化工原理(第四版)习题解 第七章 干燥

1、 第七章干燥湿空气的性质【7-1】湿空气的总压为101.3kPa,试计算空气为40C、相对湿度为=60%时的湿度与焓；已知湿空气中水蒸气分压为9.3kPa，求该空气在50C时的相对湿度申与湿度H。湿空气总压p=101.3kPap=0.6,40C时水蒸气的饱和蒸气压p=7.375kPas0.6x7.375H=0.622Pps=0.622x0.6x7.375=0.0284kg水/kg干气p-pp101.3-0.6x7.375s焓I=(1.01+1.88H)t+2492H湿度=(1.01+1.88x0.0284)x40+2492x0.0284=113.3kJ/kg(2)湿空气中水汽分压p=9.3kP

2、av50C时水的饱和蒸气压p=12.34kPasp9.3p=-v=0.754p12.34相对湿度sH=0.622pv=0.622x一=0.0629kg水/kg干气p-p101.3-9.3v【7-2】空气的总压为101.33kPa，干球温度为303K，相对湿度p=70%，试用计算式湿度求空气的下列各参数：(1)湿度H；(2)饱和湿度H；(3)露点t；(4)焓I；(5)空气中的水汽d分压p。V解总压p=10.13k3P,a=t30K=3C，3p0=0730C时，水的饱和蒸气压p=4.241kPa湿度0.7x4.241H=0.622Pps=0.622xp-pp101.33-0.7x4.241s=0.

3、0188kg水/kg干气饱和湿度H=0.622l=0.622x4241=0.0272kg水/kg干气sp-p101.33-4.241露点t时的饱和湿度H=0.0188kg水/kg干气dsH=0.622sp-ppH叮F=罟=27kPas从水的饱和蒸气压为2.97kPa査得水的饱和温度为23.3C,故空气的露点t=23.3Cd(4)t=30C,H=0.0188kg水/kg干气时，空气的焓为H=(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.88x0.0188)x30+2492x0.0188=78.2kJ/kg干气t=30C时的p=4.241kPa水汽分压p=9p=0.742=41.7Vs【

4、7-3】在总压为101.3kPa下测得湿空气的干球温度为50C，湿球温度为30C，试计算湿空气的湿度与水汽分压。解湿球温度t=50C时，水的饱和蒸气压p=123kP,比汽化热r=2378kJ/kgWsW湿球表面处的湿空气，在总压p=101.3kPa及湿球温度t=50C时的湿度为WH=0.622=0.622x1234=0.0863kg水/kg干气Wpp101.312.34s空气在t=50C时的湿度为H=H(tt)=0.0863(5030)=0.077kg水/kg干气WkxrW2378HW湿空气的水汽摩尔分数为0.077/18.02y=0.110.077/18.02+1/28.95水汽分压p=yp

5、=0.11x1.01=3.1k1P1aV【7-4】利用湿空气的IH图填写下表的空白。干球温度/c湿球温度/C湿度/kg水-kg-1干气相对湿度/%焓/kJ-kg1干气水汽分压/kPa露点/C5030(0.018)(23)(97)(2.75)(24)40(26)(0.0145)(31.5)(76)(2.3)2020(16)(0.0087)60(43)(1.3)(12)(55)(39)0.04(39)160(6.1)(36)30(20)(0.01)(37)(56)1.5(14)【7-5】空气的总压力为101.3kPa，干球温度为20C.湿球温度为15C。该空气经过一预热器，预热至50C后送入干燥器

6、。热空气在干燥器中经历等焓降温过程。离开干燥器时相对湿度9=80%。利用1-H图，试求：(1)原空气的湿度、露点、相对湿度、焓及水汽分压；(2)空气离开预热器的湿度、相对湿度及焓；(3)100m3原空气经预热器加热，所增加的热量；(4)离开干燥器时空气的温度、焓、露点及湿度；(5)100m3原空气在干燥器中等焓降温增湿过程中使物料所蒸发的水分量。解空气总压p=10.1届P，干球温度t=20C，湿球温度t=15C。W原空气的湿度H=0.0085kg水/kg干气，露点t=12C，相对湿度9=60%，焓0d00I=43kJ/kg干气，水汽分压p=1.3kPa。0V0空气离开预热器的温度t=50C,求

7、得湿度H=H=0.0085kg水/kg干气，相对湿度109=12%，焓I=72kJ/kg干气。11(3)原空气的比体积。H=(。774+】244H0)盒=(OR+1444061)害=0644m3湿气/干气100m3原空气在预热器所增加的热量为Q=型(II)=x(7243)=3436kJu100.844H(4)空气在干燥器中为等焓降温增湿过程，离开干燥器时，已知相对湿度申=80%，求2得温度t=27C，焓I=72kJ/kg干气，露点G=24C，湿度H=0.018kg水/kg干气。22d22100m3原空气，在干燥器中，等焓降温增湿过程中，使物料所蒸发的水分量为W=型(HH)=(0.0180.00

8、85)=1.126kg水u210.844H【7-6】在去湿设备中，将空气中的部分水汽除去，操作压力为101.3kPa，空气进口温度为20C,空气中水汽分压为6.7kPa，出口处水汽分压为1.33kPa。试计算100m3湿空气所除去的水分量。解总压p=101.3kPa，p=6.7kPa，p=1.33kPav1v2空气进口湿度p6.7H=0.622pvi=0.622x=0.0441kg水/kg干气p一p101.3一6.7v1空气出口湿度1QQH=0.622Pv2=0.622x丄一=&28x10-3kg水/kg干气2pp101.31.33v2进口湿空气的比体积ripQ0u=(0.774+1.244H

9、)=(0.774+1.244x0.0441)293=0.89m3湿气/kg干气H1273273100m3湿空气中含有的干空气量为竺kg(干气)，除去的水分量为0.89-100(HH)=-100(0.04410.00828)=4.02kg水0.89120.89【7-7】湿空度的总压为101.3kPa，温度为10C，湿度为0.005kg水/kg干气。试计算：(1)空气的相对湿度申;空气温度升到35C时的相对湿度9；温度仍为35C,总压提1高到115kPa时的相对湿度9；(4)温度仍为第问的10C,若总压从1013kPa增大到500kPa，试求此条件下的湿空气饱和湿度HS，并与原空气的湿度H比较求出

10、加压后每千克干空气所冷凝的水分量。解总压p=101.3kPa，湿度H=0.005kg水/kg干气温度t=10C时水的饱和蒸气压p=1.227kPas1相对湿度另一解法Hp片=(0.622+H)ps10.005x101.3(0.622+0.005)x1.227=0658湿空气中水汽摩尔分数0.00518020.00/518f/2.12895(0.005180岔 水汽的分压p=yp=vx10.1=3.080Pa(0.00518f02/1丿2895相对湿度p=耳=旦07=.6581p1.227s1温度t=35C时，水的饱和蒸气压为p=5.808kPa相对湿度s2p=p=0.658x=0.1391p5

11、.808s2与问相比，总压由p=101.3kPa改为p=115kPa23相对湿度p与总压p成正比，故p115p=p厶=0.139x=0.1582p101.32(4)温度t=10C时，水的饱和蒸气压为p=1.227kPa，总压p=500kPasH=0.62摯厂=.0X2227sp一p500.1s原空气的湿度H=0.005kg水/kg干气每千克干空气所冷凝的水分量为HH=0.005-0.00153=0.00347kg水/kg干气s【7-8】氮气与苯蒸气的混合气体总压力为饱和湿度2=27.0如15干气102.4kPa。在24C时，混合气体的相对湿度为60%。(1)试计算混合气体的湿度(kg苯蒸气/k

12、g氮气)；(2)试计算使混合气中的苯蒸气冷凝70%时的饱和湿度H;若混合气温度降为10C，试计算总压力增加到多大，才s能使苯蒸气冷凝70%。苯的饱和蒸气压p用附录十的Antoine方程计算。s解总压p=10.24Pa温度=tC4相对湿度p=0.6。1(1)计算湿度Hp=102.4kPap=0.6111s1苯在24C时的饱和蒸气压p计算1211.033lgPsi=6.03055-24722079=12JkPa氮的摩尔质量M=28.02kg/kmol，苯的摩尔质量M=78.11kg/kmol。gV0.6x12.1Mpp78.110.6x12.1H=rx厶1=x=0.213kg本蒸气/kg氮气1Mp

13、一pp28.02102.40.6x12.1g11s1苯蒸气冷凝70%时的饱和湿度H计算s1一s=0.7H=(10.7)H=0.3H=0.3x0.213=0.0639kg苯蒸气/kg氮气Hs111温度t=10C苯蒸气冷凝70%总压力p=？22苯在10C时的饱和蒸气压p计算1211.033lgPs2=6.03055-107220，Ps2=m78.116.07x 0.0639=28.02p-6.072MpVXS2Mp-pg2s2总压力增加到2709kPa时，才能使苯蒸气冷凝70%干燥过程的物料衡算与热量衡算【7-9】某干燥器的湿物料处理量为100kg湿料/h,其湿基含水量为10%（质量分数），干燥产

14、品湿基含水量为2%（质量分数）。进干燥器的干燥介质为流量500kg湿空气h、温度85C、相对湿度10%的空气，操作压力为101.3kPa。试求物料的水分蒸发量和空气出干燥器时的湿度H2。解操作压力p=10.1kPa湿物料处理量L=100kg湿料/h,湿基含水量w=0.1。干基含水量为11“w0.10.11-w1-0.10.91产品湿基含水量w=0.02，干基含水量为2w0.020.02X=2-=1-w1-0.020.982（1）物料的水分蒸发量W湿物料中绝干物料的质量流量为L=L（1w）=100（10.1）=90kg干料/hc11水分蒸发量为W=L（XX）=90（0.10.02）=&16kg水

15、分/hc120.90.98（2）空气出干燥器时的湿度H2计算空气的流量为500kg湿空气/h,温度t=85C时，水的饱和蒸气压p=58.74kPa，相对s湿度申=0.1空气进干燥器的湿度H=0.622士ps=0.622x0.1x58.74=0.0383kg水/kg干气1p9p101.30.1x58.74s干空气的质量流量为=482kg干气/h厂500500GjH+10.0383+11h2的计算如下W=G（HH）21H=W+H=816+0.0383=0.0552kg水/kg干气2G1482【7-10】某干燥器的生产能力为700kg湿料/h，将湿物料由湿基含水量04（质量分数）干燥到湿基含水量00

16、5（质量分数）。空气的干球温度为20C，相对湿度为40%，经预热 器加热到100C，进入干燥器，从干燥器排出时的相对湿度为申二60%。若空气在干燥器中为等焓过程，试求空气消耗量及预热器的加热量。操作压力为101.3kPa。解湿物料流量L=700kg湿料/h,湿基含水量二0.4，则干基含水量为1TOC o 1-5 h zw0.40.4X=i=1-w1-0.40.61产品湿基含水量w=0.05，干基含水量为2 HYPERLINK l bookmark34 w0.050.05X=2=1-w1-0.050.952湿物料中绝干物料的质量流量为L=L(1-w)=700(10.4)=420kg干料/hc1物

17、料中的水分蒸发量为W=L(X-Xc12=302kg水分/h)=420f空005、0.60.95丿空气温度t=20C，相对湿度*=0.4，从IH图上査得湿度H=0.0057kg水/kg干气。011经预热器加热，温度升到t=100C，湿度未变，为H=H=0.0057kg水/kg干气，焓110I=116kJ/kg干气。1空气从干燥器出来时的相对湿度*=0.6，从空气进干燥器的状态点1沿2H=0.029kg水/kg干气。2I=116(kJ/kg干气)的等I线，直到*=0.6时，空气出干燥器的湿度2空气消耗量G=W=302/3600=3.6kg干气/sHH0.0290.005720预热器的加热量为Q=G

18、c(tt)=3.6x(1.01+1.88H)(tt)pH10010=3.6(1.01+1.88x0.0057)(10020)=294kW【7-11】在常压干燥器中将某物料从湿基含水量(质量分数)干燥到湿基含水量0.005(质量分数)。干燥器的生产能力为7200kg干料/h,物料进、为25C与65C。热空气进干燥器的温度为为0.007kg水/kg干气，出干燥器的温度为0.05出口温度分别120C,湿度80C。空气最初温度为20C。计热损失，试求器时的湿度H2；干物料的比热容为1.8kJ/(kg-C)。若不(1)干空气的消耗量G、空气离开干燥(2)预热器对空气的加热量。解已知数据如习题7-11附图

19、所示。0.05_5=1-.00595物料的干基湿含量为x1=盏1习题7-11附图X=2-=3600 0.005521-ro1-0.0059952水分蒸发量为W=L(X-X)2=7200 xc155J95995丿=343kg/h=0.0952kg/s(1)干空气消耗量G与空气离开干燥器时的湿度H2的计算空气进、出干燥器的焓为I=(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.88x0.007)120+2492x0.0071111=140kJ/kg干气I=(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.88xH)x80+2492xH222222=80.8+2642H2物料进、出干燥

20、器的焓为I=(c+Xc)9=1s1w1(51.8+x4.18725=50.5kJ/kg干料*95I=(c+Xc)9=2s2w2(51.8+x(995丿4.18765=118.4kJ/kg干料丿干燥器的热量衡算G(I-I)=L(I-I)12c21G(140-80.8-2642H)=7200(118.4-50.5)2a)(b)G(59.2-2642H)=7889002干空气消耗量厂W343CzH-HH-0.007212由式(a)与式(b)求得干空气消耗量G=4.1x10干气/h空气离开干燥器时的湿度H=0.0152kg水/kg干气(2)预热器对空气的加热量Qp计算空气进预热器的焓为I=(1.01+

21、1.88H)t+2492H=(1.01+1.88x0.007)x20+2492x0.0070000=37.9kJ/kg干气QP=急(I1-10)=4.16x104(140-37.9)=1180kW 干燥速率与干燥时间【7-12】在恒速干燥阶段，用下列4种状态的空气作为干燥介质，试比较当湿度H一定而温度t升高及温度t一定而湿度H增大时，干燥过程的传热推动力At=t-1与水汽化传w质推动力AH=H-H有何变化，并指出哪种情况下的推动力最大。mt=50C，H=0.01kg水/kg干气；t=100C，H=001kg水/kg干气；t=100C，H=O05kg水/kg干气；(4)t=50C，H=O05kg

22、水/kg干气；解(1)t=50C，H=001t=100CH=001t=25H=0.021WwAt=25AH=0.011t=35H=0.037wwAt=65AH=0.027t=100C，H=005t=50C，H=005t=47.5H=0.0725A=52.5aH=0.0225tt=42.5H=0.053w，wAt=7.5AH=0.003(2)与(1)比较，H定,t增大，则t增大，wH增大，w(3)与(2)比较，t一定，H增大，则t堵大，wH增大，w与(4)比较与(1)比较H一定，t增大，则t增大，wt一定，H增大，则t增大wH增大，wH增大wAt增大，AH增大。但At减小，AH减小At增大，AH

23、增大。但At减小，AH减小。结果是：t增大，能使At、AH都增大,H增大，能使At、AH都减小，H较小时，使t增大，对At、AH的增大效果显著。第(2)种情况的推动力最大。【7-13】在恒定干燥条件下，将物料从X=0.33kg水/kg干料，干燥至X=0.09kg水/kg干料,1共需7h，问继续干燥至X=0.07kg水/kg干料，再需多少时间？已知物料的临界含水量为0.162kg水/kg干料，平衡含水量为0.05kg水/kg干料(以上均为干基含水量)。降速阶段的干燥速率与物料的含水量近似呈线性关系。解已知X=0.33kg水/kg干料，X=0.16kg水/kg干料lcX=0.09kg水/kg干料，X*=0.05kg水/kg干料2T+T=7h12干燥时间计算式为Au-XcLT+T=12AucX-X+(X1CC(XX*)1nIX2(XX*、L(XX*)fXX*、cc1nc1X-X*丿2AucIX-X*2Lc1nAK将已知数据代入，得7=亠Auc0.33-0.16+(0.16-0.05)ln/0.160.05、0.09一0.05丿l=24.9kg水h/kg干料Auc当X2=0.07(kg水/kg干料)时，=24.90.33-0.16+(0.16-0.05)1nT+T12/0.160.05、0.07一0.05丿=8.9h需增加的时间为8.9-7=1.9h干燥综合题【7