化工原理试卷.doc

第十三章：干燥一、本章学习目的通过本章的学习，应熟练掌握表示湿空气性质的参数，正确应用空气的HI图确定空气的状态点及其性质参数；熟练应用物料衡算及热量衡算解决干燥过程中的计算问题；了解干燥过程的平衡关系和速率特征及干燥时间的计算；了解干燥器的类型及强化干燥操作的基本方法。 二、本章思考题1、工业上常用的去湿方法有哪几种？2、对干燥设备的基本要求是什么？常用干燥设备有哪些？各有何特征？3、选择干燥器的主要依据是什么？4、干燥过程中干燥介质的作用是什么？5、表征湿空气的性质的参数有哪些？6、什么叫湿度和相对湿度？湿空气的相对湿度大，其湿度也大，这种说法对吗？为什么？7、测定干球温度和湿球温度的何作用？8、干球温度、湿球温度和露点三者有何区别？9、湿球温度和绝热饱和温度有何区别？测定湿球温度和绝热饱和温度时，若水的初温不同，对测定的结果是否有影响？为什么？10、湿度图上有哪些参数线？怎样利用这些线来确定湿空气的状态参数？11、当湿空气的总压变化时，湿空气HI图上的各线将如何变化? 在t、H相同的条件下，提高压力对干燥操作是否有利? 为什么?12、作为干燥介质的湿空气为什么要先经预热后再送入干燥器？13、采用一定湿度的热空气干燥湿物料，被除去的水分是结合水还是非结合水？为什么？14、干燥过程分哪几种阶段？它们有什么特征？15、什么叫临界含水量和平衡含水量？ 16、干燥时间包括几个部分？怎样计算？17、干燥哪一类物料用部分废气循环？废气的作用是什么？18、影响干燥操作的主要因素是什么？调节、控制时应注意哪些问题？三、例题例题13-1：已知湿空气的总压为101.3kN/m2 ,相对湿度为50%，干球温度为20o C。试用I-H图求解： (a)水蒸汽分压p； (b)湿度； (c)热焓； (d)露点td ； (e)湿球温度tw ； (f)如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117oC，求所需热量。 解 ：由已知条件：101.3kN/m2，050%，t0=20o C在I-H图上定出湿空气的状态点点。 (a)水蒸汽分压p 由点沿等线向下交水蒸汽分压线于，在图右边纵坐标上读出得p=1.2kN/m2。 (b)湿度 由点沿等线交水平辅助轴于点，读得0.0075kg水/kg干空气。 (c)热焓 通过点作等线的平行线，交纵轴于点，读得039kj/kg干空气。 (d)露点t 由点沿等线与100%饱和线相交于点，由等t线读得t=10oC。 (e)湿球温度tw 由点沿等线与=100%饱和线相交于点，由等t线读得tw=14o C（即t =14oC)。 (f)热量 因湿空气通过预热器加热其温度不变，所以可由点沿等线向上与t1 =117oC线相交于点，读出1138kj/kg干空气（即湿空气离开预热器之焓值）。含1kg干空气的湿空气通过预热器气所获得的热量为 每小时含500kg干空气的湿空气通过预热所获得的热量为 例题13-2：在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg，经干燥后物料的含水量由40%减至5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度H1为0.009kg水kg-1绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039kg水kg-1绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求：（1） 水分蒸发是qm,W （kg水h-1）；（2） 空气消耗qm,L（kg绝干气h-1）；原湿空气消耗量qm,L（kg原空气h-1）；（3）干燥产品量qm,G2（kgh-1）。解：qmG1=1000kg/h, w1=40, w2=5% H1=0.009, H2=0.039qmGC=qmG1(1-w1)=1000(1-0.4)=600kg/hx1=0.4/0.6=0.67, x2=5/95=0.053qmw=qmGC(x1-x2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/hqmL(H2-H1)=qmwqmL=qmL(1+H1)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/hqmGC=qmG2(1-w2)例题13-3：湿物料含水量为42%，经干燥后为4%（均为湿基），产品产量为0.126kg/s，空气的干球温度为21，相对湿度40%，经预热器加热至93后再送入干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为60%，若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求：（1） 在I图H上画出空气状态变化过程的示意图；（2） 设已查得H0=0.008kg水kg-1绝干气，H2=0.03 kg水kg-1绝干气)，求绝干空气消耗量qm,L（kg绝干气s-1）。预热器供应之热量（kw）。解：w1=0.42,w2=0.04, qmG2=0.126kg/s H2=0.032=0.6t0=21t1=93I1=I20=0.6t0=21, 0=0.4, t1=93, 2=0.6, I1=I2H0=0.008, H2=0.03qmG2(1-w2)=qmG1(1-w1)qmw=qmG1- qmG2=0.209-0.126=0.0826Qp=qmL(I1-I0)=qmL(1.01+1.88H1)(t1-t0)=3.752(1.01+1.880.008)(93-21)=301.2kg/s例题13-4：在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料，已知数据如下：空气进入预热器的温度为15，湿含量为0.0073kg水kg-1绝干气，焓为35kJkg-1绝干空气；空气进干燥器温度为90，焓为109 kJkg-1绝干空气；空气出干燥器温度为50；湿含量为0.023 kg水kg-1绝干气；进干燥器物料含水量为0.15kg水kg-1绝干料；出干燥器物料含水量为0.01kg水kg-1绝干料；干燥器生产能力为237kgh-1（按干燥产品计）。试求：1 绝干空气的消耗量（kg绝干气h-1）；2 进预热器前风机的流量（s-1）；3 预热器加入热量（KW）（预热器热损失可忽略）。附湿空气比容计算公式：V= ( 0.772 + 1.244H ( t + 273 ) / 273 ( 1.0133 ) / P 。解：t0=15, H0=0.0073, I0=35, t1=90, I1=109, t2=50, H2=0.023, x1=0.15, x2=0.01, qmG2=237kg/hx2=w2/(1-w2), w2=x2/(1+x2)=0.01/1.01=0.01qmGc=qmG2(1-w2)=237(1-0.01)=234.6qmw=qmGc(x1-x2)=234.6(0.15-0.01)=32.8qmL=qmw/(H2-H1)=32.8/(0.023-0.0073)=2089.2qv=qmLvHqv=2089.20.8241721.5m3/hQp=qmL(1.01+1.88H0)(t1-t0)=2089.2(1.01+1.880.0273)（90-15）160407例题13-5：在常压绝热干燥器内干燥某湿物料，湿物料的流量为600kgh-1，从含水量20干燥至2（均为湿基含水量）。温度为20，湿度为0.013kg水kg-1绝干气的新鲜空气经预热器升温至100后进入干燥器，空气出干燥器的温度为60。0.01 0.10 0.25 X, kg水/kg绝干物料 干燥速率，U（1） 完成上述任务需要多少kg绝干空气h-1？（2） 空气经预热器获得了多少热量？（3） 在恒定干燥条件下对该物料测得干燥速率曲线如图所示，已知恒速干燥段时间为1小时，求降速阶段所用的时间。解：、（1）qm,Gc=600(1-1)=480kg/hqm,W= qm,Gc (X1-X2)=480(0.25=0.0204)=110.2kg/hI1=(1.01+1.88H1)t1+2490H1=135.8因为等焓干燥 I2=(1.01+1.88H2)t2+2490H2=I1 H20.02889qm,L= qm,W /(H2-H1)=6935kg干气/h（2）Qp= qm,L (I1-I0)= qm,L (1.01+1.88H0)(t1-t0)=573907kJ/h(3) 恒速段 降速段 四、本章习题13-1：已知湿空气的总压为100kPa，温度为60，相对湿度为40%，试求：(1) 湿空气中水汽的分压；(2) 湿度；(3) 湿空气的密度。答：（1）7.97Pa；（2）0.05387kg/kg绝干气；（3）1.016 kg/m3湿空气13-2：空气的总压为101.33kPa，试求：（1）空气在40和65%时的焓和湿度；（2）已知湿空气水蒸气分压为7kPa,求该空气在50时的相对湿度和湿度H答：（1）H0.0309水汽/kg干空气；I119.7kJ/kg干空气；（2）56.7%；H0.046kg水/kg干空气 13-3：空气在10和101.33 kPa下，湿度为0.005kg水/kg干空气。试计算：（1）空气的相对湿度1（2）空气湿度提高到35时的相对湿度2（3）总压提高到114.6kPa，温度仍为35时的相对湿度3；（4）总压提高到1471kPa，温度仍显35，每100kg原来湿空气所冷凝出来的水分量。答：（1）166%；（2）214.4%；（3）316.3%；（4）0.298kg水13-4：将t0=25、 =50%的常压新鲜空气与循环废气混合，混合气加热至90后用于干燥某湿物料。废气的循环比为0.75，废气的状态为：t2=50、 =80%。流量为1000kg/h的湿物料，经干燥后湿基含水量由0.2降至0.05。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）进入干燥器时湿空气的温度和焓；（3）预热器的加热量答：（1）2782kg新鲜空气/h,（2）t1=83.26, I1=224.1kJ/kg绝干气，（3）QP=132.8kW13-5：某厂利用气流干燥器将含水20%的物料干燥到5%（均为湿基），已知每小时处理的原料量为1000kg，于40进入干燥器，假设物料在干燥器中的温度变化不大，空气的干球温度为20，湿球温度为16.5，空气经预热器预热后进入干燥器，出干燥器的空气干球温度为60，湿球温度为40，干燥器的热损失很小可略去不计，试求：（1） 需要的空气量为多少m3h-1？（以进预热器的状态计）（2） 空气进干燥器的温度？0时水的汽化热2491.27kJkg-1，空气与水汽比热分别为1.01与1.88kJkg-1K-1答：（1） qmL= 4547.9（2）t1=148.413-6：将温度t0=26、焓I0=66kJ/kg绝干气的新鲜空气送入预热器，预热到t195后进入连续逆流干燥器，空气离开干燥器的温度t265。湿物料初态为：q125、w1=0.015、G1=9200kg湿物料/h，终态为：q234.5、w2=0.002。绝干物料比热容cs=1.84 kJ/(kg绝干物料.)。若每汽化1kg水分的总热损失为580kJ，试求：(1)干燥产品量G2；(2)作出干燥过程的操作线；(3)新鲜空气消耗量；（4）干燥器的热效率。答：(1)9080kg/h，(2)略，(3)17403kg新鲜空气/h，(4)24.18% 13-7：用热空气干燥某湿物料。空气初始温度t0=20，初始湿度H0=0.006Kg水kg-1干气。为保证干燥产品质量，空气进干燥器的温度不得高于90；为此在干燥器中间设置加热器。空气经预热器升温至90通入干燥器，当热空气温度降至60时，再用中间加热器将空气加热至90，废气离开干燥器时的温度变为60。假设两段干燥过程均视为等焓过程。1、 在湿空气的HI（或tH）图上定性表示出空气通过整个干燥器的过程；2、汽化每千克水所需的绝干空气量和所需供热量。答：(1)略，(2) Q2611.6913-8：状态为t0=25、 =55%的新鲜空气经预热器加热至t185后送入干燥器，离开干燥器时的温度t230。预热器的热源为180kPa的饱和蒸汽，总传热系数为50W/(m2K) ，热损失可忽略。湿物料初态为：q124、w1=0.037，终态为：q260、w2=0.002、G2=1000kg/h。绝干物料的比热容cs=1.507kJ/（kg绝干物料）。转筒干燥器的直径D=1.3m、长度Z=7m。干燥器外壁向空气的对流辐射体积传热系数为35kJ/（m3h），试求：（1）绝干空气流量；（2）预热器加热蒸汽的消耗量；（3）预热器的传热面积。答：(1)3102kg/h，(2)86.60kg/h，(3)18.89m213-9：有一连续干燥器在常压下操作，生产能力为1000kg h-1（以干燥产品计）物料水分由12%降为3%（均为湿基）物料温度则由15至28，绝干物料的比热为1.3KJ kg-1绝干料，空气的初温为25，湿度为0.01kg kg-1绝干空气，经预热器后升温至70，干燥器出口废气为45，设空气在干燥器进出口处焓值相等，干燥系统热损失可忽略不计，试求： 在HI图上（或tH图上）示意画出湿空气在整个过程中所经历的状态点； 空气用量（m3h-1）（初始状态下）；为保持干燥器进出口空气的焓值不变，是否需要另外向干燥器补充或移走热量？其值为多少？答： (1) I1 96.9 I296.9 H2=0.02，(2) 21375kg/h；若要I1=I2, 需QD=21375kg/h 13-10：对10kg某湿物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥，物料平铺在0.81 m的浅盘中，常压空气以2m/s的速度垂直穿过物料层。空气t=75，H=0.018kg/kg绝干空气，2.5小时后物料的含水量从X1=0.25kg/kg绝干物料降至X2=0.15kg/kg绝干物料 。此干燥条件下物料的Xc=0.1kg/kg绝干物料、X*=0。假设降速段干燥速率与物料含水量呈线性关系。（1）求将物料干燥至含水量为0.02kg/kg绝干物料所需的总干燥时间；（2）空气的t、H不变而流速加倍，此时将物料由含水量0.25kg/kg绝干物料干燥至0.02kg/kg绝干物料需1.4小时，求此干燥条件下的Xc。 答：(1)1.625h；(2)0.121kg/kg绝干料13-11：采用常压操作的干燥装置干燥某种湿物料，已知操作条件如下：空气的状况：进预热器前=20，=0.01kg水kg-1绝干气 进干燥器前=120； 出干燥器时=70，=0.05 kg水kg-1绝干气物料的状况：进干燥器前=30，=20%（湿基）。 出干燥器时=50，=5%（湿基）。 绝干物料比热=1.5kJkg-1-1干燥器的生产能力为53.5kg/h（按干燥产品计）。试求：（1） 绝干空气流量qm,L（kg绝干空气h-1）；（2） 预热器的传热量 (kJh-1)；（3） 干燥器中补充的热量 (kJh-1)。假设干燥装置热损失可以忽略不计。答：（1）qmL=250kg绝干空气h-1（2）Qp=25720kJh-1 （3）QD=13843 kJh-113-12：某湿物料经过5.5h恒定干燥后，含水量由 0.35kg/kg绝干料降至 =0.10kg/kg 绝干物料，若物料的临界含水量Xc0.15kg/kg绝干料、平衡含水量X*=0.04kg/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（XX*）成正比。若在相同的干燥条件下，要求将物料含水量由X10.35kg/kg绝干料降至X2=0.05kg/kg 绝干物料，试求所需的干燥时间。 答：9.57h