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干燥過程中恒速段物料溫度計算方法簡介
作者: 發布于:2018-11-02 14:33:29 點擊量:

 1、前言

物料干燥過程就是將干燥介質(通常為熱空氣)的熱量傳遞給濕物料,并促使物料中的水分向外部轉移的過程。

如果干燥介質溫度過高,物料在急劇的受熱過程中,其內外層水分差異也越來越大,物料表層水分迅速擴散的同時,表面急劇收縮,形成硬結。而且由于內外層收縮不均,就會使物料產生不同程度的變形或裂紋,影響干燥質量。其次,物料溫度超過了其能夠承受的溫度,還會破壞物料的品質。再次,溫度過高就浪費了能源,增加了設備的投資成本。

如果干燥介質溫度過低,又會影響干燥速率,從而影響產量。

綜上所述:在保證物料品質的情況下,選擇合理的干燥介質溫度及其相應的物料溫度是十分必要的。這就要求計算出物料在各個干燥段的物料溫度,看其是否超過物料所能承受的最大度。特別是在高溫快速干燥工藝中,恒速段的物料溫度尤為重要。

如何準確地知道恒速段物料的溫度是設計高產優質低消耗型干燥機的必要條件。

 

2、恒速段物料溫度的計算方法

2.1物料溫度與干燥介質濕球溫度的關系

在恒速段物料充分濕潤,干燥速度由表面水分氣化速度所控制。表面水分氣化所需要的熱量,主要由空氣以對流的方式傳遞給物料,其機埋與濕球溫度計的測試原理相同。所以恒速段物料的溫度即為干燥介質的濕球溫度。

 

2.2計算方法

如果能計算出于燥介質的濕球溫度,既可得出恒速段物料的溫度。

為了簡化計算和滿足工程上方便應用,假設物料在恒速段的干燥過程為絕熱氣化過程。因此,在恒速段物料表面的傳熱和傳質過程如下。

對流傳熱過程為:

Q=αA(T-Tw)                                                              (1

式中:Q一干燥介質單位時間內傳遞給物料熱量,W

α一對流傳熱系數,W/m².K

T一干燥介質的干球溫度,K

Tw一干燥介質的濕球溫度,K

A一干燥介質與物料的接觸面積,m²

 

傳質過程為:

U=KH(Hw-H)                                                              2

式中:U=干燥速度,kg/m².h

KH一以濕度差為動力的傳質系數,kg/(m².h.H)

Hw-一濕球溫度了Tw時的飽和濕度,kg(水)/kg(干空氣)

H一干燥介質的濕度,kg(水)/kg(干空氣)

 

因為干燥介質傳遞給物料的熱量全部用來蒸發水分,所以有:

Q=UArw                                                                                                           (3

式中:rw一濕球溫度下水的汽化潛熱,kJ/kg

 

由式(1)(2)(3)可得出傳熱傳質方程:

KH(Hw-H)=αA(T-Tw)/rw                                                                                       (4

 

由式(4)可得出干燥介質的濕球溫度即為恒速段物料的溫度:

Tw=T-rwKH(Hw-H)/α                                                        (5

 

對于水和空氣系統KH/α1.0,則式(5)可簡化為:

Tw=T-rw(Hw-H)                                                            (6

可用試用迭代法計算恒速段的物料溫度,舉例如下。

例如:將20℃,Φ=80%的常壓空氣加熱到150℃用作干燥介質,試估算物料在恒速段的溫度。

經計算,此狀態下空氣的濕度為:H=0.0117kg(水)/kg(干)。

假設一個初始濕球溫度,查出此溫度下的汽化潛熱rw。和飽和濕度Hw,代人式(6)中,又得到一個濕球溫度,如果此濕球溫度與原來假定初始值之差達不到工程要求的誤差,再以此濕球溫度為基礎,重新進行計算。經過幾次迭代,可很快得到滿意的結果。本例干燥空氣的濕球溫度為Tw=42.36℃,即為物料在恒速段的溫度。

3、計算物料溫度的意義

對于一種給定的干燥介質,通過計算就知道其濕球溫度,從面知道物料在恒速段的溫度。換言之,知道物料溫度,如果還沒有達到物料的限定溫度,則可再提高干燥介質的溫度。因此,計算物料在恒速段的溫度的意義在于:

1)通過控制干燥介質的狀態參數(如:溫度、濕度),就可控制物料在恒速段的溫度,使其不超過物料所能承受的最大溫度,保證物料品質不被破壞。

2)為了提高干燥速度,增加產量,可以最大限度地提高干燥介質的溫度,使物料在恒速段達到其所能承受的最大溫度,然后再通過緩蘇,避免物料在降速段溫度繼續升高。

3)準確的控制干燥介質的溫度能使干燥過程處于最佳狀態。

4)由上例可知:恒速段物料的溫度與物料的品種、形狀、大小無關,僅與干燥介質的狀態有關。

5)干燥介質的濕球溫度不僅僅是狀態參數,也是工藝參數。

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