第七章 干燥[例7-2] 已知湿空气的总压为101.3kPa相对湿度为50%,干球温度为20℃。试用I-H图求解:(a)水气分压p;(b)湿度H;(c)焓I;(d)露点t;(e)湿球温度td;(f)如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117℃,求所需热量Q。

解:见本题附图。

由已知条件:pt=101.3kPa,=50%,t=20℃在I-H图上定出湿空气状态A点。

(a)水气分压:由图A点沿等H线向下交水气分压线于C,在图右端纵坐标上读得p=1.2kPa。

(b)湿度H:由A点沿等H线交水平辅助轴于点H=0.0075kg水/kg绝干空气。

(c)焓I:通过A点作斜轴的平行线,读得I=39kJ/kg绝干空气。

(d)露点td:由A点沿等H线与=100%饱和线相交于B点,由通过B点的等t线读得td=10℃。

(e)湿球温度tW(绝热饱和温度tas):由A点沿等I线与=100%饱和线相交于D点,由通过D点的等t线读得tW=14℃(即tas=14℃)。

(f)热量Q:因湿空气通过预热器加热时其湿度不变,所以可由A点沿等H线向上与t1=117℃线相交于G点,读得I1=138kJ/kg绝干空气(即湿空气离开预热器时的焓值)。含1kg绝干空气的湿空气通过预热器所获得的热量为:

Q′=I1-I=138-39=99kJ/kg

每小时含有500kg干空气的湿空气通过预热器所获得的热量为:

Q=500Q′=500×99=49500kJ/h=13.8kW

通过上例的计算过程说明,采用焓湿图求取湿空气的各项参数,与用数学式计算相比,不仅计算迅速简便,而且物理意义也较明确。

[例7-3] 今有一干燥器,湿物料处理量为800kg/h。要求物料干燥后含水量由30%减至4%(均为湿基)。干燥介质为空气,初温15℃,相对湿度为50%,经预热器加热至120℃进入干燥器,出干燥器时降温至45℃,相对湿度为80%。

试求:(a)水分蒸发量W;

(b)空气消耗量L、单位空气消耗量;

解(a)水分蒸发量W

已知G=800kg/h,w=30%,w=4%,则

G=G(1-w)=800(1-0.3)=560kg/h

W=G(X-X)=560×(0.429-0.042)=216.7kg水/h

(b)空气消耗量L、单位空气消耗量

由I-H图中查得,空气在t=15℃,=50%时的湿度为H=0.005kg水/kg绝干空气。

在t=45℃,=80%时的湿度为H=0.052kg水/kg绝干空气。

空气通过预热器湿度不变,即H=H。

kg绝干空气/h

kg干空气/kg水

(c)风量V 用式(7-14)计算15℃、101.325kPa下的湿空气比容为

=0.822m/kg绝干空气

V=Lv=4610×0.822=3789.42m/h 用此风量选用鼓风机。

[例7-4]采用常压气流干燥器干燥某种湿物料。在干燥器内,湿空气以一定的速度吹送物料的同时并对物料进行干燥。已知的操作条件均标于本例附图1中。试求:

(1)新鲜空气消耗量;

(2)单位时间内预热器消耗的热量,忽略预热器的热损失;

(3)干燥器的热效率。

解:(1)新鲜空气消耗量 先按式(7-27)计算绝干空气消耗量,即

①求W

绝干物料G3=kg绝干料/h

W=GH(X3-X)=248(0.15-0.01)=34.7kg/h

②求H 因Q≠0,故干燥操作为非绝热过程,空气离开干燥器的状态参数不能用等焓线去寻求,下面用解析法求解。

当t=15℃、H=0.0073kg/kg绝干空气时,

I=(1.01+1.88H)t+rH=34kJ/kg绝干空气

当t=90℃、H=H=0.0073kg/kg绝干空气时,同理可得I=110kJ/kg绝干空气。

I′=cθ+Xcθ=1.156×15+0.15×4.187×15=26.76kJ/kg绝干料

同理 I′=1.156×40+0.01×4.187×40=47.91kJ/kg绝干料

围绕本例附图1的干燥器作焓衡算,得

LI+GI′=LI+GI′+Q

或 L(I-I)=G(I′-I′)+Q

将已知值代入上式,得

L(110-Ic)=248(47.91-26.76)+3.2×3600

或 L(110-I2)=16770 (a)

根据式(7-11)可以写出空气离开干燥器时焓的计算式为

I1=(1.01+1.88H)t+2490H

或 I1=(1.01+1.88H1)×50+2490H=50.5+2584H1 (b)

绝干空气消耗量L= (c)

联立式(a)、式(b)及式(c),解得

H=0.02055kg/kg绝干空气 I=103.6kJ/kg绝干空气

L=2618.9kg绝干空气/h

(2)预热器消耗的热量Q1用式(7-29)计算,即

Q=L(I-I)=2618.9(110-34)=199000kJ/h=55.3kW

(3)干燥系统的热效率η 若忽略湿物料中水分带入系统中的焓,则用式(7-35)计算干燥系统的热效率,即

因Q=0,故Q=Q,因此

[例7-5] 有一间歇操作干燥器,有一批物料的干燥速率曲线如图7-14所示。若将该物料由含水量w2=27%干燥到w2=5%(均为湿基),湿物料的质量为200kg,干燥表面积为0.025m2/kg干物料,装卸时间τ′=1h,试确定每批物料的干燥周期。

解 绝对干物料量 G′=G′(1-w)=200×(1-0.27)=146kg

干燥总表面积 S=146×0.025=3.65m

将物料中的水分换算成干基含水量

最初含水量kg水/kg干物料

最终含水量kg水/kg干物料

由图7-15中查到该物料的临界含水量Xp=0.20kg水/kg干物料,平衡含水量X1=0.05kg水/kg干物料,由于X<X,所以干燥过程应包括恒速和降速两个阶段,各段所需的干燥时间分别计算。

a.恒速阶段τ

由X=0.37至X=0.20,由图7-15中查得U=1.5kg/(m·h)

h

b.降速阶段τ

由X=0.20至X=0.053,X=0.05代入式(7-42),求得

kg/(m·h)

h

c.每批物料的干燥周期τ

τ=τ+τ+τ′=4.53+15.7+1=21.2h