干燥过程物料与热量衡算

目标煤矸石处理量13.889t/h ，设计计算时取14000kg/h 。

烘干操作单元1.设备选用规格为m m 154.2⨯φ的回转烘干机，将煤矸石的含水率由17.42%烘干至1%。

预热器将温度为20℃，湿度为0.007干气kg kg /的空气加热到210℃后通入干燥器中，风速设为4m/s ，废气出口温度设为130℃。

20℃的湿物料以14000kg/h 速率进入干燥器，出口温度为120℃。

2.计算（1）物料衡算①烘干机生产能力：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⨯=1210100100W W W VA Q 式中：Q——烘干机生产能力（含终水分），)/(3h m kg ⋅水；A 0——烘干机水分蒸发强度（设计指标），)/(3h m kg ⋅水；W 1，W 2——物料被烘干前后的含水率，%。

查得该规格回转烘干机单位容积蒸发强度)/(968.3530h m kg A ⋅=水，烘干机体积322824.67154.244m L D V =⨯⨯==ππ所以)/(688.12242.17100142.17100824.67968.3510010031210h m kg W W W V A Q ⋅=⎪⎭⎫ ⎝⎛--⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⨯=水煤矸石处理量h kg h kg W W Q G /14000/9.14856)42.17100(1688.12210000)100(1000012>=-⨯⨯=-=，说明1台规格为m m 154.2⨯φ的回转烘干机即可满足设计处理要求。

②水分蒸发量：2211100W W W G W H --⨯=式中：W——烘干蒸发量，h kg /水；G H1——烘干前湿物料量，h kg /。

所以h kg W W W G W H /02.2322)1100142.17(140001002211=--⨯=--⨯=③干空气消耗量：h kg s kg Au L /78133/7.212.144.242==⨯⨯⨯==πρ湿空气消耗量hkg H L L /9.78679)007.01(78133)1(00=+⨯=+=（2）能量衡算设干燥器中不再补加能量，忽略预热器中的热量损失，则预热器中加入的能量用于以下方面：①加热空气：kW t t H L Q 92.1788)20130()007.088.101.1(36009.78679))(88.101.1(0201=-⨯⨯+⨯÷=-+=②蒸发水分：kW t W Q 69.1709)20187.413088.12490(360002.2322)187.488.12490(122=⨯-⨯+⨯÷=-+=θ③加热湿物料：)(1223θθ-=m Gc Q 煤在20℃~120℃的平均比热容约为0.98~1.12，高岭土在20℃~120℃的平均比热容约为0.92~1.00，则取煤矸石在此温度范围的平均比热容为0.99，所以kWGc Q m 385)20120(99.0360014000)(1223=-⨯⨯÷=-=θθ④热量损失损Q kWt A Q m 28.361100154.21151=⨯⨯⨯⨯=∆=πα损所以需要的热量kW Q Q Q Q Q 4245321=+++=损。

干燥过程的物料衡算与热量衡算1. 引言在工业生产中，许多物料需要经过干燥过程才能达到所需的水分含量。

干燥过程是将物料中的水分蒸发或驱除的过程，其中物料的衡算和热量的衡算是非常重要的。

本文将介绍干燥过程中的物料衡算和热量衡算的基本原理和方法。

2. 物料衡算物料衡算是指在干燥过程中对物料的质量进行衡量和追踪的过程。

通常情况下，物料的衡算可以分为进料衡算和出料衡算两个部分。

2.1 进料衡算在干燥过程中，物料的进料衡算是指对进入干燥设备的物料进行质量的测量和记录。

通常情况下，进料衡算可以通过称重装置、质量流量计等设备进行。

物料的进料衡算可以用以下公式表示：进料量 = 初始物料质量 - 终止物料质量2.2 出料衡算在干燥过程中，物料的出料衡算是指对从干燥设备中出来的物料进行质量的测量和记录。

同样地，出料衡算也可以通过称重装置、质量流量计等设备进行。

物料的出料衡算可以用以下公式表示：出料量 = 初始物料质量 - 终止物料质量3. 热量衡算热量衡算是指在干燥过程中对热量的衡量和追踪的过程。

热量衡算是确定干燥设备所需的热量输入和物料中的水分蒸发所需的热量的关键。

3.1 热量平衡公式热量平衡公式是用于计算干燥过程中所需的热量输入和物料中的水分蒸发所需的热量的关系。

热量平衡公式如下：热量输入 = 热量输出 + 热量损失其中，热量输入是指干燥设备所需的热量输入，热量输出是指物料中的水分蒸发所需的热量，热量损失是指在干燥过程中因为传导、对流和辐射等现象导致的热量损失。

3.2 热量输入的计算热量输入可以通过以下公式计算：热量输入 = 干燥空气的热量 + 干燥空气的水分蒸发热量 + 加热设备的热量其中，干燥空气的热量可以通过湿空气焓值表或湿空气定压比热容表进行查找，干燥空气的水分蒸发热量可以通过水的蒸发热量进行计算，加热设备的热量可以通过加热元件的功率和加热时间进行计算。

3.3 热量输出的计算热量输出可以通过以下公式计算：热量输出 = 出料量 * 物料的比热 * (物料的初始水分含量 - 物料的终止水分含量)其中，出料量是指干燥过程中物料的出料量，物料的比热可以通过物料的物性表进行查找，物料的初始水分含量和物料的终止水分含量可以通过物料的质量衡算进行计算。

干燥过程的热量衡算一、干燥过程的热量衡算通过对干燥系统进行热量衡算，可确定物料干燥所消耗的热量、预热器或干燥器内补充加热器的传热面积，以及确定干燥器出口空气（废气）的湿度H 2、焓I 2等状态参数。

图1为对流干燥过程的热量衡算示意图，图中0H 、1H 、2H ——分别为新鲜空气进入预热器、离开预热器（即进入干燥器）和离开干燥器时的湿度，单位为kg 水/kg 绝干空气；0I 、1I 、2I ——分别为新鲜空气进入预热器、离开预热器（即进入干燥器）和离开干燥器时的焓，单位为kJ/kg 绝干空气；0t 、1t 、2t ——分别为新鲜空气进入预热器、离开预热器（即进入干燥器）和离开干燥器时的温度，单位为℃；L ——绝干空气的质量流量，单位为kg 绝干空气/s1G 、2G ——分别为进入和离开干燥器的物料的质量流量，单位为kg/s/1t 、/2t ——分别为进入和离开干燥器的物料的温度，单位为℃；/1I 、/2I ——分别为进入和离开干燥器的物料的的焓，单位为kJ/kg 绝干物料；P Q ——单位时间内输入预热器的热量，单位为kW ；D Q ——单位时间内向干燥器内补充的热量，单位为kW ；L Q ——单位时间内干燥系统损失的热量，单位为kW ；（一）预热器的热量衡算若忽略预热器的热损失，对图1中的预热器作热量衡算，得10LI LI Q P =+ （1）或 ()01I I L Q P −= （1a）(二) 向干燥器补充的热量D Q对图1中的干燥器作热量衡算，得L c c D Q I G LI I G Q LI ++=++/22/11 或 ()()L c D Q I I G I I L Q +−+−=/1/212 （2） (三)干燥系统的热量衡算对图1中包括预热器和干燥器在内的干燥系统作热量衡算，则单位时间内进入干燥系统的热量＝单位时间内带出干燥系统的热量L c D P c Q I G LI Q Q I G LI ++=+++/22/10 （3）或 ()()L c D P Q I I G I I L Q Q Q +−+−=+=/1/202 （3a） 式中：c G ——绝干物料的质量流量，单位为kg/s；L Q ——干燥系统损失的热量，单位为kW 。

干燥物料及热量衡算的解读（1-6） （1-7）所以 （1-8）由此可得： ，物料处理量，kg/h；产品量，kg/h；蒸发水量，kg/h；绝干物料量，kg；物料湿基含水率，%；为：或 （1-10）物料的湿基含水率为：即： （1-11）在干燥过程中，物料中的含水率总是在变化，只有绝干物料量不变，计算时常将湿基含水率换算成干基含水率。

干基含水率c应为：即： （1-12）两种含水率之间的换算关系为：蒸发水量，kg/h；绝干物料量，kg/h；湿基含水率，%；根据公式，干基含水率为：一般情况下，产品中总是残存部分水分，在计算实际蒸发水量时，应计算出物料初始状态和产品的干基含湿量，然后计算蒸发水量：W=Gs（c1-c2） （1-15）式中 c1、c2-干基含水率，kg/kg。

因干燥前后绝干物料量不变，则对绝干物料作物料二、空气消耗量的计算（1-17）由此可得（1-18）这是一个水分平衡式，式左端所代表的物料脱水量等于右端空气带出的水量。

热时加热器进出口空气绝干空气消耗量，kg/h；环境空气湿度，kg（水）/kg；量为基准。

以即 。

所以 （1-22）为了计算方便，可查表1。

干燥过程空气的消耗量一般由三个物理量决定，①能容纳所蒸发的水分量；②能带入干燥设备足够的热量；（1-23）式中 t m1、t m2-物料进入和离开干燥设备的温度，在不计物料和输送装置耗热和向周围散热的理想情（1-24） （1-25）式中 C s-绝干物料比热容，kJ/（kg·℃）；水的比热容，kJ/（kg·℃）；、w-物料和产品的含水率，%。

1w m1a这一结果表明，在理想干燥设备中，空气焓值的增加是靠液体变成蒸汽时的热量。

如果给此式两边同除以蒸发水量W，并令 。

于是：单位能量消耗量，kJ/kg（水）；单位蒸发水分所需要的绝干空气量， ，单位为干燥器的料车等。

通过干燥室输送设备的质量，kg/h；输送设备材料的比热容，kJ/kg；进出干燥设备输送设备的温度。

⼲燥过程的物料平衡与热平衡计算⼲燥过程的物料与热平衡计算1、湿物料的含⽔率湿物料的含⽔率通常⽤两种⽅法表⽰。

(1)湿基含⽔率：⽔分质量占湿物料质量的百分数，⽤ω表⽰。

(2)⼲基含⽔率：由于⼲燥过程中，绝⼲物料的质量不变，故常取绝⼲物料为基准定义⽔分含量。

把⽔分质量与绝⼲物料的质量之⽐定义为⼲基含⽔率，⽤χ表⽰。

(3)两种含⽔率的换算关系：2、湿物料的⽐热与焓(1)湿物料的⽐热m C湿物料的⽐热可⽤加和法写成如下形式：式中：m C —湿物料的⽐热，()C kg J ο?绝⼲物料/k ；s C —绝⼲物料的⽐热，()C kg J ο?绝⼲物料/k ；w C —物料中所含⽔分的⽐热，取值4.186()C kg J ο?⽔/k(2)湿物料的焓I '湿物料的焓I '包括单位质量绝⼲物料的焓和物料中所含⽔分的焓。

(都是以0C ο为基准)。

式中：θ为湿物料的温度，C ο。

3、空⽓的焓I空⽓中的焓值是指空⽓中含有的总热量。

通常以⼲空⽓中的单位质量为基准称作⽐焓，⼯程中简称为焓。

它是指1kg ⼲空⽓的焓和它相对应的⽔蒸汽的焓的总和。

空⽓的焓值计算公式为：或()χχ2490t 1.881.01I ++=式中；I —空⽓(含湿)的焓，绝⼲空⽓kg/kg ；χ—空⽓的⼲基含湿量，绝⼲空⽓kg/kg ；1.01—⼲空⽓的平均定压⽐热，K ?kJ/kg ；1.88—⽔蒸汽的定压⽐热，K ?kJ/kg ；2490—0C ο⽔的汽化潜热，kJ/kg 。

由上式可以看出，()t 1.881.01χ+是随温度变化的热量即显热。

⽽χ2490则是0C ο时kg χ⽔的汽化潜热。

它是随含湿量⽽变化的，与温度⽆关，即“潜热”。

4、⼲燥系统的物料衡算⼲燥系统的⽰意图如下：(1)⽔分蒸汽量W按上述⽰意图作⼲燥过程中的0⽔量与物料平衡，假设⼲燥系统中⽆物料损失，则：2211χχG LH G LH +=+ ⽔量平衡式中：W —单位时间内⽔分的蒸发量，s kg /；G —单位时间内绝⼲物料的流量，/s 绝⼲物料kg ；21H H ，—分别为⼲燥介质空⽓中的进⼊和排出⼲燥器的⽔分含量，绝⼲空⽓⽔/kg kg ；L —单位时间内消耗的绝⼲空⽓量，s /kg 绝⼲空⽓。

图7-8 各物流进出逆流干燥器的示意图第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡算对流干燥过程利用不饱和热空气除去湿物料中的水分，所以常温下的空气通常先通过预热器加热至一定温度后再进入干燥器.在干燥器中热空气和湿物料接触，使湿物料表面的水分气化并将水气带走.在设计干燥器前，通常已知湿物料的处理量、湿物料在干燥前后的含水量及进入干燥器的湿空气的初始状态，要求计算水分蒸发量、空气用量以及干燥过程所需热量,为此需对干燥器作物料衡算和热量衡算，以便选择适宜型号的风机和换热器。

7-3-1 物料中含水量的表示方法1．湿基含水量 湿物料中所含水分的质量分率称为湿物料的湿基含水量。

湿物料总质量湿物料中水分的质量=w （7-21）2．干基含水量 不含水分的物料通常称为绝对干料或干料。

湿物料中水分的质量与绝对干料质量之比,称为湿物料的干基含水量. 量湿物料中绝对干物料质湿物料中水分的质量=X (7—22) 上述两种含水量之间的换算关系如下: ww X -=1 kg 水/kg 干物料XX w +=1 kg 水/kg 湿物料 （7—23)工业生产中，通常用湿基含水量来表示物料中水分的多少.但在干燥器的物料衡算中,由于干燥过程中湿物料的质量不断变化,而绝对干物料质量不变，故采用干基含水量计算较为方便。

7—3—2 干燥器的物料衡算通过物料衡算可求出干燥产品流量、物料的水分蒸发量和空气消耗量.对图7-8所示的连续干燥器作物料衡算。

设 G 1——进入干燥器的湿物料质量流量，kg/s ；G 2-—出干燥器的产品质量流量，kg/s ； G c ——湿物料中绝对干料质量流量，kg/s ；w 1，w 2—-干燥前后物料的湿基含水量，kg 水/kg 湿物料； X 1，X 2——干燥前后物料的干基含水量，kg 水/kg 干物料； H 1，H 2——进出干燥器的湿空气的湿度，kg 水/kg 绝干空气; W -—水分蒸发量，kg/s ；L —-湿空气中绝干空气的质量流量,kg/s 。