膜技術(shù)干燥課堂練習(xí)-優(yōu)質(zhì)課件

1、“膜技術(shù)”課堂練習(xí)例1： 用反滲透的方法處理溶質(zhì)濃度為3%（質(zhì)量）的蔗糖溶液，滲透液含溶質(zhì)為150mg/L。計(jì)算截留率 和選擇性因子，并說(shuō)明這中情況下哪一個(gè)參數(shù)更合適。解：設(shè)A為糖，B為水。 已知滲透液中溶質(zhì)的濃度原料液中溶質(zhì)的濃度則有或選擇因子計(jì)算或 因?yàn)榉礉B透過(guò)程中溶劑分子可自由通過(guò)膜，所以對(duì)于含有一種溶劑和一種溶質(zhì)的液相混合物，用溶質(zhì)截留率表示選擇性更方便。例2：分別計(jì)算25下，下列水溶液的滲透壓： （1） 3%（質(zhì)量） NaCl （MNaCl = 58.45g/mol）； （2）3%（質(zhì)量）白蛋白 （ M白蛋白 = 65000g/mol）； （3）固體含量為 30g/L的懸浮液（其顆粒

2、質(zhì)量為 1ng=10-9g）。（1）根據(jù)題意，NaCl的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（質(zhì)量比）為 3%，則體積摩爾濃度為解：設(shè)上述溶液分別為理想溶液，則可使用 Vant Hoff公式計(jì)算滲透壓NaCl溶液：（2）白蛋白溶液：（3）固體含量為30g/L的懸浮液：例3：在不同溫度和0.5 7Pa的壓力范圍內(nèi)測(cè)定甲烷在某膜內(nèi)滲透系數(shù)。結(jié)果表明滲透系數(shù)與壓力無(wú)關(guān)，不同溫度下的p值如下： T / 10 20 3040 p / Pa0.180.350.63 1.01問(wèn)：該材料是玻璃態(tài)還是橡膠態(tài)？計(jì)算活化能* 。解： 一般甲烷、氫、氦、氮等氣體的臨界溫度低，常稱這樣的氣體為“惰性”氣體，無(wú)論是玻璃態(tài)還是橡膠態(tài)，這些氣體的滲透

3、系數(shù)通常與操作壓力無(wú)關(guān)，因此無(wú)法判斷這些材料是玻璃態(tài)還是橡膠態(tài)。 *氣體通過(guò)聚合物的擴(kuò)散為一活性擴(kuò)散，可由Arrhenius方程描述。根據(jù)碰撞理論，氣體壓力越大，有效“碰撞次數(shù)”（通過(guò)率）也越大，（ ）有：因此，以 作圖可得一直線，直線的斜率為 。作圖可得，斜率所以 。例4： 某RO中空纖維膜的水滲透系數(shù)為m3/(m2sPa)，外直徑為0.1mm。制造商提出以海水為原料 3%（質(zhì)量）NaCl（同例2） 。已知在6MPa和298K下，膜元件的通量為 。 問(wèn)，長(zhǎng)度為1m的膜元件中應(yīng)有多少根纖維？每根纖維每天通量為多少？解：設(shè)膜元件的面積為A， ，若能求出膜面積，即可求出纖維數(shù)。根據(jù)題意，膜面積也可

4、用下式計(jì)算：而根據(jù)例2，已知滲透壓 ，所以（式中：n為纖維數(shù)；d為纖維直徑；L為膜元件長(zhǎng)度。）式中：NV為有效水通量； qp為滲透物流量所以纖維數(shù)為：每根纖維的量為：根據(jù)題意纖維的長(zhǎng)度為 1m“干燥”課堂練習(xí)例：已知濕空氣的總壓P為101.3kPa，相對(duì)濕度=50%，干球溫度t=20。 試用H-I圖求解：水蒸氣分壓；濕度；焓；露點(diǎn)；濕球溫度；如將含500kg/h的干空氣預(yù)熱至117,求所需熱量Q；每小時(shí)送入預(yù)熱器的濕空氣體積。水蒸氣分壓線IpC H=0.0075Ep值H=100%FDBt0=20td=10I1=138t1=117=50%GAI0=39tw=141.2解： 熱量 Q 因?yàn)闈窨諝馔?/p>

5、過(guò)預(yù)熱器內(nèi)加熱時(shí)，溫度上升但濕度不變，所以可由A點(diǎn)向上沿等H線與 t1=117等溫線相交于G，讀得 I1=138kJ/kg 干空氣即為使空氣離開(kāi)預(yù)熱器時(shí)的焓值。 含1kg干空氣的濕空氣通過(guò)預(yù)熱器所獲得的熱量則，每小時(shí)含500kg干空氣的濕空氣通過(guò)預(yù)熱器所獲得的熱量 每小時(shí)送入預(yù)熱器的濕空氣體積例：今有一干燥器，處理濕物料量為800kg/h，要求物料干燥后含水量由30%減至4%（均為濕基）。干燥介質(zhì)為空氣，初溫15，相對(duì)濕度50% ，經(jīng)預(yù)熱器加熱至120進(jìn)入干燥器，出干燥器時(shí)降溫至45，相對(duì)濕度80%。 試求：水分蒸發(fā)量W；空氣消耗量L和單位空氣消耗量l；干燥產(chǎn)品量G2；如鼓風(fēng)機(jī)裝在進(jìn)口處，求鼓

6、風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。預(yù)熱器干燥器LLL求：W；L，l；G2；V解： 求水分蒸發(fā)量 W已知kg水/h 求 L，l由 H-I 圖查得kg水/kg干氣，時(shí)的濕度kg水/kg干氣kg干氣/kg水kg干氣/kg水 求 G2 求風(fēng)量 V例： 上述例題中干燥系統(tǒng)若忽略預(yù)熱器和干燥器的熱損失，求：預(yù)熱器耗熱量QP；干燥系統(tǒng)消耗的總熱量；向干燥系統(tǒng)補(bǔ)充的熱量；干燥系統(tǒng)的熱效率。 已知：濕物料初溫為15，離開(kāi)干燥器時(shí)溫度為55,干物料的比熱為1.3kJ/kg干料。解： 求Qp對(duì)預(yù)熱器進(jìn)行熱量衡算當(dāng)， 時(shí)，kJ/kg干氣由 H-I 圖查出空氣離開(kāi)預(yù)熱器時(shí)，kJ/kg干氣由 H-I 圖查出 求Q式中查15時(shí)水的比熱干料因式中

7、G為絕干物料量，故所以，濕物料的比熱 向干燥器補(bǔ)充的熱量 干燥系統(tǒng)的熱效率Q 有效Q100%課堂練習(xí)：(HOP)(IOP)I1 , H1廢空氣 Lt2=522=0.80 H2新濕空氣 Lt0=220=0.7H0 , I0預(yù)熱器干燥器濕物料G1=0.417kg/sw1=47%干燥產(chǎn)品w2=5%80%L求：L濕；Q；t0p 若循環(huán)廢氣為離開(kāi)干燥器廢空氣量的80%，干燥為絕熱過(guò)程，預(yù)熱器熱損失忽略，系統(tǒng)的操作壓強(qiáng)為101.3kPa。求：新濕空氣的流量；整個(gè)系統(tǒng)的熱消耗量；進(jìn)入預(yù)熱器的濕空氣溫度。解： 新濕空氣的流量 設(shè)離開(kāi)干燥器的廢空氣中干空氣的流量為L(zhǎng)，kg干氣/s。 根據(jù)題意，因有80%的廢氣要

8、參與循環(huán)，故離開(kāi)整個(gè)干燥系統(tǒng)的廢氣中干氣的流量為0.2L kg干氣/s。干燥器中干氣流量：而 先由H-I 圖查出 H2和 H0，查得kg水氣/kg干氣，查得kg水氣/kg干氣離開(kāi)預(yù)熱器的空氣濕度kg水氣/kg干氣 求W，根據(jù)干燥過(guò)程物料水分衡算物料中干基濕含量為kg水分/kg干料kg水分/kg干料絕干物料流量 Gkg干料/skg/s 求，新的濕空氣流量kg干氣/s所以，新的濕空氣流量為L(zhǎng)濕kg濕氣/s 求整個(gè)干燥系統(tǒng)的熱耗量 根據(jù)題意，干燥為絕熱干燥過(guò)程，即干燥器無(wú)熱損失，則 ，且干燥器無(wú)需補(bǔ)熱，同時(shí)根據(jù)題意預(yù)熱器的熱損失可忽略不計(jì)。 故整個(gè)干燥系統(tǒng)的熱耗量為由H-I 圖查出kJ/kg干氣kJ

9、/kg干氣對(duì)絕熱干燥過(guò)程有kJ/kg干氣kJ/kg干氣kJ/s 進(jìn)入預(yù)熱器的濕空氣溫度 由 ，查 H-I 圖知， 約為48。 有一間歇操作干燥器，有一批物料的干燥曲線如圖5-13所示。若將該物料由含水量w1=27%干燥到 w2=5%（均為濕基含水量）。濕物料的質(zhì)量為200kg，干燥表面積為 0.024m2/kg干物料，裝卸時(shí)間 = 1h，試確定每批物料的干燥周期。解：將物料量換算成絕干物料量干燥總表面積將物料中水分換算成干基含水量最初含水量 kg水/kg干物料最終含水量 kg水/kg干物料查干燥速率曲線 物料的臨界含水量 Xckg水/kg干物料 物料的平衡含水量 X*kg水/kg干物料由于X2

10、Xc，所以干燥過(guò)程應(yīng)包括恒速干燥和降速干燥兩個(gè)階段。a . 恒速階段由 X1=0.37 , Xc=0.20 查干燥速率曲線知 Uc=1.5kg/m2hb . 降速階段由 Xc=0.20 , X2=0.053 X*=0.05 代入式中c . 每批物料干燥周期練習(xí)：一、已知濕空氣的干球溫度為60，濕度為0.054kg水/kg干氣，若總壓強(qiáng)為100kPa，試用解析法求：1 濕空氣的水氣分壓；2相對(duì)濕度；3濕比容；4濕空氣的焓。解：1. 濕空氣的水氣分壓 p2. 求由附錄（水的飽和蒸汽壓）查得60時(shí)水的3. 求濕空氣的濕比容m3濕空氣/kg干空氣4. 求濕空氣的焓kJ/kg干空氣二、若上例中濕空氣的溫

11、度、濕度均不變，而總壓降為50kPa，試討論濕空氣的性質(zhì)關(guān)系線在H-I圖上的變化。解：濕空氣的濕度可由下式計(jì)算若空氣的溫度和濕度均不變，而總壓強(qiáng)改變，則由上式可知，兩種壓強(qiáng)下的相對(duì)濕度必然不同，但符合以下關(guān)系：（1）將等式左邊上下同乘以P，以推出 的關(guān)系 等式左邊同樣右邊可得即（1）式可改為整理可得 由此可知，在空氣溫度和濕度不變的條件下，若是空氣總壓減小，其相對(duì)濕度也減小。因此在 H-I 圖上，等相對(duì)濕度線將上移。 如本題中總壓強(qiáng)由100kPa降為50kPa時(shí)，相對(duì)濕度由原來(lái)的40%降為20%，所以壓強(qiáng)降低對(duì)干燥操作有利。 由濕空氣的濕度計(jì)算式可知，對(duì)一定的濕度，當(dāng)總壓強(qiáng)P下降時(shí)，水蒸汽分壓

12、也變小，故在H-I圖上水蒸汽分壓線下移。而該圖上的等溫線、等濕度線及等焓線不變。三、現(xiàn)有一采用廢空氣部分循環(huán)的干燥系統(tǒng)，干燥器為理論干燥器，新鮮常壓空氣的流量為1.667kg/s，焓為50kJ/kg干氣，水蒸氣分壓為1.6kPa，濕物料含水量為w1=40%，最終w2=7%。進(jìn)入預(yù)熱器的濕空氣濕度為0.034 kg水氣/ kg干氣，溫度為40，離開(kāi)預(yù)熱器的空氣為88空氣在預(yù)熱器的總傳熱系數(shù)為加熱水蒸氣的壓強(qiáng) 。假定預(yù)熱器的熱損失可忽略，試求：以絕干物料表示的干燥系統(tǒng)生產(chǎn)能力；預(yù)熱器的傳熱面積；廢空氣的循環(huán)百分?jǐn)?shù)。HOP=0.034IOPt0p=40I1 , H1=0.034t1=88廢空氣 LI

13、2 H2新濕空氣 L0=1.667kg/st0H0 , I0=50kJ/kg干氣p0=1.6kPa預(yù)熱器干燥器濕物料Gw1=40%干燥產(chǎn)品w2=7%?%L求：以絕干物料表示的干燥系統(tǒng)的生產(chǎn)能力； 預(yù)熱器的傳熱面積； 廢空氣的循環(huán)百分?jǐn)?shù)。 水蒸氣加熱P水=292kPa 根據(jù) I0=50% kJ/kg干氣，p0=1.6kPa在H-I圖上確定新濕空氣狀態(tài)點(diǎn)A。H0pAt0pt1A1A2p0I0 再由t0p=40，H0p=0.034 kg/kg干氣，在H-I圖上確定混合氣體進(jìn)入預(yù)熱器的狀態(tài)A0p。 從A0p沿等H線向上移動(dòng)與t1=88等溫線相交，得出預(yù)熱器的空氣狀態(tài)點(diǎn)A1。 由于干燥器為理論干燥器（絕熱干燥器）因此為等焓過(guò)程。故，出干燥器的空氣狀態(tài)點(diǎn)t2必然在過(guò)點(diǎn)A1的等I線上。同時(shí)進(jìn)預(yù)熱器的空氣是由新空氣與部分離開(kāi)干燥器的廢氣相混而成，故點(diǎn)A， A0p及出干燥器的廢空氣狀態(tài)點(diǎn)A2也必然在一條直線上。 因此，聯(lián)A， A0p并延長(zhǎng)，與過(guò)點(diǎn)A1的等I線相交，交點(diǎn)即為A2。 在濕空氣H-I圖上讀出上述各狀態(tài)點(diǎn)， A0、A0p、