【例6-5】常压下以温度为20℃、相对湿度为50%的新鲜空气为介质,干燥

PAGE\*MERGEFORMAT#第十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°C,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P二申Ps由附录查得50C时水的饱和蒸气压p二12.34kPa，故sp=0.4x12.34kPa=4.936kPa（2）湿度H=鸟622^=瞋2Xi9]6kg'kg绝干气=0.03230kg'kg绝干气p一p100一4.936总（3）密度U=（0.772+1.244H）x亠x心X105h273P=（0.772+1.244x0.0323）x273+50x1.0133x105m3湿空气；kg绝干气273100x103；=0.9737m3湿空气/kg绝干气密度p=1+H°=1097323kgm3湿空气=1.06kgm3湿空气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40C,相对湿度为43%，试求废气的露点。解：由附录查得40C时水的饱和蒸气压p=7.3766kPa，故湿空气中水汽分压为sp=9p=1+H=0.43x7.3766kPa=3.172kPasUH查出p=3.172kPa时的饱和温度为25.02C,此温度即为废气露点。s3.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附表序湿度干球温度湿球温度相对湿度焓水汽分压露点号kg/kg绝干气/CC%kJ/kg绝干气kPaC1(0.02)86(35)51403232(0.03)793711(160)4.2303(0.04)8642(10)1936354(0.05)(60)42371927.538.5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t=25oC、H=0.005kg水/kg绝干气的常压新鲜空气，与干燥器排出的00t二40oC、H2=0.034kg水/kg绝干气的常压废气混合，两者中绝干气的质量比为1：3。22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1H+3H=4H(a)02m1I+3I=41(b)02m当10=25°C、H0=0.005kg水/kg绝干气时，空气的焓为I=(1.01+1.88H)xt+2490H0000=K.01+1.88x0.005)x25+2490x0.005〕kJkg绝干气=37.94kJ'kg绝干气当t=40C、H=0.034kg水/kg绝干气时，空气的焓为22I=[(1.01+1.88x0.034)x40+2490x0.034hjkg绝干气2=127.62kJkg绝干气将以上值代入式(a)及式(b)中，即0.005+3x0.034=4Hm37.94+3x127.62=41m分别解得：H=0.02675kg/kg绝干气mI=105.2kJ/kg绝干气m由I=(1.01+1.88H)xt+2490Hmmmm105.2=(1.01+1.88x0.02675)xt+2490x0.02675mt=36.4Cm混合气体中的水汽分压H=0.622卩=0.02675mp—p总解出p=4178Pat=36.4C时水的饱和蒸气压为p=6075Pams所以混合气体的相对湿度为"6075xloo%=68,8%将此混合气加热至多少度可使相对湿度降为10%4178=°」p's故p'=41780Pas查水蒸气表知此压力下的饱和温度为76.83°C。故应将此混合气加热至76.83°C。5.干球温度为20°C、湿度为0.009kg水/kg绝干气的湿空气通过预热器加热到80C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t0=20°C、H0=0.009kg/kg绝干气时，由图11-3查出I。=43kJ/kg绝干气。当t=80°C、H=H=0.009kg/kg绝干气时，由图11-3查出i=104kJ/kg绝干气。1101故1kg绝干空气在预热器中焓的变化为AI=I-1=(104-43)kJ；kg绝干气二61kJkg绝干气10原湿空气的比体积U=(0.772+1.244H)x273+10x1.013乂10'H273P=G.772+1.244x0.009)x273+20m3湿空气■/kg绝干气=0.84ms湿空气/kg绝干气故1m3原湿空气焓的变化为A^6^k!m3湿空气=72.6kJm3湿空气u0.84H1m3原湿空气在干燥器中获得的水分由t=80°C、H=H=0.009kg/kg绝干气在H-I图上确定空气状态点，由该点沿等I110线向右下方移动与9=80%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H2=0.027kg/kg绝干气。故1m3原空气获得的水分量为@2_H=0.027_0.009kJ「m3原湿空气=0.0214kJ.m3原湿空气u0.84H6.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X1=氏=耗kgfkg绝干料=0.25kg；kg绝干料1X=l=-kg；kg绝干料=0.05263kg；kg绝干料21-w100—52G=GG—w)=1000(L—0.2)kg绝干料.h=800kgh11蒸发水量W=G(X—X)=800(0.25—0.05263)kg水:h=157.9kg水：h12绝干空气用量L(H—H)=W20157.90.034—0.005kg绝干气;h=5444.8kg绝干气；h20新鲜空气用量L（L+H）=5444.8x1.005kg新鲜气「h=5472kg新鲜气；h02）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。12G.01+1.88H丄+2490H=127.6m1m将H=0.02675kg/kg绝干气代入，解出mq=57.54°C所以，进入干燥器的湿空气的温度为57.54C，焓为127.6kJ/kg绝干气。（3）预热器的加热量Q=L（I—I）pm1mL=4L=4x5444.8kg绝干气fh=21779kg绝干气「hmQ=LG—I）=21779（127.62—105.2）kJh=488285kJh=135.63kWPm1m7.在常压下用热空气干燥某湿物料，湿物料的处理量为000kg/h，温度为20C,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60C,湿物料的平均比热容为3.28kJ/（kg绝干料・C）。空气的初始温度为20C,相对湿度为50%，将空气预热至100C进干燥器，出干燥器的温度为50C,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L=H-H21绝干物料G=G（1-w）=1000（1-0.04）kg绝干料讣=960kg绝干料/h114.X=kg'kg绝干料=0.04167kgkg绝干料i96所以X=99.55kgkg绝干料=0.00503kg：kg绝干料W=G(X-X)=960(0.04167-0.00503)kg/h=35.17kg/h1220°C时空气的饱和蒸气压为p=2.3346kPasH0=髓昨=賈社鳥鷲煽kg绝干气=0・00725叭绝干气0WH—H2135.170.06-0.00725kg绝干气；h=666.7kg绝干气fhL=L(1+H)=666.7(1+0.00725)kg新鲜空气h=671.6kg新鲜空气.h00(2)预热器的加热量Qp，用式11-31计算Qp，即Q=L(1.01+1.88H)(t-1)P010=666.7(1.01+1.88x0.00725)(00-20)kj'h=54596kJh=15.17kW3)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Q=GG'-厂)=Gc(0-0)21m21=960x3.28(60-20)kJh=125952kJh=34.99kW总耗热量Q=1.01L(t—t)+W(2490+1.88t)+Gc(0-0)+Q2o2m221L=11.01x666.7(50-20)+35.17(2490+1.88x50)+125952+0.1x54596〕kJ.h=242492kJh=67.36kW125952加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数：已952x100%=51.9%242492干燥器的热效率耳，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。242492耳=沁490+1歸2)x100%=35・1九490+188%5°)x100%=37.5%8.用通风机将干球温度t0=26oC、焓10=66kJ他绝干气的新鲜空气送入预热器，预热到ti=120oC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cp2=50%。湿物料由含水量wi=0.015被干燥至含水量w2=0.002，每小时有9200kg湿物料加入干燥JL乙器内。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X—Wi=15kg-kg绝干料=0.01523kg''kg绝干料i1-w100-1.51X=W2—02kg；kg绝干料-0.002kgkg绝干料21-w100-0.22绝干物料流量G—G(L-w)-9200(L-0.015)kg绝干料：h—9062kg绝干料；h11W—G(X—X)—9062(0.01523—0.002hg水h—119.9kg水h12根据t0—26°C、/0-66kJ/kg绝干气，求出H0—0.0157kg/kg绝干气根据t—120C、H—H—0.0157，求出I-163.8kJ/kg绝干气1101理想干燥器，所以I—I—163.8kJ/kg绝干气210.622pp0.311p—2—s2p-pp101330-0.5p总2ssI—(L.01+1.88H》+2490H—163.8kJkg绝干气2222设温度t2,查水蒸气表得相应的饱和蒸汽压Ps，由（a）式求湿度H2，再代入（b）式反求温度t，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。2解得：p—13180Pa，对应的饱和温度为：匚—51.34Cs2P2—6590Pa，—0.04326kg/kg绝干气绝干空气消耗量119.90.04326—0.0157kgh=4351kg.h新鲜空气消耗量L=+H)=4351(L+0.0157)kg新鲜空气.「h=4419kg新鲜空气］h002)预热器的加热量Q=lG—I)=4351(L63.8—66)kJh=425528kJh=118.2kWP10干燥器的热效率W(2490+l&t丿Q119.9(2490+1.88x51.34)耳==72.9%425528本题亦可利用H-1图求求2。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t=25oC、相对湿度09=55%的新鲜空气经过预热器加热升温至t=95oC后送入干燥器中，离开干燥器时的温01度t=45oC。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852W/(m2・K)，热损失可忽略。湿物料初始温度01=24€、湿基含水量w1=0.037；干燥完毕后温度升到0=60°C、湿基含水量降为w=0.002。干燥产品流量G=1000kg/h,绝干物222料比热容c=1.5kJ/(kg绝干料・C),不向干燥器补充热量。转筒干燥器的直径D=1.3m、s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・C)。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X=—=0.037kgfkg绝干料=0.0384kg'kg绝干料11—w1—0.0371X=W2=0.002kg・kg绝干料u0.002kgfkg绝干料21—w1—0.0022绝干物料流量G=GG—w)=1000(1—0002hg绝干料；h=998kg绝干料讣22水分蒸发量W=G(X—X)=998(0.0384—0.002)kgh=36.33kgh12查出25°C时水的饱和蒸气压为3168.4Pa,故新鲜空气的湿度为0.622申pH=0_s0—0101.33一申p0s00.622x0.55x3168.4101330-0.55x3168.4kg'kg绝干气=0.0109kgkg绝干气对干燥器做水分的衡算，取为1h基准，得a)L(H—0.0109)=36.332对干燥器做热量衡算得LI+GI'=LI+GI'+Q1122L其中I=(1・01+1.88H)t+2490H1111=[(1.01+1.88x0.0109)x95+2490x0.0109hjkg绝干气=125.0kJkg绝干气I=(1.01+1.88H)x45+2490H=45.45+2574.6H2222题给cs二1.5kJ/(kg绝干料•C)I'=ce+cXe=1.5x24+4.187x0.0384x241kJkg绝干料=39.86kJkg绝干料1s1w1112=(1.5x60+4.187x0.002x60)kJ'kg绝干料=90.5kJkg绝干料题给a=35kJ/(m2•h•C)a所以Q=aSAt=a(nDL)(tr^—t)Laa20=35(nx1.3x7丫9°+45—25kJ/h=42503.8kJ/h丿将以上诸值代入热量衡算式，得125.04L+998x39.86=(45.45+2574.6H2)L+998x90.5+42503.8整理得79.59L=2574.6HL+93042.5(b)联立式(a)和式(b),解得H=0.02093kg/kg绝干气2L=3621kg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=116.6C。预热器中消耗热量的速率为Q=L(I—I)P10其中I=[G.01+1.88x0.0109)x25+2490x0.0109hjkg绝干气=52.9kJkg绝干气所以0Q=3621(125.04—52.9)kJh=261219kJ.h=72.56kWP加热蒸气消耗量=261219=118kgh2214.33)预热器的传热面积Atm血—25)—(116.6一95)oc=48.45°Ci(116.6—25)ln(116.6—95丿SQs=kAtmm2=17.62m285x48.4510.采用常压并流干燥器干燥某种湿物料。将20°C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40C，湿物料处理量为250kg/h，绝干物料的比热容为1.2kJ/(kg绝干料・C)。空气的初始温度为15C,湿度为0.007kg水/kg绝干气，将空气预热至100C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50C。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)干燥器的热效率若空气在出干燥器之后的后续设备中温度将下降10C,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，J丰12，H2需联解物料衡算和热量衡算方程求出。G=G1G+X1)=1CM=泪傀乃W=G(X—X)=217.4(0.15—0.002)kg水.h=32.17kgh12由物料衡算式W=L(H—H)=G(X—X)a)2112得32.17=L(H2—0.007)由热量衡算式Q=L(I—I)+G(I'—I)+Q=0D2121L其中I=K.01+1.88x0.007)x100+2490x0.007IkJkg绝干气=119.75kJkg绝干气1I=(1.01+1.88H)x50+2490H=50.5+2584H2222I'=C+4.187Xb=1.2+4.187x0.15〕x20kJkg绝干料=36.56kJ-kg绝干料1s11I=(c+4.187Xb=11.2+4.187x0.002〕x40kJkg绝干料=48.33kJkg绝干料2s22代入上式，得L(2584H2-69.25)+14078.8=0(b)联解(a)式和(b)式，得H2=0.02393kg/kg绝干气，L=1900kg绝干气..h新鲜空气消耗量为L=L(1+H)=1900(L+0.007)kg新鲜气h=1913.3kg新鲜气fh00(2)单位时间内预热器消耗的热量QPQ=L(I—I)=L(1.01+1.88H)(t-1)/)/)/)P10丿'0八10Q=L\I-1)=LV1.01+1.88H八-1)P10010=1900(1.01+1.88x0.007)(100-15)kJ/h=165240kJ/h=45.90kW(3)干燥器的热效率n165240n=W(2490+L88t2)x100%=32・17(249°+】・88x50)=50.3%(4)若空气在出干燥器之后的后续设备中温度将下降10°C，物料是否会返潮用H-I图查，t,H下，空气的露点为26C,而物料降温10C后为30C,所以物料22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1.0mx1.0m的浅盘中，温度t=75C，湿度H=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X=0.25kg/kg绝干物料干燥至X=0.15kg/kg绝干物料，试求(1)所12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a-t)crtw由空气t=75C，H=0.018kg/kg绝干气，查h-I图得t=34OC，相应水的汽化热,wr=2416kJkg，空气对物料的对流传热系数：twa=1.17(L')0.37湿空气的质量速度L=3600upH湿空气密度：湿空气比体积：=(0.772+1.244H)t+273101.33x273P=(0.772+1.244x0.018)75；：73m3湿空气;kg绝干气=1.013ms湿空气;kg绝干气PH1；0詈％湿空气m3湿空气=1.005kg湿空气..m3湿空气a=1.17(72361"WC2-°C)=31.35W''(n2-°C)U=C3135(75-34)kgCn2-s)=5.34x10-4kgCn2-s)2416x103—=10x1+0.25kg绝干料=8kg绝干料G'G'T=(X—X)=SU120.532X10-3c(0.25-0.15)=1.504xl03s=0.418h=-^kg绝干料;m2=8kg绝干料*m2S1x1恒速干燥段时间2)空气气速加倍后U'=2Ucca'=20.37aU'=20.37U=20.37x0.532x10-3=0.688x10-3kg/(m2•s)ccG'=8kg绝干料/m2,不变恒速干燥时间：1'=-^(X—X)=t=0418h=0.323h=1164sSU'12U'20.37CC(3)物料加倍后，G加倍ST''=2T=3008s=0.836h12.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X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U=k(X-c)a)因为据题意代入所以U=0时，X二X*X*二153-15二0.0215(a)式，得c二0.02U=k(X-0.02)G'dXU二一=k(X—0.02)Sdi分离变量积分，得G'G'fX—_G\X-0.02i=Jx2—dX=ln—XSk(X-0.02)SkX-0.0212将x=15=1,X=24-15=0.6代入115215G'G-X-X*ln—cSkX-X*X2得—=0.3813Sk17-15所以，当X==0.1333时315亡=—-inX1-0.02=0.3813ln1-0.02h=0.8227hSkX-0.020.1333-0.02313.某湿物料经过5.0h恒定条件下的干燥后，含水量由X1=0.35kg/kg绝干料降至X=0.12kg/kg绝干料，已知物料的临界含水量X=0.15kg/kg绝干料、平衡含水量X*2c0.04kg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(X-X*)成正比。若在相同的干燥条件下,要求将物料含水量由X1=0.35kg水分/kg绝干料降至X2'=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：i=-—-k(X-X)1SUX1cc降速干燥阶段干燥速率与物料的自由含水量(X—X*)成正比，因此U=k0—X*)X临界点处：U=kX—XcXc降速段干燥时间：G-X-X*X-X*i=cln—c2SUX-X*c2总干燥时间：T=T+T=—12SkX(X-X1X-X—1c—\-in—cIX-X*X-X*丿c2将第一次干燥实验的数据代入，解得“G'(0.35-0.155.0=SkX+in015-004]0.15-0.040.12-0.04丿=2.34SkX第二次干燥实验的条件与第一次相同，即G'、S、k、X、X*均不变,Xc=2.34SkX不变。所以，第二次干燥实验的干燥时间为^0.35-0.15|0.15-0.04)+in0.15-0.040.06-0.04丿Tr=2.34h=8.24h