固體干燥（化工原理）習(xí)題及答案

固體干燥(化工原理)習(xí)題及答案

1.已知濕空氣的(干球)溫度為50℃,濕度為0.02kg/kg干氣，試計算下列兩種情況下的相對

濕度及同溫度下容納水分的最大能力(即飽和濕度)，并分析壓力對干燥操作的影響。

(1)總壓為101.3kPa；(2)總壓為26.7kPa.

解:(1)p=101.3kPa時：

由H=0.622

P-Pv

Up0.02x101.3

=3.156kPa

Pv~0.622+”-0.622+0.02

查得50℃水的飽和蒸汽壓為12.34kPa,則相對濕度

0=21x100%=①曳x100%=25.57%

Ps12.34

飽和濕度：Hs=0.622Ps=o622X―住色一=0.086kg/kgT氣

p—ps101.3—12.34

(2)p'=26.7kPa時:

Hp黯耗?a

pV=

0.622+H

r\Q2c

(P==x100%=—^x100%=6.74%

ps12.34

Hs=0.622Ps=0.622x—土出一=0.535kg/kg干氣

p-Ps26.7-12.34

由此可知，當(dāng)操作壓力下降時，極,可吸收更多的水分，即減壓對干燥有利。

2.常壓下濕空氣的溫度為80℃、相對濕度為10%。試求該濕空氣中水汽的分壓、濕度、濕比

容、比熱及烙。

解：z=80℃,(p=10%

查得80℃下水的飽和蒸汽壓為47.38kPa。

.,.水汽分壓pv=(pps=0.1x47.38=4.738kPa

濕度H=0.622—^—=0.622——=0.03]kg/kg干氣

p-py,101.3-4.738

7H=(0.773+1.244H)x2；等

濕比容

=(0.773+1.244x0.031)x273+80=Q49m3/kg干氣

273

比熱cH=1.01+1.88H=L01+1.88x0.031=1.068kJ/k肝氣?℃

I=(1.01+1.88H)f+2492H

焰H

=1.068x8(H-2492x0.031=162.69kJ/kg干氣

3.已知空氣的干球溫度為60°C,濕球溫度為30℃,總壓為101.3kPa,試計算空氣的性質(zhì):

(1)濕度；(2)相對濕度；(3)焰；(4)露點溫度。

解：(1)tw=30℃,可查得ps=4.247kPa,rw=2423.7kJkg

H=0.622.=0,622x―—=0.0272kg/kg干氣

wp-ps101.3-4.247

由tw=t-^(Hw-H)

a

得H=HW一——?-卬)=0.0272一一x(60-30)=0.0137kg/kg干氣

kHrw2423.7

(2)由H=0.622-^―

P-P、，

Hp0.0137x101.3「o’n

Pi，=--------------=-------------=2.183kPa

v0.622+H0.622+0.0137

60℃下水的飽和蒸汽壓為19.92kPa,則相對濕度

0=乙x100%=x100%=10.96%

Ps19.92

(3)烙

IH=(1.01+1.88，)/+2492H

=(1.01+1.88x0.0137)x60+2492x0.0137=96.29kJ/kg干氣

(4)露點溫度：

由Pd=pv=2.183kP4查飽和蒸汽壓表，得％=18.8。。。

4.在「H圖上確定本題附表中空格內(nèi)的數(shù)值。

干球溫度濕球溫度露點溫度濕度相對濕度培水汽分壓

t/℃tw/℃td/℃H/kg/kg干氣/中%/1kJ/kg干氣pv/kPa

1(30)(20)150.01140601.9

2(70)4542.50.06330240(9.5)

3(60)3530(0.03)231404.5

4(50)3735.50.042(50)606.2

5(40)25(20)0.01530802.2

5.常壓下將溫度為25℃、相對濕度為50%的新鮮空氣與溫度為50℃、相對濕度為80%的廢氣

混合，混合比為2：3(以絕干空氣為基準(zhǔn))，試計算混合后的濕度、焰及溫度。

解：(1)乙=25℃,%=50%的新鮮空氣：

25℃時，psi=3.168kPa

$=0.6226%=0.622x―。"二儂_=9.88x10-3干氣

p-^psl101.3-0.5x3.168

/用=(1.01+1.8犯為+249汨?

=(1.01+1.88x9.88x1CT?)x25+2492x9.88x1()-3=50.34kJ/kg干氣

t2=50℃,(p2—80%的廢氣:

50℃時，pS2=12.34kPa

9277520.8x12.34

/.=0.622=0.622x=0.0672kg/kg干氣

〃一52Ps2101.3-0.8x12.34

IH2=(l.()l+1.88H2)r2+2492H2

=(1.01+1.88x0.0672)x5(H-2492xO.()672=224.3kJ/kg干氣

所以混合濕度

9Q73

-3

HM=-HX+jW2=-X9.88X10+1X0.0672=0.0443kg/kg干氣

混合焰：

2323

IM=-l]+|72=-x50.34+1x224.3=154.7kJ/kg干氣

而=(1.01+1.88"M股+2492"M

154.7一2492x0.04434八

t.IM~2492HM

_________________=405℃

M-1.01+1.88HM1.01+1.88x0.0443

6.干球溫度為20℃、濕球溫度為16℃的空氣，經(jīng)過預(yù)熱器溫度升高到50℃后送至干燥器內(nèi)。

空氣在干燥器內(nèi)絕熱冷卻，離開干燥器時的相對濕度為80%,總壓為101.3kPa。試求：

(1)在I-H圖中確定空氣離開干燥器時的濕度；

(2)將100n?新鮮空氣預(yù)熱至50℃所需的熱量及在干燥器內(nèi)絕熱冷卻增濕時所獲得的水分量。

解：(1)空氣fo=20℃,tw=16℃,查得Ho=00Ikg/kg干氣

預(yù)熱后：八=50°C,4i=0.01kg/kg干氣

絕熱冷卻后，查得-=30℃,%=0Q18kg/kg干氣

(2)濕空氣的比容:

273+力

V”=(0.773+1.244”())x

273

=(0.773+1.244x0.01)x27；；2。=0.8430?濕氣/kg干氣

則lOOn?濕空氣中絕干空氣的質(zhì)量:

￡=_v_=ioo=1186

vH0.843

預(yù)熱器加入熱量:

Qp=L(/|-I0')=LcH(t]-r0)

=118.62x(1.01+1.88x0.01)x(50-20)=3661kJ

獲得水分量:

W=L(H2-H])=\\8.62X(0.018-0.01)=0.95kg

7.濕空氣在總壓101.3kPa、溫度10℃下，濕度為0.005kg/kg干氣。試計算：

(1)相對濕度。1；

(2)溫度升高到35℃時的相對濕度。2；

(3)總壓提高到115kPa,溫度仍為35℃時的相對濕度處;

(4)如總壓提高到1471kPa,溫度仍維持35℃,每10(W原濕空氣所冷凝出的水分量。

解：(1)10℃水飽和蒸汽壓psl=1.226kPa

Hp0.005x101.3,

1.p=---------=------------=0n.8o0n8QkPDa

v0.622+〃0.622+0.005

(P\=2^x100%=竺熨X100%=65.9%

Psx1226

(2)々=35℃,pS2=5.621kPa

DAQAQ

=-^xl00%=--x100%=14.4%

5.621

(3)p'=115kPa時,

Hp0.005x115

Pv=0.917kPa

0.622+”-0.622+0.005

=-^-x100%=2^11x100%=16.3%

Pc5.621

(4)p=1471kPa,t2=35℃時:

飽和濕度Hs=0.622,s=0,622—型百一=0.0024kg/kg干氣

P-Ps1471-5.621

原濕空氣比容

V"=(0.773+1.244%)x^1^

=(0.773+1.244x0.005)x^^=0.80811?濕氣/kg干氣

100m，原濕空氣中絕干空氣質(zhì)量

100

=123.76kg干氣

0.808

則冷凝出水

W=L(W-W5)=123.76x(0.005-0.0024)=0.322kg

其o.20

8.附圖為某物料在25℃時的平衡曲線。如果將含水o.15

8卜o.10

量為0.35kg水/kg干料的此種物料與0=50%的濕空氣

<

接觸，試確定該物料平衡水分和自由水分，結(jié)合水分和非

X

結(jié)合水分的大小。

解：。=50%,

0.05

平衡水分X*=0.095k?kg干料

0.00

則自由水分0102030405060708090100

4(%)

X-X*=0.35-0.095=0.255kg/kg干料習(xí)題8附圖

0=100%,

平衡水分X*=0.185k酢g干料

即結(jié)合水分X"(p=ioo%=0.185kg/kg干料

則非結(jié)合水分X-X'roc%=0.35-0.185=0.165kg/kg干料

9.在常壓干燥器中將某物料從濕基含水量10%干燥至2%,濕物料處理量為300kg/ho干燥

介質(zhì)為溫度80℃、相對濕度10%的空氣，其用量為900kg/h。試計算水分汽化量及空氣離開干燥器

時的濕度。

解：，=80。。,0=10%，在H-I圖中查得Hi=O.O31kg/kg干氣

絕干空氣質(zhì)量L==-9QQ-=872.94kg干氣/h

1+Ht1+0.031

物料干基含水量

W]0.1

X]==0.1111k醛g干料

1-vv,-1-0.1

w_0.02

X]-2=0.0204kg/kg干料

-w21-0.02

絕干物料量G?=G](1-叱)=300x(1-10%)=27俅必h

汽化水分量W=GC(X,-X2)=270x(0.111-0.0204)=2449k的

又W=L(H2-H1)

則干燥器空氣出口濕度

IV2449

H=H,+—=0.031+—=0.059kg/kg干氣

2'L872.94U0

10.在某干燥器中干燥砂糖晶體，處理量為100kg/h,要求將濕基含水量由40%減至5%。干燥

介質(zhì)為干球溫度20℃,濕球溫度16C的空氣，經(jīng)預(yù)熱器加熱至80C后送至干燥器內(nèi)。空氣在干燥

器內(nèi)為等焙變化過程，空氣離開干燥器時溫度為30℃,總壓為101.3kPa。試求：（1）水分汽化量;

（2）干燥產(chǎn)品量；（3）濕空氣的消耗量；（4）加熱器向空氣提供的熱量。

解：（1）水分汽化量

W=G|-G=G—^——W]一>廿2C0.4—0.05iccCZSO/H/1.

2G[=-------Gi=-------------x100=36.84kg<h

\-w11-0.05

1-w22

干料

或X1-^-=2kg/kg

1-0.43

0.05_1

X?kg/kg干料

l-w21-0.0519

Gc=G(1-*)=100x(1-0.4)=60kg/h

W=GC(%1-X2)=60x(|--^)=36.84kg/h

（2）干燥產(chǎn)品量

G2=G]—W=100—36.84=63.16k的

(3)由力=2O°C,fwo=16℃查圖，得4=O°lkg/kg干氣

預(yù)熱后/]=80℃,41=0.01k醛g干氣

Ix=(1.()1+L88HM+2492Hl

=(1.01+1.88x0.01)x8O+2492x0.01=107.22kJ/kg干氣

出口空氣：等熔過程/2=/1

即(1.01+1.8犯)F+2492%=107.22

(1.01+1.88XH2)X30+2492W2=107.22

得：%=O03kg/kg干氣

而W=L

_W_36.84

=1842kg4i

H『H\-0.03-0.01

濕空氣用量

匚=L(1+Ho)=1842x(1+0.01)=186俅皿

(4)預(yù)熱器中的加熱量：

QP=-/o)=LCH(tt-t0)

=184%6O()X(101+1.88x0.01)x(80-20)=31,58kW

11.在常壓干燥器中，將某物料從濕基含水量5%干燥到0.5%。干燥器的生產(chǎn)能力為7200kg

干料/h。已知物料進(jìn)、出口溫度分別為25℃、65℃,平均比熱為1.8kJ/(kg?℃)。干燥介質(zhì)為溫

度20℃、濕度0.007kg/kg干氣的空氣，經(jīng)預(yù)熱器加熱至120℃后送入干燥器，出干燥器的溫度

為80℃。干燥器中不補(bǔ)充熱量，且忽略熱損失，試計算絕干空氣的消耗量及空氣離開干燥器時的

濕度。

解：物料干基含水量

0.050.005

=0.05263X2==0.005025

1-0.051-0.005

W=Gc(Xt-X2)=7200x(0.05263-0.005025)=34276kg/h

又W=L(H2-Hi)

即342.76=L(H2-0.007)(1)

干燥器中不補(bǔ)充熱量，且忽略熱損失，則

eD=￡(Zl-Z2)+Gc(72'-/,)=O

即L(Z,-/2)=Gc(/2-7,)(2)

Gc(，2—人j=GCCM2(。2—4)=7200X1.8X(65—25)=518400

而/,=(1.01+1.88x0.007)x120+2492x0.007=140.22

/2=(1.01+1.88%)x80+2492%=80.8+260.4凡

將上式代入(2)中，

L(140.22-80.8-2M2.4//2)=518400(3)

聯(lián)立(1)、(3)得：A2=0O1685kg/kg干氣，L=34798kg4q

12.用熱空氣干燥某種濕物料，新鮮空氣的溫度為20℃、濕度為0.006kg/kg干氣，為保證干

燥產(chǎn)品質(zhì)量，要求空氣在干燥器內(nèi)的溫度不能高于90℃,為此，空氣在預(yù)熱器內(nèi)加熱至90℃后送入

干燥器，當(dāng)空氣在干燥器內(nèi)溫度降至60℃時，再用中間加熱器將空氣加熱至90℃,空氣離開干燥器

時溫度降至60℃,假設(shè)兩段干燥過程均可視為等熔過程，試求:

(1)在I-H圖上定性表示出空氣通過干燥器的整個

過程；

(2)汽化每千克水分所需的新鮮空氣量。

解：空氣狀態(tài)變化過程如圖所示。

A：tA=20℃,=0.()06kgT<gW

由=，ci

Q.01+1.88X0.006)x90+2492x0.006=Q.01+1.88WCI)x60+2492WC1

得=0.0178kg^g干氣

也即“B2=°O178kg/kg干氣

乂IB?=1C

a.01+1.88x0.0178>x90+2492x0.0178=Q.01+1.88%)*60+2492HC

得"c=0?°29&酢g干氣

故汽化1kg水所需干空氣用量

1I

1==42.02k^kg水

HLHA0.0298-0.006

新鮮空氣用量

/'=/(I+/)=42.02x1.006=42.3kg/kg水

13.在常壓連續(xù)逆流干燥器中，采用廢氣循環(huán)流程干燥某濕物料，即由干燥器出來的部分廢氣

與新鮮空氣混合，進(jìn)入預(yù)熱器加熱到一定的溫度后再送入干燥器。已知新鮮空氣的溫度為25℃、濕

度為0.005kg/kg干氣，廢氣的溫度為40℃、濕度為0.034kg/kg干氣，循環(huán)比（循環(huán)廢氣中絕干空

氣質(zhì)量與混合氣中絕干空氣質(zhì)量之比）為0.8。濕物料的處理量為1000kg/h,濕基含水量由50%下

降至3%。假設(shè)預(yù)熱器的熱損失可忽略，干燥過程可視為等嬉干燥過程。試求：

（1）在I-H圖上定性繪出空氣的狀態(tài)變化過程；

（2）新鮮空氣用量；

（3）預(yù)熱器中的加熱量。

解：（1）廢氣循環(huán)流程如下圖所示。

L2循環(huán)比0.8

空氣狀態(tài)變化過程如圖所示。

,CM1

圖中：——=-

MA4

(2)物料干基含水量

V0.50.033

A.=------=1X)=--------=---

11-0.521-0.0397

絕干物料

G0=G|(1-/)=1OOOx(1-0.5)=50(kg/h汽化水

分量

3

W=Gc(Xi-X2)=500x(1--)=484.5kg/h

對整個干燥過程進(jìn)行物料衡算

則絕干空氣用量

484.5

=16707kg/h

0.034-0.005

新鮮空氣用量

L=L(1+/7O)=16707x(1+().005)=1679%的

(3)預(yù)熱器中加熱量

Qp=L[(/[—/.)=￡[(，2-)

而，=L+L,=M=5L

1-0.2

,1,4,

W，0+g，2

「141

Qp=5LZ2-(-/o+-/2)=1(72-/0)

其中/2=a.01+1.88X0.034)X40+2492x0.034=127.68kJ/h

/0=(1.01+I.88x0.005)x25+2492x0.005=37.945kJ/h

6

QP=16707x(127.68-37.945)=1.5x10kJ/h=416.7kW

14.若空氣用量相同，試比較下列三種空氣作為干燥介質(zhì)時，恒速階段干燥速率的大小關(guān)系。

(1)片60℃,發(fā)0.Olkg/kg干氣；

(2)/=70℃,H=0.036kg/kg干氣；

(3)Z=80℃,H=0.045kg/kg干氣。

解：(1)由仁60℃,代0.Olkg/kg干氣查圖，得%=28℃,”川=0.024kg/kg干氣

傳熱推動力：”-人”)|=60-28=32。?

傳質(zhì)推動力：(“w-")1=0024-0.01=0.014kg/kg干氣

(2)同理：傳熱推動力：(r-zH.)2=70-40=30°C

傳質(zhì)推動力：(“w-”)2=0.049-0.036=0.013kg/kg干氣

(3)傳熱推動力：(f-g)3=80-44=36%：

傳質(zhì)推動力：(“w-")3=0.062-0.045=0.017kgkg干氣

恒速階段干燥速率與其推動力成正比，比較之，有：(3)>(2)>(Do

15.有一盤架式干燥器，器內(nèi)有50只盤，每盤的深度為0.02m,邊長為0.7m見方，盤內(nèi)裝有

某濕物料，含水率由1kg/kg干料干燥至0.01kg/kg干料。空氣在盤表面平行掠過，其溫度為77℃,

相對濕度為10%,流速為2m/s。物料的臨界含水量與平衡含水量分別為0.3和Okg/kg干料，干燥后

的密度為600kg/m3。設(shè)降速階段的干燥速率近似為直線，試計算干燥時間。

解：由/=77。(2,年=10%渣得9=38。＜2,rw=2406kJ/kg,

”=0O27kg/kg干氣o

濕比容v“=(0.773+34”)x*

273+77

=(0.773+1.244x0.027)x.034m3/kg干氣

濕空氣密度p==1+0-027=0.993kg/m3

vH1.034