食品工程原理課后答案(馮骉著)輕工業(yè)出版社第11章干燥與空氣調(diào)節(jié)

1、第十一章干燥與空氣調(diào)節(jié)11-1已知濕空氣的總壓強為101.3kPa,溫度為30C,濕度為0.024kg/kg絕干空氣，試計算其相對濕度、露點、絕熱飽和溫度、焓和空氣中水汽的分壓。解(1)H=0.622p/(pT-p)即 0.024=0.622p心01.3-p)解得： p=3.763kPa30 C下水的飽和蒸汽壓ps=4.24kPa®=p/ps=3.763/4.24=89%(2) 因td是將濕空氣等濕冷卻而達到飽和時的溫度，則水蒸氣分壓為3.76kPa時的溫度為：td=27.5 C(3) 假設(shè)tas=284C，由水蒸氣表查得相應(yīng)的水氣分壓ps為3.87kPa,則濕空氣的飽和濕度為：Ha

2、s=0.622 3.87/(101.3-3.87)=0.0247 kg/kg 絕干空氣比熱容Cph=1.01 + 1.88H=1.01 + 1.88 0024=1.055 kJ/kg 絕干空氣tas=t-ro(Has-H)/CpH=3O-249O (0.0247-0.024)=28.35 C故與假設(shè)非常接近。(4) l=(1.01 + 1.88H)t+2490H=(1.01 + 1.88 0.024) 30+2490 >0.024=91.4 kJ/kg 絕干空氣11-2已知濕空氣的溫度為 50 C,總壓強為100kPa,濕球溫度為30 C，試計算該濕空氣以下各參數(shù)：(1) 濕度；(2)相

3、對濕度；(3)露點；(4)焓；(5)濕比熱容。解(1)由飽和水蒸氣表查得，在tw=30 C時，水的飽和蒸汽壓ps=4.25kPa,汽化潛熱為rw=2423.7kJ/kg。 在濕球溫度下，空氣的飽和濕度為：Hw=0.622ps/(pT-ps)=0.622 4<25/(100-4.25)=0.0276kg/kg 干空氣根據(jù)空氣濕度計算式，可求得該空氣的濕度為：H =Hw-1.09(t-tw)/rw=0.0276-1.09 (50-30)/2423.7=0.0186kg/kg 干空氣(2) 由飽和水蒸氣表查得，在t= 50 C下，水的飽和蒸汽壓ps=12.34kPa。根據(jù)空氣濕度計算式，可求得

4、該空氣中的水蒸汽分壓為：P=PtH/(0.622+H)=100 >0.0186/(0.622+0.0186)=2.904kPa空氣的相對濕度為：=p/ps=2.904/12.34=23.5%(3) 在露點下空氣剛好達到飽和狀態(tài)，空氣中的水汽分壓p=2.904kPa即為水在露點下的飽和蒸汽壓，故由飽和水蒸氣表查得，此空氣的露點td=23 Co(4) 1=(1.01+1.88 0.0186) 50+2500 >0.0186=98.8 kJ/kg 干空氣3(5) vh=(1/29+0.0186/18) 22.4 輕73+50) 101.3/(273 100)=0.954m /kg 干空氣

5、11-3若常壓下某濕空氣為 20 C,濕度0.014673kg/kg絕干空氣，試求：(1)濕空氣的相對濕度；(2) 濕空氣的比體積；(3)濕空氣的比定壓熱容； (4)濕空氣的質(zhì)量焓。若將上述空氣加熱到50C，再分別求上述各項。解(1) 20C時，由水的熱力學性質(zhì)表查出ps=2.3346kPa0.014673=0.622 2>3346 帥(101.3-2.3346 巧解得 =1=100%該空氣為水蒸氣所飽和，不能作干燥介質(zhì)用。vh=(0.722+1.244H) >(273+t)/273=0.848m 3/kg 干空氣 Ch=1.01+1.88 0014673=1.038kJ/(kg.

6、K)I=(1.01 + 1.88 0.014673) 20+2490 >0.014673=57.29kJ/kg 干空氣(2) 50 C時，水蒸氣的飽和蒸汽壓為12.34kPa當空氣從20C加熱到50C時，濕度沒有變化，故：0.014673=0.622 12<34 7(101.3-12.34 )=18.92%由計算結(jié)果看出，濕空氣被加熱后相對濕度降低了。3vh=(0.722+1.244 014673) (273+50)/273=0.935m /kg 干空氣濕空氣的比定壓熱容只是濕度的函數(shù)，因此20C與50C時的濕空氣比定壓熱容相同。I=(1.01 + 1.88 0.014673) 5

7、0+2490 >0.014673=88.42kJ/kg 干空氣11-4將質(zhì)量流量0.9kg干空氣/s的濕空氣 A(tA=20 C,a=0.80)與質(zhì)量流量0.3 kg干空氣/s的濕空氣B (tB=80C,b=0.3)混合，求混合后空氣的狀態(tài)參量。解由H I圖查得兩種空氣的濕含量和焓如下：HA=0.012kg/kg 干空氣lA=50kJ/kg 干空氣 HB=0.103kg/kg 干空氣lB=350kJ/kg 干空氣Hm=(mAHA+mBHB)/(mA+mB)=(0.9 0.012+0.3 岡03)/(0.9+0.3)=0.035 kg/kg 干空氣lm=(mAlA+mBlB)/(mA +

8、mB)=(0.9 50+0.3 850)/(0.9+0.3)=125kJ/kg 干空氣11-5調(diào)節(jié)干燥需要的空氣狀態(tài)，干燥操作如圖11-6所示。已知狀態(tài)A : tA=30 C, td=20 C, qv=500 m3/h濕空氣；狀態(tài)B :通過冷凝器后，空氣中的水分除去2 kg /h;狀態(tài)C:通過加熱器后，空氣的溫度tB=60 C,干燥器在常壓、絕熱條件下進行。水在不同溫度下的飽和蒸汽壓如下表：t/ C10152030405060Ps/kPa1.22631.70692.33484.24777.377112.341019.9241試求：(1)作空氣狀態(tài)變化圖；(2)經(jīng)過冷凝器后空氣的溫度和濕度；(3

9、)經(jīng)過加熱器后空氣的相對濕度。解(1 )由于給出了狀態(tài) A的露點，故可由其對應(yīng)的蒸氣壓計算該狀態(tài)的濕度Ha，根據(jù)給出的冷凝水量和空氣量可確定 HB,冷凝器內(nèi)空氣狀態(tài)的變化由A到B '到B。冷凝器除去空氣中的部分水分后，送到加熱器等濕升溫到C點(60C)。在干燥器的干燥過程中空氣增濕，到達A點，形成一個循環(huán)過程。空氣狀態(tài)變化如附圖。20 dC(2) 根據(jù)露點溫度td可從給出的水的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)中查到Ps=2.3348kPa，此值即為進入換熱器I的空氣的水蒸氣分壓p,因此：HA=0.622ps/(pPs)=0.622 2.3348心01.3-2.3348)=0.01467kg/kg 干空氣

10、 vh=(1/29+ Ha/18) 22.4 牡73+30)/273=0.878m 3/kg 干空氣故 qm=qv/vH=500/0.878=569.5kg/h由物料衡算：qm'qm(HA-HB)，所以：HB=HA-qm'/qm=0.014673-2/569.5=0.01116kg/kg 干空氣(3) 根據(jù)濕含量的定義，在空氣達到飽和時：Hb=0.622Ps/(Pt-Ps)ps=Hbpt/(0.622+ Hb)=0.01116 1.1.3/(0.622+0.01116)=1.785kPa查得溫度為tB=16C。此時的Ps等于C點的空氣中的水蒸氣分壓P,另外，由tc=60 C,從

11、給出的數(shù)據(jù)中查到水的飽和蒸汽分壓Ps=19.924kPa。因此，該處空氣的相對濕度為：=p/ps=1.785/19.924=0.0896=8.96%11-6在一常壓轉(zhuǎn)筒干燥器中，將其物料從(濕基)含水量4.0%干燥到0.5%，干燥產(chǎn)品流量為600kg/h , 空氣進預熱器前 t0=25 C,相對濕度 0=55%，經(jīng)過預熱器加熱到t1=85 C后再進入干燥器，出干燥器時t2=30 C。物料進干燥器時 門=24 C,出干燥器時P=60C,絕干物料的比定壓熱容為0.52kJ/(kg絕干物料K)。假設(shè)干燥器的熱損失為18000kJ/h , (25 C時水的飽和蒸汽壓=3.168kPa)。試求：(1)絕

12、干空氣的質(zhì)量流量；(2)在單位時間內(nèi)預熱器中的傳熱量。解 X1=0.04/(1-0.04)=0.0417kg/kg 絕干物料X2=0.005/(1-0.995)=0.005kg/kg 絕干物料Gc=G2(1-W2)=600(1-0.005)=597kg 絕干物料 /hW=Gc(X1-X2)=597(0.0417-0.005)=21.9kg/hp=jps=0.55 3.168=1.7414kPaH0=H1=0.622 X.7414/(101.3-1.7414=0.0109kg/kg 干空氣L(H2-0.0109)=21.9(a)熱量衡算：L(l1-l2)=Gc(l'-l '+Ql

13、Qp=L(l1-l0)lo=(1.O1 + 1.88 0109) 25+2490 X).0109=52.9kJ/kg 干空氣11=(1.01 + 1.88 0109) 85+2490 >0.0109=114.7kJ/kg 干空氣12=(1.01 + 1.88 H2) >30+2490H2=30.3+2546.4 H2I'1=(0.52+4.187 0.0417) 24=16.67kJ/kg 絕干物料I'2=(0.52+4.87 0005) 60=32.46kJ/kg 絕干物料Qp=L(l1-l0)=L(114.7-52.9)=61.8LL(114.7-30.3-25

14、46.4H2)=59.7 (02.46-16.67)+18000L (84.4-2546.4 H 2)=27426.6(b)聯(lián)立式(a)及式(b)解得：H2=0.0258kg/kg干空氣L=1468.7kg 干空氣 /hQp=L(l1-l°)=61.8L=90764.7kJ/h11-7用回轉(zhuǎn)干燥器干燥濕糖，進料濕糖濕基含水量為1.28%，溫度為31 C。每小時生產(chǎn)濕基含水量為0.18%的產(chǎn)品4000kg，出料溫度36C。所用空氣的溫度為 20C,濕球溫度為17C，經(jīng)加熱器加熱 至97C后進入干燥室，排除干燥室的空氣溫度為40C，濕球溫度為32C。已知產(chǎn)品的比熱容為1.26kJ/(kg

15、K)。試求：(1)水分蒸發(fā)量；(2)空氣消耗量；(3)加熱器所用表壓100kPa的加熱蒸汽消耗量；(4)干燥器的散熱損失；(5)干燥器的熱效率。解(1) W=G2(W1-W2”(1-W1)=4000 00.0128-0.0018)/(1-0.0128)=44.6kg/h(2) 空氣用量 查濕空氣的H I圖，得H0=H1=0.011kg/kg 干空氣H2=0.028kg/kg 干空氣3貝UL=W/(H2-H 1)=44.6/(0.028-0.011)=2.62 10 kgX干空氣 /hL'=L(1 + H0)=2.62 W30(1+0.011)=2.65 10kg/h(3) 由H I圖可

16、查得：l0=49kJ/kg干空氣l1=125kJ/kg干空氣 b=113kJ/kg干空氣3故Q = L(l1-l0)=2.62 00 0125-49)=198 103kJ/h由書末附錄的飽和水蒸氣表可查得：表壓100kPa的水汽化熱r=2205kJ/kg，則加熱器加熱蒸汽用量：D=Q/r=1980103/2205=90kg/h(4) Ql=Q-L(I2-I0)-G2Cps(H-書+WcpwR333=198 00 -2.62 W 0(113-49)-400 1.26 036-31)+44.6 4.17 0仁 12.0 00 kJ/h(5) 由H I圖可查得干燥空氣的濕球溫度tw=38C，可由飽和

17、水蒸氣表查得對應(yīng)此溫度的汽化熱為 r=2405kJ/kg，則:化Wr/Q=44.6 2405/(198 103)=0.54211-8某糖廠有一干燥器干燥砂糖結(jié)晶，每小時處理濕物料1000kg ,干燥操作使物料的濕基含水量由40%減至5%。干燥介質(zhì)是空氣， 初溫為293K，相對濕度為60%,經(jīng)預熱器加熱至393K后進入干燥 器。設(shè)空氣離開干燥器時的溫度為313K，并假設(shè)已達到80%飽和。試求：(1)水分蒸發(fā)量；(2 )空氣消耗量和單位空氣消耗量；(3)干燥收率為95%時的產(chǎn)品量；(4)如鼓風機裝在新鮮空氣進口處， 鼓風機的風量應(yīng)為多少？解(1) W=G1(W1-W2)/(1-W2)=1000 (

18、0.4-0.05)/(1-0.05) 3600=0.102kg/s(2) 由濕空氣的 H I圖查得，當t0=293K和-0=60%時，H°=0.009kg/kg干空氣；當t2=393 K 和 2=80%時，H2=0.039kg/kg 干空氣。L=W/(H2-H 1)=W/(H2-H 0)=0.102/(0.039-0.009)=3.41kg 干空氣 /s l=L/W=1/(H2-H°)=1/(0.039-0.009)=33.3kg 空氣/kg 水(3) G2=G1-W=1000/3600-0.102=0.176kg/sG 2=0.176 0.95=0.167kg/s3(4)

19、 qv=LvH = L(0.773+1.244H°)輸/273=3.41 (0.733+1.224 0.009) 293/173=2.88m /s11-9在常壓連續(xù)干燥器中將物料自含水量50%干燥至6% (均為濕基)，采用廢氣循環(huán)操作，循環(huán)氣量為從干燥器排出廢氣量的0.8 ,混合在預熱器并經(jīng)預熱器預熱到54C，且為等焓增濕干燥過程。已知新鮮空氣的狀態(tài) t0=25C, H0=0.005kg水/kg絕干空氣，廢氣的狀況為t2=38 C, H2=0.034kg水/kg絕干空氣，求每小時干燥1000kg濕物料所需的新鮮空氣量及預熱器的傳熱量。預熱器的熱損失不計。解Hm=0.2H0+0.8H2

20、=0.2 0.005+0.8 0034=0.0282kg/kg 干空氣l0=(1.01 + 1.88 0.005) 25+2490 00.005=37.935kJ/kg 干空氣l2=(1.01+1.88 0.034) 38+2490 >0.034=125.47kJ/kg 干空氣Im=0.2l0+0.8l2=107.96 kJ/kg=(1.01+1.88 Hm)為+2490Hmtm=35.5 CW=Gi(wi-W2”(1-W2)=1000 和.5-0.06"(1-0.06)=468kg/hL=W/(H2-Ho)=468/(O.O34-O.OO5)=1.614104k%干空氣 /h

21、L 'L(1 + Ho)=1.614 104 %1+0.005)=1.622 104kg/hQp=(L/0.2) (K01 + 1.88 0旳282) (54-35.5)=1.587 106kJ/h11-10某種顆粒狀物料放在寬1200mm的金屬傳送帶上進行干燥，空氣以 2m/s的速度垂直吹過物料層?？諝忸A熱到平均溫度75C，平均濕度為0.018血水蒸氣/kg干空氣。試求表面蒸發(fā)階段每小時從每米長的傳送帶上蒸發(fā)的水分量。2解vh=(0.773+1.244H) >(273+75)/273=(0.773+1.244 0.018) (573+75)/273=1.01m /kg 干空氣2

22、0 370 372Lw=uo/vH=2/1.O1=1.98kg 干空氣 /(ms)o=0.024Lw . =0.024 >98 . =0.0309kW/(m X)已知空氣t1=75 C, H1=0.018 kg/kg干空氣，從 H I圖查出空氣濕球溫度tw1 =34 C,并從飽和水蒸氣性質(zhì)表中查出相應(yīng)水的汽化潛熱G=2415kJ/kg，干燥速率為：-42dW/Ad =a(t-tw)/rw=0.0309 (75-34)/2415=5.25 10 4kg/(m s)設(shè)傳送帶上物料干燥面積為傳送帶的面積(傳送帶的長度乘寬度)，因此，每小時從每米長的傳送帶上蒸發(fā)的水分量為：-4W=5.25 10

23、 M.2 1 $600=2.27kg/h11-11溫度66C，濕含量為0.01kg水蒸氣/kg干空氣的空氣以4.0m/s的流速平行流過料盤中的濕物 料表面，試估算恒速干燥階段的干燥速率。解由空氣H I圖查得tw=29C,由飽和水蒸氣表查得對應(yīng)的汽化熱rw=2430kJ/kg。32vh=(0.773+1.244 0.01) (273+66)/273=0.975kg/mqm=u/VH=4/0.975=4.10kg/(m .s)a=14.3qm0.8=14.3 4.1°.8=44.2W/(m 2.K)-422uo= ：(t-tw)/rw=44.2 (66-29)/(2430 103)=6.

24、73 10 kg/(m .s)=2.42kg/(m .h)11-12濕物料在恒定干燥條件下在 5 h內(nèi)由干基含水量 35%降至10%。如果物料的平衡含水量為 4% (干基)，臨界含水量為14% (干基)，求在同樣的干燥條件下，將物料干燥到干基含水量6%需多少時間？5 亠些士 lnSO04)Ak 0.14 -0.040.1 -0.04Gc/Ak =1.92.=1.92(0.35 -0.140.14 -0.040.14 一°.04) =7.1h0.06 -0.04習題解54習題解#11-13將1000kg (以絕干物料計)某板狀物料在恒定干燥條件下進行干燥。干燥面積為始含水量為0.15k

25、g/kg絕干物料，最終含水量為2.5 >10-2kg/kg絕干物料，在熱空氣流速為況下，其初始干燥速度為3.6 >10-4kg/(m2s),臨界含水量為5 X10-3kg/kg絕干物料。設(shè)傳質(zhì)系數(shù)kx與熱空氣流速的0.8次方成正比。試求：是多少？ 多少？( 為多少？解 (1)(2)(3)55m2，其初0.8m/s 情 0.125kg/kg絕干物料，平衡含水量為 (1 )此物料干燥時間(2)在同樣條件下，欲將此物料最終含水量降低到1.5 >10-2kg/kg絕干物料，其干燥時間為3)欲將熱空氣流速提高到4 m/s時，最終含水量仍為 2.5 >10-2kg/kg絕干物料，其

26、干燥時間32Kx = uo/(Xo-X*)=O.36 10- /(0.125-0.005)=0.003kg/(m s)10000.15 0.125 丄 0.125 0.0054(In) =1.206 10 s =3.35h55 0.003 0.125 -0.0050.025 -0.0051000/ 0.15 -0.125, 0.125 -0.0054,(亠In) =1.624 10 s =4.51h55 0.003 0.125 -0.0050.015 0.0050 82Kx '(4/0.8) . Kx=0.0109kg/(m s)10000.15 0.125 丄 0.125 0.005

27、- 3(In) =3.33 103s=0.925h55 0.0109 0.125 -0.0050.0250.00511-14某板狀物料的干燥速率與所含水分成比例，其關(guān)系可用下式表示：-dX/d =KX。設(shè)在某一干燥條件下，此物料在 30min后，自初重66kg減至50kg。如欲將此物料在同一條件下，自原含水量干 燥到原含水量的50%的水分需多長時間？已知此物料的絕干物料質(zhì)量為45kg。dXKX d .積分得:X1 dX 1 , Xi InK x； X K X20.5 =丄In 0.467 解得K = 2.874 h-1K 0.11 1X2=(66-45)/(2 45)=0.233kg/kg10

28、 467.'ln0.242h =14.5min2.8740.23311-15采用干燥器對某種鹽類結(jié)晶進行干燥，一晝夜將10t濕物料由最初濕含量10%干燥最終濕含量1% (以上均為濕基)。熱空氣的溫度為100C,相對濕度為5%,以逆流方式通入干燥器。空氣離開干燥器時的溫度為 65C，相對濕度為25%。試求：(1 )每小時原濕空氣用量；(2)產(chǎn)品量；(3)如 干燥器的截面積為圓形，要求熱空氣進入干燥器的線速度為0.4m/s，試求干燥器的直徑。在 65 C時,空氣中的水汽分壓為 187.5mm汞柱。解(1) Gc=G1(1-w”=10000)$1-0.1)/24=375kg 干料 /hX1=

29、W1/(1-W1)=0.1/(1-0.1)=0.111kg 水/kg 干料 X2=W2/(1-W2)=0.01/(1-0.01)=0.0101kg 水 /kg 干料H1=0.622 0.05 760/(760-0.05 760)=0.0327kg/kg 干空氣 H2=0.622 0.25 187.5/(760-0.25 187<5)=0.0408kg/kg 干空氣3 L=Gc(X1-X2)/(H2-H1)=375 0(0.111-0.0101)/(0.0408-0.0327)=4.6810 kg 干空氣 /hL 'L(1+H1 )=4.68 103 0(1+0.0327)=4.8

30、3 103kg/h(2) G2=Gc(1+X2)=375 魁+0.0101)=379kg/h3(3) qv=LvH=L(0.773+1.244 0.0327) 373/273=5200m /hA=qv/u=5200/(3600 0.4)=3.61m2D=(3.61/0.785) "2=2.14m11-16有一逆流操作的轉(zhuǎn)筒干燥器，筒徑1.2m，筒長7m,用于干燥濕基含水量為3%的晶體，干燥后產(chǎn)品的濕基含水量為0.2%。干燥器的生產(chǎn)能力為1800kg產(chǎn)品/h。冷空氣為t°=293K , o=60%，流經(jīng)預熱器(器內(nèi)加熱蒸汽的飽和溫度為383K)后被加熱至363K，然后送入干燥

31、器?？諝怆x開干燥器的溫度為 328K。晶體物料在干燥器中其溫度由293K升至333K而排出，絕對干料的比熱為1.26kJ/(kgK)，干燥器的熱損失為5kW。試求：(1)蒸發(fā)水分量；(2)空氣消耗量及出口時的濕度；(3)預熱器中加熱蒸汽的消耗量(設(shè)熱損失為10% )。解(1) W=G2(W1-W2”(1-W1)=0.5 (0.03-0.002)/(1-0.03)=0.0144kg/s(2) 當 t0=293 K , 0=60%時，查圖得 H°=H1=0.0087kg/kg 干空氣l0=(1.01 + 1.88H°)述0+2490H°=42.24kJ/kg 干空氣l

32、1=(1.01 + 1.88H1)述什2490H1=113.2kJ/kg 干空氣Gc= G2(1-W2)=0.5 (1-0.002)=0.499kg/sX1=W1/(1-W1)=0.03/(1-0.03)=0.03093X2=W2/(1-W2)=0.002/(1-0.002)=0.00200451=1.26+4.187 003093=1.39kJ/(kg K)52=1.26+4.187 0002004=1.278kJ/(kg .K)Gcl'=0.499 1.39 20=13.872kWGcl'=0.499 1.278 60=38.024kW113.2L + 13.872=LI2

33、+38.024+5(1)l1=(1.01 + 1.88H2)053+2490H2(2)L=W/(H2-H 0)=0.0144/( H2-0.0087)(3)聯(lián)立(1 )、( 2 )和(3)得：H2=0.01678kg/kg 干空氣L=1.782kg 干空氣 /s l2=96.98kJ/kg 干空氣(3) Qp=L(l1-l0) >1.1=1.782 (113.2-42.24) 1.1H139.1kW383K時水蒸汽的冷凝潛熱為2232kJ/kg，加熱水蒸汽消耗量為：D '139.1/2232=0.0623kg/s11-17今有一氣流干燥器，將1200kg/h的濕木屑從含水量 30

34、%干燥到15% （均為濕基）。木屑的平均直徑為0.428mm，絕干木屑的真實密度為703kg/m3;其比熱為1.36kJ/（kg K），濕木屑進入干燥器的溫度為293K，由實驗測定木屑的臨界含水量為20%;平衡含水量為4.2% （均為干基）。干燥介質(zhì)為高溫煙道氣，氣體進口溫度為673K;濕度為3.0 >10-2kg水蒸氣/kg干氣。試計算氣流干燥器的直徑和高度。解本題是根據(jù)一定的生產(chǎn)任務(wù)設(shè)計一臺氣流干燥器，主要計算氣流干燥器的直徑與高度。氣流干燥管可以選用變徑管，亦可以選用等徑管，本題中擬選用結(jié)構(gòu)比較簡單的等徑管，干燥器直徑可由下 式計算：D_L Vh= '0.785u0 氣流干

35、燥器的高度主要根據(jù)干燥介質(zhì)與濕物料間的傳熱速率關(guān)系由下式計算：Z =q:a(0. 78D2353(0.2 -0.042) -1.36(358 -334)解得3=336K，與前面假定的 P=338K基本符合。(3)干燥管直徑D干燥介質(zhì)進、出口平均溫度tm=(673+358)/2=516 K，平均濕含量 Hm=(0.03+0.144)/2=0.087kg/kg。 . /應(yīng)用以上兩式計算氣流干燥器的直徑與高度，必須知道干燥介質(zhì)消耗量L與干燥介質(zhì)的進、出口狀態(tài)以及物料的進、出口狀態(tài)，干燥介質(zhì)與物料的進口狀態(tài)已由題給。求解物料出口溫度為二2時，需要知道干燥介質(zhì)的出口狀態(tài)，而干燥介質(zhì)的出口溫度t2, 一般

36、要求比物料出口溫度 龍高1030C,或比入口氣體的絕熱飽和溫度高2050C，以避免其中水汽凝結(jié)。干燥介質(zhì)消耗量L與干燥介質(zhì)出口濕度H2可通過物料衡算與熱量衡算求得。L與H2的求解又與物料的出口溫度 龍有關(guān)，因此求 文時要用試差法。(1) 水分蒸發(fā)量WGc=1200 ><1-0.3)=840 kg/h=0.233kg/sX1=30/70=0.429kg/kgX2=15/85=0.176kg/kgW=Gc(X1-X2)=0.233 <.429-0.176)=0.0589kg/s(2) 干燥介質(zhì)消耗量L、出口濕度H2和木屑出口溫度2假定干燥介質(zhì)出口溫度t2=358 K，木屑出口溫度

37、£=338 K ,干燥管熱損失Ql可略去不計，則蒸發(fā)水分所需要的熱量Q1可求得：Q1=W(2492+1.88t2-4.187 和=0.0589 (2490+1.88 85-4.187 20)=151.3kW物料由q1加熱到q2所需的熱量Q2可由下式求得：Q2=GcCpm(龍-丁)=0.233 (1.36+4.187 0.176) (338-293)=21.99kW L=W/(H2-H0)=(Q1+Q2)/(1.01 + 1.88 H°)(t1-t2)=(151.3+21.99)/(1.01+1.880.03) ><673-358)=0.516kg/sH2=W/L

38、 + H1=0.0589/0.516+0.03=0.144kg/kg根據(jù)t2=358 K, H2=0.0144kg/kg，查H I圖得空氣濕球溫度tw=334K，查飽和水蒸汽性質(zhì)表， 此時水的汽化潛熱5=2353kJ/kg，將 X°=0.2kg/kg , X2=0.176kg/kg , X*=0.042kg/kg , Cps=1.36kJ/(kg .K)代入下式中得：w% 上)t2 -禺rw(x2 -X)-Cs(t2 -t. )(X2 - X / x0 -X)"GE *t2 _twrw(x0 - X ) -Cs(t2 -tw)2353(0.2 _Q.042)358 -334

39、UgLVh0.785D20.516 1.670.785 (0.2)2= 27.4m/s2353(0,76 -0.042)5358-和需蠱42)5 計算木屑沉降速度 Ut： Ut = |4gdpPs丫 33。設(shè)Rei=1500, -10/只苗5 -10/嚴5)0.5代入上式得Vg2皿1二 2 703 (0.428 10 )1.5 9&丄ut =()=魯=1.58m/s15 TgVg.15 0.651 (39.8 10-).dpUt0.428 10 1.58 “ “c校核 Rea=6= 16.97 ： 500vg39.8x10算出的Rea在1500范圍內(nèi)，沉降速度 ut值是正確的。并且氣流

40、速度Ug»ut，則干燥管直徑選用m也是正確的。(4) 干燥管的高度Z需先求取干燥管內(nèi)傳熱量。表面蒸發(fā)階段為：Q 1=Gc(X1-X。) r w+(Cs+X1Cpw)( tw- r)=0.233(0.429-0.2) 2353+(1.36+0.429 4.X87) (334-293)=156kW降速階段：(tw+q2)/2=(334+336)/2=335 K查表得 r=2350kJ/kgQ2=Gc(X°-X2)r + (Cs+X2Cpw)( ：!2-tw)=0.233(0.2-0.176) 2350+(1.36+0.176 4.X87)(336-334)=14.1kW總傳熱量

41、為：Q = Q什Q2=156+14 .仁170kW0.2全管傳熱對數(shù)平均溫度差 Atm掘川一如乜“)=(673 一 293)(358 一336)=125.6K,匕-卉,673 -293Inlnt2 - E358 -3360 50 5傳熱系數(shù)：可算得： :dp/ 0=2+0.54Rea . =2+0.54 17.96 . =4.29532a=4.29 1/dp=4.29 4.53 10-/0.428 10- =0.45 kW/(m .K)- 3=0.1 8 1dpL(Ug-Ut) (0.428 10 ) 703 (27.4 -1.67)則可算出：(-.nD2)=6Gc6 0.233最后計算干燥管

42、高度 Z:q2aa(0.785D ). ：tm1700.45 0.181 125.6= 16.6m411-18在一單層圓筒形連續(xù)操作的沸騰床干燥器中，將2000kg絕干物料/h的球形顆粒狀物料，從含水量6%干燥至0.3% (以上均為干基)。物料平均直徑為 0.5mm,密度為1500kg/m3,顆粒床層的表 觀密度為700kg/m3,物料的臨界含水量為2%，平衡水分近似為零。絕熱物料的比熱為1.26kJ/(kgK)?？諝忸A熱到100C,濕含量為0.02kg/kg干空氣進入干燥器，靜止床層物料高度取為0.15m，試求干燥器的直徑與物料在床層中的平均停留時間。解本題是根據(jù)一定的生產(chǎn)任務(wù)設(shè)計一臺單層圓

43、筒形沸騰床干燥器。主要計算圓筒直徑與物料在床層中的平均停留時間。設(shè)計沸騰床干燥器須求沸騰床截面積A，根據(jù)截面積 A計算圓筒直徑D。根據(jù)沸騰床直徑D與床層靜止時高度 Z'確定床層中的持料量 G持，將G持與處理量2 X105kg/h相比即得物 料在床層中的停留時間。首先根據(jù)t1=100 °C, H1=0.02kg/kg干空氣查圖，找出tw=39 C, VH1=1.087m'/kg干空氣，CH1=1.04kJ/(kg K)。查附錄得 rw=2403kJ/kg ,冷=2.19 10-5PaS,g=3.21 10-2W/(m K)。濕空氣的密度g=(1+H1)VH1=(1+0.

44、02)/1.087=0.94kg/m 3由于床層表觀密度=(1- -) 所以床層空隙率 為：.=1-700/1500=0.53設(shè)mf= =0.53，計算最小流化速度 Umf:dp( % - ?g)g ;mf3(0.5 10_3)2 (1500-0.94) 9.81 (0.53)3Umf=-5= 0.294 m/s180 氣(1%)182.110(1-0.53)因為Ug=(38)Umf，故取Ug=1m/s，則空氣質(zhì)量流速 L '為:2L 'Ug/vH1=1/1.087=0.92kg/(m s)'tdp3/ d pUg Tg、1.54 10 ()0Jg33a x0.5x10

45、一_4 Mio( 0.5X10 x1 x0.94)i.53.21 10-2.19 102: =25.53W/(m K)計算單位體積床層中物料表面積a：-323a=6(1- )/dp=6(1-0.53)/(0.5 10 ：)=5640m /m3體積傳熱膜系數(shù):a=25.53 3640=144000W/(m K)3由于物料顆粒直徑為 0.5mm , (: a)實測值/(: a)計算值=0.5，則取:a=144000 >0.5=72000W/(m K)表面蒸發(fā)階段所需床層截面積的計算：Gc(X1 -X2)w =LwCH1(t1 tw)(1 -e-：Z/LwCH1) A2000 (0.06-0.

46、003) 2403A =_72000 0.150.92 1.04 (100 39) (e0.02 1.04 1000) 3600 計算物料出口溫度 龍，但要用t1代替式中的t2。*皿0公*) rw(X2 -X*) -Cs(t1 -tw)(j2 j) CsDX。Xrw (X0 - X ) - Cs(t1 - tw )= 1.30m2b -犬t1 _tw2403( 0.02 _0)2403(0.003 -0)-1.26(100 -39) (00 )1.26(1039)100 -乜=0.02 - 0100 -39 一240( 0.02 0)- 1.26(100 -3902=65.4 C降速階段所需床

47、層截面積計算：92 El cGcCm(¥丄)=LwCH1(1-CLwCH1)AX -'“2Cm=Cs+X2Cw=1.26+0.003 4X87=1.27kJ/(kg K)/ 65.4 - 39、 2000 1.27(A?二1065.426 = 0.56m0.92 7600 ".04(1 e)干燥器筒體直徑D為：20.785D =1.86D=1.53m 取 D=1.6m干燥過程所需床層總截面積為：2A=Ai+A2=1.3+0.56=1.86m由于靜止時床層高度 Z '0.15m，則床層中持料量為：G 持=0.785D2Z'0=0.785 氷.6%.15

48、 700=211kg物料在床層中停留的時間.為：=211/2000=0.106h=380s11-19在干燥器內(nèi)將濕物料自含水量50%干燥至含水量6% (以上均為濕基)，用空氣作干燥介質(zhì)。新鮮空氣的溫度為 298K，濕度為0.195kg水蒸氣/kg干空氣。從干燥器排出的廢氣溫度為333K，濕度為0.041kg水蒸氣/kg干空氣。設(shè)空氣在干燥器內(nèi)狀況的變化為等焓過程。試求下列三種操作方式 中，每干燥1000kg/h濕物料所需的新鮮空氣量及所消耗的熱量。(1)空氣在預熱器內(nèi)一次加熱到必要的溫度后送入干燥器；(2)空氣在預熱器內(nèi)只加熱到373K，在干燥器中溫度降至333K時，再用中間加熱器加熱到 37

49、3 K繼續(xù)進行干燥。(3)采用部分廢氣循環(huán)操作，新鮮空氣量與廢氣量的比例 為20： 80的混合氣體作為干燥介質(zhì)，混合氣體在預熱器內(nèi)一次加熱到必要的溫度后送入。解W=Gc(X1-X2)=1000 )0.5 2.5/0.5-0.06/0.94)=468 kg/h=0.13kg/s(1)新鮮空氣：tA=298K ,HA=0.0095kg/kg 干空氣，lA=46.1kJ/kg 干空氣；廢氣:tc=333K , Hc=0.041kg/kg 干空氣，Ic=167.5kJ/kg干空氣；預熱后空氣： Hb=Ha, Ic=Ib。從A點引等H線與從C點引等I線相 交于B點。B點為：tB=413K。折線ABC即代

50、表干燥過程。L=W/(Hc-HB)=0.13/(0.041-0.0095)=4.13kg 干空氣 /sQ=L(lc-lA)=4.13(167.5-46.1)=501kW(2) 新鮮空氣在預熱過程中加熱至373K，即從A點沿等H線垂直向上至Bi點(tBi=373 K ,Hbi=0.0095 kg/kg干空氣)；進入干燥器沿等I線變化至Ci點(tci=333K，Hci=0.02525kg/kg干空氣)再用中間 加熱器加熱至B2點(tB2=373K，HB2=0.02525kg/kg干空氣)；再進入干燥器沿等I線變化到出口廢氣 狀況即C點。折線AB1C1B2C表示此中間加熱干燥過程。由此可看出新鮮空氣

51、消耗量僅與水分蒸發(fā)量以及空氣進出干燥器的濕度有關(guān)。此操作方式中三 者都和操作(1)相同，故L仍為4.13kg干空氣/s?？偀嵯牧浚篞=L(lc-lBi + lBi-lA)=L(lc-lA)=501kW(3) 80%廢氣與20%新鮮空氣混合，混合后氣體溫度tM、濕度Hm、焓Im分別為：tM=0.2 198+0.8 333=326KHm=0.2 0.0095+0.8 0041=0.0347kg/kg 干空氣Im=0.2 46.1+0.8 167.5=143.2kJ/kg 干空氣混合氣體狀況用 M點表示。由M點引等H線垂直向上，交I線于B1點。B1點代表混合氣體預熱后 的狀況，折線AMB1C表示此

52、廢氣循環(huán)干燥過程?；旌蠚怏w消耗量為：LM=W/(H2-HM)=0.13/(0.041-0.0347)=20.63kg 干空氣 /s新鮮空氣消耗量為：L=0.2Lm=0.2 20.63=4.13kg干空氣/s熱消耗量為：Q=Lm(I2-Im)=20.6 (167.5-143.2)=501kW11-20某物料的干燥速率曲線如圖11-3-6所示，今欲將物料由 0.50kg水/kg干物料干燥到0.06kg水/kg干物料。已知絕干物料量為200kg，干燥面積為0.04m2/kg干物料。試求干燥時間。解由圖查得，臨界含水量Xc=0.2kg/kg干物料，平衡含水率X*=0.05kg/kg干物料。Xc>

53、X*，因此干燥過程包含恒速和降速兩個階段。由圖11-3-6查得U0=1.5kg水/(m2.h)總干燥面積：2A=0.04 100=8m恒速階段干燥時間：Gc200 /、1 =(X1-X0Wx(0.5-0.2)= 5hAuc8X1.5降速階段干燥時間：GcXc-X*Xc-X*2000.2-0.050.2-0.052= c cIn c=XIn=6.77h2 A ucX2 -X*81.50.06-0.05總干燥時間：=1+ 2=5+6.77=11.77h11-21有一 9英寸離心轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)速為1800r/min，具有240塊葉片，葉片高度為 3/8英寸。進料量為1t/h。試計算霧滴直徑、噴射角及噴距最

54、大半徑。已知料液密度?=1120kg/m381kg/h，濃奶密度 1120kg/m，濃奶由，表面張力c=0.074N/m ,粘度=0.001Pa s。解D=q” =0.288R=0.114mh=0.00952m 總潤濕周邊 Zh=240 >0.00952=2.28mMp=1000 >2.28/3600=0.122kg/(m s)<0.33kg/(m s)故 K=0.37drs= KR(M p 0. 0.2 .AZh 0.1:nR2)(Mp)( Mp2 )0.122 60= 0.37 0.114 (1120 X18000X0.114=79>10-6m=79m切向速度：Ut

55、=：Dn=3.14 >0.228 XI800/60=21.5m/s0.6 ,0.0010.2 ,0.074 1120 240 0.0952 0.12)0.1222) (0.122)(徑向速度：-.2 2 2 1Pn n DQ 3Ur =0.885(2 2)Jh2z210001120兀2 漢(18000)2 漢0.228 漢(=0.8856023600 11200.001 匯0.00952 匯240夬arctg(12.3/214)=3.3 °)213 = 12.3m/s噴矩最大半徑Smax-3.3D0.21G0.20.16n-3.30.228 0.21 1000 0.2(18000)0.16=2.01m習題解63習題解6411-22某乳品廠用壓力噴霧法生產(chǎn)奶粉，生產(chǎn)能力為噴濃奶習題解#含水量55%干燥為2% (濕基)，噴霧壓力為147X105 N/m2，干燥器熱空氣溫度為 150 C,廢氣溫度 為82 C，相對濕度10%。車間溫度為20C，相對濕度為 75%，噴嘴孔徑為 0.9mm，噴嘴流量系數(shù) 為0.293。空氣用7.0 >105Pa的飽和水蒸汽加熱。求所需空氣量、加熱蒸汽量、噴嘴數(shù)。解空氣 to=2O C, jo=75% 時，Ho=O.O11kg/kg 干空氣,lo=49.OkJ/kg 干空氣,進干燥室的空氣，