561 热敏物料低能耗干燥装置-对流干燥室-传质方程

干燥室结构

对流型干燥室结构（详见第555篇、第559篇）。

传质方程

干燥室空气中水蒸气被吸湿溶液吸收的速率、物料表面水分被空气吸收的速率（按物料处于恒速干燥阶段，即物料表面处于润湿状态考虑）可近似按如下方程估算。

m_W=18α_mF(p_B - p_W)/(RT)

式中，m_W为对流传质量，g/s；α_m为对流传质系数，m/s；F为湿空气与物料或吸湿溶液的接触面积，m²；p_B为物料或吸湿溶液表面处水蒸气压力，Pa；p_W为湿空气中水蒸气分压力，Pa；R为气体常数，8.314J/(mol.K)；T为湿空气温度，K。

对流传质系数

对流传质系数计算式：

α_m=α/(ρc_P(Sc/Pr)^0.67)

式中，α_m为对流传质系数，m/s；α为对流换热系数，W/(m².K)；ρ为湿空气的密度，kg/m³；c_P为湿空气的定压比热容，J/(kg.K)；Sc为湿空气的施密特数，无因次；Pr为湿空气的普朗特数，无因次。

施密特数

施密特（Schmidt）数：

Sc=v/D

式中，Sc为施密特数，无因次；v为湿空气的运动黏度，m²/s；D为水蒸气在湿空气中的扩散系数（详见“冷热平台”中“湿空气扩散系数及气隙传质计算示例”，2019-10-6），m²/s；。

扩散系数

水蒸气在空气中的扩散系数：

D=(9.218*10^-4/p)*(T^2.5/(T+245))

式中，D为水蒸气在空气中的扩散系数，m²/s；p为湿空气的压力，Pa；T为湿空气的温度，K。

上面各式中的其他参数请参见“冷热平台”第559篇。

计算示例

设干燥室内参数与第559篇中基本相同。

吸湿溶液为溴化锂溶液，温度50℃，质量浓度0.42，溶液表面水蒸气压力6.0kPa。

设物料温度45℃（物料实际温度可能不是45℃，需通过软件计算确定，此处为方便计算，暂取45℃），表面水蒸气压力9.6kPa。

设湿空气温度46℃（物料温度变化时，湿空气温度也相应变化，实际湿空气温度也需用软件确定，此处暂取46℃），其中水蒸气压力为p_AWkPa。

水蒸气在空气中的扩散系数：

D=(9.218*10^-4/p)*(T^2.5/(T+245))

=(9.218*10^-4/101325)*(319^2.5/(319+245))

=(9.097*10^-9)*(1817510/564)

=0.293*10^-4m²/s

施密特数：

Sc=v/D

=0.1795*10^-4/0.293*10^-4

=0.613

对流传质系数

46℃时空气热物性：

密度1.09kg/m³

定压比热1005J/(kg.℃)

普朗特数0.698

α_m=α/(ρc_P(Sc/Pr)^0.67)

=5.67/(1.09*1005*(0.613/0.698)^0.67)

=5.67/(1095*0.917)

=0.0056 m/s

基于湿空气从物料中吸收水蒸气速率等于吸湿溶液从湿空气中吸收水蒸气速率，有：

4.0*(9.6-p_AW)=1.0*(p_AW-6.0)

湿空气中水蒸气分压力约为：

p_AW=8.88 kPa

单位面积吸湿溶液表面的吸收水蒸气的速率为：

J=18α_m(p_AW - p_L)/(RT)

=18*0.0056*(8880- 6000)/(8.314*319)

=0.106 g/(m².s)

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