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1、三、干燥系统的热效率三、干燥系统的热效率n n干燥器的热效率：干燥器的热效率：干燥器的热效率：干燥器的热效率：n n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。之比。之比。之比。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，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，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，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，即即即即空气沿绝热冷却线变化
2、空气沿绝热冷却线变化空气沿绝热冷却线变化空气沿绝热冷却线变化，则：，则：，则：，则：Q Qv v=L(I=L(I1 1-I-I2 2)=1.01L(t)=1.01L(t1 1-t-t2 2)干燥器无补充热量，干燥器无补充热量，干燥器无补充热量，干燥器无补充热量，Q QD D=0=0，Q=Q=QQp p=L(I=L(I1 1-I-I0 0)=1.01L(t)=1.01L(t1 1-t-t0 0)则热效率表示为：则热效率表示为：则热效率表示为：则热效率表示为：讨论：讨论：1、反映量干燥器性能，反映量干燥器性能，越高，表明热利用率越高。越高，表明热利用率越高。2、若、若t2较低，较低，H2较高，空气
3、带走的热量较高，空气带走的热量1.01L(t2-t0)可提高可提高，但：推动力，但：推动力Hw-H减少；干燥速率减少；干燥速率对于吸水性物质，对于吸水性物质，t2太低，易析出水返潮。因此，太低，易析出水返潮。因此，t2tW+(2050)提高热效率的途径：提高热效率的途径：提高热效率的途径：提高热效率的途径：vv 降低空气出口温度降低空气出口温度降低空气出口温度降低空气出口温度 t t2 2和提高出口湿度和提高出口湿度和提高出口湿度和提高出口湿度HH2 2，但影响干燥速率和但影响干燥速率和但影响干燥速率和但影响干燥速率和物料的最终干燥程度。物料的最终干燥程度。物料的最终干燥程度。物料的最终干燥程
4、度。vv干燥器处于略低于常压下操作，以避免因热空气的漏出或冷干燥器处于略低于常压下操作，以避免因热空气的漏出或冷干燥器处于略低于常压下操作，以避免因热空气的漏出或冷干燥器处于略低于常压下操作，以避免因热空气的漏出或冷空气的漏入而降低干燥器的热效率。空气的漏入而降低干燥器的热效率。空气的漏入而降低干燥器的热效率。空气的漏入而降低干燥器的热效率。vv尽量利用废气中的热量，如用废气预热冷空气或湿物料，减尽量利用废气中的热量，如用废气预热冷空气或湿物料，减尽量利用废气中的热量，如用废气预热冷空气或湿物料，减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。
5、少设备和管道的热损失，都有助于热效率的提高。少设备和管道的热损失，都有助于热效率的提高。少设备和管道的热损失，都有助于热效率的提高。用热空气作干燥介质时，热效率用热空气作干燥介质时，热效率用热空气作干燥介质时，热效率用热空气作干燥介质时，热效率=30-60%=30-60%；应用应用应用应用部分废气循环部分废气循环部分废气循环部分废气循环时，热效率时，热效率时，热效率时，热效率=50-75%=50-75%。四、空气通过干燥器时状态变化四、空气通过干燥器时状态变化n n理想干燥过程等焓干燥过程绝热干燥理想干燥过程等焓干燥过程绝热干燥理想干燥过程等焓干燥过程绝热干燥理想干燥过程等焓干燥过程绝热干燥无
6、外加补充热量（无外加补充热量（无外加补充热量（无外加补充热量（QQDD=0=0）；）；）；）；忽略设备热损失忽略设备热损失忽略设备热损失忽略设备热损失QQL L=0=0；物料足够润湿，物物料足够润湿，物物料足够润湿，物物料足够润湿，物料料料料I I1 1=I I2 2,因此因此因此因此，I I1 1I I2 2L,H0,t0,I0L,H1,t1,I1L,H2,t2,I2G2,w2,X2,I2,G1,w1,X1,I1,QP预热预热器器干燥器干燥器空气空气ACBp.BA.C.C1H2 H2 H2ABCCC H0H1t1t2t0n n非理想干燥过程非理想干燥过程非理想干燥过程非理想干燥过程 （非等焓
7、干燥过程）（非等焓干燥过程）（非等焓干燥过程）（非等焓干燥过程）实际的干燥过程大多为非理想干燥，即过程中有显著的热损失实际的干燥过程大多为非理想干燥，即过程中有显著的热损失实际的干燥过程大多为非理想干燥，即过程中有显著的热损失实际的干燥过程大多为非理想干燥，即过程中有显著的热损失或有补充加热。或有补充加热。或有补充加热。或有补充加热。2 2、QQD DQQL L+G+GC C(I(I2 2-I-I1 1)QQD D=L(I=L(I2 2-I-I1 1)+G)+Gc c(I(I2 2-I-I1 1)+Q)+QL LII2 2II1 1 空气通过干燥器空气通过干燥器空气通过干燥器空气通过干燥器,焓
8、值降低，焓值降低，焓值降低，焓值降低，BCBCBCBC（上图）（上图）（上图）（上图）空气通过干燥器空气通过干燥器空气通过干燥器空气通过干燥器,焓值增加，焓值增加，焓值增加，焓值增加，BCBCBCBC（上图）（上图）（上图）（上图）在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气进入预热器的温度为进入预热器的温度为进入预热器的温度为进入预热器的温度为15151515，湿度为，湿度为，湿度为，湿度为0.0073Kg0.0073Kg
9、0.0073Kg0.0073Kg水水水水/Kg/Kg/Kg/Kg绝干气，焓为绝干气，焓为绝干气，焓为绝干气，焓为35KJ/Kg35KJ/Kg35KJ/Kg35KJ/Kg绝干空气；空气进干燥器温度为绝干空气；空气进干燥器温度为绝干空气；空气进干燥器温度为绝干空气；空气进干燥器温度为90909090，焓为，焓为，焓为，焓为109KJ/Kg109KJ/Kg109KJ/Kg109KJ/Kg绝绝绝绝干空气；空气出干燥器温度为干空气；空气出干燥器温度为干空气；空气出干燥器温度为干空气；空气出干燥器温度为50505050；湿度为；湿度为；湿度为；湿度为0.023 Kg0.023 Kg0.023 Kg0.02
10、3 Kg水水水水/Kg/Kg/Kg/Kg绝干绝干绝干绝干气；进干燥器物料含水量为气；进干燥器物料含水量为气；进干燥器物料含水量为气；进干燥器物料含水量为0.15Kg0.15Kg0.15Kg0.15Kg水水水水/Kg/Kg/Kg/Kg绝干料；出干燥器物料绝干料；出干燥器物料绝干料；出干燥器物料绝干料；出干燥器物料含水量为含水量为含水量为含水量为0.01Kg0.01Kg0.01Kg0.01Kg水水水水/Kg/Kg/Kg/Kg绝干料；干燥器生产能力为绝干料；干燥器生产能力为绝干料；干燥器生产能力为绝干料；干燥器生产能力为237Kg/h237Kg/h237Kg/h237Kg/h（按（按（按（按干燥产品
11、计）。试求：干燥产品计）。试求：干燥产品计）。试求：干燥产品计）。试求：（1 1 1 1）绝干空气的消耗量（）绝干空气的消耗量（）绝干空气的消耗量（）绝干空气的消耗量（KgKgKgKg绝干气绝干气绝干气绝干气/h/h/h/h）；）；）；）；（2 2 2 2）进预热器前风机的流量（）进预热器前风机的流量（）进预热器前风机的流量（）进预热器前风机的流量（m m m m3 3 3 3/s/s/s/s）；）；）；）；（3 3 3 3）预热器加入热量（）预热器加入热量（）预热器加入热量（）预热器加入热量（KWKWKWKW）（预热器热损失可忽略）。）（预热器热损失可忽略）。）（预热器热损失可忽略）。）（预
12、热器热损失可忽略）。课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习n n某厂利用气流干燥器将含水某厂利用气流干燥器将含水某厂利用气流干燥器将含水某厂利用气流干燥器将含水20%20%20%20%的物料干燥到的物料干燥到的物料干燥到的物料干燥到5%5%5%5%（均为湿（均为湿（均为湿（均为湿基），已知每小时处理的原料量为基），已知每小时处理的原料量为基），已知每小时处理的原料量为基），已知每小时处理的原料量为1000kg1000kg1000kg1000kg，于，于，于，于40404040进入干进入干进入干进入干燥器，假设物料在干燥器中的温度变化不大，空气的干球燥器，假设物料在干燥器中的温度变化不大，空气的干球燥
13、器，假设物料在干燥器中的温度变化不大，空气的干球燥器，假设物料在干燥器中的温度变化不大，空气的干球温度为温度为温度为温度为20202020，湿球温度为，湿球温度为，湿球温度为，湿球温度为16.516.516.516.5，空气经预热器预热后进，空气经预热器预热后进，空气经预热器预热后进，空气经预热器预热后进入干燥器，出干燥器的空气干球温度为入干燥器，出干燥器的空气干球温度为入干燥器，出干燥器的空气干球温度为入干燥器，出干燥器的空气干球温度为60606060，湿球温度为，湿球温度为，湿球温度为，湿球温度为40404040，干燥器的热损失很小可略去不计，试求：，干燥器的热损失很小可略去不计，试求：，
14、干燥器的热损失很小可略去不计，试求：，干燥器的热损失很小可略去不计，试求：n n需要的空气量为多少需要的空气量为多少需要的空气量为多少需要的空气量为多少m m m m3 3 3 3/h/h/h/h？（以进预热器的状态计）？（以进预热器的状态计）？（以进预热器的状态计）？（以进预热器的状态计）n n空气进干燥器的温度？空气进干燥器的温度？空气进干燥器的温度？空气进干燥器的温度？（已知（已知（已知（已知0000时水的汽化热时水的汽化热时水的汽化热时水的汽化热2491.27kJ/kg2491.27kJ/kg2491.27kJ/kg2491.27kJ/kg，空气与水汽比热，空气与水汽比热，空气与水汽比
15、热，空气与水汽比热分别为分别为分别为分别为1.011.011.011.01与与与与1.88kJ/kg.K1.88kJ/kg.K1.88kJ/kg.K1.88kJ/kg.K。）。）。）。）第三节第三节 干燥平衡关系与干燥速率干燥平衡关系与干燥速率n n干燥静力学：物料和热量衡算干燥静力学：物料和热量衡算干燥静力学：物料和热量衡算干燥静力学：物料和热量衡算n n干燥动力学：干燥平衡关系、干燥速率干燥动力学：干燥平衡关系、干燥速率干燥动力学：干燥平衡关系、干燥速率干燥动力学：干燥平衡关系、干燥速率一、干燥速率一、干燥速率vv设计需计算干燥器的尺寸及完成一定的任务所需的干燥时间，设计需计算干燥器的尺寸
16、及完成一定的任务所需的干燥时间，设计需计算干燥器的尺寸及完成一定的任务所需的干燥时间，设计需计算干燥器的尺寸及完成一定的任务所需的干燥时间，这都决定于干燥速率。这都决定于干燥速率。这都决定于干燥速率。这都决定于干燥速率。vv干燥速率，不仅决定于湿物料的性质，而且还决定于干燥介干燥速率，不仅决定于湿物料的性质，而且还决定于干燥介干燥速率，不仅决定于湿物料的性质，而且还决定于干燥介干燥速率，不仅决定于湿物料的性质，而且还决定于干燥介质的条件：包括温度、湿度、速度及流动的状态。质的条件：包括温度、湿度、速度及流动的状态。质的条件：包括温度、湿度、速度及流动的状态。质的条件：包括温度、湿度、速度及流动
17、的状态。vv目前对干燥速率的机理了解得还很不充分，因而在大多数情目前对干燥速率的机理了解得还很不充分，因而在大多数情目前对干燥速率的机理了解得还很不充分，因而在大多数情目前对干燥速率的机理了解得还很不充分，因而在大多数情况下，还必须用实验的方法测定干燥速率况下，还必须用实验的方法测定干燥速率况下，还必须用实验的方法测定干燥速率况下，还必须用实验的方法测定干燥速率vv按空气状态参数变化情况：按空气状态参数变化情况：按空气状态参数变化情况：按空气状态参数变化情况：非恒定条件干燥操作：非恒定条件干燥操作：非恒定条件干燥操作：非恒定条件干燥操作：沿干燥器的长度和高度，空气的温沿干燥器的长度和高度，空气
18、的温沿干燥器的长度和高度，空气的温沿干燥器的长度和高度，空气的温度度度度 ，湿度，湿度，湿度，湿度 （连续干燥）（连续干燥）（连续干燥）（连续干燥）恒定干燥条件：恒定干燥条件：恒定干燥条件：恒定干燥条件：大量空气干燥少量的物料，维持空气速度大量空气干燥少量的物料，维持空气速度大量空气干燥少量的物料，维持空气速度大量空气干燥少量的物料，维持空气速度以及与物料的接触方式不变以及与物料的接触方式不变以及与物料的接触方式不变以及与物料的接触方式不变（空气的温度和湿度不变，间歇干燥空气的温度和湿度不变，间歇干燥空气的温度和湿度不变，间歇干燥空气的温度和湿度不变，间歇干燥）1 1 1 1、干燥速率曲线、干
19、燥速率曲线、干燥速率曲线、干燥速率曲线vv 干燥曲线：由间歇操作实验所得数据，以干燥曲线：由间歇操作实验所得数据，以干燥曲线：由间歇操作实验所得数据，以干燥曲线：由间歇操作实验所得数据，以干基含水量干基含水量干基含水量干基含水量X X X X对对对对时间时间时间时间作图。作图。作图。作图。vv干燥速率（干燥速率（干燥速率（干燥速率（raterateraterate of drying of drying of drying of drying）U U U U：单位时间单位表面积上汽单位时间单位表面积上汽单位时间单位表面积上汽单位时间单位表面积上汽化的水分量。化的水分量。化的水分量。化的水分量。
20、干燥速率曲线：以干燥速率曲线：以干燥速率干燥速率U U对对干基含水量干基含水量X X作图。作图。干燥曲线干燥曲线干燥速率曲线干燥速率曲线n nABABABAB（或或或或ABABABAB）段：段：段：段：ABABABAB为湿为湿为湿为湿物料物料物料物料不稳定的加热过程不稳定的加热过程不稳定的加热过程不稳定的加热过程。该过程的时间很短该过程的时间很短该过程的时间很短该过程的时间很短,将其作为恒速干燥的一部分。将其作为恒速干燥的一部分。将其作为恒速干燥的一部分。将其作为恒速干燥的一部分。X X X X下降，下降，下降，下降，增加，增加，增加，增加，n nBCBCBCBC段：恒速干燥段：恒速干燥段：恒
21、速干燥段：恒速干燥vv 物料表面充满着非结合水分，与液态纯水相同。物料表面充满着非结合水分，与液态纯水相同。物料表面充满着非结合水分，与液态纯水相同。物料表面充满着非结合水分，与液态纯水相同。vv 物料内部水分扩散速率物料内部水分扩散速率物料内部水分扩散速率物料内部水分扩散速率 表面水分汽化速率，属于表面水分汽化速率，属于表面水分汽化速率，属于表面水分汽化速率，属于表面汽化控制阶段表面汽化控制阶段表面汽化控制阶段表面汽化控制阶段。干燥速率保持恒定。干燥速率保持恒定。干燥速率保持恒定。干燥速率保持恒定vv 空气传给物料的热量水分汽化所需的热量。空气传给物料的热量水分汽化所需的热量。空气传给物料的
22、热量水分汽化所需的热量。空气传给物料的热量水分汽化所需的热量。湿物料湿物料湿物料湿物料 空气的湿球温度空气的湿球温度空气的湿球温度空气的湿球温度t t t tw w w w；物料表面气膜的空气温度为物料表面气膜的空气温度为物料表面气膜的空气温度为物料表面气膜的空气温度为t t t tw w w w，饱和湿度饱和湿度饱和湿度饱和湿度HwHwHwHw；影响恒速干燥阶段的因素影响恒速干燥阶段的因素vv干燥速度主要决定于干燥速度主要决定于干燥速度主要决定于干燥速度主要决定于干燥介质的性质干燥介质的性质干燥介质的性质干燥介质的性质和空气与湿物料的接触和空气与湿物料的接触和空气与湿物料的接触和空气与湿物料
23、的接触方式。而与湿物料的性质关系很小方式。而与湿物料的性质关系很小方式。而与湿物料的性质关系很小方式。而与湿物料的性质关系很小vv空气空气空气空气H H H H t,t,t,t,UcUcUcUc CDECDECDECDE段降速段段降速段段降速段段降速段C C C C点临界点，点临界点，点临界点，点临界点，干燥速率干燥速率干燥速率干燥速率Uc=Uc=Uc=Uc=恒速阶段的干燥速率，临界含水量恒速阶段的干燥速率，临界含水量恒速阶段的干燥速率，临界含水量恒速阶段的干燥速率，临界含水量X X X XC C C C。XXc,UXXc,UXXc,UX水分汽化所需的热量，故物料表面水分汽化所需的热量，故物料
24、表面水分汽化所需的热量，故物料表面水分汽化所需的热量，故物料表面的温度不断上升，最后接近于空气的温度。的温度不断上升，最后接近于空气的温度。的温度不断上升，最后接近于空气的温度。的温度不断上升，最后接近于空气的温度。物料内部水分扩散速率物料内部水分扩散速率物料内部水分扩散速率物料内部水分扩散速率 多孔材料多孔材料X XC C厚度增加厚度增加 X XC C 分散越细分散越细,干燥面积干燥面积 X XC C 恒速段干燥速率恒速段干燥速率 X XC C 临界含水量临界含水量临界含水量临界含水量=f(=f(=f(=f(物料的性质、厚度、干燥速率、干燥器的种类、物料的性质、厚度、干燥速率、干燥器的种类、
25、物料的性质、厚度、干燥速率、干燥器的种类、物料的性质、厚度、干燥速率、干燥器的种类、干燥操作条件）干燥操作条件）干燥操作条件）干燥操作条件）生产中为保证产品质量生产中为保证产品质量生产中为保证产品质量生产中为保证产品质量,降低降低降低降低X X X XC C C C措施措施措施措施:减小物料的厚度减小物料的厚度减小物料的厚度减小物料的厚度 加强搅拌加强搅拌加强搅拌加强搅拌,增大干燥面积增大干燥面积增大干燥面积增大干燥面积 使用流化床设备使用流化床设备使用流化床设备使用流化床设备vv当当当当XXXX临界含水量临界含水量临界含水量临界含水量XcXcXcXc，属于属于属于属于表面汽化控制阶段表面汽化
26、控制阶段表面汽化控制阶段表面汽化控制阶段，亦即，亦即，亦即，亦即等速干燥阶段；等速干燥阶段；等速干燥阶段；等速干燥阶段；vv当当当当XXXX临界含水量临界含水量临界含水量临界含水量XcXcXcXc，属于属于属于属于内部扩散控制阶段内部扩散控制阶段内部扩散控制阶段内部扩散控制阶段，即降，即降，即降，即降速阶段；速阶段；速阶段；速阶段；vv当达到平衡含水量当达到平衡含水量当达到平衡含水量当达到平衡含水量X X X X*，U=0U=0U=0U=0。vv在工业生产中，物料不会被干燥到平衡含水量，而在工业生产中，物料不会被干燥到平衡含水量，而在工业生产中，物料不会被干燥到平衡含水量，而在工业生产中，物料不会被干燥到平衡含水量，而是在临界含水量和平衡含水量之间，这需视产品要是在临界含水量和平衡含水量之间，这需视产品要是在临界含水量和平衡含水量之间，这需视产品要是在临界含水量和平衡含水量之间，这需视产品要求和经济核算而定求和经济核算而定求和经济核算而定求和经济核算而定 。