671热泵干燥-恒速段物料温度-湿球温度-估算软件

恒速干燥段物料温度

恒速干燥段的特点是物料干燥速率高，物料温度低；以热风干燥为例，即使热空气温度200℃以上，物料温度也可不超过50℃，这对热敏物料干燥特别重要。

恒速干燥时物料温度主要与热风温度、热风中水蒸气含量有关，约等于热风的湿球温度，可通过能量平衡方程确定。

物料温度确定方法

不考虑热损失等因素时，恒速干燥段时热风传递给物料的热能等于物料表面水分汽化消耗的热能。

基于此，可得能量平衡方程为：

a_faA(t_a-t_m)=r_fg*0.018a_mA(p_mw-p_aw)/(8.314(t_am+273.15))

式中，a_fa为传热系数，W/(m².℃)；A为物料面积，m²；t_a为热空气温度，℃；t_m为物料表面温度，℃；r_fg为物料水分汽化潜热，J/kg；a_m为传质系数，m/s；p_mw为物料表面水蒸气压力，Pa；p_aw为热空气中水蒸气压力，Pa；t_am为物料与热空气的平均温度，℃。

上式可简化为：

x_am(t_a-t_m)=r_fg*0.018(p_mw-p_aw)/(8.314(t_am+273.15))

式中，x_am为传热系数与传质系数的比值（传热与传质类比系数），W.s/(m³.K)。

计算示例

温度20℃、相对湿度50%的环境空气（空气中水蒸气压力约1169Pa），被加热至200℃后进入干燥器流过物料表面；当物料处于恒速干燥阶段时，物料表面温度的近似确定方法如下。

初步估计物料表面温度为40~50℃，物料温度与热空气温度的平均温度约120℃左右，该温度下干空气的热物性约为：

密度r_ou=0.898kg/m³；

比热c_p=1009J/(kg.℃)；

运动黏度v_a=25.45*10^-6m²/s；

普朗特数Pr=0.686；

水蒸气在空气中扩散系数：

D_wa=(393^2.5/(393+245))*(0.0009218/101325)

=0.437*10^-4m²/s

施密特数:

Sc=v_a/D_wa=0.2545/0.437=0.582

传热与传质类比系数：

x_am=r_ouc_p(Sc/Pr)^0.67

=0.898*1009*(0.582/0.686) ^0.67

=812W.s/(m³.K)

设传热系数为（在合理范围内取值即可）：

a_fa =20W/(m².℃)

传质系数：

a_m=a_fa/x_am 

=20/812=0.02463m/s

水的汽化潜热取；

r_fg=2384000J/kg

基于上述数据，通过试算，当取物料表面温度47℃，上式（简化式）等号左侧为124236 W.s/m³，等号右侧为122817 W.s/m³，相差约1%，近似相等，即当热风温度200℃、水蒸气分压力1169Pa时，恒速干燥物料的表面温度约47℃。

估算软件

上述计算过程中用干空气热物性近似作为湿空气热物性，会导致一定误差；此外，试算过程也较繁琐且易出错，因此编制了相应的估算软件，软件界面如下。

软件输入参数共2个，输出参数共1个。

2个输入参数

1-热空气温度，通常取50~300℃；

2-热空气中水蒸气分压力通常取0~6000Pa。

1个输出参数

1-物料表面温度，℃。

说明

软件编制过程中有简化和近似处理，计算结果仅供参考，以实际测量数据为准。

软件获取

该软件已上传百度网盘，下载路径和提取码如下。

链接: https://pan.baidu.com/s/1OiNI8KRM4lfvylA3uVQEbg

提取码：m08x