化工原理(干燥部分)习题与解题指导

第八章干燥【例题与解题指导】【例5-1】某常压空气的温度为30℃、湿度为0.0256kg/kg绝干气，试求：（1）相对湿度、水汽分压、比容、比热容及焓；（2）若将上述空气在常压下加热到50℃，再求上述各性质参数。解：（1）30℃时的性质相对湿度由手册查得30℃时水的饱和蒸汽压ps＝4.2464kPa。用式5-5求相对湿度，即将数据带入解得水汽分压比容由式5-6求比容，即=0.8926m3湿空气/kg绝干气比热容由式5-7a求比热容，即焓用式5-8ｂ求湿空气的焓，即kJ/kg绝干气（2）50℃时的性质参数相对湿度查出50℃时水蒸汽的饱和蒸汽压为12.340kPa。当空气被加热时，湿度并没有变化，若总压恒定，则水汽的分压也将不变，故水汽分压因空气湿度没变，故水汽分压仍为4.004kPa。比容因常压下湿空气可视为理想气体，故50℃时的比容为m3湿空气/kg绝干气比热容由式5-7知湿空气的比热容只是湿度的函数，因此，湿空气被加热后，其比热容不变，为1.058kJ／(kg绝干气·℃)。焓kJ/kg绝干气由上计算可看出，湿空气被加热后虽然湿度没有变化，但相对湿度降低了，所以在干燥操作中，总是先将空气加热后再送入干燥器内，目的是降低相对湿度以提高吸湿能力。【例5-2】常压下湿空气的温度为30℃、湿度为0.0256kg／kg绝干气，试求该湿空气的露点td、绝热饱和温度ｔas和湿球温度tw。解：露点td将湿空气等湿冷却到饱和状态时的温度为露点，由式5-16可求出露点温度下的饱和蒸汽压解得=4.004kPa查出该饱和蒸汽所对应的温度为28.7℃，此温度即为露点。绝热饱和温度由式5-14计算绝热饱和温度，即由于Ｈas是的函数，故用上式计算时需试差。其计算步骤为①设=29.21℃②用式5-3求温度下的饱和湿度Ｈas，即查出29.21℃时水的饱和蒸汽压为4054Pa，汽化潜热为2425.48kJ/kg，故kg／kg绝干气③用式5-7a求ｃH，即kJ/(kg.℃)④用式5-14核算。℃故假设=29.21℃可以接受。湿球温度tw用式5-12计算湿球温度，即与计算tas一样，用试差法计算tw，计算步骤如下:①假设tw=29.21℃②对空气～水系统，。③查出29.21℃水的汽化热为2425.48kJ/kg。④前面已算出29.21℃时湿空气的饱和湿度为0.02593kg/kg绝干气．⑤用式5-12核算tw，即℃与假设的29.21℃很接近，故假设正确。计算结果证明，对于水蒸汽～空气系统，＝tw由上计算可看出，只要知道湿空气的两个相互独立的参数，其它参数均可求出，但有时需要试差。【例5-3】试应用图确定（1）例5-1中30℃及50℃时湿空气的相对湿度及焓；（2）例5-2中湿空气的水汽分压、露点td、绝热饱和温度ｔas和湿球温度tw。解：（1）如本例附图（a）所示，t＝30℃的等t线和Ｈ=0.0256kg/kg绝干气的等Ｈ线的交点A即为30℃湿空气的状态点。由过点A的等线可确定30℃湿空气的相对湿度为=94%；由过点Ａ的等Ｉ线可确定30℃湿空气的焓为Ｉ=95kJ／kg绝干气。将30℃的湿空气加热到50℃，空气的湿度并没有变化，故t＝50℃的等t线和Ｈ=0.0256kg/kg绝干气的等Ｈ线的交点B即为50℃时湿空气的状态点。由过点Ｂ的等线及等I线可确定50℃时湿空气的相对湿度为32%、焓为117kJ／kg绝干气。（2）如本例附图（b）所示，首先根据t＝30℃、Ｈ=0.0256kg/kg绝干气确定湿空气状态点A。由A点的等Ｈ线与线的交点B所在的蒸汽分压线，可确定水汽分压为p=3800Pa。露点是等湿冷却至饱和时的温度，故由A点的等Ｈ线与=100%线的交于点C所在的等t线，可确定湿空气的露点td为28.5℃。绝热饱和温度是等焓冷却至饱和时的温度，故由过点A的等I线与=100%线的交于点D所在的等t线，可确定绝热饱和温度tas为29℃。查图结果与计算结果比较可知，读图时有一定的误差，但避免了计算时试差的麻烦。【例5-4】已知物料干燥过程干燥时间的计算公式为：恒速阶段)(cCXXAUG11降速阶段**lnXXXXAKGCx22总干燥时间21试解释上述公式中各参数的含义，并根据所给干燥速率曲线，找出对应参数，计算干燥时间。UX(kg/kg)(kg/m.h)20.20.051.0已知湿物料处理量100kg，含水量由20%处理至5%（均为湿基），干燥器的干燥面积为4m2。解：A为干燥面积，G为干基物料质量，U0为临界干燥速率，01,XX为物料起始及临界含水量，*2,XX为最终含水量及平衡含水量。xK为比例常数。上述公式适于连续干燥器的干燥时间计算。依题意，G=100×（1－0.2）＝80kg，A=4m21XW1/（1－W1）＝0.2/（1－0.2）＝0.252XW2/（1－W2）＝0.05/（1－0.05）＝1/19由图知，0X0.2，*X＝0.05，U0=1kg/m2.hxK＝1/(0.2－0.05)＝20/3)(0101XXAUG＝80(0.25－0.2)/(4×1)＝1h*2*02lnXXXXAKGx＝80/(20/3×4)×ln（（0.2-0.05）/(1/19-0.05)）＝3×ln57＝12.12h21＝13.12h练习题1.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＿＿＿＿。2.湿球温度是大量空气与少量水长期接触后＿＿＿＿＿＿＿___＿＿＿的温度，对空气--水系统，当＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿__＿，＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿时，α/kθ为一常数,其值约为＿＿＿＿＿kJ.kg-1K-1,故可写出tw的计算式tw=＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。3.空气的饱和湿度Hs是湿空气的如下参数的函数：()。A.总压及干球温度；B.总压及湿球温度；C.总压及露点；D.湿球温度及焓。4.空气温度为ｔd，湿度为Hd，相对湿度为φd的湿空气，经一间接蒸汽加热的预热器后，空气的温度为ｔ1，湿度为H1，相对湿度为φ1，则()A.H1＞HdB.φd＞φ1C.H1＜HdD.φd＜φ15.回答下列诸问题（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?答：6.若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)7.已知湿空气总压为101.3kN.m-3,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.m-3,则此湿空气的湿度H是＿＿＿＿＿＿＿＿＿kg水.kg-1绝干气,其焓是＿__＿＿＿＿＿＿＿＿＿kJ.kg-1绝干气。8.在测量湿球温度时，空气速度需大于5m.s-1,这是为了＿＿___＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。9.已知在ｔ＝50℃、P＝1atm时，空气中水蒸汽分压Pw＝55.3mmHg，则该空气的湿含量H＝＿＿＿＿＿＿＿＿；相对湿度φ＝＿＿＿＿＿＿＿；（50℃时,水的饱和蒸汽压为92.51mmHg）10.在1atm下，不饱和湿空气的温度为295K，相对温度为60％，当加热到273K时，该空气下列状态参数将如何变化?（升高,增加,降低,不变）湿度＿＿＿，相对湿度＿＿＿，湿球温度＿＿＿，露点＿＿＿，焓＿＿＿。11.湿空气经预热，相对湿度φ＿＿＿＿＿，对易龟裂物料，常采用＿＿＿＿＿＿＿＿＿方法来控制进干燥器的φ值。12.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。13.已知湿空气的下列哪两个参数，利用t-H图或H-I图，可以查得其他未知参数()。A.(tw,t);B.(td,H);C.(p,H);D.(I,tw)。14.在测量湿球温度时，应注意空气速度u()。A.u1m.s-1;B.u3m.s-1;C.u5m.s-1;D.u越小越好。15.湿空气在温度308K和总压1.52MPa下，已知其湿度H为0.0023kg水.kg-1绝干空气，则其比容υθ应为（单位均为m3.kg-1绝干空气）()。A.0.0583;B.1.673;C.2.382;D.0.0224。16.干燥器进口的温度计最小分度是0.1℃，下面是同一温度时的几种记录，哪一种是正确的()。A.75℃;B.75.0℃;C.75.014℃;D.74.98℃。17.空气温度为ｔd，湿度为Hd，相对湿度为φd的湿空气，经一间接蒸汽加热的预热器后，空气的温度为ｔ1，湿度为H1，相对湿度为φ1，则()A.H1＞HdB.φd＞φ1C.H1＜HdD.φd＜φ118.对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度：()。A.愈高；B.愈低；C.不变；D.不一定，尚与其它因素有关。19.在湿球温度ｔw的计算式中，kθ/α之比值：()。A.与空气的速度变化无关；B.与空气速度u的0.8次方成正比，即kθ/α∝u0.8C.kθ/α∝u0.5；D.不一定，与多种因素有关。20.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。21.什么是湿空气的绝热饱和温度和湿球温度?两者有何关系。22.回答下列诸问题（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?答案1、不变，下降，下降，下降。2、水面被测气流温度不太高,流速5m.s-11.09tw=t-(rfw/1.09)(Hsfw-H)3、A4、B5、1、对于饱和空气ｔ＝ｔw＝ｔd对于不饱和空气ｔ＞ｔw＞ｔd2、先预热，其ｔ升高，H不变，而φ降低使湿空气提高吸收水份能力另外ｔ升高，加快水份蒸发速率，提高干燥速率。6、上升，不变；下降7、H=0.0235kg水汽.kg-1绝干气;Iθ=100.68kJ.kg-1绝干气8、减少辐射和热传导的影响，使测量结果较为精确。9、0.0488，0.59810、不变，降低，升高，不变，增加，不变，增加11、下降，废气部分循环。12、不变，升高;该空气的湿球温度13、A14、C15、Aυθ＝(0.772+1.244H)×(T/273)×1.013×105/P＝(0.772+1.244×0.0023)×(308/273)×1.013/15＝0.0583m3.kg-1绝干气16、D17、B18、B19、A20、湿空气预热可提高载热载湿的能力（H不变，ｔ增加，φ下降，传热传质推动力加大）。热空气传热给湿物料是一个传热过程，湿物料中的湿分汽化扩散至气体主体是一个传质过程。21、绝热饱和温度：空气和水系统在绝热条件下，空气降温增湿，至空气达饱和时的温度。湿球温度：当温包包有润湿沙布空气传给湿布的热量恰好等于水份气化的热量，此时温包中水分的温度为湿球温度。对于空气－水系统，两者数值恰好相等。22、（1）对于饱和空气ｔ＝ｔw＝ｔd对于不饱和空气ｔ＞ｔw＞ｔd（2）先预热，其ｔ升高，H不变，而φ降低使湿空气提高吸收水份能力另外ｔ升高，加快水份蒸发速率，提高干燥速率。