热泵除湿烘干过程热量衡算及设备选型

热泵除湿烘干过程中,湿空气一方面作为载热体把热量传给湿物料,另一方面又作为载湿体吸收湿物料受热蒸发出来的水分,湿空气的焓值变化是进行热泵除湿干燥过程热量衡算的非常重要的参数。

一:湿空气的比热容Cp

在常压下,将1kg干空气及其所带有的d kg水蒸气升温1 °C所需的总热量,称为湿空气的比热容,用符号Cp表示,单位为KJ/(kg. °C);

热泵除湿烘干过程热量衡算及设备选型

干空气定压比热CP.g=1.005KJ/(kg. °C),近似取1.01;

水蒸气定压比热CP.q=1.84KJ/(kg. °C);则

热泵除湿烘干过程热量衡算及设备选型

二:湿空气的焓i

热泵除湿过程,湿空气的压力变化很小, 近似于定压过程, 因此可直接用湿空气的焓变化来度量湿空气热量的变化。

湿空气的焓为1kg干空气的焓ig与其带有的dkg水蒸气的焓iq之和,用i表示,单位为KJ/kg.g ,即:

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干空气的焓:ig=CP.g*t=1.01t , KJ /kg.g;

水蒸气的焓:iq=2500+CP.q*t=2500+1.84t, KJ /kg.q;

上述湿空气的焓值是根据干空气和液态水在0°C时的焓为0作为基准来计算的,因此对于温度t,湿度d的湿空气,其焓值应该是由0°C的水变为0°C的水蒸气所需要的潜热以及湿空气温升至t所需要的显热之和。

2500为t=0 °C时水蒸气的汽化潜热(r0)KJ/kg。

三:水蒸气的汽化潜热rt

已知水的质量比热为4.19KJ/(kg.K),t°C水蒸气的汽化潜热为(KJ/kg):

热泵除湿烘干过程热量衡算及设备选型

四:热量衡算公式:

热泵除湿过程烘箱内湿物料去湿过程需要的热量就是湿空气进出烘箱焓值的增量,单位时间需要的热量Q:单位Kw;

热泵除湿烘干过程热量衡算及设备选型

L干——单位时间绝干空气循环量,kg.干/s;

Q——去湿过程单位时间热量消耗量,Kw;

i回——回风焓值KJ/kg.干;

i送——送风焓值KJ/kg.干;

理解湿空气,干空气和水蒸气比热容以及水蒸气汽化潜热的概念, 善于使用以1 kg干空气及其所带有的dkg水蒸气的焓值随温度变化公式,对掌握热泵除湿干燥系统热量衡算非常关键。

五:案例及选型

案例1:整个干燥周期约为8小时,按烘干7000公斤辣椒,烘干前含水率为85%,烘干后含水率12%,恒速干燥阶段送风60°C,20%RH;回风50°C,55%RH;求系统热负荷,并按计算选型,提供方案书。

第一步:按湿基法求去湿量:

G水=G1*[1—(1—W1)/(1—W2)]

=7000*[1—(1—85%)/(1—12%)]

=5800kg.

整个烘干过程总去湿量5800kg,工作8小时。

假设整个烘干过程以恒速干燥阶段为主要时段,去湿速率:

W水=G水/8*3600=5800/8*3600=0.2kg/s

第二步:求干空气消耗量:

绝干空气的消耗量:

L=W水/(d2-d1)=0.2/(0.04465—0.02548)=10.43kg.干/s

第三步:求湿空气的焓值:

送风干球60°C,相对湿度20%RH;回风干球50°C,55%RH;

查湿空气i—d图,标准大气压101.325kPa,送风湿空气含湿量d1=25.48g/kg.干=0.02548kg/kg.干;回风湿空气含湿量d2 =44.65g/kg.干=0.04465kg/kg.干;

送风焓值:

由公式(1-4):i送=1.01t送+(2500+1.84t送)d送=1.01*60+(2500+1.84*60)*0.02548=127.07KJ/kg.干

回风焓值:

由公式(1-4):i回=1.01t回+(2500+1.84t回)d回=1.01*50+(2500+1.84*50)*0.04465=166.23KJ/kg.干

第四步:热量衡算及设备选型:

热泵除湿过程湿物料需要的热量:

Q=L* ( i回-i送)=10.43*(166.23-127.07)=408.44 kw

此热量为系统运行有效热量,即用来直接做去湿干燥的热量。考虑系统运行不完全在恒速干燥阶段及湿物料前期升温热量及工程的热损失等因素,取系数1.2。

12HP 速潽捷 热泵闭式除湿烘干机组金刚石系列标准制热量40.18kw(标定工况:系统运行蒸发温度18°C,冷凝温度60°C),通过热量衡算此项目需要:

408.44*1.2/40.18=12台主机。

六:认识热泵除湿烘干系统除湿量和去湿量

热泵除湿干燥系统除湿量和去湿量是两个概念, 除湿量是回到主机的湿空气通过主机除湿器(主蒸发器)降温到露点温度以下凝结的水的质量,与热泵主机制冷量有关;而去湿量是烘箱内湿物料在整个干燥过程中水分的减少量,可以通过湿基法或干基法来计算,与系统能提供的热量有关。一般情况下,去湿量大于除湿量,可以通过排湿的方式实现, 排湿的同时也排出系统多余的热量,实现系统的热平衡。

如果某些物料的干燥必须实现全密闭除湿,此时去湿量就等于除湿量。因为系统不能通过排湿的方式实现排热,那么热泵系统需设计室外二级冷凝器实现在风道的全密闭情况下系统排热。

热泵除湿烘干过程热量衡算及设备选型速潽捷全密闭热泵除湿烘干系统示意图

热泵闭式除湿烘干系统增加回热循环,使进入蒸发器的湿空气温度下降而进去冷凝器的湿空气温度上升;回热循环使蒸发器冷量用于空气降温减少(无效耗冷),而用于除湿过程冷量增加,理想状态是热泵蒸发器冷量完全用于除湿(进入蒸发器的湿空气达到露点温度)。

热泵闭式除湿烘干机在烘干过程中会有多个烘干时段,也就是说回风状态(温度,湿度)是变化的,如果需要把每一个烘干时段都控制在理想状态除湿是非常困难的,这就要求在系统内必须增加除湿风量调节装置,尽可能追求每个烘干时段都在理想状态下除湿。即所有烘干时段热泵蒸发器冷量完全用于除湿,保证系统最大除湿量。

以案例1恒速干燥阶段回风50°C,55%RH;来计算:

热泵除湿烘干过程热量衡算及设备选型

冷凝水在38.4℃的汽化潜热rt=2500-2.35t=2410KJ/kg;

此时12HP 速潽捷 热泵闭式除湿烘干机运行在:Te=18.2 ℃ ,Tc=60 ℃,Qe=29.18kw,

利用热管回热循环技术,调节除湿风量,控制除湿器制冷量完全用于除湿;则系统在这一时段理想除湿量=29.18*3600/2410=43.6kg/h

2, 热泵除湿烘干机理想去湿量怎么计算?

去湿量是烘箱内湿物料在整个干燥过程中水分的减少量,即为循环湿空气带走的水蒸气的质量。如不考虑湿物料前期升温热量及工程的热损失等因素,热泵主机提供的热量完全是有效热量,全部用来蒸发湿物料中的水分。

此时12HP 速潽捷 热泵闭式除湿烘干机运行在:Te=18.2 ℃ ,Tc=60 ℃,Qc=40.18kw,

以案例1恒速干燥阶段送风60°C,20%RH;回风50°C,55%RH;

查湿空气i—d图,标准大气压101.325kPa,送风湿空气含湿量d1=25.48g/kg.干=0.02548kg/kg.干;回风湿空气含湿量d2 =44.65g/kg.干=0.04465kg/kg.干;

已计算:

送风焓值:i送=127.07KJ/kg.干

回风焓值:i回=166.23KJ/kg.干

干空气的消耗量:L = Q / ( i回-i送)=40.18/(166.23-127.07)=1.026 kg.干/s

则系统去湿量:

W水=L*(d2-d1)*3600=70.8kg/h

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