www.xing528.com)

1.等焓干燥过程 等焓干燥过程又称绝热干燥过程，等焓干燥条件为:

①不向干燥器中补充热量。

②忽略干燥器的热损失。

③物料进出干燥器的焓值相等。

将上述假设代入式(3 -73) ，得: L( I1 - I0) = L( I2 - I0) 即I1 = I2

上式说明空气通过干燥器时焓恒定，实际操作中很难实现这种等焓过程，故称为理想干燥过程，但它能简化干燥的计算，并能在H - I 图上迅速确定空气离开干燥器时的状态参数。

2.非等焓干燥器过程 非等焓干燥器过程又称为实际干燥过程。由于实际干燥过程不具备等焓干燥条件则: L( I1 - I0) ≠L( I2 - I0) ，即I1 ≠I2

非等焓过程中空气离开干燥器时状态点可用计算法或图解法确定。

【例3 -11】用连续干燥器干燥含水1.5%的物料9200kg/h，物料进口温度为25℃，产品出口温度为34.4℃，含水量为0.2%( 均为湿基含水量) ，其比热容为1.84kJ/( kg·℃) ，空气的干球温度为26℃，湿球温度为23℃，在预热器加热到95℃后进入干燥器，空气离开干燥器的温度为65℃，干燥器的热损失为71900kJ/h。试求: ( 1) 产品量; ( 2) 空气用量; ( 3) 预热器所需热量。

解:(1) 产品量:

则产品量为:G2 =G1 -W=9200 -120 =9080kg/h

将有关数据代入式(3 -75) 中得:

解得:H2 =0.024kg 水/kg 干空气

故空气用量L 为:

(3) 预热器需要加入的热量:

3.干燥系统的热效率 干燥过程中，蒸发水分所消耗的热量与从外热源所获得的热量之比为干燥器的热效率。即:

式中，蒸发水分所需的热量Q汽化可用下式计算:

从外热源获得的热量QT = Qp + QD

如干燥器中空气所放出的热量全部用来汽化湿物料中的水分，即空气沿绝热冷却线变化，则:

且干燥器中无补充热量，QD = 0 ，则: QT = QP = LcH1( t1 - t0)

若忽略湿比热的变化，则干燥过程的热效率可表示为:

热效率越高表示热利用率越好，若空气离开干燥器的温度较低，而湿度较高，则干燥操作的热效率高。但空气湿度增加，使物料与空气间的推动力下降。

一般来说，对于吸水性物料的干燥，空气出口温度应高些，而湿度应低些，即相对湿度要低些。在实际干燥操作中，空气离开干燥器的温度t2 需比进入干燥器时的绝热饱和温度高20 ～50 ℃，这样才能保证在干燥系统后面的设备内不致析出水滴，否则可能使干燥产品返潮，且易造成管路的堵塞和设备材料的腐蚀。

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