上海交通大学：《生物工程单元操作原理》课程教学资源_干燥_Drying 第四节 干燥器

三、干燥过程的物料衡算和热量衡算 1.物料衡算 湿废气体 V,H2 W=G(X,-X2)=V(H2-H) → 干燥产品 绝干物料的质量流率，kg/s 湿物料 二气的质量k知g G.Xi G.X H 气体进干燥器时的湿度 气体离开干燥器时的湿度 W- 单位时间内汽化的水分量，kg/s 热空气 V,H 绝千气体消耗量：V= W H,-H

三、干燥过程的物料衡算和热量衡算 1. 物料衡算 Gc — 绝干物料的质量流率，kg/s V— 绝干气体的质量流率，kg/s H1 — 气体进干燥器时的湿度 H2 — 气体离开干燥器时的湿度 W —单位时间内汽化的水分量，kg/s 湿物料 Gc , X1 干燥产品 Gc , X2 热空气 V , H1 湿废气体 V , H2 1 2 2 1 ( ) ( ) W G X X V H H     c 2 1 W V H H   绝干气体消耗量：

2.热量衡算 废气 VH2,2 干燥产品 湿物料 干燥器 Gc,X2.82 Gc,Xi,0. 〉 损 空气 Q预 V.Hor to 热空气 预热器 VH在 Q预 预热器向气体提供的热量，kW; 向干燥器补充的热量，kW; Q损 干燥器的散热损失，kW

2. 热量衡算 Q预 —— 预热器向气体提供的热量，kW； Q补 —— 向干燥器补充的热量，kW； Q损 —— 干燥器的散热损失，kW。 湿物料 GC , X1 , 1 , 干燥产品 GC , X2 , 2 , 热空气 V, H1 , t1 废气 V, H2 , t2 空气 V, H0 , t0 Q预 Q补 Q损 预热器 干 燥 器

预热器的热量衡算 空气 Q预 热空气 V.Ho.to VH,专 预热器 =V(I-10)=VCpH (t-to) Q预 预热器向气体提供的热量，kW; 一分别为空气进、出预热器的焓，kJ/kg干气； CpH 湿混合气的比热容，即(Cpg+CpvH), kJ/(kg干气·C)

预热器的热量衡算 Q预 —— 预热器向气体提供的热量，kW； I0、I1 —— 分别为空气进、出预热器的焓，kJ/kg干气； cpH1 —— 湿混合气的比热容，即（ cpg ＋ cpVH1 ）， kJ/(kg干气·℃)。 热空气 V, H1 , t1 空气 V, H0 , t0 Q预 预热器 1 0 1 0 1 ( ) ( ) Q V I I Vc t t 预     pH

干燥器的热量衡算 废气 VH2专 湿物料 Gc.Xi,B. 干燥器 干燥产品 VI+GcCpme+e Gc.X2.02. =I2+GcCpm282+O损 损 热空气 V.H.t Cm一湿物料的比热容，由绝干物料的比热容c及液体的比热容cn按加和原则计算 Cpm Cps +Cpl.X

干燥器的热量衡算 湿物料 GC , X1 , 1 , 干燥产品 GC , X2 , 2 , 热空气 V, H1 , t1 废气 V, H2 , t2 Q补 Q损 干 燥 器 1 1 1 2 2 2 C pm C pm VI G c Q VI G c Q        补 损 pm ps pL c c c －湿物料的比热容，由绝干物料的比热容 及液体的比热容 按加和原则计算 pm ps pL c c c X  

3.空气通过干燥器时的状态变化 理想干燥过程 >在干燥过程中除去的水分都是 B 在表面汽化阶段除去的。 t >设备的热损失和物料温度的变 化可忽略。 等焓线 >未向干燥器补充热量。 >气体传给固体的热量全部用于 H 汽化水分所需的潜热。 >气体在理想干燥过程中的状态 变化是等焓过程

理想干燥过程 3. 空气通过干燥器时的状态变化  在干燥过程中除去的水分都是 在表面汽化阶段除去的。  设备的热损失和物料温度的变 化可忽略。  未向干燥器补充热量。  气体传给固体的热量全部用于 汽化水分所需的潜热。  气体在理想干燥过程中的状态 变化是等焓过程。 A H0 t0 B t1 C t2 等焓线

实际干燥过程 > 实际干燥过程中，若不向干 燥器补充热量或补充的热量 不足补偿物料带走的热量和 热损失之和时，则出口气体 的焓将低于进口气体的焓。 等焓线 如图中D点所示。 > 若补充热量较多时，则出口 Ho 气体的焓将高于进口气体的 焓。如图中E点所示

A H0 t0 B t1 C t2 等焓线 D E 实际干燥过程  实际干燥过程中，若不向干 燥器补充热量或补充的热量 不足补偿物料带走的热量和 热损失之和时，则出口气体 的焓将低于进口气体的焓。 如图中D点所示。  若补充热量较多时，则出口 气体的焓将高于进口气体的 焓。如图中E点所示

例14-2（p243,244)在常压下将含水质量分数为10%的湿 物料以5kg/s的速率送入干燥器，干燥产物的含水质量分数为 1%。所用空气的温度为20℃、湿度为0.007kg/kg干气，预热 温度为130℃，废气出口温度为70℃。试求空气用量及预热器 的热负荷。 (1)干燥过程为理想干燥过程； 0.1 0.01 =0.111kg/kg干料 X2= =0.0101kg/s干料 1-0.01 G。=5×(1-0.1)=4.5kg干料/s W=G.(X1-X2)=0.4545kg/s 1=(1.01+1.88×0.007)×20+2500×0.007=38kJ/kg千气 L1=(1.01+1.88×0.007)×130+2500×0.007=151kJ/kg干气 L1=12=(1.01+1.88H2)×70+2500H2→H2=0.0303kg/kg干气 W=V(H2-H)→V=19.48kg干气/s Q=V(1-1o)=2202kW

例14-2（p243，244）在常压下将含水质量分数为10%的湿 物料以5 kg/s的速率送入干燥器，干燥产物的含水质量分数为 1%。所用空气的温度为20℃、湿度为0.007kg/kg干气，预热 温度为130℃，废气出口温度为70℃。试求空气用量及预热器 的热负荷。 （1）干燥过程为理想干燥过程； 干料 . k g / s干料 . . . k g / k g X . . X 0 0101 1 0 01 0 01 0 111 1 0 1 0 1 1 2       G  .  . k g / s c  5 10 1  4 5 干料 W G X X  . k g / s  c 1  2  0 4545 I1  1.011.880.007130 25000.007 151k J / k g干气 I1  I2  1.011.88H2 70 2500H2  H2  0.0303k g / k g干气 W VH H  V 19.48k g干气/ s  2  1   I0  1.011.880.00720 25000.007  38k J / k g干气 Q VI1  I0   2202kW

G。=4.5kg干料/s W=0.4545kg/sI=38kJ/kg干气 I1=151kJ/kg干气 Cpml=2+4.19×0.111=2.46kJ/kg.C) Cp2=2+4.19×0.0101=2.04kJ/kg.C) V'L1+G.cpm8=V'I'2+G.cpm2L2+0.05W'(L,-1o) () W=V(H2-H)(2) I'2=(1.01+1.88H'2)×82+2500H2 3) V'=27.95kg干气/s I'2=132kJ/kg干气 H'2=0.0233kg/kg干气 2'=VL1-I)=3158kW

  c . . . k J /k g C c . . . k J / k g C p m p m           2 4 19 0 0101 2 04 2 4 19 0 111 2 46 2 1   1 1 1 1 2 2 2 0 05 1 0 V' I G c V' I' G c . V' I I  c p m    c p m      2 2 H1 W V' H'    3 2 1 01 1 88 2 82 2500 2 I'  .  . H'   H' Gc  4.5k g干料/ s W  0.4545k g / s I0  38k J / k g干气 I1 151k J / k g干气 干气 干气 干气 H' . k g / k g I' k J / k g V' . k g / s 0 0233 132 27 95 2 2    Q‘ V’I1  I0   3158kW

四、干燥过程的热效率 1.干燥过程的热量分配 补充加热2补 热损失2损 预热器 宇煤器 湿物料 干物料 汽化水分耗热21 物料升温耗热22 Q预+Q补=9+Q2+Q3+Q损 上式表明，加入到干燥系统中的热量Q被用于四个方面： (1)加热空气23；(2)蒸发水分21；(3)加热物料22； (4) 热损失2损°

预热器 干燥器 t0 t1 湿物料 干物料 补充加热Q补 热损失Q损 t2 Q Q3 预 汽化水分耗热Q1 物料升温耗热Q2 1. 干燥过程的热量分配 Q Q Q Q Q Q 预      补 1 2 3 损 上式表明，加入到干燥系统中的热量Q被用于四个方面： （1）加热空气Q3；（2）蒸发水分Q1；（3）加热物料Q2 ； （4）热损失Q损。 四、干燥过程的热效率

加入到干燥系统中的热量Q被用于： (1)将新鲜空气V(湿度为H。)由t加热至t,,所需热量为： Q=Vcpm(4,-to)=V(1.01+1.88Ho42-to) (2)对于原湿物料，其中干燥产品从被加热到0，后离开干 燥器，所耗热量为： Q3=G.cpm2(82-8) (3)水分由液态温度0被加热并汽化，在温度t2下随气 相离开干燥器，所耗热量为： =W(Yo+Cpvt-cple) (4)干燥系统损失的热量Q损

（1）将新鲜空气V（湿度为H0）由t0加热至t2，所需热量为： 3 2 0 0 2 0 0 ( ) (1.01 1.88 )( ) Q Vc t t V H t t      pH （2）对于原湿物料，其中干燥产品从1被加热到2 后离开干 燥器，所耗热量为： 2 2 2 1 ( ) Q G c   c pm   （3）水分W由液态温度1被加热并汽化，在温度t2下随气 相离开干燥器，所耗热量为： 1 0 2 1 ( ) Q W c t c pV pL      加入到干燥系统中的热量Q被用于: （4）干燥系统损失的热量Q损