化工热力学下册第二版夏清干燥答案.docx
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化工热力学下册第二版夏清干燥答案
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60oC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H
i1晋o.493^3湿空气
Vh
2•在总压101.33KPa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
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:
干球温
湿球温
湿度
相对湿
焓
水汽
序
号
度/oC
度/oC
/kg/
kg绝干气
度/%
/KJ/
kg绝干气
分压
/Pa
/oC
1
（60）
（35）
0.027
21
130
4.18
29
2
（40）
28
0.02
43
92
3.16
（25）
3
（20）
17
0.011
（75）
48
1.8
16
4
（30）
29
0.026
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50E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t020oC,H00.009kg/kg绝干气时，由HI图查出I043KJ/kg绝干气。
当t。
50oC,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
31
Vh
当t。
——36.9KJ/m3湿空气
0.841m3原湿空气在干燥器中获得的水分50oC,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
故1m3原湿空气在干燥器中获得的水分
O.。
18O.。
090.0107kg/m3原湿空气
Vh0.84
4..将t0=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）
10%后用于干燥湿物料,应将空气的温度
现需将此混合温空气的相对湿度降至升至多少度。
解：
（1）对混合气列湿度和焓的衡算，得
H。
3H24Hm
（1）
1。
31241m
由附录查得t0
25oC时，水的饱和蒸汽压Po,s
3168.4Pa
t0
50oC时，水的饱和蒸汽压P2,s
12340Pa
当to25oC，
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并代如仏及Im的值解得tm44.15°。
（2）加热到相对湿度为10%时，空气湿度不变
水汽分压不变，则
0.0529
0.622P
101.3P
，解得p17.94KPa
Ps
797
由10.01,解得Ps79.7KPa
查水的饱和蒸汽压表，得对应的温度为to93.1oc
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
10=25
H喷輕》t
C,»1uoetp/ti
K'l=0.2
习题5附图
解：
（1）新鲜空气消耗量
蒸发水量W
G（XiX2）800（0.25
0.05263）157.9kg水/h
绝干空气用量
L（H2H0）W
新鲜空气用量
L（1H0）2760.51.01
2788kg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t,83.26oC
（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83.26oC,焓为224.1KJ/Kg绝干气
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t0=26C、湿球温度tw0=23C的新鲜空气,预热到tl=95C后送至连续逆流干
燥器内，离开干燥器时温度12=85^。
湿物料初始状态为：
温度1=25r、含水量w1=15%;
终了时状态为：
温度2=25r、含水量W2=0.2%0每小时有9200kg温物料加入干燥器内。
绝干物料的比热容Cs=1.84KJ/（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）干燥器的热效率。
（1）单位时间内获得的产品质量
绝干物料流量干燥产品流量
（2）干燥过程的操作线
由t250oC,two23oC查出1。
66KJ/kg绝干气，求出H。
0.0157kg/kg绝干气
由t195oC,H1H00.0157kg/kg绝干气，求出h138.6KJ/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
34.563.8KJ/kg绝干物料
同理l2CS2X2CW21.8434.50.024.187
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
联立
（1）、
（2）解得H25.55104I20.0928
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⑴得L需面00黑0面
17128kg绝干气/h
新鲜空气消耗量
LoL（1Ho）17100（1
0.0157）17403kg新鲜空气/h
（3）干燥器的热效率
1.243106kJ/h
其中QQpL（I1I0）17128（138.666）
7•在一常压逆流转筒干燥器中，干燥某种晶状物料。
温度10=25C、相对湿度0=55%
的新鲜空气经过预热器使温度升至
11=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=0.037,干燥完毕后温度升到
2=60C、湿基含水量降为W2=0.0020干燥产品流量G=1000kg/h。
绝干物料比热容
Cs=1.507KJ/（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）0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
水分蒸发量
GG2（1w2）1000（10.002）998kg绝干物料/h
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3168.4Pa，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
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）（Ft0）
将以上各值代入热量衡算式，得
114.7L99840（30.32546H2）L99890.932520⑵
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2214.3KJ/kg,
T116.6oC,预热器中消耗热量的速度为
其中10（1.01
1.880.0109）2524900.010952.9KJ/kg绝干气/h
所以Qp3102
（114.752.9）191700KJ/h53.25KW
191700c—亠
86.6kg/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
加热蒸气消耗量
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及平衡含水量X。
并求临界含水量Xc
时间/h
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
物料质量
/kg
44.1
37.0
30.0
24.0
19.0
17.5
17.0
17.0
习题8附表
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X44.1151.94kg/kg绝干物料，
15
终了时
3715
X〔51.47kg/kg绝干物料
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）
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
物料质
/h
量/kg
0
44.1
1.94
0.2
37.0
1.47
-7.10
0.2
-177.5
1.705
0.4
30.0
1.0
-7.0
0.2
-175
1.235
0.6
24.0
0.6
-6.0
0.2
-150
0.8
0.8
19.0
0.27
-5.0
0.2
-125
0.435
1.0
17.5
0.167
-1.5
0.2
-37.5
0.219
1.2
17.0
0.13
-0.5
0.2
-12.5
0.149
1.4
17.0
0.13
0
0.2
0
0.13
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5.5h进行恒定干燥操作。
物料含水量由Xi=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
假设在降速阶段中干燥速率与物料的自由
X^2=0.05kg/kg绝干料。
试求新情况下的干燥时间。
物料的临界含水量Xc=0.15kg/kg绝干料、平衡含水量X=0.04kg/kg绝干料。
含水量（X-X*）成正比.
解：
恒速干燥的干燥时间为
G'
1瓦（X1
Xc）
降速干燥阶段，干燥速率与物料的自由含水量
（XX）成正比。
因此,
UCkX（XC
降速干燥的干燥时间为
G'X
CX
Uc
InlH
Eln3
SkXX2X
总干燥时间为
G'（X1Xc
SkXXcX
lnXcX*）
X2X
将第一次干燥实验的数据代入，得
于是
G'
SkX
2.27
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
10•对lOkg某温物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥,物料平铺在0.8mxIm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：
⑵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
解：
（1）恒速段干燥速率
1.4h,求此干燥条件下的Xeo
由空气t75oC,H0.018kg/kg绝干气，查H
I图得tw34oc相应水的汽化热
rtw
2416KJ/kg，空气对物料的对流传热系数
湿空气的质量速度
L'3600H
湿空气密度
Vh
湿空气的比容
Vh
（0.7721.244H）
273t
273
101.3
P
降速干燥阶段时间
降速段uX为线性关系,
故降速段干燥时间
因为X*0,所以
总干燥时间为
20.07850.840
1.625h
（2）空气流速加倍后
u'2u
恒速干燥时间为
G'
o'
記X1Xc）
降速干燥时间为
XCs严咬
G'
总干燥时间为
12（診区Xc
Xjn
X^）
X2）
*10Y
即1.43600（0^^）（0.25XcXcln0|）
解得Xc0.121kg/kg绝干物料
11.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40rf。
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/（rf-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
恒速干燥阶段时间为
iF（XiXc）
Su
降速阶段干燥速率线为直线，所以降速段干燥时间为
总干燥时间为
12字（XiXc）（Xc
Skx
）心
代入已知数据得
410.625（0.1760.11）（0.11
0.002）ln0.11O.。
02
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）425
1.00809428.4kg
干燥一批物料所用时间
因此，生产能力为
10
4一=4.1667h
60
4284
一—242468kg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X2=0.lkg/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60r。
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
干燥第二阶段dX
d
30（Hs,twH）
1.2X
式中dX――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,H10.01kg/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
验30（HstwHC）1.2XCXC—（0.048HC）1.225HC
（1）
d1.2
在空气进入干燥器与临界点处列水分方程衡算式
—X1XC1XC31
GHCH1XC0.01
联立
（1）、
（2）解得Hc
0.018kg/kg绝干气
X20.743kg/kg绝干物料
干燥第一阶段的时间为
11dXd
10X130H
xcdX
xi30（Hs,twH）
在离开干燥器的微元长度内列水分的衡算式，有将以上关系代入式（3），并将式中积分上下限换成相应的H，即
干燥第二阶段的时间为
总干燥时间为
120.2551.671.925h
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