干燥过程的物料衡算和热量衡算.
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： w
w X -=1 kg 水/kg 干物料
X
X 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；
图7-8 各物流进出逆流干燥器的示意图
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 。
一、水分蒸发量
若不计干燥过程中物料损失量，则在干燥前、后物料中绝干物料质量流量G c 不变，即
G c =G 1（1-w 1）=G 2（1-w 2） （7-24） 整理得 ()2
11211w w G G --= （7-25）
对干燥器中水分作物料衡算，可得
W =L （H 2-H 1）=G c （X 1-X 2） （7-26）
二、干空气消耗量L 整理式（7-26）得
()1
21
221H H W H H X X G L c -=--=
（7-27）
蒸发1kg 水分所消耗的干空气量，称为单位空气消耗量，其单位为kg 绝干空气/kg 水分，用L 表示，则
1
21H H W
L l -==
（7-28）
如果以H 0表示空气预热前的湿度，而空气经预热器后，其湿度不变，故H 0=H 1，则式（7-28）可写为
21H H l -=
（7-28a ）
由上式可见，单位空气消耗量仅与H 2、H 0有关，与路径无关。H 0愈大，l 亦愈大，由于H 是由空气的初温t 及相对湿度ϕ所决定，所以在其它条件相同的
情况下，l 将随着t 及ϕ的增加而增大，也就是说，对同一干燥过程而言，夏季的空气消耗量比冬季为大，故选择输送空气的风机装置，也必须按全年最大空气消耗量而定。
【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l ；
（c ）如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量V 。
解（a ）水分蒸发量W
已知G 1=800kg/h ，w 1=30%，w 2=4%，则
G c =G 1（1-w 1）=800（1-0.3）=560kg/h 429.03
.013.011
11=-=-=w w X
042.004
.0104.012
22=-=-=w w X
W =G c （X 1-X 2）=560×（0.429-0.042）=216.7kg 水/h （b ）空气消耗量L 、单位空气消耗量l
由I-H 图中查得，空气在t =15℃，ϕ=50%时的湿度为H =0.005kg 水/kg 绝干空气。
在t 2=45℃，ϕ2=80%时的湿度为H 2=0.052kg 水/kg 绝干空气。 空气通过预热器湿度不变，即H 0=H 1。 4610005
.0052.07
.2160212=-=-=-=H H W H H W L kg 绝干空气/h
3.21005
.0052.01
102=-=-=
H H l kg 干空气/kg 水
（c ）风量V 用式（7-14）计算20℃、101.325kPa 下的湿空气比容为 ()273
27320244.1773.00++=H v H
()273
293005.0244.1773.0⨯⨯+=
=0.836m 3/kg 绝干空气
V =Lv H =4610×0.836=3850m 3/h 用此风量选用鼓风机。
7-3-3 干燥过程的热量衡算
通过干燥系统的热量衡算，可以求出物料干燥所消耗的热量和预热器的传热面积，同时确定干燥器排出废气的湿度H 2和焓I 2等状态参数。
干燥过程的热量衡算见图7-9所示，包括预热器和干燥器两部分。图中
