化工原理(干燥部分)习题与解题指导.docx

第八章 干燥
【例题与解题指导】
【例5-1】某常压空气的温度为30℃、湿度为0.0256kg/kg绝干气，试求：
（1）相对湿度、水汽分压、比容、比热容及焓；
（2）若将上述空气在常压下加热到50℃，再求上述各性质参数。
解：（1）30℃时的性质
相对湿度
由手册查得30℃时水的饱和蒸汽压ps＝4.2464kPa。用式5-5求相对湿度，即

将数据带入
解得
水汽分压

比容
由式5-6求比容，即

=0.8926 m3湿空气/kg绝干气
比热容
由式5-7a求比热容，即

焓用式5-8ｂ求湿空气的焓，即

kJ/kg绝干气
（2）50℃时的性质参数
相对湿度
查出50℃时水蒸汽的饱和蒸汽压为12.340kPa。当空气被加热时，湿度并没有变化，若总压恒定，则水汽的分压也将不变，故

水汽分压 　　因空气湿度没变，故水汽分压仍为4.004kPa。
比容　　　因常压下湿空气可视为理想气体，故50℃时的比容为
m3湿空气/kg绝干气
比热容　　由式5-7知湿空气的比热容只是湿度的函数，因此，湿空气被加热后，其比热容不变，为1.058kJ／(kg绝干气·℃)。
焓　　 kJ/kg绝干气
由上计算可看出，湿空气被加热后虽然湿度没有变化，但相对湿度降低了，所以在干燥操作中，总是先将空气加热后再送入干燥器内，目的是降低相对湿度以提高吸湿能力。
【例5-2】常压下湿空气的温度为30℃、湿度为0.0256kg／kg绝干气，试求该湿空气的露点td、绝热饱和温度ｔas和湿球温度tw。
解：露点td
将湿空气等湿冷却到饱和状态时的温度为露点，由式5-16可求出露点温度下的饱和蒸汽压

解得 =4.004kPa
查出该饱和蒸汽所对应的温度为 28.7 ℃，此温度即为露点。
绝热饱和温度
由式5-14计算绝热饱和温度，即

由于Ｈas是 的函数，故用上式计算 时需试差。其计算步骤为
①设 = 29.21℃
②用式5-3求 温度下的饱和湿度Ｈas，即

查出29.21℃时水的饱和蒸汽压为4054Pa，汽化潜热为2425.48kJ/kg，故
kg／kg绝干气
③用式5-7a求ｃH，即
kJ/(kg.℃)
④用式5-14核算 。
℃
故假设 =29.21℃可以接受。
湿球温度tw 　用式5-12计算湿球温度，即

与计算tas一样，用试差法计算tw，计算步骤如下:
①假设t w=29.21℃
②对空气～水系统， 。
③查出29.21℃水的汽化热 为2425.48 kJ/kg。
④前面已算出29.21℃时湿空气的饱和湿度为0.02593 kg/kg绝干气．
⑤用式5-12核算t w，即
℃
与假设的29.21℃很接近，故假设正确。
计算结果证明，对于水蒸汽～空气系统， ＝tw
由上计算可看出，只要知道湿空气的两个相互独立的参数，其它参数均可求出，但有时需要试差。
【例5-3】试应用 图确定
（1）例5-1中30℃及50℃时湿空气的相对湿度及焓；
（2）例5-2中湿空气的水汽分压、露点td、绝热饱和温度ｔas和湿球温度tw。
解：（1）如本例附图（a）所示，t＝30℃的等t线和Ｈ=0.0256kg/kg绝干气的等Ｈ线的交点A即为30℃湿空气的状态点。由过点A的等 线可确定30℃湿空气的相对湿度为 =94%；由过点Ａ的等Ｉ线可确定30℃湿空气的焓为Ｉ=95 kJ／kg 绝干气。
将30℃的湿空气加热到50℃，空气的湿度并没有变化，故t＝50℃的等t线和Ｈ=0.0256kg/kg绝干气的等Ｈ线的交点B即为50℃时湿空气的状态点。由过点Ｂ的等 线及等I线可确定50℃时湿空气的相对湿度为32%、焓为117 kJ／kg绝干气。
（2）如本例附图（b）所示，首先根据t＝30℃、Ｈ=0.0256 kg/kg绝干气确定湿空气状态点A。

由A点的等Ｈ线与 线的交点B所在的蒸汽分压线，可确定水汽分压为p=3800Pa。
露点是等湿冷却至饱和时的温度，故由A点的等Ｈ线与 =100%线的交于点C所在的等t线，可确定湿空气的露点td为28.5℃。
绝热饱和温度是等焓冷却至饱和时的温度，故由过点A的等I线与 =100%线的交于点D所在的等t线，可确定绝热饱和温度tas为29℃。
查图结果与计算结果比较可知，读图时有一定的误差，但避免了计算时试差的麻烦。
【例5-4】已知物料干燥过程干燥时间的计算公式为：
恒速阶段
降速阶段
总干燥时间
试解释上述公式中各参数的含义，并根据所给干燥速率曲线，找出对应参数，计算干燥时间。
已知湿物料处理量100kg ，含水量由20%处理至5%（均为湿基），干燥器的干燥面积为4m2 。
解：A为干燥面积，G为干基物料质量，U0为临界干燥速率， 为物料起始及临界含水量， 为最终含水量及平衡含水量。 为比例常数。上述公式适于连续干燥器的干燥时间计算。
依题意， G=100×（1－0.2）＝80kg ，A = 4m2
W1/（1－W1）＝0.2/（1－0.2）＝0.25
W2/（1－W2）＝0.05/（1－0.05）＝1/19
由图知， 0.2 ，＝0.05 ，U0=1 kg/m2.h
＝1/(0.2－0.05)＝20/3
＝80(0.25－0.2)/(4×1)＝1 h
＝ 80/(20/3×4)×ln（（0.2-0.05）/(1/19-0.05)）
＝3×ln57＝12.12h
＝13.12h
练习题
1. 饱和空气在恒压下冷却， 温度由ｔ1降至ｔ2，此时其相对湿度＿_＿＿， 湿度＿＿_＿，湿球温度＿＿＿＿.露点＿＿＿＿。
2. 湿球温度是大量空气与少量水长期接触后＿＿＿＿＿＿＿___＿＿＿的温度， 对空气--水系统，当＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿__＿， ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿时，α/kθ为一常数, 其值约为＿＿＿＿＿kJ.kg-1K-1,故可写出tw的计算式 tw= ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
3. 空气的饱和湿度Hs是湿空气的如下参数的函数：( ) 。
A. 总压及干球温度； B. 总压及湿球温度；
C. 总压及露点； D. 湿球温度及焓。
4. 空气温度为ｔd，湿度为Hd，相对湿度为φd的湿空气，
经一间接蒸汽加热的预热器后，空气的温度为ｔ1，湿度为H1，
相对湿度为φ1，则( )
A. H1＞Hd B. φd＞φ1
C. H1＜Hd D. φd＜φ1
5. 回答下列诸问题
（1） 湿空气的干球温度、湿球温度、露点在什么情况下相等，什么情况下不等?
（2） 湿空气在进入干燥器前，往往进行预热，这样做有什么好处?
答：
6. 若维持不饱和空气的湿度H不变，提高空气的干球温度，则空气的湿球温度＿＿＿，露点＿＿＿，相对湿度＿＿＿。(变大,变小,不变,不确定)
7. 已知湿空气总压为101.3kN.m-3,温度为40℃,相对湿度为50% ,已查出40℃时水的饱和蒸气压Ps为7375N.m-3,则此湿空气的湿度H是＿＿＿＿＿＿＿＿＿kg水.kg-1绝干气,其焓是＿__＿＿＿＿＿＿＿＿＿kJ.kg-1绝干气。
8. 在测量湿球温度时，空气速度需大于5m.s-1,这是为了＿＿___＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
9. 已知在ｔ＝50℃、P＝1atm时， 空气中水蒸汽分压Pw＝55.3mmHg，则该空气的湿含量H＝＿＿＿＿＿＿＿＿；相对湿度
φ＝＿＿＿＿＿＿＿；（50℃时,水的饱和蒸汽压为92.51mmHg）
10. 在1atm下，不饱和湿空气的温度为295K，相对温度为60％，当加热到273K时，该空气下列状态参数将如何变化?（升高,增加, 降低, 不变） 湿度＿＿＿， 相对湿度＿＿＿，湿球温度＿＿＿，露点＿＿＿，焓＿＿＿。
11. 湿空气经预热，相对湿度φ＿＿＿＿＿，对易龟裂物料，常采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿方法来控制进干燥器的φ值。
12. 干燥操作中， 干燥介质（不饱和湿空气）经预热器后湿度
＿＿＿＿， 温度＿＿＿＿。当物料在恒定干燥条件下用空气进行恒速对流干燥时，物料的表面温度等于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿温度。
13. 已知湿空气的下列哪两个参数，利用t-H图或H-I图，可以查得其他未知参数( )。
A. (tw,t); B. (td,H);
C. (p,H); D. (I,tw)。
14. 在测量湿球温度时，应注意空气速度u( )。
A. u < 1m.s-1; B. u < 3m.s-1;
C. u > 5m.s-1; D. u 越小越好。
15. 湿空气在温度308K和总压1.52MPa 下，已知其湿度H为0.0023kg水.kg-1绝干空气，则其比容υθ应为（单位均为 m3.kg-1绝干空气）( )。
A. 0.0583; B. 1.673;
C. 2.382; D. 0.0224。
16. 干燥器进口的温度计最小分度是 0.1℃，下面是同一温度时的几种记录，哪一种是正确的( )。
A. 75℃; B. 75.0℃;
C. 75.014℃; D. 74.98℃。
17. 空气温度为ｔd，湿度为Hd，相对湿度为φd的湿空气，
经一间接蒸汽加热的预热器后，空气的温度为ｔ1，湿度为H1，
相对湿度为φ1，则( )
A. H1＞Hd B. φd＞φ1
C. H1＜Hd D. φd＜φ1
18. 对于一定干球温度的空气， 当其相对湿度愈低时，其湿球温度：( )。
A. 愈高； B. 愈低； C. 不变；
D. 不一定，尚与其它因素有关。
19. 在湿球温度ｔw的计算式中，kθ/α之比值：( )。
A. 与空气的速度变化无关；
B. 与空气速度u的0.8次方成正比，即kθ/α∝u0.8
C. kθ/α∝u0.5；
D. 不一定，与多种因素有关。
20. 试说明为什么在干燥过程中,湿空气作为干燥介质时,一般都
经过预热才进入干燥器。简要说明对流干燥过程是一传热过程，又是一传质过程。

21. 什么是湿空气的绝热饱和温度和湿球温度?两者有何关系。

22. 回答下列诸问题
（1） 湿空气的干球温度、湿球温度、露点在什么情况下相等，什么情况下不等?
（2） 湿空气在进入干燥器前，往往进行预热，这样做有什么好处?

答案
1、不变， 下降， 下降， 下降。
2、水面 被测气流温度不太高, 流速>5m.s-1 1.09
tw=t-(rfw/1.09)(Hsfw-H)
3、 A
4、 B
5、1、对于饱和空气ｔ＝ｔw ＝ｔd
对于不饱和空气ｔ＞ｔw ＞ｔd
2、先预热，其ｔ升高，H不变，而φ降低
使湿空气提高吸收水份能力
另外ｔ升高，加快水份蒸发速率，提高干燥速率。
6、上升， 不变； 下降
7、H=0.0235kg水汽.kg-1绝干气 ;
Iθ=100.68kJ.kg-1绝干气
8、 减少辐射和热传导的影响，使测量结果较为精确。
9、 0.0488， 0.598
10、 不变， 降低， 升高， 不变， 增加， 不变， 增加
11、 下降， 废气部分循环。
12、 不变， 升高 ; 该空气的湿球温度
13、 A
14、 C
15、 A
υθ＝(0.772+1.244H)×(T/273)×1.013×105/P
＝(0.772+1.244×0.0023)×(308/273)×1.013/15
＝0.0583m3.kg-1绝干气
16、D
17、 B
18、 B
19、 A
20、 湿空气预热可提高载热载湿的能力（H不变， ｔ增加，φ下降，
传热传质推动力加大）。热空气传热给湿物料是一个传热过程，
湿物料中的湿分汽化扩散至气体主体是一个传质过程。
21、 绝热饱和温度：空气和水系统在绝热条件下，空气降温增湿，
至空气达饱和时的温度。湿球温度：当温包包有润湿沙布空气传
给湿布的热量恰好等于水份气化的热量，此时温包中水分的温度
为湿球温度。
对于空气－水系统，两者数值恰好相等。
22、（1）对于饱和空气ｔ＝ｔw ＝ｔd
对于不饱和空气ｔ＞ｔw ＞ｔd
（2）先预热，其ｔ升高，H不变，而φ降低
使湿空气提高吸收水份能力
另外ｔ升高，加快水份蒸发速率，提高干燥速率。