化工热力学下册第二版夏清第5章干燥答案.docx
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化工热力学下册第二版夏清第5章干燥答案
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，Pv二Ps
由附录查得601时水的饱和蒸汽压ps=19.92KPa
pv=0.419.92=7.97KPa
0.622FV
P-Pz
（2）湿度
0.622了.97=0.118kg/kg绝干气
50—7.97
（1）
密度
=2.27m3湿空气/kg绝干气
密度「h—H」°.1180.493kg/m3湿空气
Vh2.27
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
号
干球温度
湿球温度
湿度
Kg/Kkg绝干
气
相对湿
度
%
始
KJ/kg绝干
气
水汽分压
KPa
JH
露点
（60）
（35）
2
（40）
（25）
3
（20）
（75）
4
（30）
（4）
解:
序
号
干球温
度/!
c
湿球温
度/!
c
湿度
/kg/
kg绝干气
相对湿
度/%
焓
/KJ/
kg绝干气
水汽
分压
/Pa
JH
露点
八C
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H-I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乜屮0=0.009kg/kg绝干气时，由H-1图查出l0=43KJ/kg绝干气。
当to=50；C,Hi=H°=0.009kg/kg绝干气时，由H-1图查出
h=74KJ/kg绝干气
1kg绝干空气在预热器中焓的变化为:
I=74-43=31KJ/kg绝干气
原湿空气的比容为
273t1.01310527320
vH=（0.7721.244H）（0.7721.2440.009）
H273P273
=0.84m3湿空气/kg绝干气
1m3原湿空气的焓变为
（2）1m3原湿空气在干燥器中获得的水分
当t。
=50；0出=0.009kg/kg绝干气时，在H-1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H2=0.018kg/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、笃=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
I03I2=41
由附录查得t。
=25匕时，水的饱和蒸汽压Po,s=3168.4Pa
t0=50*C时，水的饱和蒸汽压p2,s=12340Pa
当t^25cC，0^50%时，空气的湿度和焓分别为
°.622二。
6220.53168.4=0^88kg/kg绝干气
P—%p°,s101300-0.5x3168.4
10=（1.011.88H0）t02490H。
=（1.011.880.00988）2524900.00988
=50.3KJ/kg绝干气
当t^50cC,2=80%时，空气的湿度和焓分别为
战二0^^°62212340°5=0.0.067kg/kg绝干气
P-蛰P2,s101300-12340汉0.5
12=（1.011.88H2）t22490H2
=（1.011.880.0672）5024900.0672
=224.1KJ/kg绝干气
将以上数据代入式子
（1）、
（2），即
0.0098830.0672=4H50.33224.1=4|
分别解得Hm二0.0529kg/kg绝干气
|m=180.7kg/kg绝干气
由Im=（1.011.88Hm）tm2490Hm并代如Hm及Im的值解得t^44.15C
（2）加热到相对湿度为10%时，空气湿度不变
已=0.0529kg/kg绝干气
水汽分压不变，则
0.05290.622P，解得p1-7.94KPa
101.3—P
由4二797=0.01,解得Ps=79.7KPa
Ps
查水的饱和蒸汽压表，得对应的温度为to=93.1c
h=（1.011.88HJt42490H4
=（1.011.880.0529）93.124900.0529
=235.01KJ/kg绝干气
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。
解：
（1）新鲜空气消耗量
3炭=蟲”25kg/kg绝干物料
X2W250.05263kg/kg绝干物料
1讥100-5
G=Gd1-wj=1000（1-0.2）=800kg绝干物料/h
蒸发水量W=G（X1-X2）=800（0.25-0.05263）=157.9kg水/h
绝干空气用量
L（H2-H0）=W
LW15792760.5kg绝干气/h
H2-H00.0672-0.01
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
Ii
I2=（1.011.880.0672）5024900.0672
=224.1KJ/kg绝干气
即：
（1.011.88Hm）t12490H^224.1
将Hm=0.0529kg/kg绝干气代入上式，解出1=83.26^
（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
Qp二Lm（h-■Im）
其中Lm=4L=42760.6=11042kg绝干气/h
所以Qp-11042（224.1-180.7）=4.79105KJ/h=133.1KW
6.干球温度t°=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=85^0湿物料初始状态为：
温度弓=25C、含水量W1=15%终了时状态为：
温度=25E、含水量W2=0.2%o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。
解：
操作流程示意图见本题附图1
（1）单位时间内获得的产品质量
XiW1150.01523kg/kg绝干物料
1-wi100-1.5
X2W2咚0.002kg/kg绝干物料
1-w2100-0.2
绝干物料流量
G=G（1-W1）=9000（1-0.15）=9062kg绝干物料/h
W二G（X1-X2）=9062（0.1523-0.02）=119.9kg水/h
干燥产品流量
G2=G（1X2）=9062（10.02^9080kg干燥产品/h
（2）干燥过程的操作线
由t2=50；C,two=23；c查出l0=66KJ/kg绝干气，求出H0=0.0157kg/kg绝干气
由1=95：
C,比=H0=0.0157kg/kg绝干气,求出I^138.6KJ/kg绝干气
热损失速度QL=580119.9二69542KJ/h
由焓的定义可计算出干燥器的焓分别为
I；=Cs弓XQW弓=1.84250.015234.18725=47.6KJ/kg绝干物料
同理l2二Cs£X2Cwr=1.8434.50.024.18734.5=63.8KJ/kg绝干物料对干燥器作水分衡算，得
L（H2_HJ=W
或L（H2-0.0157）=119.9
（1）
再对干燥器做物料衡算，得
l（*-h）y-11'）Ql
或L（138.2-12）=9602（63.8-47.6）69542
（2）
联立
（1）、
（2）解得出+5.55叮0二12=0.0928（3）
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，女口H=0.02，由式（3）求得I=131.5kJ/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t2=65乜的线交于点C,点C为空气离开干燥器的状态点，由点C读出
H^0.023kg/kg色干气，I2=126kJ/kg绝干气
（3）单位时间内消耗新鲜空气的质量
17128kg绝干气/h
0.023-0.0157
新鲜空气消耗量L。
=L（1H。
）=17100（10.0157）=17403kg新鲜空气/h
（3）干燥器的热效率
_w（24901.88t2-4.187可）
一Q
其中Q二Qp二L（h-1。
）=17128（138.6-66）=1.243106kJ/h
n_119.9汉（2490+1.88汉65—4.187汉25）24
-1.243F06-.%
7•在一常压逆流转筒干燥器中,干燥某种晶状物料。
温度t°=25C、相对湿度
0=55%勺新鲜空气经过预热器使温度升至11=85°C后送入干燥器中,离开干燥器时温度t2=30C。
湿物料初始温度=24C、湿基含水量W1=0.037,干燥完毕后温
度升到=60C、湿基含水量降为W2=0.002。
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）。
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
X1Wl0.0384kg/kg绝干物料
1-W100-0.037
绝干空气流量
水分蒸发量
G=G2（1_w2）=1000（1-0.002）=998kg绝干物料/h
W=G（X,_X2）=998（0.0384-0.002）=36.33kg水/h
由附录查出25©时水的饱和蒸汽压为3168.4Pa，故湿度为
H0°.62230P0,s°62230.553168.4"0109kg/kg绝干气
101.3X03—%p°,s101.3003—0.55x3168.4
对干燥器作水分的物料衡算，取1h为基准，得
（1）
L（H2-0.0109）=36.33
对干燥器做物料衡算，得
L11-G4二LI2GI2Ql
其中丨1=（1.011.88H1）t12490H1
二（1.011.880.0109）8524900.0109
=114.7KJ/kg绝干气
l2=（1.011.88H2）302490H2=30.32546H2
题给Cs=1.507KJ/（kg绝干物料「C）
l1二CsKX1CWR=1.507240.03844.18724=4012KJ/kg绝干物料
题给:
a=35KJ/（m2|_h_；C）
所以Ql—aS：
t-aC：
DL）（号2-t。
）
85+30
=35（3.141.37）（25）=32520KJ/h
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
H2=0.02261kg/kg绝干气I=3102kg/kg绝干气
（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,
T=116.6©,预热器中消耗热量的速度为
Qp=L（h-1o）
其中l0=（1.011.880.0109）2524900.0109=52.9KJ/kg绝干气/h
所以QP=3102（114.7一52.9）=191700KJ/h=53.25KW
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
i/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
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=44.115=1.94kg/kg绝干物料，
15
37—15
终了时X==1.47kg/kg绝干物料
15
蒸发的水份量W=37-44.1二-7.1kg/h
干燥时间的增量—=0.2-0二0.2h
干燥速度u=列71177.5kg/（m2Lh）
S也£0.2疋0.2
与干燥速率对应的物料的平均湿含量为
1
X（1.941.47）=1.705kg/kg绝干物料
2
由上法计算的数据列于下表
时间
t/h
物料
质量
/kg
X
/kg/kg绝干物料
AW
/（kg/h）
/h
u/
kg/（m2Lh）
X/kg
/kg绝干物料
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XC=1.24kg/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XG=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。
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.
解：
恒速干燥的干燥时间为"^^-（Xi-Xc）
Sue
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，Uc二kx（Xc-x*）
降速干燥的干燥时间为2Xi门一X79-ln—Xr
SucX2—XSk,X2—X
G'-XCXC-X
总干燥时间为.=・1•・2（-ln—
s&xC_xx2_x
将第一次干燥实验的数据代入，得
「「G'“0.35—0.15,0.15—0.04、
5.5（In）
Skx0.15—0.040.1—0.04
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
物料平铺在0.8mxlm的
10•对10kg某温物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥浅盘中,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X1=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1.4h,求此干燥条件下的Xe解：
（1）恒速段干燥速率
a
Uc（t-tw）
rtw
由空气t=75CH=0.018kg/kg绝干气，查H-l图得tw=34；C相应水的汽
化热rtw=2416KJ/kg，空气对物料的对流传热系数
:
=1.17（L'）0.37
湿空气的质量速度L'=3600丄\
湿空气密度'h二匚上
Vh
湿空气的比容
二（0.7721.244H）
101.3
273
=（0.7721.2440.018）
27375,
1
273
=1.013m3湿空气/kg绝干空气
J°.°18=1.00湿空气/m3湿空气
H1.013
L』360021.00^7236kg湿空气/（mlcC）
:
-1.17（7236）0.37=31.35W/（m2L；C）
G'G1108kg绝干物料
1+X11+0.25
降速干燥阶段时间
M久（X^Xc）3（0.25-1）=2.825103s=0.785h
Suc0.53210
降速段u-X为线性关系，故降速段干燥时间
因为X*-0，所以
2=10013ln空）=3025.26s=0.8408h
0.53210”0.02
总干燥时间为^0.0785-0.840=1.625h
（2）空气流速加倍后u'=2u
0.37
uc=20.37uc=20.370.53210—0.68810"kg/（m2Ls）
=12=
（2）（X1_XcXCIn准）
SicX2
1.43600=（
10
0.68810；
）（0.25-XcXcIn生）
0.2
解得Xc=0.121kg/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
G、G（1-W）=500（1-0.15）=425kg绝干物料
恒速干燥阶段时间为「浚"Xc）降速阶段干燥速率线为直线，所以降速段干燥时间为
2=卄舒
解得X2=0.00809kg水/kg绝干物料
干燥一批物料的干燥产品量G2=G'（VX2）=4251.00809=428.4kg
干燥一批物料所用时间4=4.1667h
60
4284
因此，生产能力为上8424=2468kg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茨=O.lkg/kg绝干料。
空气进干燥器的温度为135C、湿度为O.O1kg/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
干燥第二阶段
一字=30（Hs,_-H）
d
-dX.1.2X
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
t^135:
C,H^0.01kg/kg绝干气，在H-1图上确定空气的状态点，由该点沿等焓线向右下方移动与t2=60；C的线相交，读出交点处的H2=0.039kg/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,tw=0.048kg/kg绝干气。
对干燥器作水分衡算，得
L（H2-H1^G（X^X2）
—X1-X2=一。
1=31
GH^H10.039-0.01
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
-—C=30（Hstw-Hc）=1.2Xc=Xc亠（0.048-HJ=1.2-25Hc
（1）d1.2
在空气进入干燥器与临界点处列水分方程衡算式
L（Hc-比）二G*-Xc）
联立
（1）、
（2）解得He=0.018kg/kg绝干气X2=0.743kg/kg绝干物料
干燥第一阶段的时间为
在离开干燥器的微元长度内列水分的衡算式，有
LdH--GdX=-dX二LdH/G
将以上关系代入式（3），并将式中积分上下限
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