化工热力学第二版夏清干燥答案.docx
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化工热力学第二版夏清干燥答案
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;
⑵湿度;
(3)湿空气的密度。
解:
(1)湿空气的水汽分压,pVPS
由附录查得60°C时水的饱和蒸汽压pS19.92KPa
⑵湿度
(1)密度
2.27m3湿空气/kg绝干气
密度H1H10.1180.493kg/m3湿空气
Vh2.27
2.在总压下,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
干球温度
湿球温度
湿度
相对湿
度
始
水汽分压
JH
露点
号
Kg/Kkg绝干
气
%
KJ/kg绝干
气
KPa
(60)
(35)
2
(40)
(25)
3
(20)
(75)
4
(30)
(4)
解:
序
干球温
湿球温
湿
度
相对湿
焓
水
汽
JH
露点
号
度/oC
度/oC
/kg/
度/%
/KJ/
分
压
/oC
kg绝干气
kg绝干气
/Pa
1
(60)
(35)
21
130
29
2
(40)
28
43
92
(25)
3
(20)
17
(75)
48
16
4
(30)
29
94
96
(4)
28
上表中括号内的数据为已知,其余值由图HI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°C,H。
0.009kg/kg绝干气时,由HI图查出I。
43KJ/kg绝干气。
当t050oC,H1H0=0.009kg/kg绝干气时,由HI图查出
1kg绝干空气在预热器中焓的变化为:
原湿空气的比容为
0.84m3湿空气/kg绝干气
1m3原湿空气的焓变为
36.9KJ/m3湿空气
vH0.84
(2)1m3原湿空气在干燥器中获得的水分
当t050oC,H1H00.009kg/kg绝干气时,在HI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H20.018kg/kg绝干气
故1m3原湿空气在干燥器中获得的水分
4..将t°=25C、0=40%勺常压新鲜空气,与由干燥器排出的t2=50C、2=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
H。
3H24Hm
(1)
丨031241m
(2)
由附录查得t。
25oC时,水的饱和蒸汽压Po,s3168.4Pa
t050oC时,水的饱和蒸汽压P2,s12340Pa
当t025oC,050%时,空气的湿度和焓分别为
当t250oC,280%时,空气的湿度和焓分别为
将以上数据代入式子
(1)、
(2),即
分别解得Hm0.0529kg/kg绝干气
由Im(1.011.88Hm)tm2490Hm并代如Hm及Im的值解得tm44.15°C
(2)加热到相对湿度为10%时,空气湿度不变
水汽分压不变,则
0.05290.622P,解得p17.94KPa
101.3P
由1竺0.01,解得Ps79.7KPa
PS
查水的饱和蒸汽压表,得对应的温度为t093.1oC
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
循环比3门
=50X
f<*3S
]一
f
平冀产品G
=0.2
此二a.05
jd-25X:
砒=OD1诈底介誇f吒
习題5附图
解:
(1)新鲜空气消耗量
蒸发水量WG(X,X2)800(0.250.05263)157.9kg水/h
绝干空气用量L(H2H0)w
新鲜空气用量L(1H0)2760.51.012788kg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
即:
(1.011.88Hm)t12490Hm224.1
将Hm0.0529kg/kg绝干气代入上式,解出h83.26oC
(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224.1KJ/Kg绝干气
(2)预热器的加热量
其中Lm4L42760.611042kg绝干气/h
所以QP11042(224.1180.7)4.79105KJ/h133.1KW
6.干球温度t°=26C、湿球温度twc=23C的新鲜空气,预热到ti=95C后送至连续逆流干燥
器内,离开干燥器时温度12=85^0湿物料初始状态为:
温度1=25C、含水量w1=15%终了时状态为:
温度2=25E、含水量W2=%每小时有9200kg温物料加入干燥器内。
绝干物
料的比热容cs=(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)
(4)干燥器的热效率
绝干物料流量
干燥产品流量
(2)干燥过程的操作线由t250°C,tw。
23oC查出I066KJ/kg绝干气,求出H00.0157kg/kg绝干气
由ti95oC,HiH00.0157kg/kg绝干气,求出Ii138.6KJ/kg绝干气
热损失速度Ql580119.969542KJ/h
由焓的定义可计算出干燥器的焓分别为
同理丨2Cs2X2CW21.8434.50.024.18734.563.8KJ/kg绝干物料
对干燥器作水分衡算,得
或L(H20.0157)119.9
(1)
再对干燥器做物料衡算,得
或L(138.2I2)9602(63.847.6)69542
(2)
联立
(1)、
(2)解得H25.55104I20.0928⑶
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,如
H0.02,由式(3)求得I131.5kJ/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t265oC
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H20.023kg/kg绝干气,
I2126kJ/kg绝干气
(3)单位时间内消耗新鲜空气的质量
由式
(1)得L
匕9^匕9^17128kg绝干气/h
H20.01570.0230.0157
新鲜空气消耗量L0L(1H0)17100(10.0157)17403kg新鲜空气/h
(3)干燥器的热效率
其中QQPL(I1I。
)17128(138.666)1.243106kJ/h
7.在一常压逆流转筒干燥器中,干燥某种晶状物料。
温度to=25C、相对湿度0=55%勺新鲜空气经过预热器使温度升至t1=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1=24C、湿基含水量W1=,干燥完毕后温度升到2=60C、湿基含水量降为
W2=。
干燥产品流量G=1000kg/h。
绝干物料比热容Cs=(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
绝干空气流量GG2(1W2)1000(10.002)998kg绝干物料/h
水分蒸发量WG(X1X2)998(0.03840.002)36.33kg水/h
由附录查出25oC时水的饱和蒸汽压为Pa,故湿度为
对干燥器作水分的物料衡算,取1h为基准,得
L(H20.0109)36.33
(1)
对干燥器做物料衡算,得
其中I1(1.011.88H1)t12490H1
题给CS1.507KJ/(kg绝干物料goC)
题给a35KJ/(m2ghgoC)
所以QlaSta(DL)(Tt。
)
将以上各值代入热量衡算式,得
114.7L99840(30.32546H2)L99890.932520
(2)
联立式
(1)、
(2),解得
(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KJ/kg,
T116.6oC,预热器中消耗热量的速度为
所以QP3102(114.752.9)191700KJ/h53.25KW
加热蒸气消耗量19170086.6kg/h
2214.3
8•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,并求临界含水量Xc及平衡
含水量X*。
习题8附表
时间/h
0
物料质量
/kg
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坐1151.94kg/kg绝干物料,
15
终了时
3715
X1.47kg/kg绝干物料
15
蒸发的水份量
W3744.17.1kg/h
干燥时间的增量
0.200.2h
干燥速度
W7.12
u177.5kg/(mgh)
S0.20.2
与干燥速率对应的物料的平均湿含量为
由上法计算的数据列于下表
时间
/h
物料质
量/kg
0
-175
-150
-125
0
0
以X为横坐标,u为纵坐标绘图,从图中读出
临界含水量XC1.24kg/kg绝干物料
平衡含水量X*0.13kg/kg绝干物料
9.某湿物料经过进行恒定干燥操作。
物料含水量由X=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Xz2=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=g/kg绝干料、平衡含水量X
10.
*=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.
因此,uckx(Xc
将第一次干燥实验的数据代入,得
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
11.对10kg某温物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥,物料平铺在0.8mxlm的浅盘中,常压空气以2m/s的速度垂直穿过物料层。
空气t=75C,H=0.018kg/kg绝干气,物料的初始含水量为X=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,求此干燥条件下的Xe。
解:
(1)恒速段干燥速率
由空气t75oC,H0.018kg/kg绝干气,查HI图得tw34°C相应水的汽化热
rtw2416KJ/kg,空气对物料的对流传热系数
湿空气密度
降速干燥阶段时间
因为X*0,所以
12.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
降速阶段干燥速率线为直线,所以降速段干燥时间为
代入已知数据得
410.625(0.1760.11)(0.110.002)1n°.110.002
X20.002
解得X20.00809kg水/kg绝干物料
干燥一批物料的干燥产品量
G2=G'(1X2)4251.00809428.4kg
干燥一批物料所用时间
10
4=4.1667h
60
因此,生产能力为
4284
428.4242468kg干燥产品/昼夜
4.1667
12•在常压并流操作的干燥器中,用热空气将每种物料由初含水量Xi=1kg/kg绝干料干燥
到最终含水量X^=kg绝干料。
空气进干燥器的温度为135C、湿度为0.01kg/kg绝干气;
离开干燥器的温度为
60C。
空气在干燥器内经历等熔过程。
根据实验得出的干燥速率表
达式为:
干燥第一阶段
dX
d
30(Hs,twH)
干燥第二阶段
dX
1.2X
式中0――
-干燥速度,kg/(kg绝干料h)
d
试计算完成上述干燥任务所需要的干燥时间
解:
本题为变动干燥操作,但给出了本题特定条件下的干燥速率微分式。
根据
ti135oC,Hi0.01kg/kg绝干气,在HI图上确定空气的状态点,由该点沿等焓线向右下方移动与t260oC的线相交,读出交点处的H20.039kg/kg绝干气;与100%的饱
和空气线相交,由交点读出初始状态空气的饱和湿度Hs,tw0.048kg/kg绝干气。
对干燥器作水分衡算,得
在临界点处的干燥速率应既满足干燥第一阶段,也满足干燥第二阶段的速度,将题
给的两个求干燥速率的式子均应用于临界点,得
dXc
~d~
30(盅坤HJ1.2Xc
Xc
Y048
Hc)1.225Hc
(1)
在空气进入干燥器与临界点处列水分方程衡算式
LXiXc1Xc
GHcH1Xc0.01
0.743kg/kg绝干物料
联立
(1)、
(2)解得Hc0.018kg/kg绝干气X2
干燥第一阶段的时间为
XcdXXcdX
X130HX130(HS,twH)
在离开干燥器的微元长度内列水分的衡算式,有
H,即
将以上关系代入式(3),并将式中积分上下限换成相应的
干燥第二阶段的时间为
总干燥时间为
120.2551.671.925h
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