《化工原理》第 章 干燥 复习题.docx

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《化工原理》第章干燥复习题

《化工原理》第十三章干燥复习题及参考答案

一、填空题

1.干燥进行的必要条件是物料表面所产生的水汽（或其它蒸汽）压力__________________。

***答案***大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压。

2.相对湿度φ值可以反映湿空气吸收水汽能力的大小，当φ值大时，表示该湿空气的吸收水汽的能力_________;当φ=0时。

表示该空气为_________。

***答案***小；绝干空气

3.干燥速率曲线是在恒定干燥条件下测定的，其恒定干燥条件是指：

_________________均恒定。

***答案***干燥介质（热空气）的温度、湿度、速度以及与物料接触的方式。

4.在一定温度下，物料中结合水分和非结合水分的划分是根据___________而定的；平衡水分和自由水分是根据__________而定的。

***答案***物料的性质；物料的性质和接触的空气状态

5.在一定空气状态下干燥某物料，能用干燥方法除去的水分为__________；首先除去的水分为____________；不能用干燥方法除的水分为__________。

***答案***自由水分；非结合水分；平衡水分

6.已知某物料含水量X=0.4kg水.kg-1绝干料，从该物料干燥速率曲线可知：

临界含水量X=0.25kg水.kg-1绝干料，平衡含水量X*=0.05kg水.kg-1绝干料，则物料的非结合水分为__________，结合水分为__________，自由水分为___________，可除去的结合水分为________。

***答案***0.15、0.25、0.35、0.2（单位皆为：

kg水.kg-1绝干料）

7.作为干燥介质的湿空气，其预热的目的______________________________________。

***答案***降低相对湿度（增大吸湿的能力）和提高温度（增加其热焓）

8.固体物料的干燥，一般分为_________________两个阶段。

**答案***恒速和降速

9.在对流干燥器中最常用的干燥介质是_______________，它既是__________又是______。

***答案***不饱和的热空气、载热体、载湿体

10.对于不饱和空气，表示该空气的三个温度，即：

干球温度t，湿球温度tw和露点td间的关系是______________。

***答案***t＞tw＞td

11.在干燥过程中，当物料中表面水分汽化速率___________内部水分扩散速率时，干燥即进入恒速干燥阶段。

***答案***小于

12.1kg绝干空气及_____________________所具有的焓，称为湿空气的焓。

***答案***其所带的Hkg水汽

13.根据水分与物料的结合方式不同，其物料中的水分可分_______________

_________________。

***答案***吸附水分、毛细管水分、溶胀水分

14.湿空气通过预热器预热后，其湿度___________，热焓______________，相对湿度__________。

（增加、减少、不变）***答案***不变、增加、减少

15.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＿＿＿＿＿。

***答案***不变，下降，下降，下降。

16.恒定的干燥条件是指空气的＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿以及＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿都不变。

***答案***湿度、温度、速度,与物料接触的状况

17.测定空气中的水汽分压的实验方法是测量＿＿＿＿＿＿＿.***答案***露点。

18.对于为水蒸汽所饱和的空气,则其干球温度ｔ,湿球温度ｔw，绝热饱和温度ｔas,露点温度ｔd的关系是ｔ＿＿ｔd＿ｔw＿＿ｔas。

***答案***＝，＝，＝，＝。

19.干燥操作的必要条件是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿______________

干燥过程是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿相结合的过程。

**答案*湿物料表面的水蒸汽分压大于干燥介质中的水蒸汽分压;传质过程与传热过程。

∴H=0.0276-（1.09/2423.7）（50-30）=0.0186kg水.kg绝干气

20.已知在常压及25℃下水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为：

相对湿度φ=100％时,平衡含水量X*=0.02kg水.kg-1绝干料；相对湿度φ=40％时,平衡含水量X*=0.007。

现该物料含水量为0.23kg水.kg-1绝干料,令其与25℃,φ=40％的空气接触,则该物料的自由含水量为＿＿＿＿＿＿kg水.kg-1绝干料,结合水含量为＿＿＿＿＿＿kg水.kg-1绝干料,非结合水的含量为＿＿＿＿＿＿kg水.kg-1绝干料。

***答案***自由含水量X-X*=0.23-0.007=0.223

结合水量为X=0.02非结合水量X-X=0.23-0.02=0.21

22.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）。

***答案***↑，不变；↓；

23.用相对湿度φ＝0.6的空气干燥含水量为0.43（干基）的湿木材。

木材水份含量和空气相对湿度的关系如图所示。

则平衡水份＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；

自由水份＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；

非结合水份＝＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

并将有关水分数据标注在图上。

24.恒定条件下恒定干燥传质速率方程是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；恒定条件下恒速干燥传热速率方程是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

***答案***

U＝－GcｄX/（Aｄθ）=KX（HW-H）,Q=αA（t-tW）

25.湿空气在293K和总压101.3kN.m-2下，湿度为0.0438kg水.kg-1绝干气，则100m3该空气中含有的绝干空气量L为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿kg绝干气。

***答案***L=112.7kg绝干气

二、选择题

1.影响降速干燥阶段干燥速率的主要因素是（）。

A.空气的状态；B.空气的流速和流向；C.物料性质与形状。

***答案***C

2.干燥进行的必要条件是物料表面所产生的水汽（或其它蒸汽）压力（）干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压。

A.等于；B.小于；C.大于***答案***C

3.若离开干燥器的空气温度（t）降低而湿度（H）提高，则干燥器的热效率会（），而空气消耗量会（）。

A.减少；B.不变；C.增加;***答案***C、A

4.干燥过程中预热的热量消耗随空气进入预热器的温度的降低而（）。

所以干燥在任务相同的条件下（）的热量消耗量大于其它季节，故预热器的传热面积应以（）为计算基准。

A.冬季；B.夏季；C.增加；D.不变；E.减少

***答案***C、A、A

5.湿空气在预热过程中不变化的参数是（）

A.焓;B.相对湿度;C.露点温度;D.湿球温度。

***答案***C

6.指出“相对湿度，绝热饱和温度、露点温度、湿球温度”中，哪一个参量与空气的温度无关（）。

A.相对湿度B.湿球温度C.露点温度D.绝热饱和温度

***答案***C

7.⑴绝热饱和温度tas是大量的循环水与进入的空气在绝热增湿塔接触时湿空气最后达到的饱和状态温度，它等于循环水的温度。

⑵湿球温度tw是湿球温度计所指示的平衡温度，但它并不等于湿纱布中水分的温度。

对以上两种说法正确的判断是：

（）。

A.两者都对；B.两者都不对；C.⑴对⑵不对；D.⑵对⑴不对。

*答案***C

8.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。

***答案***B

9.空气的饱和湿度Has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。

***答案***A

10.在湿球温度ｔw的计算式中，kH/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kH/α∝u

C.kH/α∝u；D.不一定，与多种因素有关。

***答案***A

11.当湿度和温度相同时，相对湿度与总压的关系是：

（）。

A.成正比；B.成反比；

C.无关；D.φ与ps成正比。

***答案***A在相同的H值和温度t（即相同的饱和蒸汽压P）下,当总压由p减低至p',设其对应的相同湿度由φ变为φ',其间变化可由下列关系表示:

H=0.622（φps/（p-φps）=0.622（φ'pS/（p'-φ'pS））;φpS/（p-φpS）=φ'ps/（p'-φ'ps）p/p'=φ/φ'

12.一定湿度H的湿空气，随着总压的降低，露点相应地：

（）。

A.升高；B.降低；C.不变；D.不一定，还与其它因素有关。

***答案*B

13.同一物料，如恒速段的干燥速率增加，则临界含水量:

（）。

A.减小；B.不变；C.增大；D.不一定。

***答案***C

14.同一物料，在一定的干燥速率下，物料愈厚，则临界含水量（）。

A.愈低；B.愈高；C.不变；D.不一定。

***答案***B

15.真空干燥的主要优点是：

（）

A.省钱;B.干燥速率缓慢;C.能避免物料发生不利反应;D.能避免表面硬化。

***答案***C

16.干燥热敏性物料时，为提高干燥速率，可采取的措施是（）

A.提高干燥介质的温度；B.增大干燥面积；

C.降低干燥介质相对湿度；D.增大干燥介质流速

***答案***B

17.已知湿空气的下列哪两个参数，利用H－Ｉ图可以查得其他未知参数（）。

A.（tw,t）;B.（td,H）;C.（p,H）;D.（I,td）。

**答案***A

18物料中的平衡水分随温度升高而（）。

A.增大；B.减小；C.不变；D.不一定，还与其它因素有关。

***答案***B

19.空气的湿含量一定时，其温度愈高，则它的相对湿度（）。

A.愈低、B.愈高；C.不变***答案***A

三、问答题

1.为什么湿空气进入干燥器前，都先经预热器预热？

***答案***一是使湿空气的φ值下降，以增大其吸取水汽的能力；二是提高其温度（即增大焓值），使其传给物料的热增多，以供给汽化水分所需之热。

2.要提高恒速干燥阶段的干燥速率，你认为可采取哪些措施？

***答案***措施：

（1）提高热空气进干燥器的温度和降低其湿度；

（2）提高热空气通过物料的流速（3）改变热汽空气与物料的接触方式（如将物料充分分散在气流中，增大气、固两相接触表面，或气流垂直通过比平行通过物料层效果好）。

3.测定湿球温度时，当水的初温不同时，对测量结果有无影响？

为什么？

***答案***无影响。

若水温等于空气温度时，则由于湿纱布表面的水分汽化而使其水温下降、若水温高也会降温（一方面供给水分汽化需要的热量，一方面散热至空气中）、若水温低、则水分汽化需要的热量就会从空气中吸热。

最终都会达到湿、热平衡（即所测的温球温度）。

4.在对流干燥过程中。

为什么说干燥介质一湿空气既是载热体又是载湿体？

***答案***因物料中水分汽化需要热量，此热量由空气供给，而汽化的水汽又要靠空气带走（破坏其平衡状态），使干燥能稳定连续地进行。

故湿空气在干燥过程中起到供热、去湿的作用，故称湿空气是载热体又是载湿体。

5.如何强化干燥过程？

***答案***强化干燥过程要依据干燥的不同阶段而采取不同的措施。

在等速干燥阶段：

要使干燥速率提高，其措施：

增大热空气的温度、降低其湿度；增大热空气的流速；改变其接触方式（如垂直流过物料层效果比平行好，若将物料充分分散于气流中更好）

在降速干燥阶段：

主要改变物料的尺寸（变小）、厚度（减薄）或将物料充分分散于气流中增大其气、固两相的接触面积或加强搅拌等措施来提高干燥速率。

6.为什么临界含水量Xc的确定对于如何强化具体的干燥过程具有重要的意义?

下列两种情况下Xc将会变大还是变小?

（1）提高干燥时气流速度而使恒速阶段的干燥速率增大时；

（2）物料的厚度减小时。

试从干燥机理加以分析。

***答案***干燥中，与临界点对应的物料含水量ｘc称为临界含水量。

临界点是恒速与降速阶段之分界点。

在恒速阶段与降速阶段内，物料干燥的机理和影响干燥速率的因素是各不相同的。

物料在干燥过程中，一般均经历预热阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段，而其中恒速阶段和降速阶段是以物料的临界含水量来区分的。

若临界含水量ｘc值愈大，便会较早地转入降速干燥阶段，使在相同的干燥任务下所需的干燥时间愈长。

由于两个干燥阶段物料干燥的机理和影响干燥速率的因素不同，因此确定ｘc值对于如何强化具体的干燥过程有重要的意义。

因为临界含水量随物料的厚度和干燥条件而不同，所以对两种情况下ｘ值的变化可作如下的分析：

（1）ｘc↑提高干燥时气流速度可导致等速阶段Uc的增加（Uc为等速阶段的干燥速率），但随着U↑，内部水分扩散不及的现象就可能提前来临，即ｘc↑。

也就是：

临界含水量ｘc随恒速阶段的干燥速率的增加而增大。

（2）ｘc↓ｘc随物料厚度的增加而增大，随物料厚度的减小而减小。

因为物料厚度大，内部扩散路径长，阻力大，容易出现供不应求（来不及供应水分的表面汽化），故当ｘc还较高时便已到达降速阶段。

∴ｘc↑。

同理，物料的厚度减小时，ｘc↓。

四、计算题

1.在常压干燥器中，将某物料从含水量3.7％干燥到0.2％（均为湿基），干燥产品产量为1000kg.h-1。

温度25℃、相对湿度55%的原空气经过预热器加热到85℃后再进入干燥器，离开干燥器时的温度为30℃，物料进、出干燥器时的温度分别为24℃和60℃，绝干物料比热为0.36kJ/kg绝干料.℃，假设干燥器的热损失为9.05kw，试求：

（1）绝干空气流量（kg绝干气.h-1）；

（2）预热器中的传热量（kJ.h-1）。

（25℃时水的饱和蒸汽压＝3.168kP）。

***答案***

物料衡算：

L（H2－H1）=Gc（X1－X2）=W；GC=G2（1－ｗ2）=1000（1－0.002）=998kg绝干料.h-1

X1=0.037/（1－0.037）=0.0384；X2=0.002/（1－0.002）=0.002

W=GC（X1－X2）=998（0.0384－0.002）=36.33kg水.h-1

已知25℃时水的饱和蒸气压PS=3.168kPａ；Pw=ψPS=0.55×3.168=1.7424kPａ

H1=H0=0.622ｐW/（P－ｐW）=0.0109kg水.kg-1绝干气

∴L（H2－0.0109）=36.33（ａ）

热量衡算：

∵LI0+GCCPmt1+QP+Qd＝LI2+GCCPmt2+Q损

其中：

Ｉ0=（1.01+1.88×0.0109）×25+2490×0.0109=52.9kJ.kg-1绝干气

Ｉ1绝干气

Ｉ2=（1.01+1.88H2）×30+2490×H2=30.3＋2546H2

湿物料的焓Cpmt1=（ｃps＋X1ｃpL）t1=（0.36+4.187×0.0384）×24=12.5kJ.kg-1绝干料

产品的焓Cpmt2=（ｃps＋X2ｃpL）t2=-1绝干料;

Qp=L（Ｉ1-Ｉ0）=L（114.7-52.9）=61.8L;

Q损=9.05kJ.s-1=32580kJ.h-1

∴L（I1-I2）=L[114.7-（30.3+2546H2）]

=GC（CPmt2-CPmt1）+Q损-WｃpLtm1

=998（22.1-12.5）+32580-36.33×4.187×24=9581+32580-13231=28930

即：

L（84.4-2546H2）=28930（ｂ）

联立式（ａ）和（ｂ）解得：

H=0.02661kg水.kg绝干气-1

L=23112.5kg绝干气.h-1;Qp=L（Ｉ1-Ｉ0）=61.8L=61.8×2312.5=142913kJ.h-1=39.7kw

2.在常压绝热干燥器内干燥某湿物料。

将500kg的湿物料从最初含水量20％降至2％（均为湿基）。

ｔ0=20℃，H0＝0.01kg水/kg绝干气的空气经预热器升温至100℃后进入干燥器，在干燥器内空气经历一个等焓干燥过程，废气温度为60℃。

试计算：

1．完成上述干燥任务所需的湿空气量；2．空气经预热器获得的热量；3．在恒定干燥条件下对该物料测得干燥速率曲线如图所示。

已知恒速干燥段所用时间为1h求降速段需多少时间。

（1）．X1=0.2/0.8=0.25,X2=0.02/0.98=0.0204

Gc=500（1-0.2）=400kg

W=400（0.25-0.0204）=91.84kg

I1=（1.01+1.88H0）t1+2490H0=127.8=I2

I2=（1.01+1.88H2）t2+2490H2

→H2=（127.8-60.6）/2603=0.02582

L=W/（H2-H0）=91.84/0.01582=5805kg/绝干气。

（2）QP=L（1.01+1.88H0）（t1-t0）=4.78×104kJ

（3）AUC=GC（X1-X2）/θ=400（0.25-0.1）/1=60kg/h

θ=GC（XC-X*）ln[（XC-X*）/（X2-X*）]/AUC

=400（0.1-0.01）ln（0.09/0.0104）/60=1.295h

3.某食品厂物料的干燥流程如下图示。

试求：

（1）产量为多少kg.h?

（2）空气预热器消耗的热量为多少kw？

（3）风机抽送的湿空气量为多少m3.h-1?

注：

图中代号单位：

w—湿基含水量；I—kJ.kg-1干空气,H—kg水汽.kg-1干空气,v—m3.kg-1干空气

***答案***

1）产量G：

G2=G1-W=2000-2000（0.1-0.02）/（1-0.02）=2000-163.3=1837kg.h-1

2）预热器消耗的热量Q：

Qp=L（I1-I0）＋Q'

=W（I1-I0）/（H2-H1）＋Q'=163.3（108-45）/（0.025-0.01）＋18800=7.047×10kJ.h-1=195.7kw

3）风机抽送的风V：

V=Lv=W.v/（H-H）=163.3×0.93/（0.025-0.01）=1.013×103m3.h-1

4.如附图所示，湿物料含水量为42％，经干燥后为4％（均为湿基），产品产量为0.126kg.s-1，空气的干球温度为21℃,相对湿度40％,经预热器k1加热至93℃1＝0.008kg水.kg-1绝干气，H＝0.03kg水.kg-1绝干气），求绝干空气消耗量L（kg绝干气.s-1）。

（3）预热器供应之热量Qp（kw）。

（设忽略预热器的热损失）。

***答案***

（1）如答图所示

（2）Gc＝G1（1－ｗ1）

＝0.126（1－0.04）＝0.121kg.s-1

ｘ1＝42/58＝0.724kg水.kg-1绝干料;

ｘ2＝4/96＝0.0417kg水.kg-1绝干料

Ｗ＝Gc（ｘ1－ｘ2）＝0.121（0.724－0.0417）＝0.0826kg水.s-1

L＝Ｗ/（H2－H0）＝0.0826/（0.03－0.008）＝3.75kg绝干气.s-1

（3）Qp＝L（Ｉ1－Ｉ0）;Ｉ1－Ｉ0＝（1.01＋1.88H）（ｔ1－ｔ0）

＝（1.01＋1.88×0.008）×（93－21）＝73.8kJ.kg-1绝干气

∴预热器供应热量

Qp＝L（Ｉ1－Ｉ0）＝3.75×73.8＝276.8kｗ

5.在一干燥器中干燥某湿物料，每小时处理湿物料1000kg，经干燥后物料的含水量由40％减至5％（均为湿基）,干燥介质为373K的热空气，其中所含水汽的分压为1.0kN.m，空气在313K及相对湿度70％下离开干燥器,试求所需要的空气量。

水在313K时的饱和蒸汽压可取为7.4kN.m，湿空气的总压为101.3kN.m。

***答案***

1．求WW＝Gc（ｘ1－ｘ2）;G1＝1000kg.h-1＝0.278kg.s-1

∴Gc＝0.278（1－0.4）＝0.267kg.s-1;

x1＝ｗ1/（1－ｗ1）＝0.40/（1－0.40）＝0.667kg.kg-1绝干料

x2＝0.053kg.kg-1绝干料

∴W＝Gc（x1－x2）＝0.267（0.667－0.053）＝0.1639kg.s-1

2．求H1H1＝0.622ｐw/（P－ｐw）＝0.622×1.0/（101.3－1.0）＝0.0062kg.kg-1干空气

3．求H2;H2＝0.622ψｐs/（P－ψｐs）

=0.622×0.7×7.4/（101.3-0.7×7.4）＝0.0335kg.kg-1干空气

4．求LL＝W（H2－H1）＝6.0kg干空气.-1

进口的湿空气量＝L（1＋H1）＝3.76（1＋0.0062）＝6.041kg.s-1