第12章_食品干燥原理.

1、第12章食品干燥原理12.1主要公式12.1.1濕空氣的熱力學(xué)性質(zhì)1) 絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度絕對(duì)濕度為單位體積濕空氣中水蒸汽的含量。匚Pv(kg/m3)(12-1)RvT.PvPv= -(12-2)?sPs式中，Pv水蒸汽分壓，Pa；ps飽和水蒸汽分壓，Pa；二水蒸汽的密度，kg/m3；s 飽和水蒸氣的密度，kg/m ；R-水蒸汽的氣體常數(shù)，461.5 J/(kg K)。2) 濕含量濕含量是對(duì)單位質(zhì)量干空氣而言所含水蒸氣的質(zhì)量。pvPsd =0.622=0.622 (kg 水蒸氣 /kg 干空氣)(12-3)P - P-P - lps式中，P-濕空氣壓力，是干空氣分壓力和水蒸氣分壓力之和。3)

2、濕空氣的比熱容和比體積濕空氣的比熱容是以單位質(zhì)量干空氣為計(jì)算基礎(chǔ)，即含1kg干空氣的濕空氣溫度升高1K所需吸收的熱量，它應(yīng)等于1kg干空氣升溫所需的熱量和dkg水蒸氣升溫所需熱量之和。CH = CaCvd (J/kg 干空氣 K)(12-4)式中，Ch、Ca、Cv 分別表示濕空氣、干空氣和水蒸氣的比熱容，kJ/(kg K)。因?yàn)楦煽諝夂退魵庠跍囟?120C范圍內(nèi)的平均定壓比熱容分別約為1.0和1.93kJ/(kg K)，故有Ch =1.01.93d (kJ/kg 干空氣 K)(12-5)濕空氣的比體積vH是指含有單位質(zhì)量干空氣的濕空氣所占有的體積(m3/kg干空氣)。v -RaT 1 1.6

3、08d(m3/kg 干空氣)(12-6)P4) 濕空氣的熱含量濕空氣的熱含量或焓 h是指含單位質(zhì)量干空氣的濕空氣的焓。具體應(yīng)用時(shí)，以0C時(shí)干空氣和液態(tài)水的焓值為零作為計(jì)算起點(diǎn)。(12-7)h =：1.0 1.93d T 2500d (kJ/kg 干空氣)25）干球溫度和濕球溫度k LTm =T 一 d v（ds -d） c）GL式中，Tm 濕球溫度，C;t 干球溫度，c；(12-8)ds 液滴表面空氣層的飽和濕含量;kd 氣化系數(shù)；:-對(duì)流換熱系數(shù)，（W/m2 C ）;Lv 水的氣化潛熱。6）濕空氣混合后狀態(tài)點(diǎn)在焓濕圖上，根據(jù)下式確定，葉L（3 _2）m2L（i .3）或通過計(jì)算確定，,gdi

4、 +m2d2d3g +m2(12-9)(12-10)mih +m2h2 h3m1 +m2(12-11)式中，m、m2 分別為1、2狀態(tài)點(diǎn)處的氣體質(zhì)量；hi、h2 分別為1、2狀態(tài)點(diǎn)處的焓；d1、d2 分別為1、2狀態(tài)點(diǎn)處的濕含量。12.1.2干燥計(jì)算食品水分又稱為食品含水率，以百分?jǐn)?shù)或小數(shù)表示，水分的表達(dá)方法有干基水分和濕基水分兩種。1）干基水分干基水分為食品中含有水的質(zhì)量與干物質(zhì)的質(zhì)量之比，-msM d -（12-12）md式中，Md 干基水分（小數(shù)）ms 食品中水的質(zhì)量；md 干物質(zhì)質(zhì)量。2）濕基水分 濕基水分Mw以濕物料的質(zhì)量為分母4msmmsmdms(12-13)式中，m 濕物料質(zhì)量。

5、兩者之間的換算關(guān)系為Md-M(12-14)Mw1 Md(12-15)53）水分活度(12-16 )- % = RTln 衛(wèi)=RTln aPs式中，.i 物料中水分的化學(xué)勢(shì)；% 純水的化學(xué)勢(shì)；P物料中水的蒸汽壓；Ps同溫度下純水的蒸汽壓；a物料中水分的活度。對(duì)于純水，活度a）= 1，對(duì)于與物料相結(jié)合的水分，a m2分別為干燥前每小時(shí)處理的濕物料量和干燥后每小時(shí)的產(chǎn)品量; ms每小時(shí)汽化水分量。5）空氣消耗量#ms1d2 - d1（kg干空氣/kg水分）(12-19)6式中，I -汽化1kg水分所消耗的干空氣量，稱為單位質(zhì)量空氣消耗量d1，d2 -分別為進(jìn)入干燥室和離開干燥室空氣的濕含量;L -通

6、過干燥室的干空氣量。6）熱耗量(12-20)Ig譏）=為qL#式中，qL 因物料、運(yùn)輸機(jī)械的出入和干燥室的散熱，對(duì)汽化1kg水分所造成的熱損失，kJ/kg水分hi, h2-分別為進(jìn)入干燥室和離開干燥室空氣的焓；7)干燥器的熱效率、干燥效率和蒸發(fā)效率干燥器的熱效率是指空氣在干燥室內(nèi)放岀的顯熱量與空氣在預(yù)熱器中獲得的熱量之比。 t2h =12100%T1 _T0干燥效率，多數(shù)人認(rèn)為用于蒸發(fā)水分所需的熱量與干燥室內(nèi)空氣放岀的顯熱量之比msLvLCh(J)msLL(1.00 1.93d )仃1 -T2)100%干燥器的蒸發(fā)效率是指干燥室內(nèi)的實(shí)際蒸發(fā)能力與排氣完全被水蒸氣飽和的理想蒸發(fā)能力之比 似為，寺

7、 100%(12-21)(12-22)可近(12-23)式中T1 -干燥室進(jìn)口濕空氣溫度；T2干燥室排風(fēng)溫度；To-進(jìn)入預(yù)熱器濕空氣溫度；Ts-進(jìn)入干燥室的濕空氣的絕熱飽和溫度；Ch濕空氣的比熱容；Lv 水的汽化潛熱；ms水分汽化量。12.1.3對(duì)流干燥理論1)物料干燥過程的推動(dòng)力和阻力由水分梯度而引起的內(nèi)部水分?jǐn)U散速率dm dt可表示為,如 人込dtdx由溫度梯度引起的水分?jǐn)U散速率 dmT dt可表示為,dT上述兩種梯度均存在于物料內(nèi)部，故水分傳遞應(yīng)是兩種傳遞水分的代數(shù)和，即ms = miwmi”(12-24)(12-25)(12-26)8式中，kT 由溫度梯度引起的水分?jǐn)U散系數(shù)；kw 由水

8、分梯度引起的水分?jǐn)U散系數(shù)；dMwdx 水分梯度；dT dx 溫度梯度；A干燥物料的表面積。2) 干燥速率和干燥特性曲線干燥速率是單位時(shí)間內(nèi)被干燥物料所能汽化的水分，其表達(dá)式為,dmsdmUs =dtdtdM d=-md - kg 水/h(12-27)dt干燥特性曲線包括水分隨干燥時(shí)間而變化的曲線M d = f (t)，溫度隨時(shí)間而變化的曲線T = f (t)及干燥速率隨時(shí)間而變化的曲線92二f (t)。dt3) 等速干燥速率等速干燥階段即是表面汽化控制段，因而干燥速率可以從理論上加以確定。對(duì)于熱風(fēng)從物料層表面流 過的干燥情況，可按濕球溫度的原理進(jìn)行分析。竽 mdLvdt(12-28)dMd ：

9、(T-Tm)& 八式中，C 料層厚度，m；d 干物料的密度，kg/m3。同理，我們可以得岀邊長(zhǎng)為 a的正方體物料的干燥速率Rc6： (T-Tm)aLv 6(12-29)9#邊長(zhǎng)為2a厚度為c的矩形物料的干燥速率RcPf) 32cLv ?d ILa c(12-30)#對(duì)于上式中的對(duì)流換熱系數(shù)，它與氣流和料層的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向、氣流與顆粒的接觸狀態(tài)等有關(guān)。氣流平行流過料層#(12-31)(12-32)0.5dpU0 aa =。宀(W/m2 - K)I(12-33)式中，dp顆粒直徑,-a 空氣導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m K);2空氣的運(yùn)動(dòng)粘度， m/s；u0顆粒沉降速度，m/s 流化干燥,=0.004 dp、

10、1.5dpu(W/m2 K)(12-34)式中，u 流化介質(zhì)空氣的流速,4) 等速干燥時(shí)間m/s。tctc = Jdt =01RcMdcdMdM d0M d 0 - M deRc(s)(12-35)式中，Mdc 由等速干燥轉(zhuǎn)變?yōu)榻邓俑稍飼r(shí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的水分，稱為臨界水分； Md0 物料初始水分。5) 降速干燥若干燥速率與物料水分近似為線性，則降速干燥時(shí)間可按下列各式計(jì)算, 僅有一個(gè)降速干燥段的情況t -tcM dcRc ln(12-36)總干燥時(shí)間為等速干燥與降速干燥時(shí)間和。M d0 一Mdc t _Rc.M deRcInM de M d J(12-37)具有兩個(gè)降速干燥段的情況RcMdcMd1In

11、RcM de 一 M d1lM de1 一 M d1 丿0 8二=14.305 L (W/m2 K)式中，L為空氣質(zhì)量流速，kg/(m2 s),上式適用于L = 0.75.0 kg/(m2 s)。 氣流垂直穿過料層0.372:-=24.1L (W/m K)上式適用于 L = 1.1 5.5 kg/(m2 s)。 固體懸浮于氣流中M de 一 M diRc嘰-嘰1 n M卄嘰Md2Md1 lMd Md2(12-38)式中，Mdi第一降速干燥階段物料剩余水分；Mdel第二臨界點(diǎn)的臨界水分；M d2第二降速干燥階段物料剩余水分；若干燥速率與物料水分呈較強(qiáng)非線性，則降速干燥時(shí)間可按下式計(jì)算dM dR(

12、12-39)M d it 二M dn6）由模型擬合確定干燥時(shí)間dMddt=_K(Md _Me)(12-40)11#(12-41)MR =Md-MM d0KtMR= e#式中，K-干燥常數(shù)，與物料種類及干燥介質(zhì)狀態(tài)有關(guān);M e干基平衡水分；MR 水分比。12.1.4食品冷凍干燥1）傳質(zhì)控制下的冷凍干燥速率模型大平板冰面均勻后退模型，簡(jiǎn)稱 （URIF）模型。它的兩個(gè)主要假設(shè)條件是：1）冰晶在食品中是均勻分布的；2）升華界面后移所形成的多孔層是絕干物質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，水蒸氣在多孔干燥層內(nèi)以及干燥層表面至 冷阱表面的質(zhì)量連續(xù)方程為，RTPs 一 Pa 二DXRTPi 一 Ps(12-42)#式中 m 冰

13、的升華速率，kg mol / （m2 s）；m 食品表面對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，m/s；3R 氣體常數(shù),8314.34m Pa / （kg mol K）；T 凍結(jié)食品中冰的溫度，c；Ps, Pa , Pi 分別是食品表面、冷阱表面和食品升華界面的水蒸氣壓力，Pa；其值可由教材表12-2查得；D 水蒸氣擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；X 食品多孔干燥層厚度，m。對(duì)于兩側(cè)傳熱與兩側(cè)傳質(zhì)方式下，冷凍干燥時(shí)間t的表達(dá)式為,4D(12-43)RT皿。一Me十8DM (pi - Pa )式中 L食品厚度，m；M d0 食品初始水分含量，kg水/kg干物質(zhì);Me 冷凍干燥結(jié)束時(shí)食品中的殘余水分含量，kg水/kg干物質(zhì);M 水的分

14、子量；訂一多孔干燥層的密度，kg/m32）傳熱控制下的冷凍干燥速率模型傳熱與傳質(zhì)僅發(fā)生在一側(cè)情況下，干燥速率模型為,2DMPa tRTLp Md -Me 1-MR2D mL(12-44)傳熱與傳質(zhì)同時(shí)發(fā)生在兩側(cè)情況下，干燥時(shí)間為，L26H Md - Me t :8入 dM（Ts Ti ）(12-45)式中d 多孔干燥層的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m.K）;Ts,Ti 分別是食品表面溫度和升華界面溫度，cH 冰的升華潛熱，J/kgo12.2基本概念解答【12-1】熱風(fēng)干燥時(shí)，對(duì)濕空氣預(yù)熱的目的是什么？答：預(yù)熱后的空氣有兩個(gè)主要作用，即把熱量傳遞給食品，同時(shí)帶走從食品中蒸發(fā)岀來的水蒸氣。從 焓濕圖可知，預(yù)熱

15、后空氣濕含量一般不變，但焓值增加，而相對(duì)濕度下降，這強(qiáng)化了空氣與食品間的熱質(zhì) 傳遞速率?！?2-2】在濕空氣的焓濕圖上確定濕球溫度時(shí)，可以采用沿等焓線來確定的近似方法，試分析其中近似的 原因。答：實(shí)際上，在測(cè)定濕球溫度時(shí)其過程并非等焓，濕空氣也不一定飽和。由公式（12-11）可知，對(duì)流傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)均與空氣狀態(tài)和流速有關(guān)，如果空氣流速小，傳熱與傳質(zhì)受到影響，空氣的飽和度將 受到影響。此外，在測(cè)定濕球溫度時(shí)，也避免不了溫度計(jì)對(duì)濕球的熱傳導(dǎo)和環(huán)境的輻射傳熱，因此，空氣 與濕球之間的傳熱傳質(zhì)并非絕熱等焓。但由實(shí)驗(yàn)可知，對(duì)流傳熱系數(shù)與傳質(zhì)系數(shù)之比近似為常數(shù)，且當(dāng)空 氣流速不小于5m/s時(shí)，測(cè)得的濕

16、球溫度可以近似為絕熱飽和溫度?！?2-3】真空冷凍干燥過程中，如果提供給物料的升華熱量過高或過低，將會(huì)岀現(xiàn)什么干燥現(xiàn)象。答：由附圖可見，設(shè)在正常運(yùn)行情況下，工作點(diǎn)為A，真空干燥室內(nèi)的壓力為Pa，溫度為丁人。如果此時(shí)由于加熱器控制問題使供給熱量大于升華等需求熱量，工作點(diǎn)將沿著升華線向上移動(dòng)，如果水蒸氣 擴(kuò)散阻力小，此時(shí)由于飽和壓力升高使升華界面與冷阱間的壓力差增大，升華干燥速率提高。如果此干燥 過程是質(zhì)量擴(kuò)散控制類型，即水蒸氣擴(kuò)散阻力很大，此時(shí)升華界面的壓力升高將導(dǎo)致進(jìn)一步升華速率的降 低，使溫度升高，最后導(dǎo)致界面融化或已干燥層的塌陷。如果加熱器供熱不足，升華吸熱將使升華界面溫 度下降，工作點(diǎn)將

17、沿著升華線向下移動(dòng)。在冷阱溫度不變情況下，升華界面與冷阱間的壓力差將減小，導(dǎo) 致升華干燥速率下降。pP【12-4】某種物料的臨界含水量與哪些因素有關(guān)，改變臨界含水量對(duì)干燥過程有何影響。答：臨界含水量是等速干燥與降速干燥的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。臨界含水量與材料的組成及結(jié)構(gòu)有關(guān)，某些成份是 親水性物質(zhì)，而某些成份是疏水性物質(zhì)，它們所占比例影響臨界含水量。此外，材料中的孔隙等結(jié)構(gòu)以及 干燥方式也影響臨界含水量大小。同一材料，當(dāng)溫度高，相對(duì)濕度低，空氣流速大時(shí)，臨界含水量也大， 反之，臨界含水量小。臨界含水量大，說明等速干燥階段短，而降速干燥階段長(zhǎng)，在干燥過程中應(yīng)該注意 提高水蒸氣的擴(kuò)散能力，避免材料表面形成硬結(jié)。

18、臨界含水量小，說明干燥過程主要是等速干燥，因此， 在干燥過程中應(yīng)該注意提高空氣溫度和流速。在材料成份與結(jié)構(gòu)不可改變情況下，通過將材料切分成薄片 或堆積成一定厚度或適當(dāng)攪拌，都可以降低臨界含水量，增加等速干燥階段的比例。這對(duì)整個(gè)干燥有利。【12-5】平衡含水量是如何測(cè)定的？平衡時(shí)物料中水分的蒸汽壓如何測(cè)得？答：在恒溫恒濕環(huán)境下，如果物料表面水蒸氣分壓大于其環(huán)境空氣水蒸氣分壓，則物料表面水分向空 氣中擴(kuò)散，當(dāng)二者分壓相等時(shí)，擴(kuò)散停止。如果物料表面水蒸氣分壓小于其環(huán)境空氣水蒸氣分壓，則物料 表面吸濕，當(dāng)分壓相等時(shí)，吸濕停止。物料表面水蒸氣分壓等于環(huán)境空氣水蒸氣分壓時(shí)，物料中的水分即 為該溫度和濕度下

19、的平衡含水量?？諝庵械乃魵夥謮杭仁俏锪掀胶鈺r(shí)的水蒸氣壓力。【12-6】廢氣循環(huán)有哪些優(yōu)缺點(diǎn)。答：從焓濕圖上可以看出，混合后的狀態(tài)點(diǎn)是3。與新鮮空氣1相比，雖然焓值增加了，但濕含量和相對(duì)濕度均增加，濕含量和相對(duì)濕度增加降低了水分?jǐn)U散動(dòng)力，因此，在回收廢氣能量的同時(shí)應(yīng)該注意空 氣相對(duì)濕度。濕含量13#12.3習(xí)題解答#【12-1】濕空氣在壓力101.33kPa、溫度20 C下，濕含量為0.01kg/kg干空氣，試求1）空氣的相對(duì)濕度2）壓力不變，將空氣溫度升高至50 C時(shí)的相對(duì)濕度 2; 3）若溫度仍為20C，將壓力升高至125kPa時(shí)的相對(duì)濕度 3； 4）若溫度仍為解：由式（12-4）得20C

20、，壓力升高至250kPa，問100m3原濕空氣所冷凝的水分量。Pv _ 0.622 dO.。1 101330603.3 Pa0.622 0.01由附表可知，20 C飽和蒸氣壓為2334.6Pa,由式（12-3）得1*= 1603.3 = 0.686Ps2334.6如果溫度升高至50 C，由附表可知飽和蒸氣壓為12340Pa,得丄二160 = 0.123Ps 12340如果壓力升高至125kPa，水蒸氣分壓力為,_ d PPv0.622 d.Q1 125000 1977.8 Pa0.622 0.01.二 1977.83 Ps 2334.6二 0.847如果壓力升高至250kPa，水蒸氣將達(dá)到飽和

21、，其濕含量為,2334.6ds 0622 P - ps 250000 - 2334.6二 0.0058 kg/kg加壓后每公斤干空氣冷凝出的水量為w 二 0.01 - 0.0058 二 0.0041 kg/kg由式（12-8）得原濕空氣的比容為Vh = RaT 1 1.608d287 293 ,1 1.608 0.01101330-0.843 m3/kg100m3原濕空氣冷凝出來的水為，100 A100Ww0.0041 二 0.49 kgvH0.843【12-2】將常壓下溫度為30 C、相對(duì)濕度為20%的新鮮空氣，通過第一加熱器加熱到某一溫度后，再通過 一噴水室進(jìn)行絕熱冷卻增濕至飽和狀態(tài)，最后

22、通過第二加熱器加熱得到溫度為45 C、相對(duì)濕度為40%的濕空氣。求1）在焓濕圖上繪出空氣狀態(tài)的變化過程；2）離開第二加熱器時(shí)空氣的濕含量；3）噴水室中水的溫度（設(shè)離開噴水室的空氣與水的溫度相同）；4）離開第一加熱器時(shí)空氣的溫度。解：1）如圖所示80 C45 C30 C2）在焓濕圖上可知，離開第二個(gè)加熱器時(shí)空氣的濕含量為0.025kg/kg。3）由題意可知，空氣離開噴水室時(shí)為飽和水蒸氣，飽和水蒸氣的濕含量等于離開第二個(gè)加熱器時(shí)的濕含量，由此可以計(jì)算岀飽和蒸氣壓，0.622=0.622Ps0.025P - ps101330 - psPs 二 3840 Pa由附表可知該飽和蒸氣壓對(duì)應(yīng)的飽和溫度約為2

23、8 C。即為水的溫度。4 ）在焓濕圖上可知，離開第一加熱器時(shí)空氣溫度約80 Co【12-3】常壓下溫度為30 C、濕含量為0.024kg/kg干空氣的濕空氣，在預(yù)熱器內(nèi)被加熱至90C，試在焓濕圖上繪出空氣狀態(tài)的變化過程；又若濕空氣的流量為0.028kg/s，求加熱濕空氣所需要的熱量Q。解：1）如圖所示2）首先計(jì)算干空氣的流量，,L00.028L0二 0.0273 kg/s1 d1 0.024由焓濕圖可知，初始點(diǎn)焓值為90kJ/kg，預(yù)熱后焓值約為155kJ/kg，所需要的熱量為Q 二 155 -900.0273 =1.77 KW【12-4】在連續(xù)式逆流干燥器中，用熱空氣干燥某種固體濕物料，已知

24、空氣狀態(tài)為：進(jìn)入干燥器時(shí)空氣的濕含量為0.01kg/kg干空氣、焓為120kJ/kg干空氣。離開干燥器時(shí)空氣的溫度為38 C。物料狀況為：進(jìn)出干燥器時(shí)物料的含水量分別為 0.04kg/kg干物質(zhì)和0.002kg/kg干物質(zhì)，進(jìn)出口溫度分別為 27C和63C。處 理干物質(zhì)量為450kg/h。干物質(zhì)比熱容為1.465kJ/(kg. C )。假設(shè)干燥器的熱損失為 5kW，試求空氣流量。解：設(shè)下標(biāo)1為干燥器的進(jìn)口參數(shù)，下標(biāo)2為出口參數(shù)，首先列干空氣和干物料進(jìn)出干燥器的平衡式，LdmdMd1 = Ld2 mdMd2即 0.01L 450 0.04 二 Ld2450 0.002Ld2 =17.1 0.01

25、L干燥器能量平衡式Lh1 mdhm1 二 Lh2mdhm v Ql其中，進(jìn)入干燥器的空氣熱含量hi -120 kJ/kg離開干燥器的空氣熱含量h2 二 1.0 1.93d2 T2 2500d2二 1 1.93d238 2500d2二 38 2573d2進(jìn)入干燥器的物料熱含量hm1 - Cpmt M d1cp1= 1.465 270.04 4.2 27= 44.1 kJ/kg離開干燥器的物料熱含量hm2 - Cpm7 M d 2cpW12= 1.465 63 0.002 4.2 63= 92.8 kJ/kg干燥器熱損失 QL = 5 3600 kJ將各參數(shù)帶入能量平衡式，得120L 450 44

26、.1 二 38 2573d? L 450 92.8 5 3600即 Ld2 =0.03L -15.2聯(lián)立求解物料平衡式和能量平衡式，得L M486 kg/h原濕空氣流量為U = L 1 d1 =1486 1 0.01 = 1500 kg/h【12-5】在常壓連續(xù)理想干燥器中，用通風(fēng)機(jī)將空氣送至預(yù)熱器，經(jīng)120C飽和蒸汽加熱后進(jìn)入干燥器。已知空氣狀態(tài)為：進(jìn)預(yù)熱器前濕空氣中水蒸氣分壓為1.175kPa、溫度為15C,進(jìn)入干燥器時(shí)的溫度為90C,離開干燥器時(shí)的溫度為50 C。物料狀況為：進(jìn)出干燥器時(shí)物料的干基水分分別為0.15kg/kg干物質(zhì)和0.01kg/kg干物質(zhì)。干燥器生產(chǎn)干燥產(chǎn)品的能力為25

27、0kg/h，預(yù)熱器的總傳熱系數(shù)為50W/(m2. C)，試求通風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量和預(yù)熱器的傳熱面積。解：干物料量為，m21 Md22501 0.01= 248 kg/h17#水分蒸發(fā)量為,W 二 md Md1Md2 = 2480.15 0.01 = 34.7 kg/h空氣預(yù)熱前的濕含量和熱含量為，p1175d 二 0.62200.0073 kg/kgP - P0101.33-1.175h0 E1.0 1.93d0 T02500d0二 1 1.93 0.007315 2500 0.0073二 34 kJ/kg進(jìn)干燥器前，= d0 二 0.0073kg/kg0 = 1.0 1.93d1 t 2500 d

28、1二 1 1.93 0.007390 2500 0.0073= 110 kJ/kg離開干燥器后，二二 1.0 1.93d2 T22500d2二 1 1.93d250 2500d2= 110 kJ/kg由上式解得d2 二 0.023 kg/kg需要的干空氣量為Wd2 - d1340.023-0.0073= 2210 kg/h#通風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量為18V =LvhRaT0=L -P1 1.608d= 2210287288 i Gog 0.00731013303=1823 m /h預(yù)熱器的傳熱面積為其中 Q=Lh1-h =2210 110 -34 =169100 kJ/h : 47 KW采用對(duì)數(shù)溫差12

29、0-15 - 120 -90 = 60 l120】-CI2090 丿將溫差和預(yù)熱量帶入對(duì)流換熱公式，得:16 m2g Q4703SK. ：Tm50 60【12-6】在逆流連續(xù)干燥器中，將某種物料由初始濕基含水量3.5%干燥至0.2%。物料進(jìn)入干燥器時(shí)的溫度為24C，離開干燥器時(shí)的溫度為40C，干燥產(chǎn)品量為 0.278kg/s。干物質(zhì)的比熱容為1.507kJ/(kg. C)。空氣的初始溫度為25C、濕含量為0.0095kg/kg干空氣，經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到90 C后送入干燥器，離開干燥器時(shí)的溫度為35 J 試求空氣消耗量、預(yù)熱器的熱功率和干燥器的熱效率。假設(shè)熱損失可以忽略不計(jì)。解：將物料濕基水分轉(zhuǎn)換為

30、干基水分M d1M W11 _ M W10.0351-0.035-0.036 kg/kgM d2M W21 - M W20.0021 - 0.002:0.002 kg/kg干物質(zhì)量md 二 m21 - MW2 =0.278 1 -0.002 = 0.277 kg/s水分蒸發(fā)量W =md Md1Md2 = 0.277 0.0363 0.002 = 9.5 103 kg/s設(shè)干燥器是理想干燥器，由焓濕圖可知，佗=50kJ/kgh1 =116 kJ/kgd2 = 0.032 kg/kg20因此，干空氣的消耗量為9.5 10J0.032 -0.0095二 0.422 kg/s21#預(yù)熱器的傳熱速率為Q

31、 =L hi -h =0.422 116 -50 =28 kW干燥器的熱效率為W251.93丁2-4公1100%Q9.5 10 山 2500 1.93 35 - 4.2 24 他- 28 0:84%【12-7】如果習(xí)題6的干燥過程為非理想過程，其熱損失為5.25kW。求此時(shí)的空氣消耗量、預(yù)熱器的熱功率和干燥器的熱效率。解：由于干燥過程為非理想狀態(tài)，因此，要聯(lián)立求解物料衡算、能量衡算和焓的定義表達(dá)式。由水分衡算得，L d2 -d2 -0.0095:=9.5 10由熱量衡算得，L 0 - h2 二 g 館2 - hm1 - Ql其中，hm1 -Cpm7M d1cp1= 1.507 24 0.036

32、3 4.2 24= 39.8 kJ/kghm2 - Cpm7 M d2Cp2= 1.507 40 0.002 4.2 40=61 kJ/kg因?yàn)?，L 0 - h2 二 md 2 一 hm1QlL116-h2 =0.27761 - 39.85.25 =10焓的定義式為二 1.0 1.93d2 T2 2500d2二 1 1.93d235 2500d2二 36 2556d2聯(lián)立求解得，d?二 0.025 kg/kg h2 =100 kJ/kg L = 0.61 kg/s 預(yù)熱器的傳熱速率為，Q = L A =0.61 116-50 =40 kW干燥器的熱效率為W 2500 T.934100%Q9.5

33、 10” 2500 1.93 35 -4.2 24 低40%止58%【12-8】在一常壓連續(xù)干燥器中，濕物料處理量為0.8kg/s，物料含水量由濕基 5%干燥至1 %?？諝獬跏紲囟葹?0 C、濕含量為0.05kg/kg干空氣，空氣離開干燥器時(shí)的溫度為55C。為了保證干燥產(chǎn)品的質(zhì)量，要求進(jìn)入干燥器的空氣溫度不得高于90Co試求以下兩種情況下所需的空氣量（kg干空氣/s）和熱耗量（kW ），設(shè)干燥過程為理想過程。1）將新鮮空氣預(yù)熱到90 C進(jìn)入干燥器中進(jìn)行干燥；2）采用廢氣循環(huán)，循環(huán)氣中干空氣量為干燥器岀口廢氣中干空氣量的2/3，混合氣溫度為90C，進(jìn)入干燥器干燥。解：第一種情況將物料濕基水分轉(zhuǎn)換

34、為干基水分M d1M W10.051-0.05=0.053 kg/kgM d2M W20.011-0.01:0.01 kg/kg23#干物質(zhì)量md =1 - MW1 = 0.8 1 - 0.05= 0.76 kg/s水分蒸發(fā)量W 二 mid Md1Md2 = 0.76 0.053 0.01 = 0.032 kg/s對(duì)于理想干燥過程，h2 - h1,即1.0 1.93d1 T1 2500d廠 1 1.93d2 T2 2500d2d _ 1.0 1.93 0.00590 2500 0.005-1.0 55d 2 _2500 1.93 55二 0.019 kg/kg干空氣的消耗量為Wd2 - d10

35、.0320.019-0.005= 2.34 kg/s#傳熱速率為Q=L1.0 1.93d。Ti -To =2.34 1.0 1.93 0.005 90 -20 = 167.1 kW第二種情況d2，LLd1 2Ld2 =3Ldm即 d1 2d2 =3dm混合狀態(tài)點(diǎn)的熱量衡算得,Lh1 2Lh2 =3Lhm即 1.0 1.93d1 T12500d1=211.93d2 T22500d21= 3-1 1.93dm Tm - 2500dm 1對(duì)于理想過程，=h，則1.0 1.93d2 T22500d2二 1 1.93dm Tm - 2500dm#聯(lián)立求解以上三個(gè)平衡式，得dm = 0.034 kg/kg

36、 d2 = 0.049 kg/kg由熱量衡算求得T1 -165.6則最后求得L二乩d2 - d0.0320.74 kg/s0.049 -0.005傳熱速率為Q 二L1.0 1.93d-T。=0.74 1.0 1.93 0.005 165.6 -20= 110.3 kW【12-9】將某濕物料在恒定干燥條件下進(jìn)行間歇干燥，經(jīng)過6h的干燥使其干基含水量由 0.35降至0.07。試求在相同的操作條件下， 將該物料由0.35降至0.05所需的時(shí)間。已知物料的臨界含水量為 0.15，平衡含水 量為0.04。降速階段中干燥速率曲線為直線。解：由于Md2 *Md，所以干燥過程分為恒速干燥和降速干燥兩過程，設(shè)兩

37、種情況下干燥時(shí)間分別M di M dctlRc, M dc M de M dc M det2InRcM d 2 M det2M dc _ M de M dc _ M deInt1M d 1 _ M dc M d2 M de0.15 -0.040.15 -0.04In0.35 -0.150.07 0.04=0.715由于t1 t2 =6聯(lián)立求解得，t1 =3.5h, t2 =2.5h.M dc -M de Int2 _ M d2 - M de t?M dc M deM d2 M de0.15-0.04 In_0.05-0.04, 0.15-0.04 In0.07 -0.04=1.85t2 =1.

38、85 2.5 =4.63 h t 二1 t2 =3.5 4.63 =8.13 h【12-10】干燥某食品材料，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得其干燥特性為降速干燥特點(diǎn)，已知由初始濕基含水量 46.2%所用的時(shí)間為5h，平衡含水量為0.17 （干基）。今有一批該物料，其初始濕基含水量為 同干燥條件下20h后物料的含水量是多少？68.7 %降至70%，問在相d1d2d1t2M W1匹=2.11kg/kg1 - 0.678M W21 - M W20462= 0.86 kg/kg1-0.462M W1_ 0.7_ M W11-0.7_M de .M dc - MInRcM d2 _M1dedeM dc-2.33 kg/kg2.11-0.