传热设备操作与控制 知识点3 干燥器物料及热量衡算 物料及热量衡算电子教案.doc

职业教育应用化工技术专业教学资源库《传热设备操作与控制》课程电子教案 情境4 干燥器的操作与控制 学习任务2 工艺参数的确定 计划学时 4 干燥过程的物料衡算和热量衡算 一、空气干燥器的操作过程 图4-7是空气干燥器的流程示意图。空气经预热器加热后温度提高，增强了其吸收水分的能力，然后进入干燥室与湿物料相接触，进行热、质传递。干燥过程中湿物料中的水分汽化所需的热量可以全部由热空气提供，也可由热空气供给一部分，另一部分由在干燥室中设置的加热器供给。 除干燥室及空气预热器外，干燥装置中还设有抽风（或送风）机、进料器、卸料器和除尘器等。在图4-7所示流程中，热空气仅利用一次，实际上还有将部分空气循环使用等其他方案。 在设计干燥器时，通常已知湿物料的处理量、湿物料在干燥前后的含水量及进入干燥器的湿空气的初始状态，要求计算水分蒸发量、空气用量以及干燥过程所需热量，为此需要对干燥器做物料衡算和热量衡算，以便选择适宜型号的干燥器、风机和换热器等。 二、干燥过程的物料衡算 干燥器物料衡算要解决的问题有两方面：一是计算湿物料干燥到指定含水量所需除去的水分量；二是计算空气用量。 （一） 物料含水量的表示方法 1．湿基含水量 它是以湿物料为计算基准，指湿物料中水分质量与湿物料总量之比，即 ×100% （4-14） 2．含水量 它是以湿物料中绝干物料为计算基准，指湿物料中水分质量与湿物料中绝干物料之比，即 （4-15） 其单位为kg水／kg绝干物料； 上述两种含水量的换算关系为： 工业生产中，通常用湿基含水量来表示物料中水分的多少。但在干燥器的物料衡算中，由于干燥过程中湿物料的质量不断变化，而绝干物料质量不变，故采用干基含水量计算较为方便。 （二）物料衡算 通过物料衡算可求出干燥产品流量、物料的水分蒸发量和空气消耗量。现对图4-8所示的连续干燥器做物料衡算。 设：—进入干燥器的湿物料质量流量，kg/s； —出干燥器的产品质量流量，kg/s； —湿物料中绝干物料质量流量，kg/s； 1、2—分别为干燥前后物料的湿基含水量，kg水/kg湿物料； 、—分别为干燥前后物料的干基含水量，kg水/kg干物料； 、—进出干燥器的湿物料的湿度，kg水/kg绝干空气； —水分蒸发量，kg/s； —湿空气中绝干空气的质量流量，kg/s。 1．水分蒸发量 若不计干燥过程中物料损失量，则在干燥前后物料中绝干物料质量流量不变,即 （4-16） 整理得 （4-17） 对干燥过程去除的水分作物料衡算，可得 （4-18） 2．干空气消耗量L 整理式（4-18）得 （4-19） 蒸发1kg水分所消耗的干空气量，称为单位空气消耗量，用表示，其单位为kg绝干空气/kg水分，则 （4-20） 如果以表示空气预热前的湿度，由于空气经预热器后，其湿度不变，故＝，则式（4-20）可改写为 （4-20a 由上式可见，单位空气消耗量仅与、有关，与路径无关。越大，也越大，由于是由空气的初温t及相对湿度所决定，所以在其它条件相同的情况下，将随着t及的增加而增大，也就是说，对同一干燥过程而言，夏季的空气消耗量比冬季大，故在选择输送空气的风机装置时，须按全年最大空气消耗量而定。 三、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H2、焓I2等状态参数。 图4-9为对流干燥过程的热量衡算示意图，图中 、、——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； 、、——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； 、、——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℃； ——绝干空气的质量流量，单位为kg绝干空气/s 、——分别为进入和离开干燥器的物料的质量流量，单位为kg/s 、——分别为进入和离开干燥器的物料的温度，单位为℃； 、——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； ——单位时间内输入预热器的热量，单位为； ——