干燥(化工原理的题目).doc

例14.1 湿空气的混合
某干燥器的操作压强为79.98kPa，出口气体的温度为60℃，相对湿度为70％，将部分出口气体返回干燥器入口与新鲜空气混合，使进入干燥器气体温度不超过90℃，相对湿度为12％［参见附图（a）］。已知新鲜空气的质量流量为0.5025kg/s，湿度为0.005kg水/kg干空气，试求：
（1） 新鲜空气的预热温度及空气的循环量；
（2） 预热器需提供的热量为多少？若将流程改为先混合后预热，所需热量是否变化？
解：（1）在新鲜空气中，干空气的流量

水在＝60℃时的饱和蒸汽压为19.91 kPa,出口气体的湿度为

水在=90℃时的饱和蒸气压为70.09 kPa,混合气体的湿度为

以混合点为控制体，对水分作物料衡算，可求出循环气量为

以混合点为控制体作热量衡算，可求出新鲜空气的预热温度

将代入上式，求得空气的预热温度为
＝133.3℃
（3） 预热器所提供的热量为

若流程改为先混合后预热，所需热量可以附图（b）中的方框作控制体，作热量衡算求出，

显然，先混合后预热或先预热后混合所需热量相同。但是，先预热后混合，气体出口温度高，需要能位较高的热源，一般说来，先混合后预热更为经济合理。

例14.2 热损失对干燥过程的影响
某湿物料的处理量为3.89kg/s，温度为20℃，含水量为10％（湿基），在常压下用热空气进行干燥，要求干燥后产品含水量不超过1％（湿基），物料的出口温度由实验测得为70℃。已知干物料的比热容为1.4kJ/(kg•K),空气的初始温度为20℃，相对湿度为50％，若将空气预热至130℃进入干燥器，规定气体出口温度不低于80℃，干燥过程热损失约为预热器供热量的10％，试求：
（1） 该干燥过程所需的空气量、热量及干燥器的热效率；
（2） 若加强干燥设备的保温措施，使热损失可以忽略不计，所需的空气量、热量及干燥器的热效率有何变化？
解：水在20℃的饱和蒸汽压，故空气的初始湿含量为

绝干物料的质量流量为

（1）干燥过程所需要的空气量V与出口气体的湿度H2有关，而所需供热量Q与空气量V有关。空气用量V及出口气体的湿度H2需联立求解如下物料衡算式及热量衡算式获得。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）
　（2）
据题意，式中
　　　　　　　，　　
　　　　　　　　，
　　　　　　，
　　　　　　，　　
固体物料在出口状态下的比热容为

干燥器的热损失为

将以上诸量代入式（1）、式（2）得
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（4）
联立求解式（3）、式（4）得

此干燥过程所需供热量

式中　　Q1—汽化水分耗热；Q2—物料升温耗热；Q3—废气带走热量。
热损失为

出口废气带走的热量为

干燥热效率为

（3） 若＝０，物料衡算式1不变，而热量衡算式变为
　　（5）
将有关数据代入式（５）得

　　所需热量为

出口气体带走的热量为

干燥效率为　　　　　　　　
　　从本例可以看出，对于干燥过程加强保温措施，不仅可以直接减少热损失，而且可以减少空气需用量，提高过程的热效率，从而使所需供热量明显降低。因此，与传热设备相比，加强干燥设备的保温措施更为重要。

例14.3气体出口状态与干燥过程所需能耗的关系
某湿物料在气流干燥管内进行干燥，湿物料的处理量为0.5kg/s，湿物料的含水量为
5％，干燥后物料的含水量不高于1％（皆为湿基），空气的初始温度为20℃，湿含量为0.005
kg水／kg干气体。若将空气预热至150℃进入干燥器，并假设物料所有水分皆在表面气化阶段除去，干燥管本身保温良好，试求：
（1） 当气体出口温度选定为70℃，预热器所提供的热量及热效率？
（2） 当气体出口温度选定为42℃，预热器所提供的热量及热效率有何变化？
（3） 若气体离开干燥管以后，因在管道及旋风分离器中散热温度下降了10℃，分别判断以上两种情况是否会发生物料返潮的现象？
解：据题意，若忽略被蒸发水分代入干燥器的热量，本干燥过程是理想的，气体在干燥管内的状态变为等焊过程，即：

式中　，　
（1） 当出口气体选定为，由上式可得

所需供热量可由物料衡算式求出

所需供热量和热效率分别为

（2） 当出口气体选定为，则

所需供热量和热效率分别为

（3） 对于情况1，出口气体中水汽分压为

　　在旋风分离器内气体温度为60℃，水在该温度时的饱和蒸汽压,故尚未达到气体的露点，物料不会返潮。
　　如规定气体出干燥管的温度为42℃，则出口气体中水汽分压为

在旋风分离器内气体温度降低为32℃，在该温度下水的饱和蒸汽压，故空气已达到露点，由液态水析出，物料将返潮。
　　从本例计算结果可以看出，气体的出口状态对于该过程的能耗影响很大。出口温度降低，所需空气量及供热量越少，而热效率越高。但是，出口气体温度过低，会因散热而在设备出口处降至露点，使物料返潮。因此，保证气体温度在离开设备之前不降至露点，是选择气体出口状态必须满足的限制条件。