食品工程原理答案冯骉第11章.docx
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食品工程原理答案冯骉第11章
第十一章
11-1已知湿空气的总压强为，温度为30C,湿度为kg绝干空气，试计算其相对湿度、露点、绝热饱和温度、焓和空气中水汽的分压。
［解］
（1）H=（pT-p）即二解得：
p=
30C下水的饱和蒸汽压ps=二p/ps==89%
（2）因td是将湿空气等湿冷却而达到饱和时的温度，则水蒸气分压为时的温度为：
td=C
（3）假设tas=C，由水蒸气表查得相应的水气分压ps为，则湿空气的饱和湿度为：
Has=xkg/k绝干空气
比热容CpH=+=+x=kJ/k绝干空气
tas=t-ro（Has-H）/cpH=3O-249OX故与假设非常接近。
（4）I=+t+2490H=+XX30+2490X=绝干空气
11-2已知湿空气的温度为50C,总压强为100kPa,湿球温度为30C,试计算该湿空气以下各参数：
（1）湿度；
（2）相对湿度；（3）露点；
（4）焓；（5）湿比热容。
［解］
（1）由饱和水蒸气表查得，在tw=30C时，水的饱和蒸汽压ps=,汽化潜热为rw=kg。
在湿球温度下，空气的饱和湿度为：
Hw=（pT-ps）=X=|干空气
根据空气湿度计算式，可求得该空气的湿度为：
H=（t-tw）/rw二干空气
（2）由饱和水蒸气表查得，在t=50C下，水的饱和蒸汽压ps二。
根据空气湿度计算式，可求得该空气中的水蒸汽分压为：
P=PtH/+H）=100X+=
空气的相对湿度为：
=p/ps==%
（3）在露点下空气刚好达到饱和状态，空气中的水汽分压p二即为水在露点下的饱和蒸汽压，故由饱和水蒸气表查得，此空气的露点td=23C。
（4）I=+xx50+2500X=干空气
（5）vh=（1/29+18）XX（273+50）X（273X干00气kg
11-3若常压下某湿空气为20C，湿度kg绝干空气，试求：
（1）湿空气的相对湿度；
（2）湿空气的比体积；（3）湿空气的比定压热容；（4）湿空气的质量焓。
若将上述空气加热到50C，再分别求上述各项。
［解］
（1）20C时，由水的热力学性质表查出ps=
=X/解得=1=100%该空气为水蒸气所饱和，不能作干燥介质用。
vh=+x（273t）/273=kg干空气cH=+X=
I=+xx20+2490X干空气
（2）50C时，水蒸气的饱和蒸汽压为
当空气从20C加热到50C时，湿度没有变化，故：
由计算结果看出，湿空气被加热后相对湿度降低了。
VH=+XX（273+50）/273=干空气
湿空气的比定压热容只是湿度的函数，因此20C与50C时
的湿空气比定压热容相同。
I=+XX50+2490X干空气
11-4将质量流量干空气/s的湿空气A（tA=20C,a=与质量流量kg干空气/s的湿空气B（tB=80C,b=）混合，求混合后空气的状态参量。
［解］由H-I图查得两种空气的湿含量和焓如下：
Ha二kg干空气lA=50kJ/kg干空气Hb二kg干空气
lB=350kJ/kg干空气
Hm=（mAHA+mBHB）/（mA+mB）=X+X/+=kg/干空气Im=（mAIA+mBIB）/（mA+mB）=X50+X350）/+=125kJ干空气
11-5调节干燥需要的空气状态，干燥操作如图11-6所示。
已知状态
A:
tA=30C,td=20C,qv=500m3/h湿空气；状态B:
通过冷凝器后，空气中的水分除去2kk/h;状态C:
通过加热器后，空气的温度tB=60C,干燥器在常压、绝热条件下进行。
水在不同温度下的饱和蒸汽压如下表：
t/c
10
60
15
20
30
40
50
ps/kPa
试求：
（1）作空气状态变化图；
（2）经过冷凝器后空气的温度和湿度；
（3）经过加热器后空气的相对湿度。
［解］
（1）由于给出了状态A的露点，故可由其对应的蒸气压计算该状态的湿度Ha,根据给出的冷凝水量和空气量可确定Hb,冷凝器内空气状态的变化由A到B到B。
冷凝器除去空气中的部分水分后，送到加热器等湿升温到C点（60C）。
在干燥器的干燥过程中空气增湿，到达A点，形成一个循环过程。
空气状态变化如附图。
（2）根据露点温度td可从给出的水的饱和蒸汽压数据中查到ps=,此值即为进入换热器I的空气的水蒸气分压p,因此：
HA=©T-ps）二干空气
vh=（129+Ha/18）XX（273-
故qm二qv/w=500/=h
由物料衡算：
qm'qm（HA-HB）,所以：
Hb二HA-qm'/qm==kg干空气
（3）根据湿含量的定义，在空气达到饱和时：
HB=（p「ps）
ps=Hbpt/+Hb）=X+=
查得温度为tB=16C。
此时的ps等于C点的空气中的水蒸气分压P,
另外，由tc=60C，从给出的数据中查到水的饱和蒸汽分压ps二。
因此,
该处空气的相对湿度为：
=p/ps===%
11-6在一常压转筒干燥器中，将其物料从（湿基）含水量%干燥到%，干燥产品流量为600kg/h,空气进预热器前to=25C,相对湿度0=55%经过预热器加热到ti=85C后再进入干燥器，出干燥器时t2=30C。
物料进干燥器时i=24C，出干燥器时2=60C，绝干物料的比定压热容为（kg绝干物料.K）。
假设干燥器的热损失为18000kJ/h,（25C时水的饱和蒸汽压=）。
试求：
（1）绝干空气的质量流量；
（2）在单位时间内预热器中的传热量。
［解］Xi==kg绝干物料X2==kg绝干物料
Gc=G2（1-W2）=600=597kg绝干物料/h
W=Gc（Xi-X2）=597p=jps=x=
Ho二耳=＞干空气
L=（a）
热量衡算：
L（I1-I2）=Gc（I'2-I'1）+QL
Qp=L（I1-I0）
|o=+xx25+2490X干空气
I1=+xx85+2490X干kg气
|2=+XH2）X30+249H02=+
I'1=+xx24=绝干物料
l'=+xx60=绝干物料
Qp=L（I1-I0）=L
（b）
联立式（a）及式（b）解得：
H2=kg干空气
匸干空气/hQp=L（li-lo）==h
11-7用回转干燥器干燥湿糖，进料湿糖湿基含水量为%，温度为
31C。
每小时生产湿基含水量为％的产品4000kg,出料温度36C。
所用空气的温度为20C，湿球温度为17C，经加热器加热至97C后进入干燥室，排除干燥室的空气温度为40C，湿球温度为32C。
已
知产品的比热容为。
试求：
（1）水分蒸发量；
（2）空气消耗量；（3）加热器所用表压100kPa的加热蒸汽消耗量；（4）干燥器的散热损失；
（5）干燥器的热效率。
［解］
（1）W=G2（wi-W2）/（1-wi）=4000X
（2）空气用量查湿空气的H
-I图，得
H0=H1=kg干空气H2=kg干空气
则L=W/（H2-H1）=干空气/h
L'=L（1+H0）=X13X0（1+=X3k1g0/h
（3）由H—I图可查得：
lo=49kJ/kg干空气h=125kJ/kg干空气b=113kJ/kg干空气
故Q=L（I1-I0）=X13X0（125-49）=198X103kJ/h
由书末附录的饱和水蒸气表可查得：
表压100kPa的水汽化
热r=2205kJ/kg，则加热器加热蒸汽用量
（4）QL=Q-L（I2-I0）-G2cps（2-1）+Wcpw1
=198xx31x0（113-49）-400xx（36-31）+x3kJx/h31=x10
（5）由H—I图可查得干燥空气的湿球温度tw=38C,可由饱和水蒸气表查得对应此温度的汽化热为r=2405kJ/kg,贝卩：
=Wr/Q=x240/5（198x103）=
11-8某糖厂有一干燥器干燥砂糖结晶，每小时处理湿物料1000kg,干燥操作使物料的湿基含水量由40%减至5%。
干燥介质是空气，初温为293K,相对湿度为60%,经预热器加热至393K后进入干燥器。
设空气离开干燥器时的温度为313K,并假设已达到80%饱和。
试求：
（1）水分蒸发量；
（2）空气消耗量和单位空气消耗量；（3）干燥收率为95%时的产品量；（4）如鼓风机装在新鲜空气进口处,鼓风机的风量应为多少
［解］
（1）W二G1（W1-W2”（1-W2）=1000x
（2）由湿空气的H——I图查得，当t0=293K和o=60%时，Ho二kg干空气；当t2=393K和2=80%时，H2=kg干空气。
L=W/（H2-H1）=W/（H2-Ho）=干空气/s
l=L/W=1/（H2-H0）=1/空气/kg水
（3）G2=G1-W=1000/=sG'2=x=s
（4）qv=LvH=L+xt0/273=x+xx/127933=s
11-9在常压连续干燥器中将物料自含水量50%干燥至6%（均为湿
基），采用废气循环操作，循环气量为从干燥器排出废气量的，混合在预热器并经预热器预热到54C，且为等焓增湿干燥过程。
已知新
鲜空气的状态to=25C,Ho二水/kg绝干空气，废气的状况为t2=38C,H2二水/kg绝干空气，求每小时干燥1000kg湿物料所需的新鲜空气量及预热器的传热量。
预热器的热损失不计。
［解］Hm=+=X+X=干空气
Io=+XX25+2490X干空气
I2=+XX38+2490X干空气
Im=+=kJ/kg=+tmX+2490Hm
tm=C
W=Gi（wi-W2”（1-W2）=1000XL二W/（H2-Ho）=468干空气
/h
L'=L（1+H0）=X104X（1+=X104kg/h
Qp=（L/X+XX=X106kJ/h
11-10某种颗粒状物料放在宽1200mm的金属传送带上进行干燥，空气以2m/s的速度垂直吹过物料层。
空气预热到平均温度75C，平均
湿度为您水蒸气/您干空气。
试求表面蒸发阶段每小时从每米长的传送带上蒸发的水分量。
［解］vh=+x（273+75）/273=+XX（273+75）/27空气g
Lw=uo/vH=2/=干空气/=已知空气ti=75C,Hi=kg/kg
干空气，从H――I图查出空气湿球温度twi=34C，并从饱和水蒸气
性质表中查出相应水的汽化潜热rw=2415kJ/kg,干燥速率为：
dW/Ad二a（t-tw）/rw=x（75-342415=X10^/
设传送带上物料干燥面积为传送带的面积（传送带的长度乘宽
度），因此，每小时从每米长的传送带上蒸发的水分量为：
W=X1-0xx1X3600=h
11-11温度66C，湿含量为水蒸气/kg干空气的空气以s的流速平行流过料盘中的湿物料表面，试估算恒速干燥阶段的干燥速率。
［解］由空气H――I图查得tw=29C，由饱和水蒸气表查得对应的汽化热rw=2430kJ/kg
vh=+xx（273+66）3二m3qm二u/vh=4=
=uo=（t-tw）/rw=x（66-29）/（2430X103）kg/=10
11-12湿物料在恒定干燥条件下在5h内由干基含水量35%降至10%。
如果物料的平衡含水量为4%（干基），临界含水量为14%（干基）,
11-13将1000kg（以绝干物料计）某板状物料在恒定干燥条件下进行干燥。
干燥面积为55m2,其初始含水量为kg绝干物料，最终含水量为x10kg/kg绝干物料，在热空气流速为s情况下，其初始干燥速度为x10kg/,临界含水量为kg绝干物料，平衡含水量为5X1-0kg/kg
绝干物料。
设传质系数kx与热空气流速的次方成正比。
试求：
（1）此物料干燥时间是多少
（2）在同样条件下，欲将此物料最终含水量降
低到x10kg/kg绝干物料，其干燥时间为多少（3）欲将热空气流速提
多少
1000（0.15
550.01090.125
0.125
0.005
In0.1250.005）
0.0250.005
3.33103s0.925h
11-14某板状物料的干燥速率与所含水分成比例，其关系可用下式表
示:
-dX/d=KXo设在某一干燥条件下，此物料在30min后，自初重66kg减至50kg。
如欲将此物料在同一条件下，自原含水量干燥到原含水
量的50%的水分需多长时间已知此物料的绝干物料质量为
45kg。
［解］
dXKX积分得：
1X2dX
11X!
In-
d
—X
KX2
0.5—ln0.467解得
K0.111
K=h-1
X?
'（66-45）/（2x45）=kg
1In-0.4670.242h14.5min
2.8740.233
11-15采用干燥器对某种盐类结晶进行干燥，一昼夜将10t湿物料由
最初湿含量10%干燥最终湿含量1%（以上均为湿基）。
热空气的温度为100C，相对湿度为5%,以逆流方式通入干燥器。
空气离开干燥器时的温度为65C，相对湿度为25%。
试求：
：
（1）每小时原湿空气用量；
（2）产品量；（3）如干燥器的截面积为圆形，要求热空气进入干燥器的线速度为s,试求干燥器的直径。
在65C时，空气中的水汽分压为汞柱。
［解］
（1）Gc=G1（1-W1）=10000老4=375kg干料/h
X1=w〃（1-W1）==水/kg干料
X2=W2/（1-w2）==水/kg干料
H1=xx760/X760干空气
H2=xxx干空气
L二Gc（X1-X2）/（H2-H1）=375干空气/h
L'L（1+H”=x10（1+=x103kg/h
（2）G2=Gc（1+X2）=375x（1+=379kg/h
（3）qv=LvH=L+xx373/273=5200m
A=qv/u=5200/（3600x=D=1/2=
11-16有一逆流操作的转筒干燥器，筒径，筒长7m,用于干燥湿基含水量为3%的晶体，干燥后产品的湿基含水量为％。
干燥器的生产
能力为1800kg产品/h。
冷空气为t°=293K,。
=60%,流经预热器（器
内加热蒸汽的饱和温度为383K）后被加热至363K,然后送入干燥器。
空气离开干燥器的温度为328K。
晶体物料在干燥器中其温度由293K升至333K而排出，绝对干料的比热为，干燥器的热损失为5kW。
试
求：
（1）蒸发水分量；
（2）空气消耗量及出口时的湿度；（3）预热器中加热蒸汽的消耗量（设热损失为10%）。
［解］
（1）W=G2（wi-W2）/（1-wi）=X
（2）当to=293K0=60%寸，查图得Ho=Hi=kg干空气lo=+Xo+249OHo二kg干空气li=+Xi+2490Hi二kg干空气
Gc=G2（1-w2）=X=s
X1=w1/（1-w1）==
X2=w2/（1-w2）==
cp1=+X=
cp2=+X=
Gcl'1=XX20=
Gcl'2=XX60=
+=Ll2++5
（1）
l1=+X53+249H02
L=W/（H2-H0）=
联立
（1）、
（2）和（3）得：
（3）Qp=LJi-Io）x=x383K时水蒸汽的冷凝潜热为
2232kJ/kg，加热水蒸汽消耗量为：
D'2232二s
11-17今有一气流干燥器，将1200kg/h的湿木屑从含水量30%干燥到15%（均为湿基）。
木屑的平均直径为，绝干木屑的真实密度为703kg/m3;其比热为，湿木屑进入干燥器的温度为293K,由实验测
定木屑的临界含水量为20%;平衡含水量为%（均为干基）。
干燥介质为高温烟道气，气体进口温度为673K;湿度为x10kg水蒸气/kg
干气。
试计算气流干燥器的直径和高度。
［解］本题是根据一定的生产任务设计一台气流干燥器，主要计算气流干燥器的直径与高度。
气流干燥管可以选用变径管，亦可以选用等径管，本题中拟选用结构比较简单的等径管，干燥器直径可由下式计算:
LVh
O.785uo
气流干燥器的高度主要根据干燥介质与湿物料间的传热速率关系由
下式计算：
zq
a（0.785D2）tm
应用以上两式计算气流干燥器的直径与高度，必须知道干燥介质消耗
量L与干燥介质的进、出口状态以及物料的进、出口状态，干燥介质与物料的进口状态已由题给。
求解物料出口温度为2时，需要知道干
燥介质的出口状态，而干燥介质的出口温度t2,一般要求比物料出口温度2高10~30C，或比入口气体的绝热饱和温度高20~50C，以避
免其中水汽凝结。
干燥介质消耗量L与干燥介质出口湿度H2可通过物料衡算与热量衡算求得。
L与H2的求解又与物料的出口温度2有关,因此求2时要用试差法。
（1）水分蒸发量W
Gc=1200X=840kg/h=s
Xi=30/70二kgX2=1585二kg
W=Gc（Xi-X2）=X
（2）干燥介质消耗量L、出口湿度H2和木
屑出口温度2
假定干燥介质出口温度t2=358K木屑出口温度2=338K干燥管热损失Ql可略去不计，则蒸发水分所需要的热量Qi可求得：
Qi=W（2492+物料由qi加热到q2所需的热量Q2可由
下式求得：
Q2=GcCpm（2-i）=X+XX（338-293）=
L二W/（H2-Ho）=（Qi+Q2）/[+（ti-t2）]
=+/[+XX（673-358）]=s
H2=W/L+Hi=+=kg
根据t2=358KH2二kg,查H—I图得空气湿球温度tw=334K查饱
和水蒸汽性质表，此时水的汽化潜热rw=2353kJ/kg,将Xo二kg,X2二kg,
X*=kg,Cps二代入下式中得:
t22
t2tw
rw（x0X*）
rw（x2X*）Cs（t2t）（X2X*/X0x*）Cs（t2tw）
rw（x0X）Cs（t2tw）
358
2353（0.20.042）
2353（0.1760.042）1.36（358334）（0.1760.042）1.36（358334）
2020042
解得2=336K与前面假定的2=338K基本符合
Hm=+/2二kg。
vh=+xx5273二kg
气体的密度g=（1+Hm）/=（1+/=m3
按干空气的性质查表得气体的导热系数Io=x10kW/
气体的运动粘度g=Xl0m2/s
选用气体平均流速U0=20m/s，求得干燥管直径D为:
°5161^7=0.234m
.0.78520
经圆整取D=，则气体实际平均流速:
设Red=1~500,1o/r{510/（瞬）0.5代入上式得
vg
3151
『2703（0.42810）9.81】证
[150.651（39.8106）5
算出的Red在1~500范围内，沉降速度ut值是正确的。
并且气流速度
Ug>>Ut，则干燥管直径选用m也是正确的
（4）干燥管的高度Z
需先求取干燥管内传热量。
表面蒸发阶段为:
Qi=Gc[（Xi-Xo）rw+（Gs+XiCpw）（twT）]
=[降速阶段：
（tw+q2）/2=（334+336）/2=335K
表得r=2350kJ/kg
Q2=Gc[（Xo-X?
）r+（Cs+X2Cpw）（2-tw）]
=[总传热量为：
Q=Q1+Q2=156+=170kW
全管传热对数平均温度差tm
t二他J仇2）=（673293）（358336）
mt1~~1=,673293
In——-ln
t22358336
传热系数可算得：
dp/0=2+
=>^/dp=xx-10X10=kW/
11-18在一单层圆筒形连续操作的沸腾床干燥器中，将2000kg绝干
物料/h的球形颗粒状物料，从含水量6%干燥至%（以上均为干基）。
物料平均直径为，密度为1500kg/m3，颗粒床层的表观密度为
700kg/m3,物料的临界含水量为2%,平衡水分近似为零。
绝热物料的比热为。
空气预热到100C，湿含量为kg干空气进入干燥器，静止床层物料高度取为，试求干燥器的直径与物料在床层中的平均停留时间。
［解］本题是根据一定的生产任务设计一台单层圆筒形沸腾床干燥器。
主要计算圆筒直径与物料在床层中的平均停留时间。
设计沸腾床干燥
器须求沸腾床截面积A,根据截面积A计算圆筒直径D。
根据沸腾床直径D与床层静止时高度Z确定床层中的持料量G持，将G持与处理量2XKg/h相比即得物料在床层中的停留时间。
首先根据ti=100C,
Hi=kg干空气查图，找出tw=39C,VHi=kg干空气，chi二。
查附录得rw=2403kJ/kg,g=x,g=x1-0W/。
湿空气的密度g=（1+Hl）VH1=（1+/=m3
由于床层表观密度=（1-）s，所以床层空隙率为：
=1-700/1500=
设mf==,计算最小流化速度Umf：
因为Ug=（3~8）umf，故取Ug=1m/s，则空气质量流速L为:
L'=Ug/VH1=1/二
33
0.5103/0.51010.94、15
—=410（5一）
3.21102.1910
计算单位体积床层中物料表面积a：
a=6（1-）/dp=6x1?
）=5640m2/m3
体积传热膜系数a=x5640=144000W/
由于物料颗粒直径为，（a）实测值/（a）计算值=,则取a=144000x=72000W/
表面蒸发阶段所需床层截面积的计算：
Gc（X1X2）「wLwCh1（t1tw）（1eZ/LwCH1）A
2000（0.06—0.003）2403
720000.15
0.921.04（10039）（1e0021.041000）3600
计算物料出口温度2,但要用tl代替式中的t2。
、，、，*MX。
X）
t12
t1tw
*X2Xc（t0t）
5（X2X）Cs（t1tw）（2*）Cs（t0tw）
X0X
rw（X0X）G（t1tw）
1002
10039
2403（0.020）
2403（0.0030）1.26（10039）（00）1.2（10039）
0.0202403（0.02—0）—1.26（10039）
降速阶段所需床层截面积计算：
az
GcOm（―）LwCH!
（1cLwCH1）A2
t12
Cm=Cs+X2Cw=+X=
20001.27（^65439）
A21°°_65426=0.56m
0.9236001.04（1—e）
干燥过程所需床层总截面积为：
A=A1+A2=+=
由于静止时床层高度Z',则
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