化工热力学下册第二夏清第章干燥答案.pdf

Rupture9 1 第 5 章 干燥的习题解答 1已知湿空气的总压强为50Pa,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。 解： （1）湿空气的水汽分压， VS pP 由附录查得60 C时水的饱和蒸汽压19.92 S pKPa 0.4 19.927.97 V pKPa (2) 湿度 0.6220.6227.97 0.118/ 507.97 V V P Hkgkg pP 绝干气 （1） 密度 55 3 2731.013 10273601.013 10 (0.7721.244)(0.7721.2440.118) 27327350 10 H t vH P 3 2.27m湿空气/ kg绝干气 密度 3 110.118 0.493/ 2.27 H H H kg m v 湿空气 2 在总压 101.33KPa下,已知湿空气的某些参数 ,利用湿空气的 H-I 图查出本题附 表中空格内的数值 ,并给出序号 4 中各数值的求解过程示意图。 习题 2 附表 序 号 干球温度湿球温度湿度 相对湿 度 始水汽分压露点 Kg/Kkg 绝干 气 % KJ/kg 绝干 气 KPa (60) (35) 2 (40) (25) Rupture9 2 3 (20) (75) 4 (30) (4) 解： 序 号 干 球 温 度/ C 湿 球 温 度/ C 湿度 /kg kg绝干气 相 对 湿 度/% 焓 /KJ kg绝干气 水汽 分压 / Pa 露点 / C 1 （60）（35）0.027 21 130 4.18 29 2 （40）28 0.02 43 92 3.16 （25） 3 （20）17 0.011 （75）48 1.8 16 4 （30）29 0.026 94 96 （4）28 上表中括号内的数据为已知，其余值由图HI查得。 分题 4 的求解示意图如附图所示，其中A为状态点。 3.干球温度为 20、 湿度为 0.009kg 水/kg 绝干气的温空气通过预热器加热到50 后,再送至常压干燥器中 ,离开干燥器时空气的相对温度为80%,若空气在干燥器 中经历等焓干燥过程 ,试求: (1)1m 3 原温空气在预热过程中始的变化; (2)1m 3 原温空气在干燥器中获得的水分量。 解： （1） 3 1m原湿空气在预热器中焓的变化 当 00 20,0.009/tC Hkg kg绝干气 时，由HI图查出 0 43/IKJ kg绝干气 。 当 010 50,0.009/tC HHkg kg绝干气 时，由HI图查出 Rupture9 3 1 74/IKJ kg绝干气 1kg绝干空气在预热器中焓的变化为： 744331I/KJ kg绝干气 原湿空气的比容为 5 2731.013 1027320 (0.7721.244)(0.7721.2440.009) 273273 H t vH P 3 0. 8 4 m湿空气/ kg绝干气 3 1m原湿空气的焓变为 3 31 36.9/ 0.84 H I KJm v 湿空气 （2） 3 1m原湿空气在干燥器中获得的水分 当 010 50,0.009/tC HHkg kg绝干气 时，在HI图上确定空气的状态点， 由 该点沿等焓线向右下方移动与80%的线相交， 交点即为离开干燥器时空气的 状态点。由该点读出空气离开干燥器时的湿度 2 0.018H/kg kg绝干气 故 3 1m原湿空气在干燥器中获得的水分 321 0.0180.009 0.0107/ 0.84 H HH kg m v 原湿空气 4.将 t0=25、 0=40%的常压新鲜空气 ,与由干燥器排出的 t2=50、 2=80%的 常压废气混合 ,两者中绝干气的质量比为1：3。试求 : (1)混合气体的温度和焓 ; (2)现需将此混合温空气的相对湿度降至10%后用于干燥湿物料 ,应将空气的 温度升至多少度。 解： （1）对混合气列湿度和焓的衡算，得 02 34 m HHH（1） 02 34 m III（2） 由附录查得 0 25tC 时，水的饱和蒸汽压 , 3168.4 o S pPa Rupture9 4 0 50tC 时，水的饱和蒸汽压 2, 12340 S pPa 当 0 25tC ， 0 50%时，空气的湿度和焓分别为 00, 0 00, 0.622 0.622 0.5 3168.4 0.00988 101300 0.5 3168.4 S S P H PP /kg kg绝干气 0000 (1.01 1.88)2490IHtH (1. 0 11. 8 80. 0 0 9 8 8 )2 52 4 9 0 50.3/K Jk g 绝干气 当 2 50tC ， 2 80% 时，空气的湿度和焓分别为 22, 2 22, 0.622 0.622 12340 0.5 0.0.067 101300 12340 0.5 S S P H PP /kg kg绝干气 2222 (1.01 1.88)2490IHtH (1.011.880.0672)5024900.0672 224.1/KJkg绝干气 将以上数据代入式子（ 1） 、 （2） ，即 0. 0 0 9 8 830. 0 6 7 2 m H 5 0. 332 2 4. 14 m I 分别解得0. 0 5 2 9 m H/k gk g 绝干气 1 8 0. 7 m I/kg kg绝干气 由(1.01 1.88)2490 mmmm IHtH 并代如 m H 及 m I 的值解得44.15 m tC (2)加热到相对湿度为10时，空气湿度不变 1 0.0529H/kg kg绝干气 水汽分压不变，则 1 1 0.622 0.0529 101.3 P P ，解得 1 7.94pKPa Rupture9 5 由 1 7.97 0.01 S P , 解得7 9. 7 S PK P a 查水的饱和蒸汽压表，得对应的温度为 0 93.1tC 1111 (1.01 1.88)2490IHtH (1. 0 11. 8 80. 0 5 2 9 )9 3. 12 4 9 235.01/KJkg绝干气 5采用如图所示的废气循环系统干燥湿物料,已知数据标于本题附图中。假设系 统热损失可忽略 ,干燥操作为等始干燥过程。试求:(1)新鲜空气的耗量 ;(2)进入干 燥器的湿空气的温度及焓;(3)预热器的加热量。 解： （1）新鲜空气消耗量 1 1 1 20 0.25/ 110020 w Xkg kg w 绝干物料 2 2 2 5 0.05263/ 11005 w Xkg kg w 绝干物料 11 (1)1000 (1 0.2)800GGwkg绝干物料 /h 蒸发水量 12 ()800 (0.250.05263)157.9WG XXkg水/h 绝干空气用量 20 ()L HHW 20 157.9 2760.5/ 0.06720.01 W Lkgh HH 绝干气 新鲜空气用量 0 ( 1)2 7 6 0. 51. 0 12 7 8 8LHk gh新鲜空气 / （1） 由于干燥过程为等焓过程，故进出干燥器的空气的焓相等 Rupture9 6 12 II 2 ( 1. 0 11. 8 80. 0 67 2 )5 02 4 9 00. 0 6 7 2I 2 2 4 . 1/K Jk g绝干气 即： 1 (1.01 1.88)2490224.1 mm HtH 将0.0529 m H/kg kg绝干气 代入上式，解出 1 83.26tC （ m H 的值在第 4 题中已解出） 所以，进入干燥器的湿蒸汽的温度为83.26 C，焓为224.1/KJKg绝干气 （2） 预热器的加热量 1 () Pmm QLII 其中442760.611042 m LLkg绝干气 /h 所以 5 11042 (224.1 180.7)4.79 10/133.1 P QKJ hKW 6. 干球温度 t0=26、湿球温度 tw0=23的新鲜空气 ,预热到 tl=95后送至连续逆 流干燥器内 ,离开干燥器时温度t2=85。湿物料初始状态为 :温度 1=25、含水量 1 w =15%;终了时状态为 :温度 2=25、含水量2 w =0.2%。每小时有 9200kg 温物料 加入干燥器内。绝干物料的比热容cs=1.84KJ/(kg 绝干料 )。干燥器内无输送装 置,热损失为 580KJ/kg 汽化的水分。试求 : (1)单位时间内获得的产品质量; (2)写出干燥过程的操作线方程,在 H-I 图上画出操作线 ; (3)单位时间内消耗的新鲜空气质量; (4)干燥器的热效率。 解：操作流程示意图见本题附图1 干燥器 预热器 Rupture9 7 （1）单位时间内获得的产品质量 1 1 1 1. 5 0. 0 1 5 2 3/ 11 0 01. 5 w Xk gk g w 绝干物料 2 2 2 0. 2 0. 0 0 2/ 11 0 00. 2 w Xk gk g w 绝干物料 绝干物料流量 11 (1)9000 (1 0.15)9062GGwkg绝干物料 /h 12 ()9062 (0.15230.02)119.9WG XXkg水/h 干燥产品流量 22 (1)9062 (1 0.02)9080GGXkg干燥产品 /h （2）干燥过程的操作线 由 2 50,tC23 wo tC 查出 0 66/IKJkg绝干气 ，求出 0 0.0157/Hkg kg绝干气 由 1 95,tC 10 0.0157/HHkg kg绝干气 ,求出 1 138.6/IKJkg绝干气 热损失速度5 8 01 1 9. 96 9 5 4 2 L QK Jh 由焓的定义可计算出干燥器的焓分别为 11111. 8 4 2 50. 0 1 5 2 34. 1 8 72 54 7. 6/ SW ICX CKJkg绝干物料 同理 2222 1.84 34.50.024.187 34.563.8/ SW ICX CKJkg绝干物料 对干燥器作水分衡算，得 21 ()L HHW 或 2 (0.0157)119.9L H（1） 再对干燥器做物料衡算，得 2121 ()() L L IIG IIQ 或 2 (138.2)9602 (63.847.6)69542LI(2) 联立（ 1） 、 （2）解得 4 22 5.55 100.0928HI(3) Rupture9 8 上式为本题干燥操作的操作线方程。 经过本题附图 2 的点B， 故任意设一H 值，如0.02H，由式（ 3）求得131.5/IkJ kg绝干气 。 据此在附图2 上标出点D，过点D及点B的直线即为干燥过程的操作线。该线 与 2 65tC 的线 交于 点C,点C为 空气离 开 干燥器 的状态点，由点C读出 2 0.023/Hkgkg 绝干气 ， 2 126/IkJ kg绝干气 （3）单位时间内消耗新鲜空气的质量 由式（ 1）得 2 119.9119.9 17128 0.01570.0230.0157 Lkg H 绝干气 /h 新鲜空气消耗量 00 (1)17100 (1 0.0157)17403/LLHkgh新鲜空气 （3） 干燥器的热效率 21 (24901.884.187)wt Q 其中 6 10 ()17128 (138.6 66)1.243 10/ P QQL IIkJ h 6 1 1 9 . 9( 2 4 9 01 . 8 86 54 . 1 8 72 5 ) 2 4 . 1 8 % 1 . 2 4 31 0 7在一常压逆流转筒干燥器中,干燥某种晶状物料。温度t0=25、相对湿度 0=55%的新鲜空气经过预热器使温度升至 t1=85后送入干燥器中 ,离开干燥器 时温度 t2=30。湿物料初始温度 1=24、湿基含水量1 w =0.037,干燥完毕后温度 升到 2=60、湿基含水量降为2 w =0.002。干燥产品流量G2=1000kg/h。绝干物 料比热容 cs=1.507KJ/(kg 绝干料 )。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传热系数为35KJ/(m2 h )。试求绝干空气流量和 预热器中加热蒸汽消耗量。加热蒸汽的绝对压强为180KPa。 解： （1）绝干空气流量 1 1 1 0. 0 3 7 0. 0 3 8 4/ 11 0 00. 0 3 7 w Xk gk g w 绝干物料 2 2 2 0. 0 0 2 0. 0 0 2/ 11 0 00. 0 0 2 w Xk gk g w 绝干物料 Rupture9 9 绝干空气流量 22 (1)1000 (1 0.002)998GGwkg绝干物料 /h 水分蒸发量 12 ()998 (0.03840.002)36.33WG XXkg水/h 由附录查出25 C时水的饱和蒸汽压为3168.4Pa，故湿度为 00 , 033 00, 0.622 0.622 0.55 3168.4 0.0109 101.3 10101.3 100.55 3168.4 S S p H p /k gk g 绝干气 对干燥器作水分的物料衡算，取1h为基准，得 2 (0.0109)36.33L H（1） 对干燥器做物料衡算，得 11 122L LIG ILIGIQ 其中 1111 (1.01 1.88)2490IHtH (1. 0 11. 8 80. 0 1 0 9 )8 52 4 9 114.7/KJkg绝干气 2222 (1.01 1.88)30249030.32546IHHH 题给1.507/() S CKJkgC绝干物料 11111. 5 0 7 2 40. 0 3 8 44. 1 8 72 44 0 1 2/ SW ICX CKJkg绝干物料 题给 2 35/() a KJm h C 所以 12 0 ()() 2 Laa tt QS tDLt 8 53 0 3 5( 3 . 1 41 . 37 )(2 5 )3 2 5 2 0/ 2 K Jh 将以上各值代入热量衡算式，得 2 114.7998 40(30.3 2546)998 90.932520LHL(2) 联立式（ 1） 、 （2） ，解得 2 0.02261H/kg kg绝干气3102I/k gk g 绝干气 （2）预热器中加热蒸气消耗量 加热蒸气压强为 180KPa，由附录查出相应的汽化热为2214.3/KJkg， Rupture9 10 116.6TC,预热器中消耗热量的速度为 10 () P QL II 其中 0 (1.01 1.88 0.0109) 252490 0.010952.9/IKJkg绝干气 /h 所以3102 (114.752.9)191700/53.25 P QKJhKW 加热蒸气消耗量 191700 86.6/ 2214.3 kg h 8在恒定干燥条件下进行间歇干燥实验。已知物料的干燥面积为0.2m 2,绝干物 料质量为 15kg。测得的实验数据列于本例附表中。试标绘干燥速率曲线,并求临 界含水量 Xc及平衡含水量 X*。 习题 8 附表 时间h/0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 物料质 量/kg 44.1 37.0 30.0 24.0 19.0 17.5 17.0 17.0 解：以表中第 1、2 组数据为例计算如下： 开始时物料的干基湿含量 44.115 1.94/ 15 Xkg kg绝干物料， 终了时 3 71 5 1 . 4 7/ 15 Xkg kg绝干物料 蒸发的水份量3 74 4. 17. 1Wk gh 干燥时间的增量0 . 200 . 2h 干燥速度 2 7.1 177.5/() 0.20.2 W ukgmh S 与干燥速率对应的物料的平均湿含量为 1 ( 1 . 9 41 . 4 7 )1 . 7 0 5/ 2 Xk gk g绝干物料 由上法计算的数据列于下表 时间 / h 物料 质量 XW/h/u /Xkg Rupture9 11 / kg/kg kg绝干物料/(/)kg h 2 /()kgm h/ kg绝干物料 0 44.1 1.94 0.2 37.0 1.47 -7.10 0.2 -177.5 1.705 0.4 30.0 1.0 -7.0 0.2 -175 1.235 0.6 24.0 0.6 -6.0 0.2 -150 0.8 0.8 19.0 0.27 -5.0 0.2 -125 0.435 1.0 17.5 0.167 -1.5 0.2 -37.5 0.219 1.2 17.0 0.13 -0.5 0.2 -12.5 0.149 1.4 17.0 0.13 0 0.2 0 0.13 以X为横坐标， u为纵坐标绘图，从图中读出 临界含水量1. 2 4 C X/k gk g绝干物料 平衡含水量 * 0. 1 3X/k gk g绝干物料 9某湿物料经过 5.5h 进行恒定干燥操作。 物料含水量由 X1=0.35kg/kg 绝干料降 至 X2=0.1kg/kg 绝干料。若在相同条件下 ,要求将物料含水量由X1=0.35kg/kg绝干 料降至 X =0.05k/kg 绝干料。试求新情况下的干燥时间。物料的临界含水量 Xc=0.15k/kg 绝干料、平衡含水量 *=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(X-X *)成正比 . 解：恒速干燥的干燥时间为 11 () C C G XX Su 降速干燥阶段，干燥速率与物料的自由含水量 * ()XX成正比。 因此， * () CXC ukXX 降速干燥的干燥时间为 * 2* 22 lnln CCC CX XXXXXXGG SuXXSkXX 总干燥时间为 * 1 12* 2 (ln) CC XC XXXXG SkXXXX 将第一次干燥实验的数据代入，得 0.350.150.150.04 5.5(ln) 0.150.040.10.04 X G Sk Rupture9 12 于是 2.27 X G Sk 第二次干燥时间 由于第二次干燥实验的条件与第一次相同，即所有定性的参数均不变，所以 0 . 3 50 . 1 50 . 1 50 . 0 4 2 . 2 7(l n)9 . 5 7 0 . 1 50 . 0 40 . 0 50 . 0 4 h 10 对 lOkg 某温物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥,物料平铺在 0.8m lm 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 绝干气 , 物料的初始含水量为X1=025Kukg 绝干料。此干燥条件下物料的Xc=0.1kg/kg 绝 干料,r=0。假设阵速段干燥速率与物料含水量呈线性关系。试求:(1)将物料干燥至 含水量为 0.02kg/kg 绝干料所需的总干燥时问 :(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 绝干料干燥至 0.02kg/kg 绝干料需 1.4h,求此干燥 条件下的 Xe。 解： （1）恒速段干燥速率 () Cw tw utt r 由空气75,0.018/tC Hkg kg绝干气 ，查HI图得34 w tC 相应水的汽 化热2416/ tw rKJ kg ，空气对物料的对流传热系数 0.37 1.17( )L 湿空气的质量速度3 6 0 0 H L 湿空气密度 1 H H H v 湿空气的比容 2 7 31 0 1 . 3 ( 0 . 7 7 21 . 2 4 4) 273 H t vH P 2 7 37 5 ( 0 . 7 7 21 . 2 4 40 . 0 1 8 )1 273 3 1. 0 1 3m 湿空气 /kg 绝干空气 310.018 1.005/ 1.013 H kgm湿空气湿空气 2 3600 2 1.0057236/()LkgmC湿空气 Rupture9 13 0.372 1.17(7236)31.35/()WmC 32 3 31.35 (7534)0.532 10/() 241610 C ukgms 1 1 10 8 110.25 G Gkg X 绝干物料 8 10 0.8 1 G kg S 2 绝干物料 /m 降速干燥阶段时间 3 113 10 ()(0.251)2.825 100.785 0.53210 C C G XXsh Su 降速段uX为线性关系，故降速段干燥时间 * 2 * 2 ln CC C XXXXG SuXX 因为 * 0X，所以 23 0 . 10 . 1 1 0l n)3 0 2 5 . 2 60 . 8 4 0 8 0 . 5 3 21 00 . 0 2 sh 总干燥时间为 12 0.07850.8401.625h （2）空气流速加倍后2uu 0 . 3 7 2 0 . 3 70 . 3 733 220. 5 3 21 00. 6 8 81 0/ () CC uukgm s 10 G kg S 2 绝干物料 /m 恒速干燥时间为 11 () C C G XX Su 降速干燥时间为 2 2 ln C C C XG X SuX 总干燥时间为 121 2 () (l n) C CC C XG XXX SuX 即 3 10 1.43600()(0.25ln) 0.688 100.2 C CC X XX Rupture9 14 解得 0. 12 1 C X/k gk g绝干物料 11在常压间歇操作的厢式干燥器内干燥某种温物料。每批操作处理湿基含水量 为 159 毛的湿物料 500kg 物料提供的总干燥面积为40 。 经历 4h 后干燥产品中 的含水量可达到要求。 操作属于恒定干燥过程。 由实验测得物料的临界含水量及 平衡含水量分别为0.11kg水/kg 绝干料及 0.002kg水/kg 绝干料。 临界点的干燥速 率为 1kg 水/(-h),降速阶段干燥速率线为直线。 每批操作装卸物料时间为10min, 求此干燥器的生产能力 ,以每昼夜 (24h)获得的干燥产品质量计。 解：一批物料中的绝干空气流量 11 (1)500 (1 0.15)425GGwkg绝干物料 4 2 5 1 0 . 6 2 5 40 G kg S 2 绝干物料 /m 1 0 . 1 5 0 . 1 7 6/ 10 . 1 5 Xk gk g 绝干物料 恒速干燥阶段时间为 11 () C C G XX Su 降速阶段干燥速率线为直线，所以降速段干燥时间为 * 2 * 2 ln CC C XXXXG SuXX 总干燥时间为 * * 121* 2 ()() l n C CC X XXG XXXX SkXX 代入已知数据得 2 0. 1 10. 0 0 2 41 0. 6 2 5( 0. 1 7 60. 1 1)( 0. 1 10. 0 0 2 ) l n 0. 0 0 2X 解得 2 0. 0 0 8 0 9Xk g 水/kg 绝干物料 干燥一批物料的干燥产品量 22 (1)425 1.00809428.4GGXkg 干燥一批物料所用时间 10 44.1667 60 h 因此，生产能力为 428.4 242468 4.