【例 15 理想干燥过程的物料衡算与热量衡算-|||-在常压下将含水量为10%的湿物料以 5kg/s 的速率送入干燥器,干燥产物的含水量为-|||-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℃,设为理想干燥过程,试求:(1)空气用量V;(2)预热器的热负荷。

步骤 1：计算湿物料的干基含水量
湿物料的含水量为10%，即每100kg湿物料中有10kg水，90kg干物料。因此，干基含水量为：
${X}_{1}=\dfrac {{W}_{1}}{1-{W}_{1}}=\dfrac {0.10}{1-0.10}=0.1111(kg/kg)$ 干料)
步骤 2：计算干燥产物的干基含水量
干燥产物的含水量为1%，即每100kg干燥产物中有1kg水，99kg干物料。因此，干基含水量为：
${X}_{2}=\dfrac {{W}_{2}}{1-{W}_{2}}=\dfrac {0.01}{1-0.01}=0.0101(kg/kg$ 干料)
步骤 3：计算水分汽化量
水分汽化量为：
$W={G}_{0}({X}_{1}-{X}_{2})=4.5\times (0.1111-0.0101)=0.4545(kg/s)$
步骤 4：计算进干燥器的空气状态
进干燥器的空气湿度为：
${H}_{1}={H}_{0}=0.007(kg/kg$ 干气)
进干燥器的空气焓为：
${I}_{1}=(1.01+1.88H_{1})t_{1}+2500H_{1}=(1.01+1.88\times 0.007)\times 130+2500\times 0.007=151(kJ/kg$ 干气)
步骤 5：计算出干燥器的空气状态
出干燥器的空气温度为：
${t}_{2}={70}^{\circ }C$
出干燥器的空气焓为：
${I}_{2}={I}_{1}=151kJ/kg$ 干气)
出干燥器的空气湿度为：
${H}_{2}=\dfrac {{I}_{2}-1.01t_{2}}{1.88t_{2}+2500}=\dfrac {151-1.01\times 70}{1.88\times 70+2500}=0.0303$ kg/kg 干气)
步骤 6：计算空气用量
空气用量为：
$V=\dfrac {W}{{H}_{2}-{H}_{1}}=\dfrac {0.4545}{0.0303-0.007}=19.48$ (kg干气/s)
步骤 7：计算预热器的热负荷
预热器的热负荷为：
$Q=V({I}_{1}-{I}_{0})$
式中 ${I}_{0}=(1.01+1.88{H}_{0}){t}_{0}+2500H_{0}=(1.01+1.88\times 0.007)\times 20+2500\times 0.007=38.0(kJ/kg$ 干气)
$Q=19.48\times (151-38)=2202(kw)$