膜技术干燥课堂练习课件.ppt

《膜技术干燥课堂练习课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《膜技术干燥课堂练习课件.ppt（56页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、“膜技术膜技术”课堂练习课堂练习例例1：用反渗透的方法处理溶质浓度为用反渗透的方法处理溶质浓度为3%（质（质量）的蔗糖溶液，渗透液含溶质为量）的蔗糖溶液，渗透液含溶质为150mg/L。计。计算截留率算截留率 和选择性因子和选择性因子，并说明这中情况下，并说明这中情况下哪一个参数更合适。哪一个参数更合适。解：解：设设A为为糖，糖，B为为水。水。已知渗透液中溶已知渗透液中溶质质的的浓浓度度原料液中溶原料液中溶质质的的浓浓度度则则有有或或选择选择因子因子计计算算或或 因为反渗透过程中溶剂分子可自由通过膜，所以对于因为反渗透过程中溶剂分子可自由通过膜，所以对于含有一种溶剂和一种溶质的液相混合物，用溶质

2、截留率表含有一种溶剂和一种溶质的液相混合物，用溶质截留率表示选择性更方便。示选择性更方便。例例2：分别计算：分别计算25下，下列水溶液的渗透压：下，下列水溶液的渗透压：（1）3%（质量）（质量）NaCl（MNaCl=58.45g/mol）；）；（2）3%（质量）白蛋白（质量）白蛋白（M白蛋白白蛋白=65000g/mol）；）；（3）固体含量为）固体含量为 30g/L的悬浮液（其颗粒质量为的悬浮液（其颗粒质量为 1ng=10-9g）。）。（1）根据题意，）根据题意，NaCl的质量百分数（质量比）为的质量百分数（质量比）为 3%，则体积摩尔浓度为，则体积摩尔浓度为解：解：设设上述溶液分上述溶液分别

3、为别为理想溶液，理想溶液，则则可使用可使用 Vant Hoff公式公式计计算渗透算渗透压压NaCl溶液：溶液：（2）白蛋白溶液：）白蛋白溶液：（3）固体含量）固体含量为为30g/L的的悬悬浮液：浮液：例例3：在不同温度和：在不同温度和0.5 7Pa的压力范围内测定甲烷的压力范围内测定甲烷在某膜内渗透系数。结果表明渗透系数与压力无在某膜内渗透系数。结果表明渗透系数与压力无关，不同温度下的关，不同温度下的p值如下：值如下：T/10 20 3040 p/Pa0.180.350.63 1.01问：问：该材料是玻璃态还是橡胶态？该材料是玻璃态还是橡胶态？计算活化能计算活化能*。解：解：一般甲烷、氢、氦、

4、氮等气体的临界温度一般甲烷、氢、氦、氮等气体的临界温度低，常称这样的气体为低，常称这样的气体为“惰性惰性”气体，无论是玻气体，无论是玻璃态还是橡胶态，这些气体的渗透系数通常与操璃态还是橡胶态，这些气体的渗透系数通常与操作压力无关，因此无法判断这些材料是玻璃态还作压力无关，因此无法判断这些材料是玻璃态还是橡胶态是橡胶态。*气气体体通通过过聚聚合合物物的的扩扩散散为为一一活活性性扩扩散散，可可由由Arrhenius方方程程描描述述。根根据据碰碰撞撞理理论论，气气体体压压力力越越大，有效大，有效“碰撞次数碰撞次数”（通（通过过率）也越大，率）也越大，（）有：）有：因此，以因此，以 作图可得一直线，直

5、线的作图可得一直线，直线的斜率为斜率为 。作图可得，斜率。作图可得，斜率所以所以 。例例4：某某RO中空纤维膜的水渗透系数为中空纤维膜的水渗透系数为m3/(m2sPa)，外外直直径径为为0.1mm。制制造造商商提提出出以以海海水水为为原原料料 3%（质质量量）NaCl（同同例例2）。已已知知在在6MPa和和298K下下，膜膜元元件件的的通通量量为为 。问问，长长度度为为1m的的膜膜元元件件中中应应有有多多少少根根纤纤维维？每根纤维每天通量为多少？每根纤维每天通量为多少？解：解：设设膜元件的面膜元件的面积为积为A，若能求出，若能求出膜面膜面积积，即可求出，即可求出纤维纤维数。数。根据根据题题意，

6、膜面意，膜面积积也可用下式也可用下式计计算算：而而根据例根据例2，已知渗透，已知渗透压压 ，所以，所以（式中：（式中：n为纤维为纤维数；数；d为纤维为纤维直径；直径；L为为膜元件膜元件长长度。）度。）式中：式中：NV为为有效水通量；有效水通量；qp为为渗透物流量渗透物流量所以所以纤维纤维数数为为：每根每根纤维纤维的量的量为为：根根据据题题意意纤纤维维的的长长度度为为 1m“干燥干燥”课堂练习课堂练习例：已知湿空气的总压例：已知湿空气的总压P为为101.3kPa，相对，相对湿度湿度=50%，干球温度，干球温度t=20。试试用用H-I图图求解：求解：水蒸气分水蒸气分压压；湿度；湿度；焓焓；露点；露

7、点；湿球温度；湿球温度；如将含如将含500kg/h的干空气的干空气预预热热至至117,求所需求所需热热量量Q；每小每小时时送入送入预预热热器的湿空气体器的湿空气体积积。水蒸气分压线水蒸气分压线IpC H=0.0075Ep值值H=100%FDBt0=20td=10I1=138t1=117=50%GAI0=39tw=141.2解：解：热量热量 Q 因因为为湿湿空空气气通通过过预预热热器器内内加加热热时时，温温度度上上升升但但湿湿度度不不变变，所所以以可可由由A点点向向上上沿沿等等H线与线与 t1=117等温线相交于等温线相交于G，读得读得 I1=138kJ/kg 干空气干空气即为使空气离开预热器时

8、的焓值。即为使空气离开预热器时的焓值。含含1kg干干空空气气的的湿湿空空气气通通过过预预热热器器所所获获得的热量得的热量则，每小时含则，每小时含500kg干空气的湿空气通过预干空气的湿空气通过预热器所获得的热量热器所获得的热量 每小时送入预热器的湿空气体积每小时送入预热器的湿空气体积例：今有一干燥器，处理湿物料量为例：今有一干燥器，处理湿物料量为800kg/h，要求物料干燥后含水量由要求物料干燥后含水量由30%减至减至4%（均为湿（均为湿基）。干燥介质为空气，初温基）。干燥介质为空气，初温15，相对湿度，相对湿度50%，经预热器加热至，经预热器加热至120进入干燥器，出进入干燥器，出干燥器时降

9、温至干燥器时降温至45，相对湿度，相对湿度80%。试求：试求：水分蒸发量水分蒸发量W；空气消耗量空气消耗量L和和单位空气消耗量单位空气消耗量l；干燥产品量干燥产品量G2；如鼓风如鼓风机装在进口处，求鼓风机的风量。机装在进口处，求鼓风机的风量。预热器预热器干燥器干燥器LLL求：求：W；L，l；G2；V解：解：求水分蒸发量求水分蒸发量 W已知已知kg水水/h 求求 L，l由由 H-I 图查得图查得kg水水/kg干气干气，时的湿度时的湿度kg水水/kg干气干气kg干气干气/kg水水kg干气干气/kg水水 求求 G2 求风量求风量 V例：例：上述例题中干燥系统若忽略预热器和干燥上述例题中干燥系统若忽略

10、预热器和干燥器的热损失，求：器的热损失，求：预热器耗热量预热器耗热量QP；干燥系统消耗的总热量；干燥系统消耗的总热量；向干燥系统补充的热量；向干燥系统补充的热量；干燥系统的热效干燥系统的热效率。率。已知：湿物料初温为已知：湿物料初温为15，离开干燥器时，离开干燥器时温度为温度为55,干物料的比热为干物料的比热为1.3kJ/kg干料干料。解：解：求求Qp对预热器进行热量衡算对预热器进行热量衡算当当，时，时，kJ/kg干气干气由由 H-I 图查出图查出空气离开预热器时空气离开预热器时，kJ/kg干气干气由由 H-I 图查出图查出 求求Q式中式中查查15时水的比热时水的比热干料干料因式中因式中G为绝

11、干物料量，故为绝干物料量，故所以，所以，湿物料的比热湿物料的比热 向干燥器补充的热量向干燥器补充的热量 干燥系统的热效率干燥系统的热效率Q 有效有效Q100%课堂练习：课堂练习：(HOP)(IOP)I1,H1废空气废空气 Lt2=522 2=0.80=0.80 H2新湿空气新湿空气 Lt0=220 0=0.7H0 0,I0 0预热器预热器干燥器干燥器湿物料湿物料G1=0.417kg/sw1=47%干燥产品干燥产品w2=5%80%L求：求：L湿湿；Q；t0p 若循环废气为离开干燥器废空气量的若循环废气为离开干燥器废空气量的80%，干燥为绝热过程，预热器热损失忽，干燥为绝热过程，预热器热损失忽略，

12、系统的操作压强为略，系统的操作压强为101.3kPa。求：求：新湿空气的流量；新湿空气的流量；整个系统的热消整个系统的热消耗量；耗量；进入预热器的湿空气温度。进入预热器的湿空气温度。解：解：新湿空气的流量新湿空气的流量 设离开干燥器的废空气中干空气的流量为设离开干燥器的废空气中干空气的流量为L，kg干气干气/s。根据题意，因有根据题意，因有80%的废气要参与循环，故的废气要参与循环，故离开整个干燥系统的废气中干气的流量为离开整个干燥系统的废气中干气的流量为0.2L kg干气干气/s。干燥器中干气流量：干燥器中干气流量：而而n 先由先由H-I 图查出图查出 H2和和 H0，查得查得kg水气水气/

13、kg干气干气，查得查得kg水气水气/kg干气干气离开预热器的空气湿度离开预热器的空气湿度kg水气水气/kg干气干气n 求求W，根据干燥过程物料水分衡算，根据干燥过程物料水分衡算物料中干基湿含量为物料中干基湿含量为kg水分水分/kg干料干料kg水分水分/kg干料干料绝干物料流量绝干物料流量 Gkg干料干料/skg/sn 求，新的湿空气流量求，新的湿空气流量kg干气干气/s所以，新的湿空气流量为所以，新的湿空气流量为L湿湿kg湿气湿气/s 求整个干燥系统的热耗量求整个干燥系统的热耗量 根据题意，干燥为绝热干燥过程，即干燥器无根据题意，干燥为绝热干燥过程，即干燥器无热损失，则热损失，则 ，且干燥器无

14、需补热，同时根，且干燥器无需补热，同时根据题意预热器的热损失可忽略不计。据题意预热器的热损失可忽略不计。故整个干燥系统的热耗量为故整个干燥系统的热耗量为n由由H-I 图查出图查出kJ/kg干气干气kJ/kg干气干气对绝热干燥过程有对绝热干燥过程有kJ/kg干气干气kJ/kg干气干气kJ/s 进入预热器的湿空气温度进入预热器的湿空气温度 由由 ，查，查 H-I 图知，图知，约为约为48。有一间歇操作干燥器，有一批物料的干有一间歇操作干燥器，有一批物料的干燥曲线如图燥曲线如图5-13所示。若将该物料由含水量所示。若将该物料由含水量w1=27%干燥到干燥到 w2=5%（均为湿基含水量）。（均为湿基含

15、水量）。湿物料的质量为湿物料的质量为200kg，干燥表面积为，干燥表面积为 0.024m2/kg干物料，装卸时间干物料，装卸时间=1h，试试确确定每批物料的干燥周期。定每批物料的干燥周期。解：解：将物料量换算成绝干物料量将物料量换算成绝干物料量干燥总表面积干燥总表面积将物料中水分换算成干基含水量将物料中水分换算成干基含水量最初含水量最初含水量 kg水水/kg干物料干物料最终含水量最终含水量 kg水水/kg干物料干物料查干燥速率曲线查干燥速率曲线 物料的临界含水量物料的临界含水量 Xckg水水/kg干物料干物料 物料的平衡含水量物料的平衡含水量 X*kg水水/kg干物料干物料由于由于X2Xc，所

16、以干燥过程应包括恒速干燥和降，所以干燥过程应包括恒速干燥和降速干燥两个阶段。速干燥两个阶段。a.恒速阶段恒速阶段由由 X1=0.37,Xc=0.20 查干燥速率曲线知查干燥速率曲线知 Uc=1.5kg/m2hb.降速阶段降速阶段由由 Xc=0.20,X2=0.053 X*=0.05 代入式代入式中中c.每批物料干燥周期每批物料干燥周期练习：练习：一、已知湿空气的干球温度为一、已知湿空气的干球温度为60，湿度湿度为为0.054kg水水/kg干气，若总压强为干气，若总压强为100kPa，试用解析法求：，试用解析法求：1 湿空气的水气分压；湿空气的水气分压；2相对湿度；相对湿度；3湿比容；湿比容；4

17、湿空气的焓。湿空气的焓。解：解：1.湿空气的水气分压湿空气的水气分压 p2.求求由附录（水的饱和蒸汽压）查得由附录（水的饱和蒸汽压）查得60时水的时水的3.求湿空气的湿比容求湿空气的湿比容m3湿空气湿空气/kg干空气干空气4.求湿空气的焓求湿空气的焓kJ/kg干空气干空气二、若上例中湿空气的温度、湿度均不变，二、若上例中湿空气的温度、湿度均不变，而总压降为而总压降为50kPa，试讨论湿空气的性质关系，试讨论湿空气的性质关系线在线在H-I图上的变化。图上的变化。解：湿空气的湿度可由下式计算解：湿空气的湿度可由下式计算若空气的温度和湿度均不变，而总压强改变，则由若空气的温度和湿度均不变，而总压强改

18、变，则由上式可知，两种压强下的相对湿度必然不同，但符上式可知，两种压强下的相对湿度必然不同，但符合以下关系：合以下关系：（1）将等式左边上下同乘以将等式左边上下同乘以P，以推出，以推出 的关的关系系 等式左边等式左边同样右边可得同样右边可得即（即（1）式可改为）式可改为整理可得整理可得 由此可知，在空气温度和湿度不变的条件下，由此可知，在空气温度和湿度不变的条件下，若是空气总压减小，其相对湿度也减小。因此在若是空气总压减小，其相对湿度也减小。因此在 H-I 图上，等相对湿度线将上移。图上，等相对湿度线将上移。如本题中总压强由如本题中总压强由100kPa降为降为50kPa时，相对时，相对湿度由原

19、来的湿度由原来的40%降为降为20%，所以压强降低对干燥，所以压强降低对干燥操作有利。操作有利。由湿空气的湿度计算式由湿空气的湿度计算式可知，对一定的湿度，当总压强可知，对一定的湿度，当总压强P下降时，水蒸汽下降时，水蒸汽分压也变小，故在分压也变小，故在H-I图上水蒸汽分压线下移。而图上水蒸汽分压线下移。而该图上的等温线、等湿度线及等焓线不变。该图上的等温线、等湿度线及等焓线不变。三、现有一采用废空气部分循环的干燥系统，三、现有一采用废空气部分循环的干燥系统，干燥器为理论干燥器，新鲜常压空气的流量为干燥器为理论干燥器，新鲜常压空气的流量为1.667kg/s，焓为，焓为50kJ/kg干气，水蒸气

20、分压为干气，水蒸气分压为1.6kPa，湿物料含水量为，湿物料含水量为w1=40%，最终，最终w2=7%。进入预热器的湿空气湿度为进入预热器的湿空气湿度为0.034 kg水气水气/kg干干气，温度为气，温度为40，离开预热器的空气为离开预热器的空气为88空空气在预热器的总传热系数为气在预热器的总传热系数为加热水蒸气的压强加热水蒸气的压强 。假定预热器的热损失可忽略，试求：假定预热器的热损失可忽略，试求：以绝干物料表示的干燥系统生产能力；以绝干物料表示的干燥系统生产能力；预热器的传热面积；预热器的传热面积；废空气的循环百分数。废空气的循环百分数。HOP=0.034IOPt0p=40I1,H1=0.

21、034t1=88废空气废空气 LI2 H H2 2新湿空气新湿空气 L0=1.667kg/st0H H0 0,I I0 0=50kJ/kg=50kJ/kg干气干气p p0 0=1.6kPa=1.6kPa预热器预热器干燥器干燥器湿物料湿物料Gw1=40%干燥产品干燥产品w2=7%?%L求：以绝干物料表示的干燥系统的生产能力；求：以绝干物料表示的干燥系统的生产能力；预热器的传热面积；预热器的传热面积；废空气的循环百分数。废空气的循环百分数。水蒸气加热水蒸气加热P水水=292kPa 根据根据 I0=50%kJ/kg干气，干气，p0=1.6kPa在在H-I图上图上确定新湿空气状态点确定新湿空气状态点A

22、。H0pAt0pt1A1A2p0I0 再由再由t0p=40，H0p=0.034 kg/kg干气，在干气，在H-I图图上上确定混合气体确定混合气体进进入入预热预热器的状器的状态态A0p。从从A0p沿等沿等H线线向上移向上移动动与与t1=88等温等温线线相交，相交，得出得出预热预热器的空气状器的空气状态态点点A1。由于干燥器由于干燥器为为理理论论干燥器（干燥器（绝热绝热干燥器）因此干燥器）因此为为等等焓过焓过程。故，出干燥器的空气状程。故，出干燥器的空气状态态点点t2必然在必然在过过点点A1的等的等I线线上。同上。同时进预热时进预热器的空气是由新空气与部器的空气是由新空气与部分离开干燥器的分离开干

23、燥器的废废气相混而成，故点气相混而成，故点A，A0p及出干及出干燥器的燥器的废废空气状空气状态态点点A2也必然在一条直也必然在一条直线线上。上。因此，因此，联联A，A0p并延并延长长，与，与过过点点A1的等的等I线线相相交，交点即交，交点即为为A2。在湿空气在湿空气H-I图上读出上述各状态点，图上读出上述各状态点，A0、A0p、A1、A2的状的状态态参数如下：参数如下：新新鲜鲜空气：空气：进预热器：进预热器：出预热器：出预热器：出干燥器：出干燥器：（1）以）以绝绝干物料表示的干燥系干物料表示的干燥系统统生生产产能力。能力。求求对整个干燥系统干空气作物料衡算对整个干燥系统干空气作物料衡算对整个干燥系统作水的衡算对整个干燥系统作水的衡算式中式中或或（2）求）求预热预热器器传热传热面面积积，S传热传热速率方程速率方程为为 求求预热预热器的器的传热传热量量 对对干燥器作水的衡算，求干燥器作水的衡算，求L，预热预热器的器的传热传热量量 求求已知加已知加热热水蒸气水蒸气压压强强为为294kPa，查饱查饱和水蒸气表和水蒸气表知，加知，加热热水蒸气温度水蒸气温度为为133。预热预热器两股流体按并流器两股流体按并流设设置，置，4088133133（3）求求废废空气循空气循环环百分数百分数