柴诚敬习题答案11第十一章 固体物料的干燥解读.docx
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柴诚敬习题答案11第十一章固体物料的干燥解读
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
由附录查得50℃时水的饱和蒸气压,故
(2)湿度
(3)密度
m3湿空气/kg绝干气
密度
2.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,故湿空气中水汽分压为
查出时的饱和温度为25.02℃,此温度即为废气露点。
3.在总压101.3kPa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
kg/kg绝干气
干球温度
/℃
湿球温度
℃
相对湿度
%
焓kJ/kg绝干气
水汽分压
kPa
露点
℃
1
(0.02)
86
(35)
5
140
3
23
2
(0.03)
79
37
11
(160)
4.2
30
3
(0.04)
86
42
(10)
193
6
35
4
(0.05)
(60)
42
37
192
7.5
38.5
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。
4.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1:
3。
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?
解:
(1)对混合气列湿度和焓的衡算,得
(a)
(b)
当℃、绝干气时,空气的焓为
当℃、绝干气时,空气的焓为
将以上值代入式(a)及式(b)中,即
分别解得:
kg/kg绝干气
kJ/kg绝干气
由
得℃
混合气体中的水汽分压
解出
℃时水的饱和蒸汽压为
所以混合气体的相对湿度为
(2)将此混合气加热至多少度可使相对湿度降为10%
故
查水蒸气表知此压力下的饱和温度为76.83℃。
故应将此混合气加热至76.83℃。
5.干球温度为20℃、湿度为0.009kg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:
(1)1m3原湿空气在预热过程中焓的变化;
(2)1m3原湿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℃、kg/kg绝干气时,由图11-3查出kJ/kg绝干气。
当℃、kg/kg绝干气时,由图11-3查出kJ/kg绝干气。
故1kg绝干空气在预热器中焓的变化为:
原湿空气的比体积:
故1m3原湿空气焓的变化为;
(2)1m3原湿空气在干燥器中获得的水分。
由℃、kg/kg绝干气在H-I图上确定空气状态点,由该点沿等I线向右下方移动与线相交,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kg/kg绝干气。
故1m3原空气获得的水分量为:
6.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0.2降至0.05,湿物料流量为1000kg/h,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。
解:
(1)新鲜空气耗量
蒸发水量
绝干空气用量
新鲜空气用量
(2)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。
将kg/kg绝干气代入,解出:
℃
所以,进入干燥器的湿空气的温度为57.54℃,焓为127.6kJ/kg绝干气。
(3)预热器的加热量
7.在常压下用热空气干燥某湿物料,湿物料的处理量为l000kg/h,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0.5%,物料离开干燥器时温度升至60℃,湿物料的平均比热容为3.28kJ/(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0.06kg/kg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Qp;(3)计算加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数;(4)干燥系统的热效率。
解:
(1)新鲜空气消耗量,即
绝干物料
所以
20℃时空气的饱和蒸汽压为
(2)预热器的加热量Qp,用式11-31计算Qp,即
(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
总耗热量
加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数:
(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。
8.用通风机将干球温度、焓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。
湿物料由含水量被干燥至含水量,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
绝干物料流量
根据℃、kJ/kg绝干气,求出kg/kg绝干气
根据℃、,求出kJ/kg绝干气
理想干燥器,所以绝干气
(a)
(b)
设温度,查水蒸气表得相应的饱和蒸汽压ps,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。
解得:
,对应的饱和温度为:
℃
,绝干气
绝干空气消耗量
新鲜空气消耗量
(2)预热器的加热量
(3)干燥器的热效率
本题亦可利用图求。
9.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=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85W/(m2·K),热损失可忽略。
湿物料初始温度℃、湿基含水量=0.037;干燥完毕后温度升到=60℃、湿基含水量降为=0.002。
干燥产品流量=1000kg/h,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D=1.3m、长度Z=7m。
干燥器外壁向空气的对流—辐射联合传热系数为35kJ/(m2·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
绝干物料流量
水分蒸发量
查出25℃时水的饱和蒸气压为3168.4Pa,故新鲜空气的湿度为:
对干燥器做水分的衡算,取为1h基准,得:
(a)
对干燥器做热量衡算得:
其中
题给kJ/(kg绝干料·℃)
题给kJ/(m2·h·℃)
∴
将以上诸值代入热量衡算式,得:
整理得(b)
联立式(a)和式(b),解得
kg/kg绝干气
kg绝干气/h
(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2214.3kJ/kg,T=116.6℃。
预热器中消耗热量的速率为:
其中
∴
加热蒸气消耗量=kg/h
(3)预热器的传热面积
10.采用常压并流干燥器干燥某种湿物料。
将20℃干基含水量为0.15的某种湿物料干燥至干基含水量为0.002,物料出干燥器的温度是40℃,湿物料处理量为250kg/h,绝干物料的比热容为1.2kJ/(kg绝干料·℃)。
空气的初始温度为15℃,湿度为0.007kg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3.2kW。
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,,需联解物料衡算和热量衡算方程求出。
由物料衡算式
得
(a)
由热量衡算式
其中:
代入上式,得
(b)
联解(a)式和(b)式,得
kg/kg绝干气,
新鲜空气消耗量为
(2)单位时间内预热器消耗的热量Qp
kJ/h=45.90kW
(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℃,物料是否会返潮
用图查,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。
11.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1.0m1.0m的浅盘中,温度=75℃,湿度=0.018kg/kg绝干气的常压空气以2m/s的速度垂直穿过物料层。
现将物料的含水量从=0.25kg/kg绝干物料干燥至=0.15kg/kg绝干物料,试求
(1)所需干燥时间;
(2)若空气的t、H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。
)
解:
(1)恒速段干燥速率
由空气℃,kg/kg绝干气,查图得℃,相应水的汽化热,空气对物料的对流传热系数:
湿空气的质量速度:
湿空气密度:
湿空气比体积:
恒速干燥段时间:
(2)空气气速加倍后
kg/(m2·s)
kg绝干料/m2,不变
恒速干燥时间:
(3)物料加倍后,加倍
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0.2m2,绝干物料质量为15kg,干燥时间无限长时物料可被干燥至15.3kg。
假设在实验范围内,物料的干燥速率与含水量呈线性关系。
实验测得将湿物料从30.0kg干燥至24.0kg需要0.2h。
试求在相同干燥条件下,将湿物料由30.0kg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:
(a)
因为
时,
据题意
代入(a)式,得
所以
分离变量积分,得
将,代入
得
所以,当时
13.某湿物料经过5.0h恒定条件下的干燥后,含水量由=0.35kg/kg绝干料降至=0.12kg/kg绝干料,已知物料的临界含水量=0.15kg/kg绝干料、平衡含水量=0.04kg水分/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()成正比。
若在相同的干燥条件下,要求将物料含水量由=0.35kg水分/kg绝干料降至'=0.06kg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:
降速干燥阶段干燥速率与物料的自由含水量(—)成正比,因此,
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