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中文译文
干燥:囊括科学之技巧
——面对商业障碍和复杂的关系设计干燥器
经过半个世纪以来,湿料-泥浆和溶液的干燥仍佣尽科学之技巧。干燥技术的发展受商业障碍和传统所阻挡,但影响更大的是在多种干燥物质中固-液-气关系的复杂性和它们的一些不同的属性。
干燥应用极广,例如食物、药品、集合物、矿物质、回收品以及大量的有机物和无机物都需要干燥。由于干燥之后的湿气各不相同,即使相同的物质也很少能表现出一致的干燥特性。
因此干燥器的设计不基于干燥理论原理,而是建立在实验测试或过去经验的数据的基础上。这些数据有助于确定干燥系统的尺寸或者估计已有的大小。使用的方法可以是粗略的估计,也可以使用公式进行细致的分析。相比与机械设计,干燥器的设计是一个过程性的设计,这是至少150个制造商使用的200多个干燥参数所共有的属性。
在化学工业中,连续、开放或直通的直接干燥器应用最广泛,主要类型有:喷雾式,闪蒸式,流化床式、滚筒式、回转式以及盘式干燥器。即使在每一同种类型中,大小和设计大不想同,但基本的干燥原理都大致一样。水是大部分干燥中的成分,然而在封闭系统中,也可以干燥其它的液体。
干湿表长期都用于估计干燥器进展程度,也需要用算术来解决。用一个实例来说明如何用公式法得出结果。为了减轻工作量,我们把公式输入到计算机的程序中,不过最后结果局限于输入的数据。
图1包含关键元素——一种典型,小型的直通设计的系统。热空气或其他气体直接地与湿物料接触,湿分被气体所蒸发。这实例选择在海拔2000英尺的状态下,用天然气作燃料。处理量是每小时270磅,进口含水量是55%,出口含水量是5%。表1中给的空气温度可进行简化选择,得出一个小的温度范围就可以。如果知道干燥其内部的湿球温度,就可以通过查表得到气体的湿度。
图1:一个简单的直通式直接干燥系统
要知道外部参数,就需要做一个更复杂的测量,但是这样能减少不知道或被忽略的影响,提高准确率。
干燥器内外气体温差使干燥能够进行,温差越大,每磅空气能干燥的水分就越多。这样就能减少空气和能量的使用。然而,由于物料的热稳定性,干燥器里面的最高温度总受限制。
而且,由于高温的应用,这限制将会扩大,并影响建筑材料的温度-应力值关系。干燥器出口允许的最小输出量依赖于期望产品的湿含量和其他特性,有时也与设备壁的物料垢有关。
对于加热器,入口气体的湿含量通过实验和粗略的使用相对湿度或其他措施来测量,然后用饱和湿度与焓之间的关系式算出结果。干湿表非常实用,几乎能用于每一种情况。假定干球/湿球温度为60/50F,从表中就可以得到1大气压下,,这与实际数据足够接近()。空气的焓和湿体将在下文中计算。两量一起计算能减少错误,提高效率。
在燃料的燃烧过程中,由于产生水分,夹入到热空气中。其含水量可通过表2种经验数据得出。在表中,通过各个低温和高温不同的值,表示出了温差线的斜率,是与湿含量成反比。必要的话,可用插值法计算值。
斜率乘以温差就能得到湿含量的增量,如:
Mf = Sl (T2 - T1)
= x 10-5 x (260 - 60)
=
总湿含量,磅/磅干空气
M2 = M1 + Mf
= +
=
加热器出口空气的含湿量,磅/磅干空气
注意到湿含量是用每单位重的干空气的含水量来表示。同样也可用于焓和湿体的表示。例如,焓单位是Btu/lb干空气。这些比率使关系得到统一,简化了计算。
空气的焓湿干气及其湿气的热量的总和。特别地,,(C1=C2=C3)。然而,水蒸气的焓随温度的变化变化很大。它的经验式是:
Wi = + Ti + Ti2
W1 =
W2 =
W3 =
enthalpy of water vapor, Btu/lb
空气的焓的计算式是:
Hi = Ai Ci Ti + Ai Mi Wi
空气和湿气的焓,
我们定的是1磅干空气,因此Ai=,代入这三个点,变成:
H1 = C1 T1 + M1 W1
= x 60 + x
= Btu/lb dry air
H2 =
H3 = H2 =
直接干燥经常叫做等热干燥,也就是干燥器出口处热量总和与入口处相等,空气所带的热量提供干燥时必要且隐藏的热量,而整个系统中总热量不