化工原理干燥复习题.docx
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化工原理干燥复习题
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__________________。
2、干燥这一单元操作,既属于传热过程,又属______________。
3、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___________。
4、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。
5、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。
6、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__________。
7、已知某物料含水量X1=0.4kg水/kg绝干料,从该物料干燥速率曲线可知:
临界含水量XC=0.25kg水/kg绝干料,平衡含水量X*=0.05kg水/kg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________。
8、作为干燥介质的湿空气,其预热的目的____________________________
_____________________。
9、当空气的湿含量一定时,其温度愈高,则相对温度愈_______,表明空气的吸湿能力愈__________,所以湿空气在进入干燥器之____________都要经______________。
10、在等速干燥阶段,干燥速率____________,物料表面始终保持被润湿,物料表面的温度等于________________,而在干燥的降速阶段物料的温度_________________。
11、固体物料的干燥,一般分为_________________两个阶段。
12、在对流干燥器中最常用的干燥介质是_______________,它既是__________又是______。
13、等焓干燥过程的条件是_________________________________________
_________________。
14、若将湿空气的温度降至其露点以下,则湿空气中的部分水蒸汽___________。
15、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______________。
16、由干燥速率曲线可知恒速干燥阶段所除去的水分是__________,降速干燥阶段除去的水分是_______________。
17、等速干燥阶段物料表面的温度等于__________________。
18、恒速干燥与降速干燥阶段的分界点,称为______________;其对应的物料含水量称为_____________________。
19、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。
20、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)
21、在一定干燥条件下,物料厚度增加,物料的临界含水量会_________,而干燥所需的时间会____________。
22、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_____。
23、对不饱和湿空气,干球温度____湿球温度,露点温度____湿球温度。
(〈,=,〉)
24、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。
25、对不饱和空气通过间壁换热器进行加热,使温度由t1升至t2,此时其湿球温度____,相对湿度_____,露点_____,湿度____。
26、在1atm下,不饱和湿空气的温度为295K,相对温度为60%,当加热到373K时,该空气下列状态参数将如何变化?
(只填变化的情况,不填变化的具体数值)湿度___,相对湿度___,湿球温度___,露点__,焓___。
27、一吸湿性物料和一非吸湿性物料,具有相同的干燥面积,在相同的干燥条件下进行干燥,前者的干燥速率为NA,后者的干燥速率为NB,则在恒速干燥段NA___NB。
(>,=,<)
28、干燥器内部无补充加热的情况下,进干燥器的气体状态一定,干燥任务一定,则气体离开干燥器的湿度H越___,干燥器的热效率越___。
29、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__tW_tas__td。
30、一定湿度H的气体,总压P加大时,露点温度td______。
而当气体温度t升高时,则td_____。
31、温度30℃,水汽分压为2kPa的湿空气与水温为40℃的水接触(假定湿空气状态和水温恒定不变),则传热方向:
水____空气,传质方向:
水____空气。
(用箭头符号表示)已知30℃、40℃下水的饱和蒸汽压分别为4.2472和7.3766kPa。
32、已知湿空气总压为101.3kN/m2,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/m2,则此湿空气的湿度H是_________kg水/kg绝干气,其焓是__________kJ/kg绝干气。
33、已知湿空气的干球温度t为50℃,湿球温度tW为30℃,总压为100kN/m2,若已查出在30℃时水的饱和蒸气压为4.25N/m2,汽化潜热为2423.7kJ/kg,则该空气的湿度H为____________。
34、原湿空气(温度t0,湿度H0)经预热器温度升高至t1后再送入常压干燥器中。
现若t0、H0及t1均已知,则该预热过程所需热量Q的计算式为Q=__kJ/kg绝干气。
35、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绝干料,结合水含量为______kg水.kg绝干料,非结合水的含量为______kg水.kg绝干料。
36、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)。
37、湿空气在293K和总压101.3kN.m-2下,湿度为0.0438kg水/kg绝干气,则100m3该空气中含有的绝干空气量L为____kg绝干气。
38、有关降速干燥阶段物料的内部水分移动的机理存在着两种理论,一个是_______理论,第二个是________理论。
问答题:
1.有人说:
“自由水分即为物料的非结合水分”。
这句话对吗?
(扼要说明原因)
2.固体物料与一定状态的湿空气进行接触干燥时,可否获得绝干物料?
为什么?
3.为什么湿空气进入干燥器前,都先经预热器预热?
4.物料中的非结合水分是指哪些水分?
在干燥过程中能否除去?
5.要提高恒速干燥阶段的干燥速率,你认为可采取哪些措施?
6.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?
7.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?
8.如何强化干燥过程?
9.湿物料经干燥后达不到产品含水量的要求(偏高),你认为应采取什么措施来解决它。
10.欲在298K时用相对湿度为60%的空气干燥木材,使其中水分降到11.5%(湿基),你认为是否可能?
为什么?
已知在此条件下木材的平衡水分为12%(干基)。
11.回答下列问题:
(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?
12.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。
五、计算题:
1.(10分)已知空气的H=0.009kg水汽.kg干空气,φ=40%。
试算出该空气的t和t(空气总压P=101.3kN.m),水的饱和蒸汽压数据如下:
蒸汽压p(kN.m)1.01.52.02.53.03.54.0
温度t(℃)6.312.517.020.923.526.128.7
***答案***
由H=0.622p/(P-p)可得:
0.009=0.622P/(101.3-p)→P=1.445kN.m
又由φ=p/ps得:
ps=p/φ=1.445/0.4=3.613kN.m
由此值查出:
t=26.7℃;
依p=1.445kN.m查出:
t=11.8℃
2、已知空气的t=30℃,t=20℃,试算出该空气的H和φ值。
(空气总压=101.3kP)水的饱和蒸汽压数据如下:
温度t(℃)1520253035
蒸汽压P(kN.m)1.712.333.174.255.62
***答案***
依t=20℃查出p=p=2.33kN.m
代入下式:
H=H=0.622p/(P-p)=0.622×2.33/(101.3-2.33)
=0.01464kg水汽.kg干空气。
依t=30℃查得:
ps=4.25kN.m,φ=2.33/4.25=0.548
或依入H=0.622φ.p/(P-ψ.p)得:
0.01464=0.62×4.25φ/(101.3-4.25φ)→φ=0.548
3、每小时要将48T常压的饱和空气自露点22℃冷却至露点7℃,试求:
(1)冷却前空气的湿球温度和干球温度?
(2)应从空气中除去多少水量?
(3)冷却前空气的体积流量为多少m.h?
(附T-H图一张)
***答案***
1)由于是饱和空气,故t=t=t=22℃
2)应除去的水量W;
W=L(H-H)
依t=22℃查出H=0.0173kg水汽.kg干空气,t=7℃查出H=0.0064kg水汽.kg干空气,又冷却前湿空气的量L'=L(1+H)
故L=L'/(1+H)=48×1000/(1+0.0173)
=4.718×10kg干空气.h
∴W=4.718×10(0.0173-0.0064)=514.3kg水.h
3)冷却前空气的体积流量V:
v=Lv=4.718×10×0.86=4.058×10m.h(v,由T-H图查出或算出)
4、某干燥器的生产能力为1000kg.h(产品),物料从含水量2%干燥至含水量0.2%(均为湿基)。
已知生产车间的气温为22℃,相对湿度为60%;空气离开干燥器时的温度为45℃,湿球温度为32℃。
干燥为等焓过程。
试求:
(1)水分蒸发量;
(2)离开干燥器时空气的体积流量为多少m.h?
(3)空气进入干燥器的温度;(4)热效率为多少?
(附T-H图)
***答案***
1)水份蒸发量W:
W=G(W-W)/(1-W)=1000×(0.02-0.002)/(1-0.02)
=18.37kg水.h
2)离开干燥器的空气体积流量V:
V=L.v=W.v/(H-H)
依t=22℃,φ=60%查出H=H=0.01kg水汽.kg干空气
t=45℃,t=32℃,查出H=0.026kg水汽.kg干空气,
v=0.94m.kg干空气
∴V=18.37×0.94/(0.026-0.01)=1079m.h
3)空气进入干燥器的温度t:
∵I=I故可查出t=357K=84℃
4)热效率h=[(t-t)/(t-t)]×100%=[(84-45)/(84-22)]×100%=62.9%
5.、某气流干燥器的生产能力为180kg产品.h,现要求将物料从含水量2%干燥至含水量0.2%,(均为湿基)。
已知生产车间的气温为25℃,空气的湿含量为0.01kg水汽.kg干空气。
空气经预热器预热至94℃进入干燥器,若空气离开干燥器时的湿球温度为32℃,露点为25℃。
问:
(1)水分蒸发量为多少kg.h?
(2)干空气消耗量为多少kg.h(3)干燥器的热效率为多少?
(4)空气离开干燥器的温度?
(5)干燥过程是否等焓(说明原因)(附T-H图一张)
本题目有题图:
titu131.bmp
***答案***
已知:
图示。
1)水分蒸发量W:
W=G(W-W)/(1-W)
=180(0.02-0.002)/(1-0.02)=3.306kg水.h
2)干空气消耗量L:
∵L=W/(H-H)
依t=32℃,t=25℃查T-H图得H=0.02
而H=0.01∴L=3.306/(0.02-0.01)=330.6kg干空气.h
3)空气离开干燥的温度t:
由t=32℃,t=25℃在T-H图上找到C点,再由C点找到
t=332.4K=59.4℃
4)干燥器的热效率η:
∵η=(Q/Q)×100%=[(t-t)/(t-t)]×100%
代入得:
η=[(94-59.4)/(94-25)]×100%=50.1%
5)是否等焓干燥:
依t=94℃,H=H=0.01kg水汽.kg干空气,查出
I=121kJ.kg干空气
依t=32℃,t=25℃查出I=110kJ.kg干空气
∵I≠I,故干燥不是等焓过程。
6.、某连续干燥器的生产能力为300kg.h(产品),现要将湿物料从含水量4%干燥至含量0.2%(均为湿基),湿空气的干球温度为39℃,湿球温度为22℃,经预热器预热到83℃后进入干燥器。
已知废气离开干燥器的温度为59℃,且干燥为等焓过程。
试求:
(1)每小时处理的湿料量为多少kg?
(2)绝干空气消耗量为多少kg.h?
(3)若风机设置在新鲜空气入口处,其风量为若干m.h?
(附T-H图一张)
***答案***
1)处理的湿料量G:
W=G(W-W)/(1-w)
=300(0.04-0.002)/(1-0.04)=11.88kg水.h
∴G=G+W=300+11.88=311.88kg.h
2)L:
L=W/(H-H)
依t=39℃,t=22℃查出H=0.01kg水汽.kg干空气
依H=H0,t查找到B点,又由B点和等焓干燥找到C点,由C点找到H=0.0199kg水汽.kg干空气。
∴L=11.88/(0.0199-0.01)=1200kg干空气.h
3)V:
V=Lv=1200×0.895=1074m.h
(式中v由t,t找到)
7.、某厂用一台气流干燥器干燥某物料。
已知进干燥器的湿物料的温度为18℃,含水量为2%(湿基);产品量为180kg.h,含水量为0.2%(湿基),产品温度为68℃,空气进预热器前的干球温度为22℃,湿球温度为17℃,经预热器预热至83℃进入干燥器,离开干燥器的废气温度为70℃;绝干物料的比热为.26kJ.kg.K,干燥器的热损失为500kJ.kg汽化水分。
试求:
(1)蒸发水量;
(2)湿空气消耗量;(3)预热器所需的热量;(4)若风机设置在干燥器后,其风量为若干m.h(附:
T—H图一张)
***答案***
1)蒸发水量W:
W=G.(W-W)/(1-W)=180(0.02-0.002)/(1-0.02)
=3.306kg水.h
2)湿空气消耗量L':
L'=L(1+H)
依空气参数查出:
H=H=0.01kg水汽.kg干空气
I=48kJ.kg干空气I=109kJ.kg干空气
依热平衡式得:
L[(1.01+1.88H)(t-t)]=Q+Q+Q
蒸发水量所需要的热量Q=W(2500+1.88t-4.187θ)
=3.306(2500+1.88×70-4.187×18)=8451kJ.h
加热物料需要的热量Q=GC(θ-θ)
G=G(1-W)=180(1-0.002)=179.64kg绝干料.h
C=Cs+XC=Cs+WC/(1-W)=1.26+0.002×4.187/(1-0.002)=1.268kJ.(kg.K)
∴Q=179.64×1.268(68-18)=11389kJ.h
干燥器的热损失Q=500×3.306=1653kJ.h
∴代入上式得:
L[(1.01+1.88×0.01)(83-70)]=8451+11389+1653
即L=1607kg干空气.hL′=1607(1+0.01)=1623kg湿空气.h
3)预热器所需的热量Q:
Q=Q+Q'预热器的散热损失Q'=0
故:
Q=Q=L(I-I)=1607(109-48)=98030kJ.h=27.2kw
4)V:
V=Lv
L=W/(H-H)∴1607=3.306/(H-0.01)
解出H=0.0121kg水汽.kg干空气:
依t=70℃,H=0.0121kg水汽.kg干空气,查出
v=0.99m.kg干空气∴V=1607×0.99=1591m.h
8.、某一连续常压干燥器每小时处理的湿物料1850kg,从含水量2%干燥至0.2%(均为湿基),空气在温度为22℃,湿球温度为17℃的状态下,预热到84℃后进入干燥器,而废气的出口温度为67℃,若此干燥为等焓过程。
试求:
(1)除去的水分量kg.h;
(2)绝干空气消耗量kg.h;(3)预热器需要的热量为多少kw?
(4)风机设置在干燥器后,其输风量为多少m.h(附T-H图一张)
***答案***
1)除去水分量W:
W=G(W-W)/(1-W)=1850(0.02-0.002)/(1-0.002)
=33.37kg水.h
2)绝干空气消耗量L:
L=W/(H-H)
依已知条件查出:
H=H=0.01kg水汽.kg干空气
I=48kJ.kg干空气
H=0.0165kg水汽.kg干空气
v=0.99m.kg干空气
I=111kJ水汽.kg干空气
∴L=33.37/(0.0165-0.01)=5134kg干空气.h
3)预热器需要的热量Q:
Q=L(I-I0)=5134(111-48)=3.234×10kJ.h
=89.8kw
4)风机输风量V:
V=Lv=5134×0.99=5083m.h
9.、某物料由含水分4%,在一个常压干燥器内干燥至含水分0.125%(均为湿基),此干燥器的生产能力450kg.h(产品)。
生产车间内的平均气温为30℃,湿球温度为25℃,空气经预热至90℃进入干燥器内,而离开干燥器的废气温度为65℃,露点为27.5℃。
试求:
(1)将湿空气在干燥流程中的参数变化用线图在T-H图上表示出来。
(2)若风机设置在空气预热器前,其输风量为多少m.h?
(附T-H图一张)
本题目有题图:
titu132.bmp
***答案***
1)空气状态变化如右图示。
A点-空气进入预热器的状态点(由t0=30℃,t=25℃定出)
B点-空气进入干燥器的状态点(由t=90℃和H=H定出)
C点-空气离开干燥器的状态点(由t=65℃,t=27.5℃定出)
变化:
A-------B--------C
2)输风量V:
W=G(W-W)/(1-W)=450(0.04-0.00125)/(1-0.04)
=18.16kg水.h
依已知条件,查出:
H=H=0.018kg水汽.kg干空气
H=0.024kg水汽.kg干空气
v=0.88m.kg干空气
代入式V=Lv=W.v/(H-H)
=18.16×0.88/(0.024-0.018)=2.664×10m.h
10.、将温度为92℃,湿度为0.09kg水汽.kg干空气的湿空气1000m在101.3kN.m的恒定压力下加以冷却至42℃。
试求所析出的水分量为多少kg?
(附T-H图一张)
本题目有题图:
titu133.bmp
***答案***
冷却路线如右图示,即:
A—B—C;
由C点查出:
HS=0.0546kg水汽.kg干空气
由A点查出:
v=1.18m.kg干空气
故析出的水量W:
W=L(H-HS)
=V(H-HS)/v=1000(0.09-0.0546)/1.18
=30kg水
11、某乳品厂用喷雾干燥设备生产奶粉。
每小时处理浓奶量100kg含水量为50%,干燥后奶粉含水量为2%(均为湿基)。
空气进入预热器的温度为20℃,湿球温度为16℃,离开干燥器时的温度为79℃,相对湿度为10%。
风机设置在鲜空气入口处,试求其输风量为若干m.h(附-T-H图一张)
***答案***
风机输送的空气量V。
V=L.V=W.V/(H-H)
W=G(W-W)/(1-w)=100(0.5-0.02)/(1-0.02)=48.98kg水.h
依已知条件查出:
H=H=0.0095kg水汽.kg干空气
H=0.0304kg水汽.kg干空气
VH=0.84m.kg干空气
代入得:
V=48.98×0.84/(0.0304-0.0095)=1.969×10m.h
12、某树脂厂采用一台气流干燥器将聚氯乙烯的含水量从16%干燥至0.5%(均为湿基),此干燥器的生产能力为1t.h(产品)。
已知空气进入预热器的温度为20℃,湿球温度为16℃,预热至110℃进入干燥器,从干燥器排出的废气温度为80℃,设此干燥器为理想干燥器。
试求:
(1)若风机设置在干燥器之后,其风机的抽风量为多少m湿空气.h,又为多少kg湿空气.h?
(2)若预热器的热损失相当空气在预热器中预热需要的热量的5%,其预热器需要消耗加热蒸汽为多少kg.h(蒸汽的汽化潜热为2205kJ.kg)(附T-H图一张)。
***答案***
1)抽风量V,L':
V=L.v=W.v/(H=H)
依已知条件,查出:
H=H=0.0095kg水汽.kg干空气
I=44kJ.kg干空气公式计出I=I
I=(1.01+1.88H)t+2500H
=(1.01+1.88×0.0095)×110+2500×0.0095
=136.8kJ.kg干空气
依I=I=136.8kJ.kg干空气,T=273+80=353K
查出H=0.0215kg水汽.kg干空气,v=1.04m.kg干空气代入得:
V=184.5×1.04/(0.0215-0.0095)=1.599×10m.h
(其中:
W=G(w-w)/(1-w)=1000(0.16-0.005)/(1-0.16)
=184.5(kg水.h)
L'=L(1+