干燥习题与题解.doc

一、填空题
1. 在湿度一定时，不饱和空气的温度越低，其相对湿度越＿＿_.
***答案*** 大
2. 恒速干燥阶段物料表面的温度等于__________________。
***答案*** 干燥介质一热空气的湿球温度
3.干燥这一单元操作，既属于传热过程，又属______________。
*****答案***** 传质过程
4.相对湿度φ值可以反映湿空气吸收水汽能力的大小，当φ值大时，表示该湿空气的吸收水汽的能力_________。
*****答案***** 小
5.湿空气通过预热器预热后，其湿度___________，热焓______________，相对湿度___增加、减少、不变)
*****答案***** 不变、增加、减少
6. 某物料含水量为0.5 kg水.kg 绝干料，当与一定状态的空气接触时，测出平衡水分为0.1kg水.kg 绝干料，则此物料的自由水分为_____________。
***答案*** 0.4 kg水.kg 绝干料
7. 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）
***答案*** 0.0488， 0.598
8．在一定的干燥条件下，湿物料中能被除去的水分称为 ；若要获得绝干物料，所采用干燥介质的相对湿度应为。
***答案*** 自由水分； 零
9.在一定空气状态下干燥某物料，能用干燥方法除去的水分为__________；首先除去的水分为____________；不能用干燥方法除的水分为__________。
*****答案*****自由水分；非结合水分；平衡水分
(以上2题二选一)
10.当空气的湿含量一定时，其温度愈高，则相对温度愈_______，表明空气的吸湿能力愈__________，所以湿空气在进入干燥器之前都要经______________。
*****答案*****低、 强、预热器预热
11.固体物料的干燥，一般分为 ____和_________两个阶段。
*****答案***** 恒速和降速
15.若将湿空气的温度降至其露点以下，则湿空气中的部分水蒸汽_____________________。
*****答案*****冷凝析出
16.对于不饱和湿空气，表示该空气的三个温度，即：干球温度t，湿球温度tw和露点td间的关系是______________；对于饱和湿空气，三者的关系为。
*****答案***** t＞tw＞td t=tw=td
8．一干燥器要将某固体物料中水分除去，若干燥器生产能力及进出干燥器的空气温度一定，则冬季的空气消耗量较，夏季的空气消耗量较。
***答案*** 小； 大
9. 干燥进行的必要条件是物料表面所产生的水汽压力______________干燥介质中水汽的分压。
***答案*** 大于
10. 作为干燥介质的湿空气，其预热的目的_______________________________________。
***答案*** 降低相对湿度（增大吸湿的能力）和提高温度（增加其热焓）
11、某状态下空气的干球温度为t℃，湿度为H kg水/kg干空气，空气的干球温度等于露点时，其相对湿度___________。
***答案*** 100%
12. 已知在常压及25℃下水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为：相对湿度φ=100％时, 平衡含水量X =0.02kg水.kg 绝干料；相对湿度φ=40％时, 平衡含水量 X =0.007。现该物料含水量为0.23kg水. kg 绝干料,令其与25℃,φ=40％的空气接触, 则该物料的自由含水量为＿＿＿＿＿＿kg水.kg 绝干料, 结合水含量为＿＿＿＿＿＿kg水.kg 绝干料,非结合水的含量为＿＿＿＿＿＿kg水.kg 绝干料。
***答案*** 自由含水量 X-X =0.23-0.007=0.223； 结合水量为 X =0.02
非结合水量 X-X =0.23-0.02=0.21

二、选择题
1.干燥是（）过程。
A.传质；B.传热；C.传热和传质。
***答案***** C
2.作为干燥介质的热空气，一般应是（）的空气。
A.饱和； B.不饱和；C.过饱和
*****答案*****B
3.影响恒速干燥速率的主要因素是（）。
A.物料的性质；B.物料的含水量；
C.空气的状态
*****答案*****C
4.影响降速干燥阶段干燥速率的主要因素是（）。
A.空气的状态；B.空气的流速和流向；
C.物料性质与形状。
*****答案***** C
(以上2题二选一)
1． 空气的干、湿球温度差越小,表明空气( )。
(A)越干燥； (B)越潮湿
(C)热焓越高； (D)热焓越低

***答*** B
2、露点是指空气的总压恒定，（）的情况下冷却至饱和时的温度。
（A）相对湿度不变（B）焓不变 (C) H不变(D)水汽分压不变
***答*** C
3．干燥器出口气体状态的限制条件是:气体在离开设备之前( )。
(A)不降至湿球温度； (B)不降至露点
(C)不降至绝热饱和温度； (D)不降至空气的初始温度
***答*** B
4． 干燥计算中,湿空气的热焓是以( )为基础的。
(A)1kg湿空气； (B)1kg干空气
(C)1kg饱和湿空气； (D)4mol干空气
***答*** B
5．气体湿比容定义为( )所占有的体积。
(A)1kg湿空气； (B)1kg干气及其带有的Hkg湿汽共同
(C)1kg湿气体中绝干空气； (D)1kg湿气体中湿分

***答*** B
6． 气体的相对湿度是指在一定的总压下湿气体中的湿分蒸汽压与( )之比。
(A)气体的总压； (B)湿分在tw下的饱和蒸汽压
(C)湿分在td下的饱和蒸汽压； (D)湿分在t下的饱和蒸汽压
***答*** D

7． 湿空气经过预热器用饱和水蒸汽间接加热,温度升高,相对湿度( )。
(A)增加； (B)减小； (C)不变； (D)不确定

***答*** B
8． 为了测准空气的湿球温度,应将干湿球温度计放在( )。
(A)不受外界干扰的静止空气中 ； (B)气速<5m/s的空气中
(C)气速<5m/s辐射传导较强处 ； (D)气速>5m/s辐射传导可忽略处
***答*** D
9． 对一定湿度的气体,固定气体的温度,增大总压,其相对湿度( )。
(A)增大 ； (B)减小； (C)不变； (D)或增大或减小
***答*** A

10． 不饱和湿空气的干球温度 ,湿球温度 ,露点 三者间的关系为( )。
(A)(B)(C)(D)t=tw=td
***答*** A
11． 物料含自由水分和平衡水分的相对多少取决于( )。
(A)物料含结合水分的多少 ； (B)物料含非结合水分的多少
(C)干燥介质的温度 ； (D)干燥介质的相对湿度
***答*** D

三、判断题
40.在一定的温度下，物料中的结合水分与非结合水分的划分只与物料本身性质有关，而与空气状态无关。（√ ）
41.绝热干燥过程又称为等焓干燥过程或理想干燥过程。（√ ）
42.平衡水分一定是结合水分，非结合水分一定是自由水分。（√ ）
43.水之结合与否是固体物料的性质，与空气状态无关。（√ ）
44.物料的平衡水分与空气状态无关。（× ）
45.对指定的物料，速率曲线不随空气条件的变化而变化。（ ×）
46.在高温下易于变质、破坏的物料不允许在恒速阶段采用较高的气流温度。（ ×）
47.在连续干燥器和间歇干燥器内，干燥过程均存在恒速阶段。（ √）
四、计算题
1、一常压干燥器，处理湿物料量为2000kg×h-1，要求含水量从30%降至3%（湿基）。干燥介质为湿空气，其初温为25 oC，相对湿度为40%，经预热后温度为90 oC，湿空气在干燥器中为等焓过程，废气离开干燥器时的温度为50 oC。试求空气的消耗量和预热器的加热量。已知25 oC水的饱和蒸汽压为3.168 kPa，当地大气压为100 kPa。
解： GC=G1（1-ω1）=2000×（1-30%）=1400㎏.h-1
X1=ω1×（1-ω1）-1=30%×（1-30%）-1=0.429
X2=ω2×（1-ω2）-1=3%×（1-3%）-1=0.0309
W=GC（X1-X2）=557.3㎏.h-1
H0=0.622.¢PS（P总-¢PS）
=0.622×0.4×3.168×（100-0.4×3.168）-1=0.008
I1=（1.01+1.88H0）t1+2490H0
I2=（1.01+1.88H2）t2+2490H2
∵I1=I2
（1.01+1.88×0.008）×90+2490×0.008=（1.01+1.88H2）×50+2490H2
H2=0.024 W=L（H2-H0）
557.3=L（0.024-0.008）L=35122㎏.h-1
QP=L（I1-I0）=35122/3600×（1.01+1.88H0）×（90-25）×103 =645 kw
2. 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 ，焓 ；空气进干燥器温度为90℃，焓 ，空气出干燥器温度为50℃；湿含量 ，进干燥器物料含水量为 ；出干燥器物料含水量为 ；干燥器生产能力 （按干燥产品计）。试求： 1．绝干空气的消耗量； 2．进预热器前风机的流量（ ）； 3． 预热器加入热量（kw）（预热器热损失可忽略）。
***答案*** 1．求绝干空气量V


2．求风机流量Ｖ

3．求预热器加入热量Q：

3．有一连续干燥器在常压下操作，生产能力为1000 kg/h (以干燥产品计)。物料水分由12%降至3%（均为湿基），空气的初温为25℃，湿度为0.01 kg水/kg干空气，经预热器后升温至70℃，干燥器出口废气的干球温度为45℃。 设空气在干燥器进出口处焓值相等。试求：初始状态下的空气用量为多少kg/s？

解：（1）干燥系统示意图见附图1。

附图1 干燥系统示意图

求空气用量
蒸发水分量
因水分在干燥器进出口处焓值相等，所以I1=I2，即
（1.01+1.88H1)t2+2500 H1=(1.01+1.88H2) t2+2500 H2
因H1=H0=0.01 kg/kg, t1=70℃, t2=45℃,故有
（1.01+1.88×0.01) ×70+2500×0.01=(1.01+1.88H2) ×45+2500H2
解得H2=0.107 kg/kg
干空气用量L=W/(H2-H1)=102.3/(0.107-0.01)=1054.6 kg/h

4、在一连续干燥器中盐类结晶，每小时处理湿物料为1000 kg，经干燥后物料的含水量由40%减少至5%（均为湿基），以热空气为干燥介质，初始湿度H1为0.009 kg水/kg绝干气，离开干燥器时湿度H2为0.039 kg水/kg绝干气，假定干燥过程中无物料损失，试求：
（1）水分蒸发量W（kg水/h）
（2）空气消耗量L（kg绝干气/h）
（3）干燥产品量。
【例7-1】已知湿空气的总压pt=101.3kPa，相对湿度=0.6，干球温度t=30℃。试求：
①湿度H；②露点td；③绝热饱和温度；④将上述状况的空气在预热器中加热至100℃所需的热量。已知空气质量流量为100kg（以绝干空气计）/h；⑤送入预热器的湿空气体积流量，m3/h。
解：已知pt=101.3kPa，=0.6，t=30℃。
由饱和水蒸气表查得水在30℃时的蒸气压ps=4.25kPa
①湿度H可由式7-4求得：
kg/kg
②按定义，露点是空气在湿度不变的条件下冷却到饱和时的温度，现已知
kPa
由水蒸气表查得其对应的温度td=21.4℃。
③求绝热饱和温度tas。按式（7-18）
（a）
已知t=30℃并已算出H=0.016kg/kg，又cH=1.01+1.88H=1.01+1.88×0.016=1.04kJ/kg，而ras、Has是tas的函数，皆为未知，可用试差法求解。
设tas=25℃，pas=3.17kPa，Has=0.622kg/kg，
ras=2434kJ/kg，代入式（a）得tas=30-（2434/1.04）（0.02-0.016）=20.6℃＜25℃。
可见所设的tas偏高，由此求得的Has也偏高，重设tas=23.7℃，相应的pas=2.94kPa，Has=0.622×2.94/（101.3-2.94）=0.0186kg/kg，ras=2438kJ/kg，代入式（a）得tas=30-（2438/1.04）（0.0186-0.016）=23.9℃。两者基本相符，可认为tas=23.7℃。
④预热器中加入的热量
Q=100×（1.01+1.88×0.016）（100-30）
=7280kJ/h或2.02kW
⑤送入预热器的湿空气体积流量
m3/h

【例7-2】已知湿空气的总压为101.3kPa相对湿度为50%，干球温度为20℃。试用I-H图求解：
（a）水气分压p；
（b）湿度H；
（c）焓I；
（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117℃，求所需热量Q。
解：见本题附图。
由已知条件：pt=101.3kPa，0=50%，t0=20℃在I-H图上定出湿空气状态A点。
（a）水气分压：由图A点沿等H线向下交水气分压线于C，在图右端纵坐标上读得p=1.2kPa。
（b）湿度H：由A点沿等H线交水平辅助轴于点H=0.0075kg水/kg绝干空气。
（c）焓I：通过A点作斜轴的平行线，读得I0=39kJ/kg绝干空气。
（d）露点td：由A点沿等H线与=100%饱和线相交于B点，由通过B点的等t线读得td=10℃。
（e）湿球温度tW（绝热饱和温度tas）：由A点沿等I线与=100%饱和线相交于D点，由通过D点的等t线读得tW=14℃（即tas=14℃）。
（f）热量Q：因湿空气通过预热器加热时其湿度不变，所以可由A点沿等H线向上与t1=117℃线相交于G点，读得I1=138kJ/kg绝干空气（即湿空气离开预热器时的焓值）。含1kg绝干空气的湿空气通过预热器所获得的热量为：
Q′=I1-I0=138-39=99kJ/kg
每小时含有500kg干空气的湿空气通过预热器所获得的热量为：
Q=500Q′=500×99=49500kJ/h=13.8kW
通过上例的计算过程说明，采用焓湿图求取湿空气的各项参数，与用数学式计算相比，不仅计算迅速简便，而且物理意义也较明确。

【例7-3】今有一干燥器，湿物料处理量为800kg/h。要求物料干燥后含水量由30%减至4%（均为湿基）。干燥介质为空气，初温15℃，相对湿度为50%，经预热器加热至120℃进入干燥器，出干燥器时降温至45℃，相对湿度为80%。
试求：（a）水分蒸发量W；
（b）空气消耗量L、单位空气消耗量；
（c）如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量V。
解（a）水分蒸发量W
已知G1=800kg/h，w1=30%，w2=4%，则
Gc=G1（1-w1）=800（1-0.3）=560kg/h

W=Gc（X1-X2）=560×（0.429-0.042）=216.7kg水/h
（b）空气消耗量L、单位空气消耗量
由I-H图中查得，空气在t=15℃，=50%时的湿度为H=0.005kg水/kg绝干空气。
在t2=45℃，2=80%时的湿度为H2=0.052kg水/kg绝干空气。
空气通过预热器湿度不变，即H0=H1。
kg绝干空气/h
kg干空气/kg水
（c）风量V用式（7-14）计算15℃、101.325kPa下的湿空气比容为

=0.822m3/kg绝干空气
V=LvH=4610×0.822=3789.42m3/h 用此风量选用鼓风机。

【例7-4】采用常压气流干燥器干燥某种湿物料。在干燥器内，湿空气以一定的速度吹送物料的同时并对物料进行干燥。已知的操作条件均标于本例附图1中。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。
解：（1）新鲜空气消耗量先按式（7-27）计算绝干空气消耗量，即

①求W
绝干物料Gc=kg绝干料/h
W=Gc（X1-X2）=248（0.15-0.01）=34.7kg/h
②求H2因QL≠0，故干燥操作为非绝热过程，空气离开干燥器的状态参数不能用等焓线去寻求，下面用解析法求解。

当t0=15℃、H0=0.0073kg/kg绝干空气时，
I1=（1.01+1.88H0）t0+r0H0=34kJ/kg绝干空气
当t1=90℃、H1=H0=0.0073kg/kg绝干空气时，同理可得I1=110kJ/kg绝干空气。
I1′=csθ1+X1cwθ1=1.156×15+0.15×4.187×15=26.76kJ/kg绝干料
同理I2′=1.156×40+0.01×4.187×40=47.91kJ/kg绝干料
围绕本例附图1的干燥器作焓衡算，得
LI1+GcI1′=LI2+GcI2′+QL
或L（I1-I2）=Gc（I2′-I1′）+QL
将已知值代入上式，得
L（110-I2）=248（47.91-26.76）+3.2×3600
或L（110-I2）=16770 (a)
根据式7-11）可以写出空气离开干燥器时焓的计算式为
I2=（1.01+1.88H2）t2+2490H2
或I2=（1.01+1.88H2）×50+2490H2=50.5+2584H2 （b）
绝干空气消耗量L= （c）
联立式（a）、式（b）及式（c），解得
H2=0.02055kg/kg绝干空气I2=103.6kJ/kg绝干空气
L=2618.9kg绝干空气/h
（2）预热器消耗的热量Qp用式（7-29）计算，即
Qp=L（I1-I0）=2618.9（110-34）=199000kJ/h=55.3kW
（3）干燥系统的热效率η若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则用式（7-35）计算干燥系统的热效率，即

因QD=0，故Q=Qp，因此

【例7-5】有一间歇操作干燥器，有一批物料的干燥速率曲线如图7-15所示。若将该物料由含水量w1=27%干燥到w2=5%（均为湿基），湿物料的质量为200kg，干燥表面积为0.025m2/kg干物料，装卸时间τ′=1h，试确定每批物料的干燥周期。
解绝对干物料量Gc′=G1′（1-w1）=200×（1-0.27）=146kg
干燥总表面积S=146×0.025=3.65m2
将物料中的水分换算成干基含水量
最初含水量kg水/kg干物料
最终含水量kg水/kg干物料
由图7-15中查到该物料的临界含水量Xc0.20kg水/kg干物料，平衡含水量X*=0.05kg水/kg干物料，由于X2＜Xc，所以干燥过程应包括恒速和降速两个阶段，各段所需的干燥时间分别计算。
a.恒速阶段τ1
由X1=0.37至Xc=0.20，由图7-15中查得U0=1.5kg/（m2·h）
h
b.降速阶段τ2
由Xc=0.20至X2=0.053，X*=0.05代入式（7-42），求得
kg/(m2·h)
h
c.每批物料的干燥周期τ
τ=τ1+τ2+τ′=4.53+15.7+1=21.2h

【例7-6】在气流干燥器中，每小时将3000kg的粒状湿物料从X1为0.25干燥到X2为0.003（均为干基）干燥介质为用空气稀释了的重油燃烧气，进口温度t1为400℃，湿度H1为0.025。物料的进口温度θ1为20℃，临界含水量Xc为0.02，平衡水分视为零。绝对干料的比热容为1.26kJ/（kg·℃）。若气体出口温度t2为95℃，试求物料的出口温度θ2。假设干燥器的热损失可忽略。
解：按式7-45求θ2，必须知道气体出干燥器时的状态。为了求出H2，先需求绝干空气流量L，而L及H2的求解又与物料的出口温度θ2有关，因此求θ2必须用试差法。
绝干物料量为：
kg/h
干燥器的物料衡算式为：
L（H2-H1）=Gc（X1-X2）
即L（H2-0.025）=2400（0.25-0.003）=593 （a）
设θ2=80℃，作干燥器的热量衡算得：
LI1+GcI1′=LI2+GcI2′（b）
其中I=（1.01+1.88H）t+2490H
所以I1=（1.01+1.88×0.025）×400+2490×0.025=485kJ/kg
及I2=（1.01+1.88×H2）×95+2490H2=96+2669H2
又I′=csθ+cwXθ
所以I1′=1.26×20+4.187×0.25×20=46kJ/kg
及I2′=1.26×80+4.187×0.003×80=102kJ/kg
将I1，I2，I1′，I2′代入式（b）得：
485L+2400×46=L（96+2669H2）+2400×102 （c）
联立式（a）及式（c），解得：
L=5340kg/h
H2=0.136kg水/kg绝干气
由H-I图查得；
tw2=59℃
由附录水蒸气表查得于59℃下水的气化潜热为2357kJ/kg。
将有关数据代入（7-45）式得：

解得θ2=79.8℃
计算结果与初设的θ2值基本相符，不再试算，θ2≈80℃即为所求。

习题

1．已知湿空气总压为50.65kPa，温度为60℃，相对湿度为40%，试求
（1）湿空气中水气分压；
（2）湿度；
（3）湿空气的密度。
2．利用湿空气的I-H图查出本题附表中空格项的数值，并绘出习题4的求解过程示意图。

附表
序号
干球温度
/℃
湿球温度
/℃
湿度
/（kg水·kg-1绝干气）
相对湿度
×100
焓
/（kJ·kg-1绝干气）
水气分压
/kPa
露点
/℃
1
2
3
4
60
40
20
30
35

75

4.0

25

3．将某湿空气（t0=25℃，H0=0.0204kg水/kg绝干气），经预热后送入常压干燥器。试求：
（1）将该空气预热到80℃时所需热量，0以kJ/kg绝干气表示；
（2）将它预热到120℃时相应的相对湿度值。
4．干球温度为20℃、湿度为0.009kg水/kg绝干气的湿空气通过预热器温度升高到50℃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等焓干燥过程，试求：
（1）1m3原湿空气在预热过程中焓的变化；
（2）1m3原湿空气在干燥器中获得的水分量。
5．采用废气循环的干燥流程干燥某种湿物料。温度t0为20℃、湿度H0为0.012kg水/kg绝干气的新鲜空气与从干燥器出来的温度t2为50℃、湿度为H2为0.079kg水/kg绝干气的部分废气混合后进入预热器，循环比（废气中绝干空气流量和混合气中绝干空气流量之比）为0.8。混合气升高温度后再进入并流操作的常压干燥器中，离开干燥器的废气除部分循环使用外，余下的放空。湿物料经干燥器后湿基含水量自47%降到5%，湿物料流量为1.5×103kg/h。假设预热器热损失可忽略，干燥操作为等焓干燥过程。试求：
（1）新鲜空气流量；
（2）整个干燥系统所需的传热量
6．在常压干燥器中，将某物料从含水量5%干燥到0.5%（均为湿基）。干燥器生产能力为1.5kg绝干料/s。热空气进入干燥器的温度为127℃，湿度为0.007kg水/kg绝干气，出干燥器时温度为82℃。物料进、出干燥器时的温度分别为21℃和66℃。绝干料的比热为1.8kJ/（kg·℃）。若干燥器的热损失可忽略不计，试求绝干空气消耗量及空气离开干燥器时的湿度。
7．在恒定干燥条件下进行干燥实验，已知干燥面积为0.2m2，绝干物料质量为15kg，测得实验数据列于本题附表中。试标绘干燥速率曲线，并求临界含水量和平衡含水量。
附表
τ/h
0
0．2
0．4
0．6
0．8
1．0
1．2
1．4
G′/kg
44．1
37．0
30．0
24．0
19．0
17．5
17．0
17．0

8．某湿物料经过5.5h的干燥，含水量由0.35（干基，下同）降到0.10，若在相同的干燥条件下，要求物料含水量由0.35降到0.05，试求干燥时间。物料的临界含水量为0.15，平衡含水量为0.04。假设在降速阶段中干燥速率与物料的自由含水量（X-X*）成正比。