化工原理课后习题答案上下册钟理版.pdf

1 第一章 流体流动习题解答 1 1 已知甲城市的大气压为 760mmHg 乙城市的大气压为 750mmHg 某反应器在甲地 操作时要求其真空表读数为 600mmHg 若把该反应器放在乙地操作时 要维持与甲地操 作相同的绝对压 真空表的读数应为多少 分别用 mmHg 和 Pa 表示 590mmHg 7 86 104Pa 解 P 甲绝对 760 600 160mmHg 750 160 590mmHg 7 86 104Pa 1 2 用水银压强计如图测量容器内水面上方压力 P0 测压点位于水面以下 0 2m 处 测压 点与 U 形管内水银界面的垂直距离为 0 3m 水银压强计的读数 R 300mm 试求 1 容器内压强 P0为多少 2 若容器内表压增加一倍 压差计的读数 R 为多少 习题 1 2 附图 1 3 51 104N m 2 表压 2 0 554m 解 1 根据静压强分布规律 PA P0 g H PB gR 因等高面就是等压面 故 PA PB P0 gR gH 13600 9 81 0 3 1000 9 81 0 2 0 3 3 51 104N 表压 2 设 P0加倍后 压差计的读数增为 R R R 容器内水面与水银分界面的垂直距离 相应增为 H H 2 R 同理 0 2 R pgRgHgRg RgHg 000 pggpp 0 254m gg10009 81 gg136009 81 2 RH R 4 3 51 10 22 0 30 2540 554mRRR 2 1 3 单杯式水银压强计如图的液杯直径 D 100mm 细管直径 d 8mm 用此压强计测量 容器内水面上方的压强 p0 测压点位于水面以下 h 0 5m 处 试求 1 当压强计读数为 R 300mm 杯内水银界面测压点 A 与细管的垂直距离 a 0 4m 容器内压强 p0等于多少 2 表压 p0增加一倍并忽略杯内界面高度的变化 读数 R 为多少 3 表压 p0增加一倍并考虑杯内界面位置的变化 读数 R 为多少 习题 1 3 附图 1 3 12 104N m 2 表压 2 0 534m 3 0 536m 解 1 因 A B 两点位于同一平面 pA pB P0 gR g h a 13600 9 81 0 3 1000 9 81 0 5 0 4 3 12 10 4N 表压 2 表压加倍后 设压强计读数为 R 若忽略杯内水银界面的变化 则 0 4 23 12 1010009 81 0 50 4 0 534 136009 81 pg ha R g m 3 与 1 相比 表压加倍后杯内水银面下降了 1 h 管内水银面上升 2 h 压强计读数 的增加量为 12 Rhh 2 12 2 d hh D 由以上两式可得 3 1 2 2 1 R h D d 根据等高面即等压面的原理 01 pg hahg RR 2 0 22 dR pgRg hag Rg Dd 00 2 22 pp R d gg Dd 4 2 22 3 12 10 0 234 0 008 136009 8110009 81 0 10 008 0 30 2340 534RRR 此结果表明 使用单杯压强计 因 h1 h2 完全可以忽略杯内界面高度的变化 既方便 又准确 1 4 水从倾斜直管中流过 在断面 A 和断面 B 接一空气压差计 其读数 R 10 两测 压点垂直距离 a 0 3m 试求 1 A B 两点的压差等于多少 2 若采用密度为 830kg m 3的煤油作指示液 压差计读数为多少 3 管路水平放置而流量不变 压差计读数及两点的压差有何变化 习题 1 4 附图 1 3 04kPa 2 58 8mm 3 98 1Pa 解 首先推导计算公式 因空气是静止的 故 p1 p2 即 121A pghg hRgR B p pA gh1 pB gh2 gR 1 在等式两端加上gH 4 1AAB pg Hhg HhgR B p 1AAB pgZgZgR B p 1AB gR 1 若忽略空气柱的重量 1AB gR 9 81 0 01 1000 98 1N 2 ABABB ppgZ Nm A 3 Z 98 1 10009 810 3 3 0410 2 若采用煤油作为指示液 2 1 98 1 5 88 10m58 8mm g9 81 1000830 AB R 3 管路流量不变 AB 不变 压差计读数 R 亦不多变 管路水平放置 ZA ZB 0 故 2 pp98 1 m ABAB N 1 5 在图示管路中水槽液面高度维持不变 管路中的流水视为理想流体 试求 1 管路出口流速 2 管路中 A B C 各点的压强 分别以 N 和 m H2O 表示 3 讨论流体在流动过程中不同能量之间的转换 习题 1 5 附图 1 9 9m s 1 2 PA 39 24kPa 4mH2O PB 9 81kPa 1mH2O PC 29 43kPa 3mH2O 3 略 解 1 以大气压为压强基准 以出口断面为位能基准 在断面 1 1 和 2 2 间列机械能守恒式可 得 5 212 2 29 81 59 9 ug zzm s 2 相对于所取基准 水槽内每 kg 水的总机械能为 W Hg 5gJ kg 理想流体的总机械能 守恒 管路中各点的总机械能皆为 W 因此 A 点压强 2 5454 2 AA A pu Wgzgggg PA 4 1000 9 81 3 924 10 4N m2 或 4m H 2O B 点的压强 2 2 2 1000 515 2 10009 81 19810 1m H O B BB u pWgzggg Nm C 点压强 2 42 2 1000 532 2 100039 812 943 10 3m H O c cC u pWgzggg Nm 由于管内流速在 1 中已经求出 从断面 1 1 至 A B C 各断面分别列机械能守恒式 亦可求出各点的压强 3 相对于所取的基准 水槽内的总势能为 5gJ kg 水槽从断面 1 1 流至断面 2 2 将全部势 能转化为动能 水从断面 1 1 流至断面 A A 获得动能 2 5 2 A u g Jkg 但因受管壁约束 流体从断面 1 流至断面 A 所能提供的位能只有 g z1 zA 1g J kg 所差部分须由压强能补充 故 A 点产生 4m H2O 的真空度 水从断面 A 流至断面 B 总势能不变 但同样因受管壁的约束 必有 g zA zB 5g 的 位能转化为压强能 使 B 点的压强升至 1m H2O 同理 水从断面 B 流至断面 C 总势能不变 但位能增加了 g zC zB 4gJ kg 压强 能必减少同样的数值 故 C 点产生了 3m H2O 的真空度 最后 流体从断面 C 流至出口 有 g zC z2 3g 的位能转化为压强能 流体以大气压 强流出管道 1 6 用一虹吸管将水从池中吸出 水池液面与虹细管出口的垂直距离为 5m 虹吸管出口 流速及虹吸管最高点 C 的压强各为多少 若将虹吸管延长 使池中水面与出口垂直距离增 为 8m 出口流速有何变化 水温为 30 大气压强为 760 Hg 水按理想流体处理 6 习题 1 6 附图 9 9 m s 1 32 7kPa 12 4 m s 1 解 1 在断面 1 1 2 2 之间列机械能守恒式得 2 229 81 59 9 ugzm s 在断面 1 1 和 C C 之间列机械能守恒式 并考虑到 uC u2 可得 2 4 136009 810 7610009 8173 2710 2 c caa u ppghpg hzN 2 虹吸管延长后 假定管内液体仍保持连续状态 在断面 1 1 和 2 2 之间列机械能守恒式 得 2 2ugz 2 32 2 136009 810 7610009 81 103 30 10 c caa u ppghpg hz Nm 因 C 点的压强小于水在 30oC 的饱和蒸气压 Pv 4242N m2 故水在 C 点已发生气化 C 点 压强不能按上述算 而应保持为流体的饱和蒸气压 故在断面 1 1 和 C C 之间列机械能 守恒式得 smgh pp u va C 4 12 81 92 1000 4242101300 2 2 2 2 12 1 出口流速 u2 uC 1 7 如图 水通过管线 108x4 mm 流出 管线的阻力损失 不包括出管子出口阻力 可 以用以下公式表示 7 hf 6 5u2 式中 u 式是管内的平均速度 试求 1 水在截面 A A 处的流速 2 水的体积流率为多少 m3 h 1 习题 1 7 附图 1 2 9 m s 1 2 82 m3 h 1 解 对槽液面与管出口列 B E 方程 f h u gz pu gz p 22 2 2 2 2 2 1 1 1 u1 0 p1 p 2 z1 6m z2 0 hf 6 5u 2 6 9 81 2 2 5 6 2 u u u uA 2 9m s v uA hm 8236001 0 4 9 2 32 1 8 高位槽内贮有 20 的水 水深 1m 并维持不变 高位槽底部接一长 12m 直径 100mm 的 垂直管 若假定管内的阻力系数为 0 02 试求 1 管内流量和管内出现的最低压强各为多少 2 若将垂直管无限延长 管内流量和最低点压强有何改变 8 习题 1 8 附图 1 6 34 10 2 m3 s 1 61 9kPa 2 7 77 10 2 m3 s 1 37 6kPa 解 1 在断面 1 1 和 2 2 间列机械能衡算式得 2 29 81 121 8 1 12 110 50 02 0 1 B g Hh um s H d 22 23 0 1 8 16 34 10 44 d Vums 从管入口点 B 至管出口没有任何局部阻力 故 B 点压强最低 在断面 1 1 和 B B 间列机械 能衡算式 以断面 B B 为基准面 22 22 aBBB B ppuu gh 2 2 5 1 2 10008 1 10009 81 11 013 101 5 2 B BaB u pghp 6 19 10 4N m2 20 水饱和蒸汽压 PV 2338N m 2 故水在断面 1 1 和 2 2 之间是连续的 以上计算结果有 效 2 当管长 H 无限延长 上式中水深 h 入口损失和出口动能皆可忽略 2229 810 1 9 9 0 02 gHg um s H dd 9 V 222 0 19 97 7710 4 ms 此时管内最低压强 2 2 542 1 2 10009 9 10009 81 11 013 101 53 763 10 2 B BaB u pghp Nm 1 9 精馏塔底部用蛇管加热如图所示 液体的饱和蒸汽压为 1 093 105N m 2 液体密度为 950kg m 3 采用 形管出料 形管顶部与塔内蒸汽空间有一细管相连 试求 1 为保证塔底液面高度不低于 1m 形管高度应为多少 2 为防止塔内蒸汽由连通管逸出 形管出口液封 h 高度至少应为多少 习题 1 9 附图 1 1m 2 0 86m 解 1 假设液体排出量很小 塔内液体可近似认为处于静止状态 由于连通管的存在 塔内 压强 PA等于 形管顶部压强 PB 在静止流体内部 等压面必是等高面 故 形管顶 部距塔底的距离 H 1m 2 塔内蒸汽欲经 形管逸出 首先必须将管段 BC 内的液面压低降至点 C 此时 C 点 的压强 PC PA Pa gH 为防止蒸汽逸出 液封的最小高度 H 55 1 093 101 013 10 0 86 9509 81 Aa PP m g 1 10 两容器的直径分别为 D1 1000mm D2 400mm 容器 A 水面上方维持不变的真 空度 HV 100mmHg 容器 B 为敞口容器 当阀门 F 关闭时 两容器的水面高度分别为 Z1 2 5m Z2 1 5m 试问 1 当阀门开启时 两液面能否维持不变 2 若不能维持原状 当重新达到平衡时 液面高度各有何变化 10 习题 1 10 附图 1 液面不能维持不变 2 容器 A 水面上升了 0 05m 容器 B 水面下降 0 31m 解 阀门开启后 若液体仍保持静止状态 液体面将维持不变 液体仍处于静止状态的条件是 其中任何两点 例如 A 点和 B 点的单位重量流体总势能相等 分别取地面和大气压为位 能和压强势能的基准 则 B 点单位重量的总势能为 2 1 5 A Zm g A 点单位重量的总势能为 1 136009 810 1 2 51 14 10009 81 VA gH Zm gg 因 B A 水将从容器 2 流向容器 1 液面不能维持不变 1 设液体重新静止时 容器 1 水面上升了 h1 容器 2 水面下降了 h2 则 1122 V gH ZhZh g 22 22 122 22 1 0 4 0 16 1 D h hhh D 由以上两式得 21 2 1 52 513 60 1 0 31 10 161 16 V H ZZ hm 12 0 160 05hhm 11 在不可压缩的同一种静止流体内部 各点的单位总势能处处相等 在重力场内 单位总势 能由位能和压强势能两部分组成 若以单位体积为基准 则 gZp 常数 式中各项的单位为 J m2或 N m3 刚好与压强相同 故 gZp 可称为虚拟压强 若以单位质量为基准 则 p gz 常数 式中各项的单位为 J kg 若以单位重量为基准 则 p Z g 常数 式中各项的单位为 J N 或 m 具有长度因次 以上诸式是在流体为静止的前提下推导出来的 方程式得到成立的条件是 流体为静止 否则流体将由高势能向低势能流动 1 11 高位槽内的甘油 1260kg m 3 沿直径为 10mm 的管道送至某容器 甘油温度为 60 管内流量为 1 96 10 5m3 s 1 若其他条件不变 将甘油升温至 100 管内流量为 多少 1 51 10 4m3 s 1 解 已知 甘油的密度 1260kg m3 60 甘油的粘度 100cp 100 时的粘度 13cp 60 时管内流速 5 22 44 1 96 10 u0 25m s d0 01 V 3 du12600 010 25 Re31 5 2000 100 10 设温度升为 100 仍为层流 因管路两端的总势能差不变 22 32l u32lu dd 100 uu0 251 92m s 13 243 V0 011 921 51 10m s 4 因 12 3 du12600 01 1 92 Re1861 2000 13 10 故以上计算结果有效 1 12 如图 两敞口储罐的底部在同一水平面上 其间由一内径为 75mm 长为 200m 的 水平管和局部阻力系数为 0 17 的全开阀门连接 一储罐直径为 7m 盛水深为 7m 另一 储罐直径为 5m 盛水深 3m 若阀门全开 问大罐内水降低到 6m 时 需多长时间 设管 道流体摩擦系数 0 02 忽略进出口局部阻力 9543 4s 习题 1 12 附图 略 1 13试从 Navier Stokes方程出发 推导出牛顿型流体在圆管内稳定层流时的速度分布 速 度与半径的关系 流体压降与平均速度的关系式 略 1 14 水 粘度为 1cp 密度 1000kg m 3 以平均速度为 1m s 1流过直径为 0 001m 的水平 管路 1 水在管路的流动是层流还是湍流 2 水流过管长为 2m 时的压降为多少 mH2O 3 求最大速度及发生的位置 4 求距离管中心什么位置其速度恰好等于平均速度 1 层流 2 6 53 mH2O 3 2m s 1 在管中心 4 3 54 10 4m 解 1 Re 1 1000 0 001 0 001 1000 2000 层流 2 P 32 lu d2 32 0 001 2 1 0 001 2 64000Pa 6 53m 3 umax 2u 2 m s 1 在管中心 4 由 u umax 1 r ri 2 得 1 2 1 r 0 0005 2 r 3 54 10 4m 1 15 如图 水 H2O 1000kg m 3 从水槽沿内径为 100 mm 的管子流出 A 当阀门关闭时 U 型压力计读数 R 600 mmHg 此时 h 1500 mm 当阀门部分开启 13 时 R 400mmHg 而 h 1400mm 管路的摩擦系数 0 025 出口的局部阻力系数 0 4 求 水的体积流量为多少 m3 h 1 B 当阀门全开 2 2 面的压强为多少 Pa 假设 仍为 0 025 阀门的当量长度为 1 5 m Hg 13600kg m 3 1 88 5 m3 h 1 2 32970Pa 习题 1 16 附图 解 1 阀门部分开启 对 1 1 yA 0 A p xA 60 0 64 yB 1 0 64 0 36 4 无 5 若苯 甲苯混合液中含苯 0 4 摩尔分率 试根据本题中的 t x y 关系求 1 溶液的泡点温度及其平衡蒸气的瞬间组成 2 溶液加热到 100 这时溶液处于什么状态 各相的量和组成为若干 3 该溶液加热到什么温度时才能全部气化为饱和蒸气 这时蒸气的瞬间组成如 何 toC 80 1 85 90 95 100 105 110 6 x 1 000 0 780 0 581 0 411 0 258 0 130 0 y 1 000 0 900 0 777 0 632 0 456 0 262 0 解 1 由苯 甲苯的 t x y 关系得 x 0 4 时 泡点温度 95 5 平衡蒸气的瞬间组成 0 615 2 溶液加热到 100 时处于气液混合共存区气液相组成各位 x 0 26 y 0 47 根据杠杆原理 气液相量之比 4 047 0 26 04 0 2 1 3 由气液平衡关系知溶液加热到 102 时才能全部气化为饱和蒸气 此时 y 0 4 6 常压下将含苯 A 60 甲苯 B 40 均指摩尔百分数 的混合液闪蒸 即平衡 蒸馏 得平衡气 液相 气相摩尔数占总摩尔数的分率 气化率 1 q 为 0 30 物系相 对挥发度 2 47 试求 闪蒸所得气 液相的浓度 若改用简单蒸馏 令残液浓度与闪蒸的液相浓度相同 问 馏出物中苯的平均浓度为多少 提示 若原料液 平衡液 气相中 A 的摩尔分率分别以 xF x y 表示 则存在如下关系 33 11 q x q qx y F 解 1 闪蒸 由2 3 7 11 x q x x q q y F 和 x x y 1 1 解方程得x 0 54 从而y 0 74 2 简单蒸馏 由方程 F W W F x x x x W F 1 1 lnln 1 1 ln 和 DWF DxWxFx 得出 D x 0 79 即馏出物中苯的平均浓度为 79 7 某二元物系 原料液浓度 xF 0 42 连续精馏分离得塔顶产品浓度 xD 0 95 已知塔顶 产品中易挥发组分回收率 0 92 求塔底产品浓度 xW 以上浓度皆指易挥发组分的摩尔 分率 解 由 DWF DxWxFx 和92 0 F D Fx Dx 得出 W x 0 056 8 有一二元理想溶液 在连续精馏塔中精馏 原料液组成 50 摩尔 饱和蒸气进料 原料处理量为每小时 l00kmol 塔顶 塔底产品量各为 50kmol h 已知精馏段操作线方程 为 y 0 833x 0 15 塔釜用间接蒸气加热 塔顶采用全凝器 泡点回流 试求 1 塔顶 塔底产品组成 用摩尔分率表示 2 全凝器中每小时冷凝蒸气量 3 提馏段操作线方程 4 若全塔平均相对挥发度 3 0 塔顶第一块板的液相默弗里板效率 EML O 6 求 离开塔顶第二块板的气相组成 解 1 由 精 镏 段 方 程 D x R x R R y 1 1 1 及 已 知 的 精 馏 段 操 作 线 方 程 为 y 0 833x 0 15 得出 833 0 1 R R 和 1 R xD 0 15 解得 R 5 xD 0 9 xW 0 1 2 全凝器中每小时冷凝蒸气量 V R 1 D 300 kmol h 3 提镏段操作线方程 W x WqFL W x WqFL qFL y 1 25x 0 025 34 4 求离开塔顶第二块板的气相组成 2 y EML 1 1 xx xx D D 0 6 又 1 x 1 11 1 yy y 1 1 23y y D D x x 23 0 75 解得 1 x 0 81 又由物料平衡得 2 y 1 y V L xD 1 x 0 9 1 R R 0 9 0 81 0 825 9 有一二元理想溶液 在连续精馏塔中精馏 原料液组成 50 摩尔 饱和蒸汽进料 原料处理量为每小时 l000kmol 塔顶 塔底产品量各为 500kmol h 已知精馏段操作线方 程为 y 0 86x 0 12 塔釜用间接蒸气加热 塔顶采用全凝器 泡点回流 试求 1 回流比 R 塔顶 塔底产品组成 用摩尔分率表示 2 精馏段上升的蒸气量 qn V 及提馏段下降的液体量 qn L 3 提馏段操作线方程 4 若相对挥发度 2 4 求回流比与最小回流比的比值 min R R 解 1 回流比 R 塔顶 塔底产品组成 D x R x R R y 1 1 1 0 86x 0 12 解得 R 6 14 xD 0 857 xW 0 143 2 精馏段上升的蒸气量 qn V 及提馏段下降的液体量 qn L L L RD 3070 kmol h V R 1 D 3570 kmol h 3 提馏段操作线方程 W x R x R R y 1 1 1 1 19x 0 02 4 min R 1 1 1 1 1 F D F D y x y x 1 734 所以 min R R 3 54 10 某连续精馏操作中 已知操作线方程如下 精馏段 y 0 723x 0 263 提馏段 y 1 25x 0 0187 若原料液于露点温度下进入塔中 试求原料液 馏出液和釜残液的组成及回流比 解 由题意知 1 R R 0 723 所以R 2 61 35 1 R xD 0 263 所以 D x 0 95 由y W x 1 25 W x 0 0187 得出 W x 0 0748 因为露点进料 q 线方程为 y F x 由 q 点坐标 解两段操作线方程 x 0 535 y 0 65 得 F x 0 65 11 用一连续精馏塔分离由组分 A B 所组成的理想混合液 原料液中含 A0 44 馏出液中 含 A0 957 以上均为摩尔分率 已知溶液的平均相对挥发度为 2 5 最小回流比为 1 63 试说明原料液的热状况 并求出 q 值 解 平衡线方程为 y x x 1 1 x x 5 11 5 2 精镏段操作线方程为 D x R x R R y 1 1 1 0 62x 0 364 所以 q 点坐标为 x 0 365 y 0 59 因为 x 0 365 F x 所以原料为气液混合物 由 q 线方程可得 F x 1 q y qx 解得 q 0 667 12 无 13 在常压连续精馏塔中 分离苯 甲苯混合液 若原料为饱和液体 其中含苯为 0 5 塔顶馏出液中含苯 0 9 塔底釜残液中含苯 0 1 以上均为摩尔分率 回流比为 4 52 试求 理论板层数和加料板位置 物系平衡资料见题 7 解 按 M T 图解法求理论板层数 图示步骤略 精镏段操作线截距 1 R xD 152 4 9 0 0 163 绘得的理论板层数为 N 16 加料板为从塔顶往下的第三层理论板 14 在常压连续提馏塔中分离含乙醇 0 033 的乙醇 水混合液 饱和液体进料 直接蒸气加 热 若要求塔顶产品乙醇回收率为 0 99 试求 36 1 在无限多层理论板层数时 计算每摩尔进料所需蒸气量 2 若蒸气量取为 2 倍最小蒸气量时 求所需理论板层数及两产品的组成 假设塔内气液恒摩尔流动 常压下气液平衡资料列于例 1 5 题附表中 解 由方程 F V0 D W 和 F F x D D x W W x及 D D x 0 99 F F x解得 W x 0 00033 1 在无限多层理论板层数时的操作线斜率为 WF WF WF F xx yy xx y V F V W m i n0m i n0 直接蒸汽加热 W y 0 由平衡数据查得 F x 0 033 F y 0 270 所以解得 min0 V 0 121 mol mol 进料 2 0 V 2 min0 V时所需理论板层数及两产品的组成 显然D 0 V F D Fx Dx F D x x242 0 0 99 所以 D x 0 135 图解法求得理论板层数为 5 图解法略 15 在连续操作的板式精馏塔中分离苯 甲苯混合液 在全回流的条件下测得相邻板上的液 体组成分别为 0 28 0 41 和 0 57 试求三层板中较低的两层的单板效率 操作条件下苯 甲苯混合液的平衡资料如下 x 0 26 0 38 0 51 y 0 45 0 60 0 72 解 在全回流操作时 1 n y n x 由板效率定义知 Em v 1 1 nn nn yy yy 3 y 2 x 0 41 2 y 1 x 0 57 由表查得 2 y 0 628 所以 Em 2 32 32 yy yy 0 73 73 同理 Em 3 67 16 有一精馏塔 已知塔顶馏出液组成 xD 0 97 摩尔分数 回流比 R 2 塔顶采用全凝 器 泡点回流 其气液平衡关系为 x x y 14 11 4 2 求从塔顶数起离开第一块板下降的液 体组成 x1和离开第二块板上升的气相组成 y2 37 解 由 x x y 14 11 4 2 推出 y y x 14 11 由于 1 y xD 0 97 所以 x1 0 75 故 2 y 1 y 1 R R xD 1 x 0 82 17 19 无 第二章 吸收 暂无 第五章 干燥 1 无 5 2 1 0133 105Pa 1 个大气压 温度为 50 的空气 如果湿球温度为 30 计算 1 湿度 2 焓 3 露点 4 湿比容 解 1 H 0 021 I 116kJ kg td 25 C 12 0 273 27350 4 22 18 021 0 92 1 vH 5 3 已知一个干燥系统的操作示意图如下 在 I H 图中画出过程示意图 求循环空气量qm L 解 示意图 见右图 1HHq CAL m HA 0 01 HA 0 03 0 8 tA 14 tA 83 C 83oC HC 0 03kg kg 1干气 80 B 83oC A 14 oC HA 0 01k kg 1干气 冷凝水 1kg h 1 预热器 理论干燥器 间壁冷凝器 38 h 50kg 0 01 0 03 1 q L m 5 4 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 kg h 1 解 qmG1 1000kg h w1 40 w2 5 H1 0 009 H2 0 039 qmGC qmG1 1 w1 1000 1 0 4 600kg h x1 0 4 0 6 0 67 x2 5 95 0 053 qmw qmGC x1 x2 600 0 67 0 053 368 6kg h qmL H2 H1 qmw 7 12286 009 0039 0 6 368 HH q q 12 mw mL qmL qmL 1 H1 12286 7 1 0 009 12397 3kg h qmGC qmG2 1 w2 h 6kg 631 05 01 600 w1 q q 2 mGC mG2 5 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 m3 h 1 以进预热器的状态计 2 空气进干燥器的温度 39 0 时水的汽化热 2491 27kJ kg 1 空气与水汽比热分别为 1 01 与 1 88kJ kg 1 K 1 解 w1 0 2 w2 0 05 qmG1 1000kg h 1 40 t0 20 tw0 16 5 t2 60 tw2 40 Q 1 01qmL t2 t0 qmw 2490 1 88t2 qmGC 2 1 Qc I1 I2 查图得 H0 0 01 H2 0 045 I1 1 01 1 88H0 t1 2490H0 1 01 1 88H2 t2 2490H2 1 01 1 88 0 045 60 2490 0 045 177 7 1 01 1 88 0 01 t1 2490 0 01 1 03t1 24 9 177 7 4 148 03 1 9 247 177 1 t qmGC qmG1 1 w1 1000 1 0 2 800 x1 0 2 0 8 0 25 x2 5 95 0 053 qmw qmGC x2 x1 800 0 25 0 053 157 6 9 4502 01 0045 0 6 157 12 HH q q mw mL qmL qmL 1 H0 4502 9 1 0 01 4547 9 5 6 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 p Q kw 解 w1 0 42 w2 0 04 H2 0 03 2 0 6 t0 21 t1 93 I1 I2 0 0 6 40 qmG2 0 126kg s t0 21 0 0 4 t1 93 2 0 6 I1 I2 H0 0 008 H2 0 03 qmG2 1 w2 qmG1 1 w1 209 0 42 01 04 01 126 0 1 1 1 2 21 w w qq mGmG qmw qmG1 qmG2 0 209 0 126 0 0826 skg HH q q mw mL 752 3 008 003 0 0826 0 12 Qp qmL I1 I0 qmL 1 01 1 88H1 t1 t0 3 752 1 01 1 88 0 008 93 2 1 301 2kg s 5 7 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 H I 图上 或 t H 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 m3 h 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 解 qmG2 1000 w1 12 w2 3 1 15 2 28 Cs 1 3 t0 25 H0 0 01 t1 70 t2 45 I1 I2 qmGc 1000 1 0 12 880 x1 12 88 0 136 x2 3 97 0 0309 qmw 880 0 136 0 0309 92 5 I1 1 01 1 88H0 t1 2490H0 1 01 1 88 0 01 70 2490 0 01 96 9 I2 1 01 1 88H2 45 2490H2 45 5 2574 6H2 96 9 H2 96 9 45 5 2574 6 0 02 41 hkg HH q q mw mL 9250 01 002 0 5 92 12 qmL 9250 1 0 01 9343 qmLI1 QD qmGcI1 qmLI2 qmGcI2 qmL I1 I2 QD qmGc I 2 I 1 qmGc Cs Cwx1 2 1 880 1 3 4 18 0 136 28 15 21375kg h 若要 I1 I2 需 QD 21375kg h 5 8 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 H I 或 t H 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 解 t0 20 H0 0 006 t1 90 t 2 t2 60 I1 1 01 1 88H0 t1 2490H0 1 01 1 88 0 006 90 2490 0 006 106 9 I2 1 01 1 88H2 60 2490H2 1 01 60 1 88 60 2490 H2 60 6 2602 8H2 106 9 H2 106 9 60 6 2602 8 0 0178 I 1 1 01 1 88H2 90 2490H2 1 01 1 88 0 0178 90 2490 0 0178 138 2 I 2 I 1 60 6 2602 8H2 138 2