化工热力学((下册))第二版夏清第5章干燥答案

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60C,相对湿度为40%试求:(1)湿空气中水汽的分压；湿度；(3)湿空气的密度。解：(1)湿空气的水汽分压，Pv二Ps由附录查得601时水的饱和蒸汽压ps=19.92KPapv =0.4 19.92 =7.97KPa0.622FVP -Pz(2)湿度0.622 了.97 =0.118kg/ kg绝干气507.97(1) 密度Vh= (0.7721.244H)5273 t 1.013 10x273P= (0.772 1.244 0.118)273 6027351.013 10350 10=2.27m3湿空气/ kg绝干气密度h H.1

2、180.493kg/m3湿空气Vh2.272 .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Kg/Kkg绝干气相对湿度%始KJ/kg绝干气水汽分压KPaJH露点(60)(35)2(40)(25)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/PaJH露点八C1(60)(35)0.027211304.18292(40)280.0243923.16(25)3(20)170.011(75

3、)481.8164(30)290.0269496(4)28上表中括号内的数据为已知，其余值由图H -I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20C、湿度为0.009kg水/kg绝干气的温空气通过预热器加热到50C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) 1m3原温空气在预热过程中始的变化；(2) 1m3原温空气在干燥器中获得的水分量。解：(1) 1m3原湿空气在预热器中焓的变化当t。=20乜屮0 =0.009kg/kg绝干气 时，由H -1图查出l0=43KJ/kg绝干气。当 to =50；C,Hi

4、=H=0.009kg/kg绝干气时，由 H -1 图查出h =74KJ / kg绝干气1kg绝干空气在预热器中焓的变化为:I =74-43=31 KJ /kg绝干气原湿空气的比容为273 t 1.013 105273 20vH =(0.772 1.244H)(0.772 1.244 0.009)H273P273=0.84m3湿空气/ kg绝干气1m3原湿空气的焓变为jIVh310.84= 36.9KJ /m3 湿空气(2) 1m3原湿空气在干燥器中获得的水分当t。=50；0出=0.009kg/kg绝干气 时，在H -1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

5、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H2 =0.018 kg/kg绝干气故1m3原湿空气在干燥器中获得的水分H2 已Vh0.018 -0.0090.84=0.0107kg/m3原湿空气4.将t=25C、0=40%勺常压新鲜空气,与由干燥器排出的t2=50C、笃=80%勺 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%t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H0 3H2= 4Hm(1)I0 3I2 =41由附录查得t。=25匕时，水的饱和蒸汽压Po,s

6、=3168.4Pat0=50*C时，水的饱和蒸汽压p2,s = 12340Pa当t25cC，0 50%时，空气的湿度和焓分别为.622二。622 0.5 3168.4 =088kg/k g 绝干气P%p,s101300-0.5x3168.410 =(1.01 1.88H0) t02490H。= (1.01 1.88 0.00988) 25 2490 0.00988=50.3 KJ / kg绝干气当t50cC ,2 =80%时，空气的湿度和焓分别为战二0 622 12340 5 =0.0.067 kg/kg 绝干气P -蛰P2,s101300 -12340汉 0.512 =(1.01 1.88H

7、2) t22490H2= (1.01 1.88 0.0672) 50 2490 0.0672= 224.1 KJ / kg绝干气将以上数据代入式子(1)、( 2)，即0.00988 3 0.0672 =4H 50.3 3 224.1 =4|分别解得Hm二0.0529 kg /kg绝干气|m =180.7 kg / kg 绝干气由 Im =(1.01 1.88Hm) tm 2490Hm并代如 Hm及 Im 的值解得 t44.15C(2)加热到相对湿度为10%时，空气湿度不变已=0.0529 kg/kg绝干气水汽分压不变，则0.05290.622P，解得 p1 -7.94 KPa101.3 P由

8、4 二797 =0.01 ,解得Ps =79.7KPaPs查水的饱和蒸汽压表，得对应的温度为to = 93.1ch =(1.01 1.88HJ t42490H4= (1.01 1.88 0.0529) 93.1 2490 0.0529= 235.01 KJ /kg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。Efl = 25丹严| “水片谗F气预热器干锻器r习題3附图干产品G：id.T = 0-05= 50 1CRlOM? 2绝干吒

9、-魁物料Gf= I OW kft/hu. =0.2解：(1)新鲜空气消耗量3炭=蟲 ”25kg/kg绝干物料X2W250.05263 kg/kg 绝干物料1 讥 100-5G =Gd1 -wj =1000 (1 -0.2) =800kg绝干物料 /h蒸发水量W =G(X1 -X2) =800 (0.25 -0.05263) = 157.9kg水/h绝干空气用量L(H2 -H0) =WLW15792760.5kg绝干气 /hH2-H00.0672 -0.01新鲜空气用量L(1 H0) =2760.5 1.01 = 2788kg新鲜空气 /h(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

10、IiI2 =(1.01 1.88 0.0672) 50 2490 0.0672= 224.1 KJ / kg绝干气即：(1.01 1.88Hm) t12490H 224.1将Hm =0.0529 kg/kg绝干气 代入上式，解出 1=83.26(Hm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 KJ / Kg绝干气(2)预热器的加热量Qp 二 Lm ( h - I m)其中 Lm=4L=4 2760.6 = 11042kg绝干气 /h所以 Qp -11042 (224.1 -180.7)=4.79 105KJ / h =133.1KW6. 干球温度t

11、=26C、湿球温度tw0=23C的新鲜空气,预热到tl=95C后送至连续逆流干燥器内,离开干燥器时温度12=850湿物料初始状态为：温度弓=25C、含 水量W1=15%终了时状态为：温度=25E、含水量 W2 =0.2%o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C ) 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(1) 单位时间内获得的产品质量X

12、iW1150.01523kg/kg 绝干物料1 -wi 100 -1.5X2W2咚 0.002 kg/kg绝干物料1 -w2 100-0.2绝干物料流量G =G(1 -W1)=9000 (1 -0.15) = 9062kg 绝干物料 /hW 二G(X1 -X2) =9062 (0.1523 -0.02) =119.9kg水/h干燥产品流量G2 =G(1 X2) =9062 (1 0.029080kg干燥产品 /h(2) 干燥过程的操作线由 t2 =50；C,two =23；c 查出 l0 =66KJ/kg绝干气，求出 H 0 = 0.0157kg / kg绝干气由 1 =95：C,比=H0 =

13、 0.0157kg/kg绝干气,求出 I138.6KJ / kg绝干气热损失速度QL = 580 119.9 二 69542 KJ / h由焓的定义可计算出干燥器的焓分别为I； =Cs弓 XQW弓=1.84 250.01523 4.187 25 =47.6KJ/kg绝干物料同理 l2 二Cs X2Cwr =1.84 34.5 0.02 4.187 34.5=63.8KJ / kg绝干物料 对干燥器作水分衡算，得L(H2 _HJ =W或 L(H2 -0.0157) =119.9( 1)再对干燥器做物料衡算，得l(* -h) y -11) Ql或 L(138.2-12) =9602 (63.8 -

14、47.6)69542(2)联立（1）、（2）解得 出+5.55叮0二12 =0.0928（3）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，女口 H =0.02，由式（3）求得I =131.5kJ/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t2 =65乜的线交于点 C ,点C为空气离开干燥器的状态点，由点C读出H 0.023 kg /kg色干气，I2 =126kJ/kg绝干气由式（1）得119.9H 2 -0.0157（3）单位时间内消耗新鲜空气的质量17128 kg绝干气/h0.023 -0.0157新鲜空气消耗量L。=L

15、（1 H。）=17100 （1 0.0157） =17403kg新鲜空气 /h(3)干燥器的热效率_ w(2490 1.88t2 -4.187可)一Q其中 Q 二Qp 二L（h-1。）=17128 （138.6 -66）=1.243 106kJ/hn _ 119.9汉（2490+1.88汉654.187汉 25）24-1.243F06-.%7 在一常压逆流转筒干燥器中,干燥某种晶状物料。温度t=25C、相对湿度0 =55%勺新鲜空气经过预热器使温度升至11=85C后送入干燥器中,离开干燥器 时温度t2=30C。湿物料初始温度=24C、湿基含水量W1 =0.037,干燥完毕后温度升到=60C、湿

16、基含水量降为W2 =0.002。干燥产品流量 G=1000kg/h。绝干 物料比热容Cs=1.507KJ/（kg绝干料C ）。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一辐射传热系数为35KJ/（m2 h C）。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X1Wl0.0384kg/kg绝干物料1 -W 100 -0.037X-.002kg/kg 绝干物料1 _w2绝干空气流量水分蒸发量G =G2(1_w2) =1000 (1-0.002) = 998kg绝干物料 /hW =G(X, _X2) =998 (0.0384 -

17、 0.002) =36.33kg水/h由附录查出25时水的饱和蒸汽压为3168.4 Pa，故湿度为H0.62230P0,s622 30.55 3168.40109kg/kg绝干气101.3X03 %p,s101.3003 0.55x3168.4对干燥器作水分的物料衡算，取1h为基准，得(1)L(H2 -0.0109) =36.33对干燥器做物料衡算，得L11 -G4 二 LI2 GI2 Ql其中丨1 =(1.01 1.88H1) t12490H1二(1.01 1.88 0.0109) 85 2490 0.0109= 114.7 KJ / kg绝干气l2 =(1.01 1.88H2) 30 24

18、90H2 =30.3 2546H 2题给Cs =1.507 KJ /(kg绝干物料C)l1 二CsK X1CWR =1.507 24 0.0384 4.187 24 =4012KJ/kg 绝干物料题给:a =35KJ /(m2|_h_；C)所以 Ql aS ：t - aC：DL)(号2 -t。)85 + 30=35 (3.14 1.3 7) (25) = 32520KJ / h将以上各值代入热量衡算式，得114.7L 998 40 =(30.3 2546H2)L 998 90.9 32520(2)联立式(1)、(2)，解得H2 =0.02261 kg/kg 绝干气I =3102 kg/kg 绝

19、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 KJ/kg ,T =116.6 ,预热器中消耗热量的速度为Qp = L( h -1 o)其中 l0 =(1.01 1.88 0.0109) 25 2490 0.0109 =52.9KJ /kg绝干气 /h所以 QP =3102 (114.7 一52.9) =191700KJ/h =53.25KW加热蒸气消耗量=19170086.6kg/h2214.38 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0.2m2,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

20、求临 界含水量Xc及平衡含水量X*。习题8附表时间i/h00.20.40.60.81.01.21.4物料质量/kg44.137.030.024.019.017.517.017.0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X = 44.1 15 = 1.94kg / kg绝干物料，1537 15终了时X = = 1.47kg/kg绝干物料15蒸发的水份量W =37 -44.1二-7.1kg/h干燥时间的增量=0.2 - 0二0.2h干燥速度u =列 71177.5kg/(m2Lh)S也 0.2疋0.2与干燥速率对应的物料的平均湿含量为1X (1.94 1.47) =1.705k

21、g /kg绝干物料2由上法计算的数据列于下表时间t / h物料质量/kgX/kg /kg绝干物料AW/(kg/h)/hu/kg /(m2Lh)X / kg/kg绝干物料044.11.940.237.01.47-7.100.2-177.51.7050.430.01.0-7.00.2-1751.2350.624.00.6-6.00.2-1500.80.819.00.27-5.00.2-1250.4351.017.50.167-1.50.2-37.50.2191.217.00.13-0.50.2-12.50.1491.417.00.1300.200.13以X为横坐标，u为纵坐标绘图，从图中读出临界含

22、水量XC =1.24 kg / kg绝干物料平衡含水量 X0.13 kg/kg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 Xi=0.35kg/kg绝干料 降至X?=0.1kg/kg绝干料。若在相同条件下，要求将物料含水量由Xi=0.35kg/kg 绝干料降至XG=0.05k g /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 g /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(X-X*)成正比.解：恒速干燥的干燥时间为-(Xi-Xc)Sue降速干燥阶段，干燥速率与物料的自由含水量(X -X*)

23、成正比。因此，Uc 二kx(Xc -x*)降速干燥的干燥时间为2X i门一X79-lnXrS ucX2XSk,X2XG- XCXC - X总干燥时间为.=1 2( -ln s& xC _x x2 _x将第一次干燥实验的数据代入，得G “0.350.15, 0.150.04、5.5(In)Skx 0.150.040.1 0.04于是GSkx= 2.27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.=2.27 (0.35-0.150.15-0.04ln0.15-0.040.05-0.04)=9.57h,物料平铺在0.8mx lm的10对10kg某温物料在恒定干燥

24、条件下进行间歇干燥 浅盘中,常压空气以2m/s的速度垂直穿过物料层。空气 t=75 C, 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aUc(t - tw )rtw由空气t=75CH = 0.018kg/kg绝干气，查H

25、-l图得tw = 34；C相应水的汽化热rtw =2416KJ /kg，空气对物料的对流传热系数:=1.17(L)0.37湿空气的质量速度 L =3600丄湿空气密度 h二匚上Vh湿空气的比容二(0.772 1.244H )101.3273= (0.772 1.244 0.018)273 75 ,1273=1.013m3湿空气/kg绝干空气J .18=1.00湿空气/ m3湿空气H 1.013L3600 2 1.007236kg湿空气 /(mlcC):-1.17(7236)0.37 =31.35W/(m2L；C)31.352416 103(75-34)=0.532 10J3kg/(ml_s)G

26、 G1108kg绝干物料1 +X11+0.25G 8S _0.8 1= 10kg绝干物料/m2降速干燥阶段时间M 久(XXc)3 (0.25-1) = 2.825 103s = 0.785hSuc0.532 10降速段u - X为线性关系，故降速段干燥时间因为X* -0，所以2 =10013ln 空)=3025.26s = 0.8408h0.532 10”0.02总干燥时间为0.0785 - 0.840 =1.625h(2)空气流速加倍后u = 2u0.37uc = 20.37uc =20.37 0.532 10 0.688 10 kg/(m2Ls)GS-10kg绝干物料/m2恒速干燥时间为G

27、JSuc(X1 -Xc)降速干燥时间为总干燥时间为2XcX=12 = (2)(X1 _Xc XC In准)SicX21.4 3600 =(100.688 10；)(0.25 -XcXc In 生)0.2解得Xc =0.121 kg/kg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40卅。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/( m2-h),降速阶段

28、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G、G(1 -W)=500 (1 - 0.15) = 425kg 绝干物料GS42540=10.625kg绝干物料/m2X10.151-0.15恒速干燥阶段时间为浚Xc) 降速阶段干燥速率线为直线，所以降速段干燥时间为2=卄舒总干燥时间为2=壬Xc) (XX*)lnSk _Xc-X*X2 X代入已知数据得4=10.625(0.176-0.11) (0.11-0.002)ln0.11-0.002】X2 0.002解得 X2 =0.00809kg水/kg绝干物料干燥一批物料的干燥产品量G2= G(V X2) =425 1.00809 =428.4kg干燥一批物料所用时间4=4.1667h60428 4因此，生产能力为上84 24 =