食品工程专业-干燥作业解答.doc

第四章 干燥
2．将常压温度为30℃、相对湿度为20％的新鲜空气，通过第一加热器加热到某一温度后，再通过一喷水室进行绝热冷却增湿至饱和状态，最后通过第二加热器加热得到温度为45℃、相对湿度为40％的湿空气。求①在焓湿图上绘出空气状态的变化过程；②离开第二加热器时空气的湿含量；③喷水室中水的温度（设离开喷水池的空气与水的温度相同）；④离开第一加热器时空气的温度。
解：根据题意，作出流程图：
ΦC=100%

（1）根据流程图，在焓-湿图上画出空气状态的变化过程，如下图所示，作图过程为：
①由TA=30℃，φA=20%确定如图所示的A点——新鲜空气状态点；②由TD=30℃，φD=40%确定如图所示的D点——第二加热器出口空气的状态点；③空气在第二加热室内为等湿升温过程，而由喷水室出来的空气为饱和状态湿空气，因此由D点作垂线，与φ=100%的饱和线交一点C点即为由喷水室出来的饱和状态湿空气状态点；④由于空气在喷水室的过程为绝热冷却增湿过程，因此，过C点作等焓线，与过A点的等湿含量线相交一点B点即为第一加热器出口空气的状态点。

（2）由焓--湿图可以查出：
离开第二加热器时空气的湿含量HD＝0.025kg/kg干气
（3）由焓--湿图可以查出：
喷水室中水的温度TC＝28℃
离开第一加热器时空气的温度TB＝78℃

答：（1）空气状态的变化过程的焓-湿图如上所示；
（2）离开第二加热器时空气的湿含量为0.025kg/kg干空气；
（3）喷水室中水的温度为28℃；
（4）离开第一加热器时空气的温度约为78℃。

3．常压下温度为30℃、湿含量为0.024kg/kg干空气的湿空气，在预热器内被加热至90℃，试在焓湿图上绘出空气状态的变化过程；又若湿空气的流量为0.028kg/s，求加热湿空气所需要的热量Q。
解：根据题意，作出流程图：
LA

(1)在焓--湿图上画出空气状态的变化过程（描述过程）

（2）求加热湿空气所需要的热量Q

①求干空气量L
由：L(1+HA)=LA 推得：
已知：湿空气的流量LA＝0.028kg/s
HA=0.024kg/kg干空气
将已知数据代如上式：

②需要的热量Q

由焓湿图可以查出：
hA=91kJ/kg ，hB=153kJ/kg ，
所以加热湿空气所需要的热量

答：（1）空气状态的变化过程的焓-湿图如上所示；
（2）加热湿空气所需要的热量为1.69kW。

6．在逆流连续干燥器中，将某种物料由初始湿基含水量3.5％干燥至0.2％。物料进入干燥器时的温度为24℃，离开干燥器时的温度为40℃，干燥产品量为0.278kg/s。干物质的比热容为1.507kJ/(kg/℃).干空气的初始温度为25℃、湿含量为0.0095kg/kg干空气经预热器预热到90℃后送入干燥器，离开干燥器时的温度为35℃。试求空气消耗量、预热器的热功率和干燥器的热效率。假设热损失可以忽略不计。
解：作出流程图：

（1）求空气消耗量L’
L’=L(1+H0)
①求干空气消耗量L
干空气消耗量:
②求蒸发的水量W
蒸发的水量:
已知：G2=0.278kg/s，w1=3.5%，w1=0.2%

③求干空气消耗量L
查焓--湿图得: H2＝0.0319kg/kg干空气
则：

因此湿空气的消耗量为：

（2）求预热器的热功率Qp

查焓湿图得：h0=48kJ/kg，h1=115kJ/kg
已知：L=0.446kg/s

（3）求干燥器的热效率

答：(1)湿空气的消耗量为0.450kg/s；
(2)预热器的热功率为29.9kW；
(3)干燥器的热效率为84.6％。

8．在一常压连续干燥器中，湿物料处理量为0.8kg/s，物料含水量由湿基5％干燥至1％。空气初始温度为20℃、湿含量为0.05kg/kg干空气，空气离开干燥器时的温度为55℃。为了保证干燥产品的质量，要求进入干燥器的空气温度不得高于90℃。试求以下两种情况下所需的空气量（kg干空气/s）和热耗量（kW），设干燥过程为理想过程。①将新鲜空气预热到90℃进入干燥器中进行干燥；②采用废气循环，循环气中干空气量为干燥器出口废气中干空气量的2/3，混合气温度为90℃，进入干燥器干燥。

解：（1）第一种情况的流程图为：

①求干空气消耗量

对于理想干燥过程为等焓过程，即h1＝h2，因此：

因为：H1=H0=0.05kg/kg干空气
已知：T1=90℃，T2=55℃
将上述已知数据代入上式，得：
（也可由0点确定1点，再由1点，利用等焓线查得得H2＝0.065kg/kg干空气）

则：
②求热耗量：

已知：L=2.13kg干空气/s，H0=0.05kg/kg干空气
T0=20℃，T1=90℃，则：

（也可查焓湿图得h0＝145kJ/kg ，h1＝224kJ/kg
）

（2）第二种情况的流程图为：
T0＝20℃
H0＝0.05kg/kg干空气
L
预热器
新鲜空气
干燥器
T2＝55℃
H2、L

废气
T1 Tm=90℃

3L, Hm
H1
2L

L

①求干空气消耗量

l 混合后状态点物料衡算得：
由于：H0=H1
即:
所以:…………(Ⅰ)

l 混合后状态点热量衡算得：

即:

已知：H1=H0=0.05kg/kg干空气，Tm=90℃，T2＝55℃
则上式化简为：

………………………………(Ⅱ)

l 对于理想干燥过程，有：

即:

……………………………………………(Ⅲ)
联立求解(Ⅰ)、(Ⅱ)和 (Ⅲ)方程，得：

由第一种情况知：W＝0.032kg/s
因此，干空气消耗量：

②求热耗量：

答：第一种情况所需空气量为2.13kg干空气/s，
热消耗为168.27kW；
第二种情况所需空气量为0.681kg干空气/s，
热消耗为109.6kW。

9．将某湿物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥，经过6h的干燥使其干基含水量由0.35降至0.07。试求在相同的操作条件下，将该物料由0.35降至0.05所需的时间。已知物料的临界含水量为0.15，平衡含水量为0.04。降速阶段中干燥速率曲线为直线。
解：由题意知干燥过程包括恒速干燥阶段和降速干燥阶段，且降速阶段中干燥速率曲线为直线
设两种情况下的干燥时间分别为t和t’
干燥时间公式为
已知第一种情况下t＝6h， X1＝0.35kg/kg干物料，
Xc＝0.15 kg/kg干物料，Xe＝0.04 kg/kg干物料，
X2＝0.07 kg/kg干物料
代入数据有――①
又因为第二种情况下＝0.35kg/kg干物料，
Xc＝0.15 kg/kg干物料， Xe＝0.04 kg/kg干物料，
＝0.07 kg/kg干物料
代入数据有――②
联合①、②解得t’＝8.12h

答：第二种干燥情况下所需时间为8.12h。