化工原理干燥习题.docx

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化工原理干燥习题

八干燥习题解答

1解:

由露点温度tD=15℃,得:

lgPD=7.11212-1204.67/（15+223.5）;PD=115.1（mmHg）

该体系温度下丙酮的饱和蒸汽压

Ps=115.1/0.4=287.75（mmHg）

由lgPs=A-B/（t+C）

lg287.75=7.11212-1204.67/（t+223.5）

所以体系温度:

t=35.4℃

2.解:

20℃水饱和蒸汽压Ps=17.54（mmHg）.则

φ=Pv/Ps=12.03/17.54=0.686

H=0.622Pv/（P-Pv）=0.622×12.03/（760-12.03）=0.01

Hs=0.622Ps/（P-Ps）=0.622×17.54/（760-17.54）=0.0146

总压加倍时,Pv=2×12.03=24.06>17.54,

故水汽凝结,温度为饱和状态,此时

φ=Ps/Ps=1

Hs=0.622Ps/（P-Ps）=0.622×17.54/（1520-17.54）=0.00726[Kg水/Kg干气]

总压减半时,分压亦减半故Pv=6.01mmHg

φ=Pv/Ps=6.01/17.54=0.343

H=0.622Pv/（P-Pv）=0.622×6.01/（380-6.01）

=0.0099≈0.01[Kg水/Kg干气]

Hs=0.622Ps/（P-Ps）=0.622×17.54/（380-17.54）=0.03[Kg水/Kg干气]

由此看出总压增加Hs↓,φ↑,总压减少Hs↑,φ↓,由此干燥过程中加压不利,一般均在常压或减压下操作。

3.解:

H1=M苯/M氮×Pv/（P-Pv）

=78/28×94.57/（760-94.57）=0.396[Kg苯/KgN2]

H2=78/28×95.27/（760-95.27）=0.399[Kg苯/KgN2]

　　氮气用量L=W/（H2-H1）=4/（0.399-0.396）=1333.3[Kg/h]

VH=22.4（1/28+0.396/78）×（273+74）/273＝1.16[m3/Kg]

∴每小时送入干燥器的气体体积为1333.3×1.16=1546.6[m3/h]

4.解:

（1）求出口空气的湿含量,焓及相对湿度

根据t=20℃,tw=16℃,可以从H－I图查得:

H0=0.01,I0=45[KJ/Kg],此空气状态加热50℃,则

H1=H0=0.01,φ1=13%,I1=99KJ/Kg.

此状态沿绝热线（等焓线）冷却到30℃,得

H2=0.019，Φ2=70%，I2=I1=99KJ/Kg（等焓干燥）

（2）100m3新鲜空气预热到50℃所需热量及通过干燥器移走水分

νH=（0.772+1.244×0.01）×（20+273）/273=0.842m3/kg（干）

绝干空气的量：

L=100/0.842=118.8Kg（干）

所需热量Q=L（I1-I0）=118.8（99-45）=6415.2KJ

移走水分W=L（H2-H1）=118.8（0.019-0.01）=1.069Kg

5.解:

（1）求每小时加入干燥器的湿物料量:

W=L（H2-H1）=8000（0.03-0.01）=160[Kg水/h]

又因W=G1（w1-w2）/（100-w2）

∴G1=W（100-w2）/（w1-w2）

G1=160（100-0.5）/（3.7-0.5）=4975[Kg/h]

（2）废气出口温度和干燥器的热效率

因为题给为理想干燥过程.即I2=I1

即（1.01+1.88H1）t1+2492H1=（1.01+1.88H2）t2+2492H2

（1.01+1.88×0.01）120+2492×0.01

=（1.01+1.88×0.03）t2+2492×0.03

解得t2=69℃

I0=（1.01+1.88×0.01）20+2492×0.01=45.51[KJ/Kg]

I1=（1.01+1.88×0.01）120+2492×0.01=148.4[KJ/Kg]

Qp=8000（I1-I0）=8000（148.4-45.5）=823200[KJ]

qp=823200/160=5145[KJ/Kg（水）]

热效率的定义式不同

a:

热效率ηH=q'/qp

q'=（r0+Cwt2）-Cpθ1

∴q'=（2492+1.88×69）-4.187×20=2536.0[KJ/Kg（水）]

∴热效率ηH=q'/qp=2536。

0/5145=0.493=49.3%

b：

q'=（r0+Cwt2）-Cptw

当t=20℃,H0=0.01,查得tw=16℃

∴q'=（2492+1.88×69）-4.187×16=2554.73[KJ/Kg]

∴热效率：

ηH=q'/qp=2554.73/5145=0.497=49.7%

c：

对理想干燥器,Q1为空气通过干燥器温度由t1降至t2所放出热量,即用于汽化水分

Q1=mCp（t1-t2）

Q为空气通过加热器所获得的热量

Q=mCp（t1-t0）

η=Q1/Q=（t1-t2）/（t1-t0）=（120-69）/（120-20）

=0.51或51%

几种方法结果近似.

6解:

（1）V=L×VH;L=W/（H2-H1）;W=Gc（X1-X2）

X1=0.2/（1-0.2）=0.25;

X2=0.05/（1-0.05）=0.0526

Gc=G2（1-w2）=50（1-0.05）=47.5Kg/h

∴W=47.5（0.25-0.0526）=9.38Kg/h

L=9.38/（0.05-0.01）=234.5Kg绝干气/h

又:

VH=（0.772+1.244H2）（273+t2）/273

=（0.772+1.244×0.05）×（273+70）/273

=1.048m3湿空气/Kg绝干气

∴V=234.5×1.048=245.8m3/h

（2）Qp=L（I1-I0）=L（1.01+1.88×0.01）（120-20）

=24125KJ/h（将L=234.5Kg绝干气/h代入而得）

（3）求干燥器补充的热量QD

由热量衡算:

QD=L（I2-I0）+Gc（I2'-I1'）-Qp

式中:

I0=（1.01+1.88×0.01）×20+2490×0.01=45.48KJ/Kg绝干气

I2=（1.01+1.88×0.05）×70+2490×0.05=201.78KJ/Kg绝干气

I1'=（Cs+X1Cw）θ1=（1.5+4.187×0.25）×30=76.4KJ/KG绝干料

I2'=（Cs+X2Cw）θ2=（1.5+4.187×0.0526）×50=86.01KJ/Kg绝干料

∴QD=234.5（201.78-45.48）+47.5（86.01-76.4）-24125=12984KJ/h

（4）AB---预热过程

BC----在干燥器中空气状态变化过程（图略）

7解:

（1）对于理想干燥

（1.01+1.88H1）t1+2492H1=（1.01+1.88H2）t2+2492H2

（1.01+1.88×0.006）140+2492×0.006=（1.01+1.88H2）80+2492H2

H2=0.0292Kg水/Kg绝干空气

W=G1（1-W1）（W1/（1-W1）-W2/（1-W2））

=1（1-0.1）（0.1/（1-0.1）-0.02/（1-0.02））=0.0816Kg/s

L=W/（H2-H1）=0.0816/（0.0292-0.006）=3.52Kg/s

∴Qp=L（1.01+1.88H1）（t1-t0）

=3.52（1.01+1.88×0.006）（140-20）=431.4KW

热效率

aQs=0.0816×（2492+1.88×80-4.187×18）=209.5KW

η=209.5/431.4=0.486=48.6%

bη=（t1-t2）/（t1-t0）=（140-80）/（140-20）=50%

（2）设出口温度为t2',出口湿度为H2'

（1.01+1.88H1）t1+2492H1=（1.01+1.88×H2'）t2'+2492H2'

H2'=0.044Kg水/Kg绝干空气

P=PH2'/（0.622+H2'）=101×0.044/（0.622+0.044）=6.6726KN/m2

tD=3991/（16.5-ln6.67）-234=39.4℃

旋风分离器后,空气温度为45-10=35℃

因tD>35℃,故物料将反潮.

8解:

（1）求新鲜空气流量,设所需绝干空气量为L

L=W/（H2-H1）

H1=0.8H2+0.2H0=0.8×0.079+0.2×0.012=0.0656

W=G1（W1-W2）/（100-W2）=1.5×103（47-5）/（100-5）=663.2[Kg/h]

∴L=663.2/（0.079-0.0656）=49492.5[Kg/h]

故新鲜空气量L=0.2L（1+H0）=0.2×49492.5（1+0.012）=10017.3[Kg/h]

（2）预热器所需热量

Qp=L（I1-IM）

I2=（1.01+1.88×0.079）×50+2490×0.079=255KJ/KgI0=（1.01+1.88×0.012）×20+2490×0.012=51KJ/KgIM=0.2I0+0.8I2=0.2×51+0.8×255=214[KJ/Kg]

∴Qp=49492.5（255-214）=2029192.5[KJ/h]

9解:

（1）示意图如上:

说明:

a）由15℃,Φ=100%定A点;

b）由A点沿等H线至t=85℃相交得B点;

c）由B点沿等I线到与Φ=100%线相交得C点;

d）由C点沿等H线至与t=80℃相交得D点;

e）由D点沿等I线至与Φ=80%线相交得E点;

f）从第二干燥器出来的湿空气经冷凝器,先冷却后冷凝,冷却是等湿,冷凝是沿Φ=100%线,故由E沿等H线至与Φ=100%线相交得E'点,由E'点沿Φ=100%线析出水分减湿至A点,重复上述过程.

（2）求每个加热器中供给的热量

第一加热器QAB=1×（1.01+1.88HA）（tB-tA）Kw

第二加热器QCD=1×（1.01+1.88HD）（tD-tc）Kw

9题附图

10解:

（1）操作时的H-I图

由tA=30℃及tA=20℃确定状态点A,过点A的等I线与t=60℃的等温线交于点C，自点A将空气沿等H线冷却至饱和状态即点B',自点B'点沿Φ=100的等Φ线使空气冷却冷凝至与过点C的等H线相交于点B为止（此过程中空气内的水汽冷凝成水）.图中的状态点A也是状态点D,过程的H-I图示意如下:

10题附图

（2）求tB及HB

tdB=20℃时,由表查得Ps=2.3346KPa

HA=0.622Ps/（P-ps）=0.622×2.3346/（101.3-2.33346）=0.01467

VA=22.4[（273+30）/273]（1/29+0.0146/18）=0.878Kg湿气/kg干气

L=500/0.878=569.5Kg干气/h∵L=W/（HA-HB）

或569.5=4.9/（0.01467-HB）

解得:

HB=0.00607

∵HB=0.622Ps/（P-ps）或0.00607=0.622Ps/（101.3-Ps）

解得:

Ps=0.979Kpa由此查得tB=6.5℃

（3）求φc

∵Hc=0.622pc/（P-ps）其中Hc=HB=0.00607

∴0.00607=0.622pc/（101.3-pc）

解得pc=0.979KPa

由表查得60℃时,ps=19.923KPa

∴φc=（pc/ps）×100%=（0.979/19.923）×100%=4.91%

查图结果计算结果

HBKg水/Kg干气0.0070.00607

tB℃66.5

φc5%4.91%

11解:

（1）作等焓干燥操作线图,并求L1,Qp

由t=16,tw=14,确定HD=0.009,由图中O点所示,I1=40[KJ/Kg]

由HD与t=80℃确定1点,由图中所示,I1=104[KJ/Kg]

从1点沿等焓线与φ=50%相交,确定2点,H2=0.025,I2=104[KJ/Kg]

操作线示意图为:

0→1→2

W=2000（w1-w2）/（100-w2）=2000（50-5）/（100-5）=947[Kg/h]

L=W/（H2-H1）=947/（0.025-0.009）=59210[Kg/h]

Qp=L（I2-I0）=59210（104-40）=3789440[KJ/h]

11题附图

（2）当热损量QL=116Kw时,求这时的空气耗量及耗热量

干燥器的热量衡算式：

L（I1-I2）=G（I2’-I1’）+QL

干燥器的物料衡算式：

L=W/（H2-H1）

将已知各量代人，略去t2、H2的下标得出干燥的操作线方程：

107-2902H-t-1.9t×H=0

令H=0.02时,计算t=48.7℃

在图上找出t=48.7,H=0.02点,与“1”点连接作操作线并延长与φ=50%线相交,查得2'点,该点的H2'=0.023

L'=947/（0.023-0.009）=67642.9[Kg/h]

Q'=67642.9（104-40）=4329145.6[KJ/h]

由计算结果看出,实际干燥较理论干燥的空气量,所需热量都有所增加.

12解:

（1）t=60℃,h=0.01查图得tw=28℃,Hw=0.024,φ=9%

（2）t=70℃.H=0.036,查图得tw=40℃,Hw=0.049,φ=17%

（3）t=80℃.H=0.045,查图得tw=44℃,Hw=0.062,φ=15%

用t-tw和Hw-H表示的上面三种情况的推动力如下

（1）t-tw=60-28=32℃,Hw-H=0.024-0.01=0.014

（2）t-tw=70-40=30,Hw-H=0.049-0.036=0.013

（3）t-tw=80-44=36,Hw-H=0.062-0.045=0.017

∴推动力:

（3）>

（1）>

（2）,尽管相对湿度φ是：

（2）>（3）>

（1）的

13解:

τ1=Gc（X1-Xc）/AUc=1000/（55×1.1）·（0.15-0.125）=0.414[h]

τ2=Gc（Xc-X*）/AUc·ln（Xc-X*）/（X2-X*）

=1000（0.125-0）/（5.5×1.1）ln（0.125-0）/（0.005-0）=6.65（h）

=∑τ=τ1+τ2=0.414+6.65=7.06[小时]

14解:

（1）X1=0.2/0.8=0.25X2=0.02/0.98=0.0204

Gc=500（1-0.2）=400Kg/h

W=400（0.25-0.0204）=91.84Kg/h

I1=（1.01+1.88×0.01）t1+2490×0.01=127.8KJ/Kg=I2

I2=（1.01+1.88H2）t2+2490H2→H2=（127.8-60.6）/2603=0.02582KJ/Kg

L=W/（H2-H0）=91.84/0.01582=5805Kg绝干气/h

L’=5805（1+0.01）=5863.4Kg湿气/h

（2）Qp=L（1.01+1.88H0）（t1-t0）=478000KJ/h

（3）τ1=1=Gc（X1-X0）/SUC=400×0.15/SUC求得SUC=60

τ2=Gc（X0-X*）/SUC×ln（0.09/0.0104）=1.295h

15解:

X1=w/（1-w）=0.0286/（1-0.286）=0.4

X2'=0.074/（1-0.074）=0.08

X2=0.048/（1-0.048）=0.05

∵Xc=0.15X2

恒速段所需时间为τ1,二种情况降速阶段所需时间各为τ2,τ2'

=ln（（0.15-0.04）/（0.05-0.04））/ln（（0.15-0.04）/（0.08-0.04））=2.37

τ2/τ1=（（1/Kx）ln（（Xc-X*）/（X2-X*）））/（（1/Uc）（X1-Xc））

=（（Xc-X*）/Uc×ln（Xc-X*）/（X2-X*））/（X1-Xc）

=（0.15-0.04）ln（0.15-0.04）/（0.08-0.04）/（0.4-0.15）=0.445

又τ1+τ2=7

∴τ2=2.16小时τ1=4.84小时

∴τ2'=2.16×2.37=5.12小时

τ总=τ2'+τ1=5.12+4.84=9.96小时

∴需要9.96小时才能由28.6%干燥至4.8%

16解:

∑τ=τ1+τ2

∑τ=Gc（X1-Xc）/AUc+（Gc/AUc）（Xc-X*）ln[（Xc-X*）/（X2-X*）]

=Gc/AUc[（X1-Xc）+（Xc-X*）ln（（Xc-X*）/（X2-X*））]

将数据代入上式,得到

∑τ=Gc/AUc[（0.33-0.16）+（0.16-0.05）ln（（0.16-0.05）/（0.09-0.05）]

∴Gc/AUc=7/0.281=24.88

∑τ'=24.88[（0.33-0.16）+（0.16-0.05）ln（（0.16-0.05）/（0.07-0.05））]

=8.9h

∴再需时间为8.9-7=1.9[h]

17解:

X1=0.21/（1-0.21）=0.2658

绝干物料Gc=127（1-0.21）=100.33{Kg/h]

湿球温度为34℃,汽化潜热rtw=2420.5[KJ/Kg]

X2=（127×0.21-20）/100.33=0.0665

τ1=Gc（X1-Xc）rtw/Aα（t-tw）

=100.33（0.2658-0.12）×2420.5×10*/[5×167.5（70-34）]

=1174[秒]

τc=Gc（Xc-X*）/AUcln（Xc-X*）/（X2-X*）

Uc=α（t-tw）/rtw=167.5×（70-34）/（2420.5×103）=2.49×10-3[Kg/m2·s]

τ2=100.33（0.12-0.02）/（2.49×10-3×

5ln（0.12-0.02）/（0.0665-0.02）=617s

∴∑τ=τ1+τ2=1174+617=1797s

18解:

（1）干燥速率曲线即U-X曲线,U为干燥速率,Kg/m2·s

X为物料的干基含水量,Kg水/Kg绝干料

U=dw'/（sdτ）≈△w'/（s△τ）

s为干燥面积,m2;w'为气化的水分量,g;

τ为干燥时间,s;其余同前

X=（G'-Gc）/Gc

△w'----当时间由τ到τ+△τ时被汽化的水分量,g;

Gc----绝干物料的质量,g;

G'----时间在τ时的物料质量,g;

s-------纸板汽化表面积,s=（长×宽+长×厚+宽×厚）×2

以上各项均可直接测量,故可作出U-X曲线.

（2）实验应测取的数据及使用的仪表:

a）Gc---在实验前预先测定:

b）△w'------用天平测定测定不同τ时的G'值,并求出相应值

c）△τ-----时间间隔,用秒表测定的△w'与△τ

d）纸板的尺寸--在浸水之前先测量之

e）空气状态--用干湿球温度计测定空气的t和tw（一般是测定空气进干燥室状态）

f）空气流速--用孔板流量计测定.

e）和f）两项是为了注明干燥实验的条件,以及计算α和KH所必需

综合思考题

[1]自由含水量X-X2*=0.23-0.007=0.223

结合水量为X1*=0.02

非结合水量X-X1*=0.23-0.02=0.21

[2]下降,废气部分循环.

湿物料表面的水分压强大于干燥介质中的水蒸汽分压传质过程与传热过程→;→;

[3]①空气预热温度高,单位质量干空气携带的热量多,干燥过程所需要的空气用量少,废气带走的热量相应减少,故热效率得以提高.

②气流离开干燥器时,因在管道及旋风分离器散热,温度易于下降至露点以下而析出水滴,使干燥产品返潮.

③在表面产生一种液体水与蒸汽不易渗透的硬层.

[4]降低增加

因为t↓而H↑可节省空气消耗量并提高了干燥操作的热效率,但空气中湿度H↑,t↓会使物料与空气间的传质推动力减少,因而降低了干燥速率.

不能经受高温或在高温下易于氧化的物料,在干燥时容易产生粉末或有爆炸危险的物料,以及排出的蒸汽必须回收的物料.

较大

[5]①Q=（1.01+1.88H0）=（t1-t0）

②大少水面被测气流的温度不太高,流速〉5m/s1.09

tw=t-（rtw/1.09）（Hs,tw-H）

[6]CBAB

[7]①A②D③A

[8]①C②B

[9]①C②A③B

[10]①A②A

[11]①A

在相同的H值和温度t（即相同的饱和蒸汽压Ps）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'

②B

[12]粉粒状临界流化速度带出速度避免颗粒混和

在加料口以下1m左右的部分流化床干燥器.

[13]①减少辐射和热传导的影响,使测量结果较为精确.

②H,t

③减慢干燥速率,使物料内部水分分布比较均匀.

④小,产品含水量.