桨叶式干燥机的平衡计算及参数控制

1、传热模型

（1）干燥过程分析

干燥过程如图1所示，可分为3个阶段，即：a.壁面与物料的热传导；b.物料层内部的热传导；c.物料和周围空气的对流换热。

干燥速率受到热量供给和水分蒸发的双重影响。传热过程包括互相耦合、相互制约，整个干燥过程要克服的传递阻力包括散热传递阻力——物料底层与盘面的接触热阻1/αws、料层热阻1/αwb和物料颗粒内部传质阻力1/βb。

E.U.Schlunder对静止状态散料堆料层的试验研究表明，由于物料中颗粒间存在着间隙，湿分蒸汽可以通过这层间隙扩散出来，因而料层的传质阻力1/βb很小。另外，搅拌物料床层中，由于物料不断地被搅拌翻动而使其新的湿表面不断暴露于空气中，从而使湿分的蒸发更加容易，因而料层的传质阻力1/βb可以忽略不计。又根据假设，颗粒内部的传质阻力1/βb为零。因此，传质阻力可以不考虑。其次，对于细颗粒物料，任何颗粒物料形成的传热阻力对于整个料层的传热阻力也十分小，同时可以忽略不计。

这样，在搅拌床层的干燥过程中，应考虑的阻力只剩下两个热阻，即物料底层与盘面的热阻1/αws和料层热阻1/αwb。

（2）传热分析

对于空心桨叶式干燥机，由于其壁面的长、宽均大于壁厚的10倍，因而其传热过程可看作“大平壁”的热处理。

加热介质传来的热量经壁面传给湿物料后，物料层温度升高而蒸发出来水分，蒸发出来的水分被载气带走。

（3）传热模型

赵旭等根据E.U.Schlunder的传热模型得出壁面与单个颗粒之间可达到的最大传热系数为：

2、传热计算

（1）蒸发水分量的计算W

（2）干燥所需热量Q

干燥过程中消耗的热量由蒸发水分消耗的热量Q1、干燥产品带走的热量Q2、载气带走的热量Q3和设备热损失Q4四部分组成。

（3）计算传热面积

1）对数平均温差

2）传热系数

3、传质计算

（1）传质过程分析

传质，即质量传递，是当系统中存在浓度差时，系统中的组分从一个区域向另一个区域转移的现象。正如温度差是热量传递的推动力那样，浓差度是质量传递的推动力。在没有浓度差的二元均匀混合物中，如果存在着压力梯度或者温度梯度，将会引起压力扩散或热扩散，从而引起相应的浓度扩散——传质。传质一般可以分为两种方式，即分子扩散传质和对流传质。在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流流动的流体中的传质，由微观分子运动来完成，称为分子扩散，其机理类似于热传导。在流动的流体中由于对流掺混引起的质量传递，成为对流传质，它和热交换中的对流换热相类似。

在空心桨叶干燥机中，水分由料层内部扩散至料层表面，然后随载气排出，湿分和空气之间发生对流传质。在研究对流传质时发现，当热扩散率α和传质扩散β之比（刘易斯数Le=α/β）等于1时，热交换系数和传质系数存在着简单的换算关系。已知换热系数的计算式就可方便地求出传质系数，大多数气体在另一种气体中扩散是因为刘易斯系数Le和施密特系数Sc都具有1的数量级，因此可以近似的采用Le=1简化结果。

（2）干燥速率计算

从干燥动力学的观点来看，对干燥过程速率强化的研究是人们最关注的问题之一。