(11)第十一章 化工原理课后答案（天津大学柴诚敬）

第十一章固体物料的干燥习题解答1已知湿空气的总压力为100kPa温度为50℃相对湿度为40试求1湿空气中的水汽分压2湿度3湿空气的密度解1湿空气的水汽分压spp由附录查得50℃时水的饱和蒸气压s1234kPap故kPa9364kPa341240p2湿度绝干气绝干气总kgkg032300kgkg9364100936462206220pppH3密度PtH5H10013127327324417720绝干气湿空气kgm101001001331273502730323024417720335m097373湿空气kg绝干气密度湿空气湿空气33HHmkg061mkg973700323011H2．常压连续干燥器内用热空气干燥某湿物料出干燥器的废气的温度为40℃相对湿度为43试求废气的露点解由附录查得40℃时水的饱和蒸气压s73766kPap故湿空气中水汽分压为3172kPakPa376674301HsHpp查出时的饱和温度为2502℃此温度即为废气露点s3172kPap3在总压1013kPa下已知湿空气的某些参数利用湿空气的H–I图查出附表中空格项的数值并绘出分题4的求解过程示意图习题3附表序号湿度kgkg绝干气干球温度℃湿球温度℃相对湿度焓kJkg绝干气水汽分压kPa露点℃100286355140323200379371116042303004864210193635400560423719275385解附表中括号内的数为已知其余值由H-I图查得分题4的求解过程示意图略14将绝干气的常压新鲜空气与干燥器排出的绝干气的常压废气混合两者中绝干气的质量比为13试求1混合气体的温度湿度焓和相对湿度2若后面的干燥器需要相对湿度10的空气做干燥介质应将此混合气加热至多少摄氏度o025Ct20H00005kgkgH水034kgkg水o240Ct解1对混合气列湿度和焓的衡算得02134mHHHab02134IIIm当℃绝干气时空气的焓为o25t00005kgkgH水00010118824900IHtH绝干气绝干气kgkJ9437kgkJ00502490250050881011当℃240t20034kgkgH水绝干气时空气的焓为绝干气绝干气kgkJ62127kgkJ034024904003408810112I将以上值代入式a及式b中即m0005300344Hm37943127624I分别解得kgkg绝干气m002675HkJkg绝干气m1052I由mmm1011882490IHtmHm10521011880026752490002675t得℃m364t混合气体中的水汽分压0267506220pppHm总解出Pa4178p364tm℃时水的饱和蒸汽压为6075psPa2所以混合气体的相对湿度为417810068860752将此混合气加热至多少度可使相对湿度降为101s417801p故s41780Pap查水蒸气表知此压力下的饱和温度为7683℃故应将此混合气加热至7683℃5．干球温度为20℃湿度为0009kg水／kg绝干气

的湿空气通过预热器加热到80℃后再送至常压干燥器中离开干燥器时空气的相对湿度为80若空气在干燥器中经历等焓干燥过程试求11m3原湿空气在预热过程中焓的变化21m3原湿空气在干燥器中获得的水分量解11m3原湿空气在预热器中焓的变化当℃kgkg绝干气时由图11-3查出020t00009H043IkJkg绝干气当℃kgkg绝干气时由图11-3查出kJkg绝干气180t100009HH1104I故1kg绝干空气在预热器中焓的变化为绝干气绝干气kgkJ61kgkJ4310401III原湿空气的比体积50H27310131007721244273tHP绝干气湿空气绝干气湿空气kgm480kgm2732027300902441772033故1m3原湿空气焓的变化为湿空气湿空气33HmkJ672mkJ84061I21m3原湿空气在干燥器中获得的水分由℃kgkg绝干气在H-I图上确定空气状态点由该点沿等I线向右下方移动与180t100009HH80相交交点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2H线0027kgkg绝干气故1m3原空气获得的水分量为原湿空气原湿空气33H12mkJ02140mkJ84000900270HH6用4题1的混合湿空气加热升温后用于干燥某湿物料将湿物料自湿基含水量02降至005湿物料流量为1000kgh假设系统热损失可忽略干燥操作为等焓干燥过程试求1新鲜空气耗量2进入干燥器的湿空气的温度和焓3预热器的加热量3解1新鲜空气耗量绝干料绝干料kgkg250kgkg20100201111wwX绝干料绝干料kgkg052630kgkg510051222wwXhkg800hkg2011000111绝干料wGG蒸发水量hkg9157hkg05263025080021水水XXGW绝干空气用量20LHHWhkg85444hkg00500340915702绝干气绝干气HHWL新鲜空气用量hkg5472hkg00518544410新鲜气新鲜气HL2进入干燥器的湿空气的温度和焓由于干燥过程为等焓过程故进出干燥器的空气的焓相等1II261272490881011m1mHtH将kgkg绝干气代入解出m002675H℃15754t所以进入干燥器的湿空气的温度为5754℃焓为1276kJkg绝干气3预热器的加热量pm1mQLIIhkg21779hkg8544444m绝干气绝干气LLkW64135hkJ488289hkJ21056212721779m1mPIILQ7．在常压下用热空气干燥某湿物料湿物料的处理量为l000kgh温度为20℃含水量为4％湿基下同要求干燥后产品的含水量不超过05％物料离开干燥器时温度升至60℃湿物料的平均比热容为328kJ／kg绝干料．℃空气的初始温度为20℃相对湿度为50％将空气预热至100℃进干燥器出干燥器的温度为50℃湿度为006kgkg绝干气干燥器的热损失可按预热器供热量的10％计试求1计算新鲜空气的消耗量2预热器的加热量Qp3计算加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数4干燥系统4的热效率解１新

鲜空气消耗量即21WLHH绝干物料hkg960hkg04011000111绝干料绝干料wGG绝干料绝干料kgkg041670kgkg9641X绝干料绝干料kgkg005030kgkg599502X所以12960004167000503kgh3517kghWGXX20℃时空气的饱和蒸汽压为s23346kPap绝干气绝干气kgkg007230kgkg33462503310133462506220331016220s0s00ppHhkg5666hkg007230060173512绝干气绝干气HHWLhkg3671hkg00723015666100新鲜空气新鲜空气HLL2预热器的加热量Ｑp用式11-31计算Ｑp即P0101188QLHtt10666510118800072310020kJh54578kJh1516kW3加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数加热物料耗热21m21QGIIGckW9934hkJ125952hkJ2060283960总耗热量2o2m221L1012490188QLttWtGcQkW3667hkJ242484hkJ5457810259521508812490173520505666011加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数1259521005192424844干燥器的热效率若忽略湿物料中水分带入系统中的焓则用式11-37计算干燥系统的热效率5224901883517249018850100100375242484WtQ8用通风机将干球温度焓o026Ct066kJkgI绝干气的新鲜空气送入预热器预热到后进入连续逆流操作的理想干燥器内空气离开干燥器时相对湿度o1120Ct250湿物料由含水量10015w被干燥至含水量20002w每小时有9200kg湿物料加入干燥器内试求1完成干燥任务所需的新鲜空气量2预热器的加热量3干燥器的热效率解1新鲜空气耗量绝干料绝干料kgkg015230kgkg51100511111wwX绝干料绝干料kgkg0020kgkg20100201222wwX绝干物料流量hkg9062hkg015019200111绝干料绝干料wGGhkg9119hkg0020015230906221水水XXGW根据℃kJkg绝干气求出026t066I000157Hkgkg绝干气根据℃求出1120t1000157HH11638IkJkg绝干气理想干燥器所以绝干气211638kJkgIIsss2s225010133031106220pppppH总a绝干气kgkJ816324901881012222HtHIb设温度查水蒸气表得相应的饱和蒸汽压p2ts由a式求湿度再代入b式反求温度若与初设值一致计算结束若与初设值不一致则需重复以上步骤2H2t解得对应的饱和温度为s13180Pap25134t℃26590Pap绝干气2004326kgkgH绝干空气消耗量6hkg4351hkg015700432609

119L新鲜空气消耗量hkg4419hkg0157014351100新鲜空气新鲜空气HLL2预热器的加热量kW2118hkJ425500hkJ668163435101PIILQ3干燥器的热效率2W2490188tQ972425500345188124909119本题亦可利用图求HI2t9在一常压逆流的转筒干燥器中干燥某种晶状的物料温度相对湿度o025Ct055的新鲜空气经过预热器加热升温至后送入干燥器中离开干燥器时的温度预热器中采用180kPa的饱和蒸汽加热空气预热器的总传热系数为85Wmo195Ct124o245Ct2·K热损失可忽略湿物料初始温度℃湿基含水量0037干燥完毕后温度升到1w2＝60℃湿基含水量降为0002干燥产品流量1000kgh绝干物料比热容绝干料·℃不向干燥器补充热量转筒干燥器的直径D13m长度Z7m干燥器外壁向空气的对流辐射联合传热系数为35kJm2w2Gsc15kJkg2·h·℃试求1绝干空气流量2预热器中加热蒸汽消耗量3预热器的传热面积解1绝干空气流量绝干料绝干料kgkg03840kgkg0370103701111wwX绝干料绝干料kgkg0020kgkg0020100201222wwX绝干物料流量hkg998hkg000211000122绝干料绝干料wGG水分蒸发量hkg3336hkg00200384099821XXGW7查出25℃时水的饱和蒸气压为31684Pa故新鲜空气的湿度为绝干气绝干气kgkg01090kgkg4316855033101431685506220331016220s00s000ppH对干燥器做水分的衡算取为1h基准得a2001093633LH对干燥器做热量衡算得1122LLIGILIGIQ其中1111011882490IHt1H绝干气绝干气kgkJ0125kgkJ0109024909500109188101222101188452490454525746IHH2H题给kJkg绝干料·℃s15c绝干料绝干料kgkJ8639kgkJ24038401874245111w1s1XccI绝干料绝干料kgkJ590kgkJ600020187460512I题给a35kJm2·h·℃∴12Laa0Δπ2ttQStDLthkJ842503hkJ2524590731π35将以上诸值代入热量衡算式得2125049983986454525746998905425038LHL整理得b2795925746930425LHL联立式a和式b解得kgkg绝干气2002093Hkg绝干气h3621L2预热器中加热蒸气消耗量加热蒸气压强为180kPa查出相应的汽化热为22143kJkgT1166℃预热器中消耗热量的速率为p10QLII8其中绝干气绝干气kgkJ952kgkJ01090249025001091881010I∴kW5672hkJ261205hkJ5291250436

21PQ加热蒸气消耗量26120511822143kgh3预热器的传热面积C4548C956116256116ln956116256116mt22mPm6217m45488572560tkQS10．采用常压并流干燥器干燥某种湿物料将20℃干基含水量为015的某种湿物料干燥至干基含水量为0002物料出干燥器的温度是40℃湿物料处理量为250kgh绝干物料的比热容为12kJkg绝干料·℃空气的初始温度为15℃湿度为0007kg水kg绝干气将空气预热至100℃进干燥器在干燥器内空气以一定的速度吹送物料的同时对物料进行干燥空气出干燥器的温度为50℃干燥器的热损失32kW试求1新鲜空气消耗量2单位时间内预热器消耗的热量忽略预热器的热损失3干燥器的热效率4若空气在出干燥器之后的后续设备中温度将下降10℃试分析物料是否会返潮解1新鲜空气消耗量对非理想干燥器12II需联解物料衡算和热量衡算方程求出2Hhkg4217hkg1501250111XGGhkg1732hkg0020150421721水XXGW由物料衡算式2112WLHHGXX0得a232170007LH由热量衡算式D2121LQLIIGIIQ其中绝干气绝干气kgkJ75119kgkJ0070249010000071881011I2221011885024905052584IHH2H绝干料绝干料kgkJ5636kgkJ20150187421187411s1XcI9绝干料绝干料kgkJ3348kgkJ400020187421187422s2XcI代入上式得2258469251407880LHb联解a式和b式得2002393Hkgkg绝干气h绝干气kg1900L新鲜空气消耗量为hkg31913hkg007011900100新鲜气新鲜气HLL2单位时间内预热器消耗的热量Ｑpp1001101188QLIILHtt0kJh4590kW1900101188000710015kJh1652403干燥器的热效率232172490188502490188100503165240WtQ4若空气在出干燥器之后的后续设备中温度将下降10℃物料是否会返潮用IH图查下空气的露点为26℃而物料降温10℃后为30℃所以物料应该不会返潮2tH211．对10kg某湿物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥物料平铺在10m10m的浅盘中温度t75℃湿度H0018kgkg绝干气的常压空气以2ms的速度垂直穿过物料层现将物料的含水量从025kgkg绝干物料干燥至015kgkg绝干物料试求1所需干燥时间2若空气的tH不变而流速加倍干燥时间如何改变3若物料量加倍而浅盘面积不变所需干燥时间又为多少假设三种情况下干燥均处于恒速干燥阶段1X2X解1恒速段干燥速率cwtwUtt由空气℃kgkg绝干气查75t0018HIH图得34wt℃相应水的汽化热tw2416kJkg空气对物料的对流传热系数037117L湿空气的质量速度H3600Lu湿空气密度HH1H

湿空气比体积10H2731013307721244273tHP绝干气湿空气绝干气湿空气kgm0131kgm2732737501802441772033湿空气湿空气湿空气湿空气33Hmkg0051mkg013101801hmkg7236hmkg00512360022湿空气湿空气LCmW3531CmW723617122370smkg105320smkg347510241635312323CU绝干料绝干料kg8kg25011101111XGG22mkg8mkg118绝干料绝干料SG恒速干燥段时间3123c8025015150410s0418h053210GXXSU2空气气速加倍后cc2UU037203703733cc22053210068810UUkgm2·s8GSkgm不变绝干料2恒速干燥时间1164sh3230h24180370CC21CGUUXXUS3物料加倍后SG加倍23008s0836h12．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02m2绝干物料质量为15kg干燥时间无限长时物料可被干燥至153kg假设在实验范围内物料的干燥速率与含水量X呈线性关系实验测得将湿物料从300kg干燥至240kg需要02h试求在相同干燥条件下将湿物料由300kg干燥至17kg需要多少时间解设干燥速率与物料含水量之间的关系为cUkXa因为时0UXX11据题意1531500215X代入a式得所以c0020UkX02d002dGXUkXS分离变量积分得2X112002dln002002XXGGXSkXSkX将13015115X224150615X代入得03813GSk317150133315X时所以当h82250h020133300201ln38130020020ln31XXSkG1X13某湿物料经过50h恒定条件下的干燥后含水量由＝035kgkg绝干料降至2X＝015kg绝干料平衡含水量kgX012kgkg绝干料已知物料的临界含水量cX＝kg水分kg绝干料004假设在降速阶段中干燥速率与物料的自由含水量XX成正比若在相同的干燥条件下要求将物料含水量由1X＝035kg绝干料kg水分降至2X006kg水分kg绝干料试求所需的干燥时间解恒速干燥阶段干燥时间11ccGXXSU降速干燥阶段干燥速率与物料的自由含水量成正比因此临界点处降速段干燥时间XXxUkXXcxcUkXXcXXGcc2c2x2lnlnXXXXGSUXXSkXX总干燥时间1cc12xc2lnXXXXGSkXXXX12将第一次干燥实验的数据代入解得x03501501500450ln015004012004GSkx234GSk第二次干燥实验的条件与第一次相同即SGxkcXX均不变x234GSk不变所以第二次干燥实验的干燥时间为h248h040060040150ln04015015035034213