新版化工原理习题答案(11)第十一章 固体物料的干燥(12页).doc

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1、-第十一章 固体物料的干燥习题解答1. 已知湿空气的总压力为100 kPa，温度为50 ，相对湿度为40%，试求（1）湿空气中的水汽分压；（2）湿度；（3）湿空气的密度。 解：（1）湿空气的水汽分压 由附录查得50 时水的饱和蒸气压，故 （2）湿度 （3）密度 m3湿空气/kg绝干气 密度 2常压连续干燥器内用热空气干燥某湿物料，出干燥器的废气的温度为40 ，相对湿度为43%，试求废气的露点。解：由附录查得40 时水的饱和蒸气压，故湿空气中水汽分压为 查出时的饱和温度为25.02 ，此温度即为废气露点。3. 在总压101.3 kPa下，已知湿空气的某些参数。利用湿空气的HI图查出附表中空格项的

2、数值，并绘出分题4的求解过程示意图。习题3附表序号 湿度 kg/kg绝干气干球温度/湿球温度相对湿度% 焓 kJ/kg绝干气水汽分压kPa露点1（0.02）86（35）51403232（0.03）793711（160）4.2303（0.04）8642（10）1936354（0.05）（60）42371927.538.5 解：附表中括号内的数为已知，其余值由H-I图查得。分题4的求解过程示意图略。4. 将、绝干气的常压新鲜空气，与干燥器排出的、绝干气的常压废气混合，两者中绝干气的质量比为1：3。试求（1）混合气体的温度、湿度、焓和相对湿度；（2）若后面的干燥器需要相对湿度10%的空气做干燥介质，

3、应将此混合气加热至多少摄氏度？ 解：（1）对混合气列湿度和焓的衡算，得 （a） （b） 当、绝干气时，空气的焓为 当、绝干气时，空气的焓为 将以上值代入式（a）及式（b）中，即 分别解得：kg/kg绝干气 kJ/kg绝干气由 得 混合气体中的水汽分压 解出 时水的饱和蒸汽压为所以混合气体的相对湿度为 （2）将此混合气加热至多少度可使相对湿度降为10%故 查水蒸气表知此压力下的饱和温度为76.83 。故应将此混合气加热至76.83 。5干球温度为20 、湿度为0.009 kg水kg绝干气的湿空气通过预热器加热到80 后，再送至常压干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为80%，若空气在干燥器中经历

4、等焓干燥过程，试求：（1）1 m3原湿空气在预热过程中焓的变化；（2）1 m3原湿空气在干燥器中获得的水分量。 解：（1）1 m3原湿空气在预热器中焓的变化。 当、kg/kg绝干气时，由图11-3查出kJ/kg绝干气。 当、kg/kg绝干气时，由图11-3查出kJ/kg绝干气。 故1 kg绝干空气在预热器中焓的变化为： 原湿空气的比体积： 故1 m3原湿空气焓的变化为； （2）1 m3原湿空气在干燥器中获得的水分。 由、kg/kg绝干气在H-I图上确定空气状态点，由该点沿等I线向右下方移动与线相交，交点为离开干燥器时空气的状态点，由该点读出空气离开干燥器时的湿度kg/kg绝干气。故1 m3原空

5、气获得的水分量为： 6. 用4题（1）的混合湿空气加热升温后用于干燥某湿物料，将湿物料自湿基含水量0.2降至0.05，湿物料流量为1 000 kg/h，假设系统热损失可忽略，干燥操作为等焓干燥过程。试求（1）新鲜空气耗量；（2）进入干燥器的湿空气的温度和焓；（3）预热器的加热量。 解：（1）新鲜空气耗量 蒸发水量 绝干空气用量 新鲜空气用量 （2）进入干燥器的湿空气的温度和焓由于干燥过程为等焓过程，故进出干燥器的空气的焓相等。 将kg/kg绝干气代入，解出： 所以，进入干燥器的湿空气的温度为57.54，焓为127.6 kJ/kg绝干气。 （3）预热器的加热量 7在常压下用热空气干燥某湿物料，湿

6、物料的处理量为l 000kg/h，温度为20 ，含水量为4(湿基，下同)，要求干燥后产品的含水量不超过0.5，物料离开干燥器时温度升至60 ，湿物料的平均比热容为3.28 kJ(kg绝干料)。空气的初始温度为20 ，相对湿度为50，将空气预热至100 进干燥器，出干燥器的温度为50 ，湿度为0.06 kg/kg绝干气，干燥器的热损失可按预热器供热量的10计。试求（1）计算新鲜空气的消耗量；（2）预热器的加热量Qp；（3）计算加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数；（4）干燥系统的热效率。 解：（）新鲜空气消耗量，即 绝干物料 所以 20 时空气的饱和蒸汽压为 （2）预热器的加热量p，用式 11

7、-31计算p，即 （3）加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数 加热物料耗热总耗热量加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数： （4）干燥器的热效率，若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则用式11-37计算干燥系统的热效率。 8. 用通风机将干球温度、焓绝干气的新鲜空气送入预热器，预热到后进入连续逆流操作的理想干燥器内，空气离开干燥器时相对湿度。湿物料由含水量被干燥至含水量，每小时有9 200 kg湿物料加入干燥器内。试求（1）完成干燥任务所需的新鲜空气量；（2）预热器的加热量；（3）干燥器的热效率 解：（1）新鲜空气耗量 绝干物料流量 根据、kJ/kg绝干气，求出kg/kg绝干气 根据、，求出k

8、J/kg绝干气理想干燥器，所以 绝干气 （a） （b）设温度，查水蒸气表得相应的饱和蒸汽压ps，由（a）式求湿度，再代入（b）式反求温度，若与初设值一致，计算结束。若与初设值不一致，则需重复以上步骤。解得：，对应的饱和温度为：，绝干气绝干空气消耗量 新鲜空气消耗量 （2）预热器的加热量 （3）干燥器的热效率 本题亦可利用图求。 9. 在一常压逆流的转筒干燥器中，干燥某种晶状的物料。温度、相对湿度=55%的新鲜空气经过预热器加热升温至后送入干燥器中，离开干燥器时的温度。预热器中采用180 kPa 的饱和蒸汽加热空气，预热器的总传热系数为85 W/(m2K) ，热损失可忽略。湿物料初始温度、湿基含

9、水量=0.037；干燥完毕后温度升到60、湿基含水量降为=0.002。干燥产品流量=1 000 kg/h，绝干物料比热容绝干料），不向干燥器补充热量。转筒干燥器的直径D=1.3 m、长度Z=7 m。干燥器外壁向空气的对流辐射联合传热系数为35 kJ/（m2h）。试求（1）绝干空气流量；（2）预热器中加热蒸汽消耗量；（3）预热器的传热面积。 解：（1）绝干空气流量 绝干物料流量水分蒸发量 查出25 时水的饱和蒸气压为3168.4 Pa，故新鲜空气的湿度为： 对干燥器做水分的衡算，取为1 h基准，得： （a） 对干燥器做热量衡算得： 其中 题给 kJ/（kg绝干料） 题给 kJ/(m2h) 将以上

10、诸值代入热量衡算式，得： 整理得 （b） 联立式（a）和式（b），解得 kg/kg绝干气 kg绝干气/h （2）预热器中加热蒸气消耗量 加热蒸气压强为180 kPa，查出相应的汽化热为2214.3 kJ/kg，T=116.6 。预热器中消耗热量的速率为： 其中 加热蒸气消耗量=kg/h （3）预热器的传热面积 10采用常压并流干燥器干燥某种湿物料。将20 干基含水量为0.15的某种湿物料干燥至干基含水量为0.002，物料出干燥器的温度是40，湿物料处理量为250 kg/h，绝干物料的比热容为1.2 kJ/（kg绝干料）。空气的初始温度为15 ，湿度为0.007 kg水/kg绝干气，将空气预热至

11、100 进干燥器，在干燥器内，空气以一定的速度吹送物料的同时对物料进行干燥。空气出干燥器的温度为50 。干燥器的热损失3.2 kW。试求（1）新鲜空气消耗量；（2）单位时间内预热器消耗的热量（忽略预热器的热损失）；（3）干燥器的热效率；（4）若空气在出干燥器之后的后续设备中温度将下降10 ，试分析物料是否会返潮。解：（1）新鲜空气消耗量对非理想干燥器，需联解物料衡算和热量衡算方程求出。由物料衡算式 得 （a）由热量衡算式 其中： 代入上式，得 （b）联解（a）式和（b）式，得kg/kg绝干气， 新鲜空气消耗量为 （2）单位时间内预热器消耗的热量p kJ/h=45.90 kW （3）干燥器的热效

12、率 （4）若空气在出干燥器之后的后续设备中温度将下降10，物料是否会返潮用图查，下，空气的露点为26 ，而物料降温10 后为30 ，所以物料应该不会返潮。11对10 kg某湿物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥，物料平铺在1.0 m1.0 m的浅盘中，温度=75 ，湿度=0.018 kg/kg绝干气的常压空气以2 m/s的速度垂直穿过物料层。现将物料的含水量从=0.25 kg/kg绝干物料干燥至=0.15 kg/kg绝干物料，试求（1）所需干燥时间；（2）若空气的t、H不变而流速加倍，干燥时间如何改变？（3）若物料量加倍，而浅盘面积不变，所需干燥时间又为多少？（假设三种情况下干燥均处于恒速干燥阶段

13、。） 解：（1）恒速段干燥速率 由空气，kg/kg绝干气，查图得，相应水的汽化热，空气对物料的对流传热系数： 湿空气的质量速度：湿空气密度： 湿空气比体积： 恒速干燥段时间： （2）空气气速加倍后 kg/（m2s） kg绝干料/m2，不变 恒速干燥时间： （3）物料加倍后，加倍12在恒定干燥条件下进行间歇干燥实验。已知物料的干燥面积为0.2 m2，绝干物料质量为15 kg，干燥时间无限长时物料可被干燥至15.3 kg。假设在实验范围内，物料的干燥速率与含水量呈线性关系。实验测得将湿物料从30.0 kg干燥至24.0 kg需要0.2 h。试求在相同干燥条件下，将湿物料由30.0 kg干燥至17

14、kg需要多少时间。解：设干燥速率与物料含水量之间的关系为： （a）因为时， 据题意 代入（a）式，得 所以 分离变量积分，得将，代入得 所以，当时13. 某湿物料经过5.0 h恒定条件下的干燥后，含水量由0.35 kg/kg绝干料降至=0.12 kg/kg 绝干料，已知物料的临界含水量0.15 kg/kg绝干料、平衡含水量0.04 kg水分/kg绝干料。假设在降速阶段中干燥速率与物料的自由含水量（）成正比。若在相同的干燥条件下，要求将物料含水量由0.35 kg水分/kg绝干料降至=0.06 kg水分/kg绝干料，试求所需的干燥时间。 解：恒速干燥阶段干燥时间： 降速干燥阶段干燥速率与物料的自由含水量（）成正比，因此，临界点处： 降速段干燥时间： 总干燥时间： 将第一次干燥实验的数据代入，解得 第二次干燥实验的条件与第一次相同，即、S、均不变， 不变。所以，第二次干燥实验的干燥时间为： -第 12 页-