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1、9.5.1 干燥过程的物料衡算,典型的干燥流程 :,9.5 干燥过程的设计计算,目的:确定出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。,(1)湿物料的水分蒸发量,或,又,所以,(2)空气用量,进入和排出干燥器的湿分相等,故有:,干空气用量:,kg/s,kg/s,单位空气消耗量(比空气消耗量):,,kg干空气/kg水,换算为湿空气的质量为:,换算为湿气体的体积量为:,, kg湿空气/s,, m3湿空气/s,9.5.2 干燥过程的热量衡算及干燥器的热效率,(1)热量衡算,目的:确定干燥器的出口空气状态参数或所需的加热量。,基准:连续式干燥器的热量衡算以单位时间为基准, 间歇式干燥器
2、则以一次干燥周期为基准。, 全系统的热量衡算,进一步简化整理得:,或, 预热器的耗热量,该过程为恒湿增温过程 。,忽略热损失,有:,表中, 干燥器热量衡算,以干燥器为衡算系统,热量收支情况如下表所示:,(产品升温热量),由此可列出干燥器的热量衡算式:,令,将 带入,整理得:,或,kW/kg,因I=cHt+r0H,如不计干燥过程中cH的变化,则上式可改写为:,(2) 理想干燥过程和非理想干燥过程, 无热损失; 不加入补充热量; 物料足够湿润。, 理想干燥过程,理想干燥过程为等焓过程,近似绝热饱和过程。,干燥器出口空气状态亦可利用图解法在湿度图中直接求得:,对于理想干燥过程 ,有:, 非理想干燥过
3、程, 非理想干燥过程为非等焓干燥过程; 空气状态不是沿绝热饱和线变化 ; 实际的干燥过程大多为非理想干燥过程。 出口状态参数需由下式计算求得:, 干燥器的热效率,常用的干燥器的热效率定义为:干燥过程中,蒸发水分所消耗的热量与加入系统的热量之比。即:,式中,如干燥器中空气所放出的热量全部用来气化湿物料中的水分 , 则:,干燥器中无补充热量,则,若忽略湿比热容的变化,则,关于热效率: 可以表示热利用的程度,但还不能以此判别设计或操作的优劣; 降低空气出口温度t2和提高空气的出口湿度H2,可以减少废气带出的热量,减少空气用量,提高热效率; 用热空气作干燥介质时,热效率=30-60%;应用部分废气循环
4、时,=50-75%; 热空气的漏出或冷空气的漏入会降低干燥器的热效率; 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。,9.5.3 干燥时间的计算,(1)恒定干燥条件下的干燥时间计算(间歇过程) a)恒速干燥阶段,干燥速率R的求取: 干燥速率R可由实验测定,所用实验条件必须与待设计的干燥器的条件(如干燥器型式、空气流速及空气的状态、湿物料的堆积厚度等)相同。 也可按传质或传热速率式估算恒速阶段的干燥速率R。,kH 、 h 可由实验求得 ,可供参考的经验式:,W/m2 oC,适用范围:, 空气平行流过物料表面,或, 空气垂直流向固体表面,适用于:
5、,b) 降速阶段的干燥时间, 积分法, 求解:干燥曲线已知,将1/R对相应的X值进行标绘,求得X2-Xc之间的面积,再由上式求得时间2。 特点:比较准确,但计算较繁,且事先应具有从实验获得的与生产条件相仿的干燥速度曲线。, 近似计算, 简化:当降速段的速率曲线近似地以临界C点与平衡含水量E点的联线替代降速段曲线时,则R与X-X*成正比。 计算式:简化后,推导得降速阶段干燥时间2为:, 对多孔性物料,符合毛细管理论的干燥过程适宜采用这种方法。, 按扩散理论计算,对于厚度为l的平板,当侧面和底面绝热,干燥只在表面上进行时,在干燥时间较长的情况下:,最终含水量为X2所需降速干燥时间为:,c) 总的干
6、燥时间,=1+2,注:上式中的DL为常数,但DL是随含水量和温度而变化的,含水量越大,温度越高,DL越大,计算时应采用实验所得的平均值。,(2)非恒定干燥条件下的干燥时间计算(连续过程),实际干燥过程,干燥条件不是恒定的。,一连续逆流干燥器物料与空气的温度沿流程的分布曲线 :,区:预热区 ,可忽略不计,区:干燥的第一阶段,区:干燥的第二阶段,忽略预热段,其它两段的干燥时间可分别计算如下:,a)干燥的第一阶段 在干燥的第一阶段,任一截面都可写出传递速率关系:,任一微元距离内,空气与湿物料逆流接触的时间为d,相应的湿度和水分含量的变化为dH与dX,根据物料衡算有:,若干燥的第一阶段为绝热冷却过程,
7、则kH和Hw均为常数。,式中,Hc为:,设干燥速率与自由水分的关系仍可用下式表示:,b)干燥的第二阶段,由物料衡算:,第二阶段的任一截面和物料出口之间做水分的衡算,可得:,如空气的状态变化可视为绝热冷却过程,则Hw为常数 ,上式积分后整理得:,c )总干燥时间 =1+2,(3)干燥过程设计参数的确定, 进口温度: 为了强化干燥过程,降低设备成本,应提高空气的入口温度。, 空气的进口温度与湿度, 空气出口温度,在并流操作中,一般取气体出口温度比固体出口温度高1020 在逆流操作中,一般可选100作为初步设计值。,降低空气的出口温度,可减少空气的消耗量、提高热效率、降低操作费用。, 进口湿度:空气的进口湿度愈低,所需的空气量就愈少。一般情况下,空气的进口湿度决定于当时当地的大气状态。, 湿物料的出口温度,目前还没有较精确的计算公式,一般取相似于设计条件下的实验值,或用经验式估算。, 物料允许的最高温度,对于细颗粒或液滴并流干燥时,湿物料的出口温度2为:,
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