农产品太阳能、热泵干燥技术设计计算实例


一、物料干燥的基本原理及过程
干燥:通常是指将热量加于被干燥的湿物料,并将其湿分(多数情况下是水分)排除,从而获得一定湿度含量的干燥物料的过程。对于湿物料进行热力干燥的时候,以下两种过程相继发生,并控制干燥的速率。
过程1:能量从外部环境传递给被干燥的物料,使得物料表面水分蒸发,液体以蒸汽的形式从物料表面排出。此过程的速率取决于温度、湿度、空气流动的速度、换热面积的大小等因素。此过程主要由外部条件控制,也称恒速干燥过程。在恒速干燥阶段,热空气提供的热量等于水分蒸发所需要的潜热,使物料表面保持一定的温度。
过程2:内部水分传递到物料表面,随之再发生表面蒸发。物料内部湿分的迁移是物料特性、温度、湿度等的综合控制的过程。此过程主要由外部条件控制,也称降速干燥过程。在降速干燥阶段,随着物料表面的含水率降低,物料内部的自由水分的补充率小于物料表面水分的蒸发率。此时,水分湿度的梯度由内向外,温度梯度由外向内,干燥速率降低。此时热空气提供的热量,一部分用于水分蒸发,一部分用于物料温度增加。
二、设计方案
1、设计参考及依据
    《平板型太阳能集热器技术条件》GB/T6424-1997
    《太阳热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB/T 18713-2002
    《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB/ 50364-2005
    《太阳能热水系统与建筑一体化设计施工技术规程》DBJ/ 53-18-2007
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
《采暖通风与空调设计手册》GBJ16-87
《干燥设备设计手册》机械工业出版社 2009版;刘广文编
《家用和类似用途电器的安全通用要求》GB4706.1—92
《家用和类似用途电器的安全热泵、空调器和除湿机的特殊要求》GB4706.32-92
2、物料含水率的确定
假如物料总质量为m千克 ,而物料烘干后的含量为n千克 ,那么物料含水率就为(m-n/m)*100%。
3、热量计算(以烘干1吨鲜核桃计算)
根据测算,核桃的含水率为50%,1000kg核桃烘干后为500kg,需要烘烤出的水为500kg,烘烤温度取均值为40℃,烘烤时间取36个小时计算。
烘干消耗的热量主要由以下四部分组成:
A:把物料加热所需要的热量Q1
B:水分汽化所消耗的热量Q2
C:排湿过程中带走的热量Q3
D:设备吸收的热量Q4  
A加热所需要的热量Q1
Q1 =C1m1(t2-t1
=0.6 kcal/kg·℃*1000kg*(40℃-15℃)=15000kcal=17kw
核桃的比热容C=0.6 kcal/Kg·℃
B、水分汽化所消耗的热量Q2
Q2 = Cm2(t2-t1)+h·m1
=1 kcal/kg·℃×500kg×(40℃-15℃)+2600 KJ/ Kg·℃
×500 kg/4.18KJ/kcal
=12500kcal+311004kcal=323504kcal=376kw
取水的相变潜热h=2600KJ/ Kg·℃, 1kcal/ Kg·℃=4.187KJ/ Kg·℃
C.设备(托盘、支架等)吸收的热量Q3,假设设备重量为500公斤
Q3=C*m3*(t2-t1)
=0.46 KJ/ Kg·℃÷4.18KJ/ kcal×500kg×(40℃-15℃)
=1375kcal
=1.59kw
取铁的比热为0.46 KJ/ Kg·℃
D、烘干过程的热量损失Q4
Q4 =( Q1+Q2+Q
(责任编辑:中建太阳能)