化工原理干燥部分习题与解题指导.docx

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化工原理干燥部分习题与解题指导

第八章干燥

【例题与解题指导】

【例5-1】某常压空气的温度为30℃、湿度为0.0256kg/kg绝干气，试求：

（1）相对湿度、水汽分压、比容、比热容及焓；

（2）若将上述空气在常压下加热到50℃，再求上述各性质参数。

解：

（1）30℃时的性质

相对湿度

由手册查得30℃时水的饱和蒸汽压ps＝4.2464kPa。

用式5-5求相对湿度，即

将数据带入

解得

水汽分压

比容

由式5-6求比容，即

=0.8926m3湿空气/kg绝干气

比热容

由式5-7a求比热容，即

焓用式5-8ｂ求湿空气的焓，即

kJ/kg绝干气

（2）50℃时的性质参数

相对湿度

查出50℃时水蒸汽的饱和蒸汽压为12.340kPa。

当空气被加热时，湿度并没有变化，若总压恒定，则水汽的分压也将不变，故

水汽分压　　因空气湿度没变，故水汽分压仍为4.004kPa。

比容　　　因常压下湿空气可视为理想气体，故50℃时的比容为

m3湿空气/kg绝干气

比热容　　由式5-7知湿空气的比热容只是湿度的函数，因此，湿空气被加热后，其比热容不变，为1.058kJ／（kg绝干气·℃）。

焓　　kJ/kg绝干气

由上计算可看出，湿空气被加热后虽然湿度没有变化，但相对湿度降低了，所以在干燥操作中，总是先将空气加热后再送入干燥器内，目的是降低相对湿度以提高吸湿能力。

【例5-2】常压下湿空气的温度为30℃、湿度为0.0256kg／kg绝干气，试求该湿空气的露点td、绝热饱和温度ｔas和湿球温度tw。

解：

露点td

将湿空气等湿冷却到饱和状态时的温度为露点，由式5-16可求出露点温度下的饱和蒸汽压

解得=4.004kPa

查出该饱和蒸汽所对应的温度为28.7℃，此温度即为露点。

绝热饱和温度

由式5-14计算绝热饱和温度，即

由于Ｈas是的函数，故用上式计算时需试差。

其计算步骤为

①设=29.21℃

②用式5-3求温度下的饱和湿度Ｈas，即

查出29.21℃时水的饱和蒸汽压为4054Pa，汽化潜热为2425.48kJ/kg，故

kg／kg绝干气

③用式5-7a求ｃH，即

kJ/（kg.℃）

④用式5-14核算。

℃

故假设=29.21℃可以接受。

湿球温度tw　用式5-12计算湿球温度，即

与计算tas一样，用试差法计算tw，计算步骤如下:

①假设tw=29.21℃

②对空气～水系统，。

③查出29.21℃水的汽化热为2425.48kJ/kg。

④前面已算出29.21℃时湿空气的饱和湿度为0.02593kg/kg绝干气．

⑤用式5-12核算tw，即

℃

与假设的29.21℃很接近，故假设正确。

计算结果证明，对于水蒸汽～空气系统，＝tw

由上计算可看出，只要知道湿空气的两个相互独立的参数，其它参数均可求出，但有时需要试差。

【例5-3】试应用图确定

（1）例5-1中30℃及50℃时湿空气的相对湿度及焓；

（2）例5-2中湿空气的水汽分压、露点td、绝热饱和温度ｔas和湿球温度tw。

解：

（1）如本例附图（a）所示，t＝30℃的等t线和Ｈ=0.0256kg/kg绝干气的等Ｈ线的交点A即为30℃湿空气的状态点。

由过点A的等线可确定30℃湿空气的相对湿度为=94%；由过点Ａ的等Ｉ线可确定30℃湿空气的焓为Ｉ=95kJ／kg绝干气。

将30℃的湿空气加热到50℃，空气的湿度并没有变化，故t＝50℃的等t线和Ｈ=0.0256kg/kg绝干气的等Ｈ线的交点B即为50℃时湿空气的状态点。

由过点Ｂ的等线及等I线可确定50℃时湿空气的相对湿度为32%、焓为117kJ／kg绝干气。

（2）如本例附图（b）所示，首先根据t＝30℃、Ｈ=0.0256kg/kg绝干气确定湿空气状态点A。

由A点的等Ｈ线与线的交点B所在的蒸汽分压线，可确定水汽分压为p=3800Pa。

露点是等湿冷却至饱和时的温度，故由A点的等Ｈ线与=100%线的交于点C所在的等t线，可确定湿空气的露点td为28.5℃。

绝热饱和温度是等焓冷却至饱和时的温度，故由过点A的等I线与=100%线的交于点D所在的等t线，可确定绝热饱和温度tas为29℃。

查图结果与计算结果比较可知，读图时有一定的误差，但避免了计算时试差的麻烦。

【例5-4】已知物料干燥过程干燥时间的计算公式为：

恒速阶段

降速阶段

总干燥时间

试解释上述公式中各参数的含义，并根据所给干燥速率曲线，找出对应参数，计算干燥时间。

已知湿物料处理量100kg，含水量由20%处理至5%（均为湿基），干燥器的干燥面积为4m2。

解：

A为干燥面积，G为干基物料质量，U0为临界干燥速率，为物料起始及临界含水量，为最终含水量及平衡含水量。

为比例常数。

上述公式适于连续干燥器的干燥时间计算。

依题意，G=100×（1－0.2）＝80kg，A=4m2

W1/（1－W1）＝0.2/（1－0.2）＝0.25

W2/（1－W2）＝0.05/（1－0.05）＝1/19

由图知，0.2，＝0.05，U0=1kg/m2.h

＝1/（0.2－0.05）＝20/3

＝80（0.25－0.2）/（4×1）＝1h

＝80/（20/3×4）×ln（（0.2-0.05）/（1/19-0.05））

＝3×ln57＝12.12h

＝13.12h

练习题

1.饱和空气在恒压下冷却，温度由ｔ1降至ｔ2，此时其相对湿度＿_＿＿，湿度＿＿_＿，湿球温度＿＿＿＿.露点＿＿＿＿。

2.湿球温度是大量空气与少量水长期接触后＿＿＿＿＿＿＿___＿＿＿的温度，对空气--水系统，当＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿__＿，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿时，α/kθ为一常数,其值约为＿＿＿＿＿kJ.kg-1K-1,故可写出tw的计算式tw=＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

3.空气的饱和湿度Hs是湿空气的如下参数的函数：

（）。

A.总压及干球温度；B.总压及湿球温度；

C.总压及露点；D.湿球温度及焓。

4.空气温度为ｔd，湿度为Hd，相对湿度为φd的湿空气，

经一间接蒸汽加热的预热器后，空气的温度为ｔ1，湿度为H1，

相对湿度为φ1，则（）

A.H1＞HdB.φd＞φ1

C.H1＜HdD.φd＜φ1

5.回答下列诸问题

（1）湿空气的干球温度、湿球温度、露点在什么情况下相等，什么情况下不等?

（2）湿空气在进入干燥器前，往往进行预热，这样做有什么好处?

答：

6.若维持不饱和空气的湿度H不变，提高空气的干球温度，则空气的湿球温度＿＿＿，露点＿＿＿，相对湿度＿＿＿。

（变大,变小,不变,不确定）

7.已知湿空气总压为,温度为40℃,相对湿度为50%,已查出40℃时水的饱和蒸气压Ps为7375N.m-3,则此湿空气的湿度H是＿＿＿＿＿＿＿＿＿kg水.kg-1绝干气,其焓是＿__＿＿＿＿＿＿＿＿＿kJ.kg-1绝干气。

8.在测量湿球温度时，空气速度需大于5m.s-1,这是为了＿＿___＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

9.已知在ｔ＝50℃、P＝1atm时，空气中水蒸汽分压Pw＝55.3mmHg，则该空气的湿含量H＝＿＿＿＿＿＿＿＿；相对湿度

φ＝＿＿＿＿＿＿＿；（50℃时,水的饱和蒸汽压为92.51mmHg）

10.在1atm下，不饱和湿空气的温度为295K，相对温度为60％，当加热到273K时，该空气下列状态参数将如何变化?

（升高,增加,降低,不变）湿度＿＿＿，相对湿度＿＿＿，湿球温度＿＿＿，露点＿＿＿，焓＿＿＿。

11.湿空气经预热，相对湿度φ＿＿＿＿＿，对易龟裂物料，常采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿方法来控制进干燥器的φ值。

12.干燥操作中，干燥介质（不饱和湿空气）经预热器后湿度

＿＿＿＿，温度＿＿＿＿。

当物料在恒定干燥条件下用空气进行恒速对流干燥时，物料的表面温度等于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿温度。

13.已知湿空气的下列哪两个参数，利用t-H图或H-I图，可以查得其他未知参数（）。

A.（tw,t）;B.（td,H）;

C.（p,H）;D.（I,tw）。

14.在测量湿球温度时，应注意空气速度u（）。

A.u<1m.s-1;B.u<3m.s-1;

C.u>5m.s-1;D.u越小越好。

15.湿空气在温度308K和总压1.52MPa下，已知其湿度H为0.0023kg水.kg-1绝干空气，则其比容υθ应为（单位均为m3.kg-1绝干空气）（）。

A.0.0583;B.1.673;

C.2.382;D.0.0224。

16.干燥器进口的温度计最小分度是0.1℃，下面是同一温度时的几种记录，哪一种是正确的（）。

A.75℃;B.75.0℃;

C.75.014℃;D.74.98℃。

17.空气温度为ｔd，湿度为Hd，相对湿度为φd的湿空气，

经一间接蒸汽加热的预热器后，空气的温度为ｔ1，湿度为H1，

相对湿度为φ1，则（）

A.H1＞HdB.φd＞φ1

C.H1＜HdD.φd＜φ1

18.对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度：

（）。

A.愈高；B.愈低；C.不变；

D.不一定，尚与其它因素有关。

19.在湿球温度ｔw的计算式中，kθ/α之比值：

（）。

A.与空气的速度变化无关；

B.与空气速度u的0.8次方成正比，即kθ/α∝u0.8

C.kθ/α∝u0.5；

D.不一定，与多种因素有关。

20.试说明为什么在干燥过程中,湿空气作为干燥介质时,一般都

经过预热才进入干燥器。

简要说明对流干燥过程是一传热过程，又是一传质过程。

21.什么是湿空气的绝热饱和温度和湿球温度?

两者有何关系。

22.回答下列诸问题

（1）湿空气的干球温度、湿球温度、露点在什么情况下相等，什么情况下不等?

（2）湿空气在进入干燥器前，往往进行预热，这样做有什么好处?

答案

1、不变，下降，下降，下降。

2、水面被测气流温度不太高,流速>5m.s-11.09

tw=t-（rfw/1.09）（Hsfw-H）

3、A

4、B

5、1、对于饱和空气ｔ＝ｔw＝ｔd

对于不饱和空气ｔ＞ｔw＞ｔd

2、先预热，其ｔ升高，H不变，而φ降低

使湿空气提高吸收水份能力

另外ｔ升高，加快水份蒸发速率，提高干燥速率。

6、上升，不变；下降

7、H=0.0235kg水汽.kg-1绝干气;

Iθ=

8、减少辐射和热传导的影响，使测量结果较为精确。

9、0.0488，0.598

10、不变，降低，升高，不变，增加，不变，增加

11、下降，废气部分循环。

12、不变，升高;该空气的湿球温度

13、A

14、C

15、A

υθ＝（0.772+1.244H）×（T/273）×1.013×105/P

＝（0.772+1.244×0.0023）×（308/273）×1.013/15

＝

16、D

17、B

18、B

19、A

20、湿空气预热可提高载热载湿的能力（H不变，ｔ增加，φ下降，

传热传质推动力加大）。

热空气传热给湿物料是一个传热过程，

湿物料中的湿分汽化扩散至气体主体是一个传质过程。

21、绝热饱和温度：

空气和水系统在绝热条件下，空气降温增湿，

至空气达饱和时的温度。

湿球温度：

当温包包有润湿沙布空气传

给湿布的热量恰好等于水份气化的热量，此时温包中水分的温度

为湿球温度。

对于空气－水系统，两者数值恰好相等。

22、

（1）对于饱和空气ｔ＝ｔw＝ｔd

对于