浅谈烟用爆珠干燥设备中温湿度控制模块的选型

浅谈烟用爆珠干燥设备中温湿度控制模块的选型

柯永飞 罗光杰 李志林 袁华 熊建

（贵州中烟工业有限责任公司，贵州贵阳 550017）

摘要：本文对烟用爆珠干燥设备中温湿度控制模块的选型计算进行了探索研究，烟用爆珠干燥设备一般采用热泵除湿机作为温湿度控制模块，选择合适的热泵除湿机应基于干燥效率效率与经济性进行考虑。

关键词：烟用爆珠，烟用爆珠干燥；温湿度控制。

引言

烟用爆珠近年来发展迅速，其生产过程需对湿软爆珠进行干燥定型，该工序所使用的设备一般采用穿流回转式干燥设备，干燥设备采用热泵除湿机提供具有一定温度湿度的干燥热风对烟用爆珠进行脱水，其选型关系着烟用爆珠的干燥效率和工艺性能，如何选择合适型号的热泵除湿机作为温湿度控制模块，成为经济性与干燥效率平衡点的关键。

完成热泵除湿机选型工作主要需要计算如下参数：

  假定干燥工况为：定型干燥设备按工艺要求，每批次干燥30kg爆珠干燥到 18kg满足要求，允许出料，此过程干燥时间定为90min。

1.风量N的要求

（1-1）

式中v——风速，S——风道口面积。

由伯努利方程可知：

（1-2）

式中wp——风压，ρ——空气密度，v——风速。

（1-3）

式中P——爆珠对筒体壁面压强，S孔——腰型孔面积。

通过离散元分析软件EDEM计算30kg烟用爆珠在转笼中的受力情况，计算得到转动过程中内壁面的受力均值为F=0.009N，按照1.8×20mm的腰型孔计算，温湿度控制设备风机将爆珠吹起形成单层干燥的条件是：

wp≥P       （1-4）

联合（1-1）（1-2）（1-3）（1-4）可推导出：

     （1-5）

带入各值计算的Q≥4523.7m3/h,取Q=4600m3/h。

2.除湿能力m的要求

根据前文假定的工况条件，定型干燥设备按工艺要求的每批次干燥30kg爆珠干燥到 18kg达到要求，允许出料，此过程干燥时间定为90min。

则：除湿能力m=（30-18）/90*60=8kg/h。

3.制冷量Qe与制热量Qc的要求

热泵除湿干燥属于对流干燥，对流干燥是一个传热与传质同时进行的过程，湿空气是干燥介质。经过热泵主机除湿加热后的热空气由循环风机送往干燥设备，将热量传给爆珠，湿爆珠受热表面水分首先汽化，随着热量的传递，湿爆珠内部水分迁移至表面蒸发后被湿空气带走，湿空气进入除湿热泵实现降温除湿再加热。随着干燥过程的进行，热量不断通过湿空气传递给湿爆珠（传热）、同时湿空气不断带走湿爆珠料水分（传质），以实现干燥爆珠的目的，要完成以上参数的计算，需要一系列描述湿空气特性的公式参与转换推导再借助焓湿图才能完成，因此，有必要开展对湿空气特性的研究工作。

图3-34 湿空气焓湿图

（1），湿空气特性。

大气是由干空气和一定量的水蒸气混合而成，称为湿空气。湿空气中水蒸气的含量虽少，但其变化却对干燥和潮湿程度影响巨大。在常温常压下干空气可视为理想气体，而湿空气中的水蒸气一般处于过热状态，且含量少，湿空气也可近似视为理想气体。

对于干空气：B=Pg；m=mg；T=273.15+t。

对于湿空气：B=Pq；m=mq；T=273.15+t。

即可利用理想气体状态方程式来表示干空气和水蒸气的主要状态参数---压力、温度、比容等的相互关系：

式中： Pg， Pq------干空气，水蒸气的压力，Pa；

          V------湿空气的总容积，m3;

          mg,mq------干空气，水蒸气的质量，kg;

          Mg,Mq------干空气，水蒸气的摩尔质量；   

          Mg=28.95 g/mol, Mq=18.02 g/mol;

          R------8.314 J/(mol.k)，普适气体常量；

          Rg, Rq------干空气及水蒸气的气体常数，

          Rg=287.055 J/(kg.k), Rq=461.52 J/(kg.k);

          T------湿空气热力学温度，K；T=273.15+t°C

          Vg =V/ mg,Vq =V/ mq ------干空气，水蒸气的比容，m3/kg;

干燥过程中，湿空气中水蒸气的含量不断变化，而干空气质量不变，因此湿空气的许多相关性质常以1KG干空气为基准。基于理想气体状态方程式，如下几个重要概念和计算公式对研究热泵除湿干燥过程中循环湿空气的状态变化至关重要。

1），湿空气的压力B，单位：Pa；

      依据道尔顿定律，湿空气的压力应等于干空气的压力与水蒸气的压力之和，即

       B------一般称为大气压力，以Pa或kPa表示；

      1标准大气压atm=101325Pa或101.325kPa;

2），湿空气的密度ρ，单位：kg/m

3；

      湿空气密度等于干空气密度与水蒸气密度之和，即

3），湿空气的含湿量d

      又称绝对湿度，定义为单位质量干空气所含有的水蒸气质量，单位为kg/kg.干

   湿空气处于饱和状态，此时湿空气的湿度称为饱和湿度（db为饱和含湿量，单位为kg/kg.干）：

 考虑湿空气中水蒸气含量较少，含湿量d、饱和含湿量db的单位可以用g/kg.干表示，公式为：

4），相对湿度φ

      定义为湿空气的水蒸气压力与同温度下饱和湿空气的水蒸气压力之比，即：

Pq.b——为饱和水蒸气压力；Pa

      相对湿度表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。

      由（1-18）、（1-19）得：

上式中B远远大于Pq、Pq.b，可认为B- Pq.b≈B-Pq。因此相对湿度可近似表示为湿空气含湿量和饱和含湿量之比：

  5），湿空气的焓值i

在热风干燥除湿过程中，空气的压力变化很小，可近似于定压过程，因此可直接用空气的焓变来度量空气的热量变化。

湿空气的焓i等于1kg干空气加上与其同时存在的d kg水蒸汽的焓，即：

干空气的定压比热Cp.g=1.01kJ/（kg.℃），

水蒸汽的定压比热Cp.q=1.84k1/（kg.℃）；

则：

干空气的焓：ig=Cp.g*t，kJ/kg.干；

水蒸汽的焓：iq=Cp.q*t+2490，KJ/kg.汽；

6），水蒸汽的汽化潜热

式（1-23）中，2490为t=0℃时水蒸汽的汽化潜热（ro），上式中t=0℃时，i=2490d，不为0（d单位kg/kg.干）.

水的质量比热为4.19kj/(kg.K)，因此t℃时水蒸汽的汽化潜热为

m kg水在t℃时汽化潜热所需的热量Qq

联合以上公式，再结合焓湿图，所有参数计算结果如下表所示：

经过以上分析，确定温湿度控制设备的基本要求。

表3-1温湿度控制设备的基本参数

参考文献：

[1]刘广文，干燥设备设计手册[M]．北京：机械工业出版社，2008.

[2]潘永康，现代干燥技术[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3]韩祺祺，转筒干燥器抄板的数值模拟[J]. 化工设计, 2017, 27(4): 1, 7-9.