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行業(yè)動(dòng)態(tài)

干燥過(guò)程中恒速段物料溫度計(jì)算方法簡(jiǎn)介

 1、前言

物料干燥過(guò)程就是將干燥介質(zhì)(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(zhuǎn)移的過(guò)程。

如果干燥介質(zhì)溫度過(guò)高,物料在急劇的受熱過(guò)程中,其內(nèi)外層水分差異也越來(lái)越大,物料表層水分迅速擴(kuò)散的同時(shí),表面急劇收縮,形成硬結(jié)。而且由于內(nèi)外層收縮不均,就會(huì)使物料產(chǎn)生不同程度的變形或裂紋,影響干燥質(zhì)量。其次,物料溫度超過(guò)了其能夠承受的溫度,還會(huì)破壞物料的品質(zhì)。再次,溫度過(guò)高就浪費(fèi)了能源,增加了設(shè)備的投資成本。

如果干燥介質(zhì)溫度過(guò)低,又會(huì)影響干燥速率,從而影響產(chǎn)量。

綜上所述:在保證物料品質(zhì)的情況下,選擇合理的干燥介質(zhì)溫度及其相應(yīng)的物料溫度是十分必要的。這就要求計(jì)算出物料在各個(gè)干燥段的物料溫度,看其是否超過(guò)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(zhǔn)確地知道恒速段物料的溫度是設(shè)計(jì)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)低消耗型干燥機(jī)的必要條件。

 

2、恒速段物料溫度的計(jì)算方法

2.1物料溫度與干燥介質(zhì)濕球溫度的關(guān)系

在恒速段物料充分濕潤(rùn),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(duì)流的方式傳遞給物料,其機(jī)埋與濕球溫度計(jì)的測(cè)試原理相同。所以恒速段物料的溫度即為干燥介質(zhì)的濕球溫度。

 

2.2計(jì)算方法

如果能計(jì)算出于燥介質(zhì)的濕球溫度,既可得出恒速段物料的溫度。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算和滿足工程上方便應(yīng)用,假設(shè)物料在恒速段的干燥過(guò)程為絕熱氣化過(guò)程。因此,在恒速段物料表面的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程如下。

對(duì)流傳熱過(guò)程為:

Q=αA(T-Tw)                                                              (1

式中:Q一干燥介質(zhì)單位時(shí)間內(nèi)傳遞給物料熱量,W

α一對(duì)流傳熱系數(shù),W/m2.K

T一干燥介質(zhì)的干球溫度,K

Tw一干燥介質(zhì)的濕球溫度,K

A一干燥介質(zhì)與物料的接觸面積,m2

 

傳質(zhì)過(guò)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(dòng)力的傳質(zhì)系數(shù),kg/(m2.h.?H)

Hw-一濕球溫度了Tw時(shí)的飽和濕度,kg(水)/kg(干空氣)

H一干燥介質(zhì)的濕度,kg(水)/kg(干空氣)

 

因?yàn)楦稍锝橘|(zhì)傳遞給物料的熱量全部用來(lái)蒸發(fā)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(zhì)方程:

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

 

由式(4)可得出干燥介質(zhì)的濕球溫度即為恒速段物料的溫度:

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

 

對(duì)于水和空氣系統(tǒng)KH/α1.0,則式(5)可簡(jiǎn)化為:

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

可用試用迭代法計(jì)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(zhì),試估算物料在恒速段的溫度。

經(jīng)計(jì)算,此狀態(tài)下空氣的濕度為:H=0.0117kg(水)/kg(干)。

假設(shè)一個(gè)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(gè)濕球溫度,如果此濕球溫度與原來(lái)假定初始值之差達(dá)不到工程要求的誤差,再以此濕球溫度為基礎(chǔ),重新進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過(guò)幾次迭代,可很快得到滿意的結(jié)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(jì)算物料溫度的意義

對(duì)于一種給定的干燥介質(zhì),通過(guò)計(jì)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(dá)到物料的限定溫度,則可再提高干燥介質(zhì)的溫度。因此,計(jì)算物料在恒速段的溫度的意義在于:

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

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

3)準(zhǔn)確的控制干燥介質(zhì)的溫度能使干燥過(guò)程處于最佳狀態(tài)。

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(wú)關(guān),僅與干燥介質(zhì)的狀態(tài)有關(guān)。

5)干燥介質(zhì)的濕球溫度不僅僅是狀態(tài)參數(shù),也是工藝參數(shù)。