柴誠敬習題答案第十一章 固體物料的干燥

1、第十一章固體物料的干燥習題解答.濕空氣的總壓力為100 kPa,溫度為50 ,相對濕度為40%,試求（1）濕空氣中的水汽分壓；（2）濕度；（3）濕空氣的密度。解：（1）濕空氣的水汽分壓P =，Ps由附錄查得50 時水的飽和蒸氣壓凡=12.34kPa ,故/7 = 0.4xl 2.34kPa = 4.936kPa（2）濕度H =包=鬻 ,kg/kg絕干氣=0.03230 kg/kg絕干氣 p總 一 p 100-4.936（3）密度%=(0.772+ 1.244H)x%=(0.772+ 1.244H)x273 + / 1.013xl05x273/八 rrr i 4 d 八 273 + 501 .0

2、133 X IO，.=(0.772 +1.244 x 0.0323 )xx m?濕仝氣/kg絕干氣7273100 xlO3=0.9737 m3濕空氣/kg絕干氣1 +14- 0.03231 +14- 0.03230.9737kg/濕空氣=1.06 kg/rr濕空氣.常壓連續(xù)干燥器內(nèi)用熱空氣干燥某濕物料，出干燥器的廢氣的溫度為40 C,相對濕度為43%,試求廢氣的露點。解：由附錄查得40C時水的飽和蒸氣壓p,=7.3766kPa,故濕空氣中水汽分壓為p =(pp = i + Hu = 0.43 x 7.3766kPa = 3.172kPa %查出p, =3.172kPa時的飽和溫度為25.02

3、C,此溫度即為廢氣露點。.在總壓10L3kPa下，濕空氣的某些參數(shù)。采用濕空氣的圖查出附表中空格項的數(shù)值，并繪出分題4的求解過程示意圖。H中八=(1.01+ L88x0.0109)x25 + 2490 x 0.0109kJ/kg 絕干氣=52.9kj/kg 絕干氣QP = )kJ/h = 261205 kJ/h = 72.56kW加熱蒸氣消耗量二型型=118kg/h2214.3（3）預熱器的傳熱面積二(116.6-25)-(116.6-95)oc = 48 45c Qp 72560210 2S =m = 17.62mkt n、 85x48.4510.采納常壓并流干燥器干燥某種濕物料。將20 干

4、基含水量為0.15的某種濕物料干 燥至干基含水量為0.002,物料出干燥器的溫度是40,濕物料處理量為250kg/h,絕干物 料的比熱容為L2kJ/ （kg絕干料 ）o空氣的初始溫度為15 ,濕度為0.007 kg水/kg絕 干氣，將空氣預熱至100 進干燥器，在干燥器內(nèi)，空氣以肯定的速度吹送物料的同時對物 料進行干燥?？諝獬龈稍锲鞯臏囟葹?0 C。干燥器的熱損失3.2 kWo試求（1）新奇空氣 消耗量；（2）單位時間內(nèi)預熱器消耗的熱量（忽視預熱器的熱損失）；（3）干燥器的熱效率;（4）假設空氣在出干燥器之后的后續(xù)設施中溫度將下降10 C,試分析物料是否會返潮。解：（1）新奇空氣消耗量對非抱負

5、干燥器，/尸八,乩需聯(lián)解物料衡算和熱量衡算方程求出。G = Gl/（l + Xl） =kg/h = 217.4kg/hW = G（Xt-X2） = 217.4（0.15 - 0.002）kgzK/h = 32.17 kg/h由物料衡算式W = L（H2-Hl） = G（Xl-X2）得32.17 = L（W2 -0.007）（a）由熱量衡算式Qd-） + G（，2 /；） + &=0其中:7, =(L01 + L88x0.007)xl00 + 2490 x 0.007kJ/kg 絕干氣=119.75kJ/kg 絕干氣/2 =(1.01 + 1.88H2)x50 + 2490H2 =50.5 +

6、25844/： = (q + 4.187 X m=1.2 + 4.187x0.15x 20 kJ/kg 絕干料=36.56 kJ/kg 絕干料=(q+4.187X2 2=1.2 +4.187x0.002 x 40 kJ/kg 絕干料=48.33 kJ/kg 絕干料代入上式，得L(2584H2 -69.25) +14078.8 = 0(b)聯(lián)解(a)式和(b)式，得H2 = 0.02393 kg/kg 絕干氣，L = 1900 kg絕干氣/h新奇空氣消耗量為L() = L(l + o) = 1900(1+ 0.007)kg 新鮮氣/h = 1913.3kg 新鮮氣/h(2)單位時間內(nèi)預熱器消耗的

7、熱量QpQp = MA-/0)= L(L01 + L88)G %)=1900(1.01 +1.88 x 0.007)(100-15)kJ/h = 165240 kJ/h=45.90 kW(3)干燥器的熱效率二嗎249*義*。 ) 32.17(2490 + 1.88x5。) = 5()J%Q165240(4)假設空氣在出干燥器之后的后續(xù)設施中溫度將下降10C,物料是否會返潮用”-/圖查，J “2下，空氣的露點為26 C,而物料降溫10 C后為30 ,所以物 料應當不會返潮。11.對10 kg某濕物料在恒定干燥條件下進行間歇干燥，物料平鋪在LOmxl.Om的淺 盤中，溫度，=75 ,濕度H =0.

8、018 kg/kg絕干氣的常壓空氣以2 m/s的速度垂直穿過物料層。 現(xiàn)將物料的含水量從XI=0.25kg/kg絕干物料干燥至XL().15kg/kg絕干物料，試求(1)所 需干燥時間；(2)假設空氣的人”不變而流速加倍，干燥時間如何轉(zhuǎn)變？(3)假設物料量加倍, 而淺盤面積不變，所需干燥時間又為多少？(假設三種狀況下干燥均處于恒速干燥階段。)解：(1)恒速段干燥速率/tw由空氣才= 75, ” = 0.018kg/kg絕干氣，查-/圖得4=34,相應水的汽化熱 /lw = 2416kJ/kg ,空氣對物料的對流傳熱系數(shù):2=1.17(工產(chǎn)濕空氣的質(zhì)量速度：L = 3600wpH濕空氣密度：1

9、+ HPw 二VH濕空氣比體積：小 rrc 八，+ 273 101.33I). =(0.772 + 1.244/7)x“273 P75 -4- 973=(8)n?濕空氣/kg 絕干氣=101311?濕空氣/kg 絕干氣7 3Ph =kg濕空氣/n?濕空氣=l.005kg濕空氣/n?濕空氣I = 3600 x2xl.005kg濕空氣/(n?.h) = 7236kg濕空氣/(n?.h) 6Z = 1.17(7236)037 W/(m2 )= 31.35 W/(m2 )U =31.35/_34Ak /(m2 ,s)= 0.532x103 kg/(m2 .sc 2416xl03、7Gf = G,= 1

10、0 x ? kg 絕干料=8kg 絕干料1 1 + X,1 + 0.25=kg絕干料/ m2 = 8 kg絕干料/ m2S 1x1恒速干燥段時間:r2r =(X,-X2) = (0.25 - 0.15) = 1.504 x 103 s = 0.418hSUC - 0.532 X io-3(2)空氣氣速加倍后U； = 25U； =2刀。=2.37 x0.532xlO3 = 0 688x10-3kg/ (n? s)t一 二8 kg絕干料/n?,不變s恒速干燥時間：t=-XJ =丁 =當=0.323h = 1164s5U，27 1J：2037(3)物料加倍后，色加倍 SL = 2c = 3008s

11、= 0.836h12.在恒定干燥條件下進行間歇干燥試驗。物料的干燥面積為0.2 nA絕干物料質(zhì)量為15kg,干燥時間無限長時物料可被干燥至15.3 kg。假設在試驗范圍內(nèi)，物料的干燥速率與含水量X呈線性關系。試驗測得將濕物料從30.0 kg干燥至24.01需要0.2除 試求在 相同干燥條件下，將濕物料由30.0 kg干燥至17 kg需要多少時間。解：設干燥速率與物料含水量之間的關系為:(a)U = k(Xc)由于。=0時，x = x*據(jù)題意 X* = 63T5 = 002 15代入(a)式，得c = 0.02所以U = k(X0.02)。=化竺= -X-0.02) S dr分別變量積分，得產(chǎn)

12、GX0.02t - IdX InJ% SZr(X-0.02) Sk X2-0.02將 亞二 乂2=竺犬=0.6代入115215/日 G得 一 二 0.3813Sk17-15所以，當乂產(chǎn)二? = 0.1333時,G、X. -0.02 t =InSk X, -0.02315=0.3813 In 1 002h = 0.8225 h0.1333 -0.0213.某濕物料經(jīng)過5.0 h恒定條件下的干燥后，含水量由X1=0.35kg/kg絕干料降至X2=0.12kg/kg絕干料，物料的臨界含水量Xc=0.15kg/kg絕干料、平衡含水量X 0.04kg水分/kg絕干料。假設在降速階段中干燥速率與物料的自由

13、含水量（X-X*）成正比。假設在相同的干燥條件下，要求將物料含水量由X. =0.35 kg水分/kg絕干料降至X2 *=0.06 kg水分/kg絕干料，試求所需的干燥時間。解：恒速干燥階段干燥時間:I-(X,-Xc)SU c降速干燥階段干燥速率與物料的自由含水量（XX）成正比，因此,U = kx(X X、臨界點處:Uc=kx(XX*)降速段干燥時間:G Xc-X XX* J TOC o 1-5 h z T? =In -r =In -7S UcX.-XSkX.-X總干燥時間：G：XXc Xc-X”、 t = t.+t0 =(!v + ln-7)1- Sk X-X X2-X將第一次干燥試驗的數(shù)據(jù)代

14、入，解得u c G 0.35-0.15 , 0.15-0.04,5.0 =(+ In)SkX*234其次次干燥試驗的條件與第一次相同，即G、S、Q X0、X*均不變， q=2.34 Sk A不變。所以，其次次干燥試驗的干燥時間為: =2.34h = 8.24h+ln 0.15-0.040.06 0.04)習題3 附表序濕度干球溫度濕球溫度相對濕度焰水汽分壓露點號kg/kg絕干氣/%kJ/kg絕干氣kPa1(0.02)86(35)51403232(0.03)793711(160)4.2303(0.04)8642(10)1936354(0.05)(60)42371927.538.5解：附表中括號內(nèi)

15、的數(shù)為，其余值由H-/圖查得,o分題4的求解過程示意圖略。4.將。=25。(2、H0=0.005kg水/kg絕干氣的常壓新奇空氣，與干燥器排出的%2=40、“2=,34kg水/kg絕干氣的常壓廢氣混合，兩者中絕干氣的質(zhì)量比為1： 3o 試求(1)混合氣體的溫度、濕度、熔和相對濕度；(2)假設后面的干燥器需要相對濕度10% 的空氣做干燥介質(zhì)，應將此混合氣加熱至多少攝氏度？解：(1)對混合氣列濕度和熔的衡算，得1Wo+3W2 = 4/7m(a)1/。+3/2=4(b)當q=25、“o= 0.005kg水/kg絕干氣時，空氣的焰為/。= (1.01 +1 .88o) x /。+ 2490Ho= (1

16、.01 + 1.88 x 0.005 )x 25 + 2490 x 0.005kJ/kg 絕干氣=37.94 kJ/kg 絕干氣當J =40。、2=0034kg水/kg絕干氣時，空氣的焰為I2 = (1.01 + 1.88x 0.034)x 40 + 2490 x 0.034kJ/kg 絕干氣= 127.62 kJ/kg 絕干氣將以上值代入式(a)及式(b)中，即0.005+ 3x0.034 = 4%37.94 + 3x127.62 = 4/m分別解得：Hm = 0.02675 kg/kg絕干氣0=105.2kJ/kg絕干氣由/mni)x/m+2490Hm105.2 = (1.01 + 1.8

17、8x 0.02675)x tm+ 2490 x 0.02675得tm = 36.4 混合氣體中的水汽分壓Hm = 0622 = 0.02675，總.P解出 p = 4178Patm = 36.4 時水的飽和蒸汽壓為Ps = 6075Pa所以混合氣體的相對濕度為cp =史學xlOO% = 68.8%6075（2）將此混合氣加熱至多少度可使相對濕度降為10%4178Ps4178Ps= 0.1故 p； =41780Pa查水蒸氣表知此壓力下的飽和溫度為76.83 o故應將此混合氣加熱至76.83 o5.干球溫度為20 、濕度為0.009 kg水/ kg絕干氣的濕空氣通過預熱器加熱到80 后，再送至常壓

18、干燥器中，離開干燥器時空氣的相對濕度為80%,假設空氣在干燥器中經(jīng)受 等焰干燥過程，試求：（1） 1 n?原濕空氣在預熱過程中焰的變化；（2） 1 n?原濕空氣在干 燥器中獲得的水重量。解：（1） 1 n?原濕空氣在預熱器中焰的變化。當片=20、”。= 0.009kg/kg絕干氣時，由圖11-3查出/（）=43kJ/kg絕干氣。當 4=80、d =0 = 0.009 kg/kg 絕干氣時，由圖 11-3 查出=104kJ/kg 絕干氣。故1 kg絕干空氣在預熱器中焰的變化為：A/ =4 _= （1CM 43）kJ/kg絕干氣=61 kJ/kg絕干氣原濕空氣的比體積：、 273 + 4 1.01

19、3X105% =（0.772 +1.244/7）Xh 7273 P=（0.772 +1.244 x 0.009）x 3 n?濕空氣 /kg 絕干氣=0.84m3濕空氣/kg絕干氣故1 n?原濕空氣焰的變化為；I%I%61084kJ/n?濕空氣=72.6kJ/n?濕空氣（2） In?原濕空氣在干燥器中獲得的水分。由乙=80、H=o=O.OO9kg/kg絕干氣在H-1圖上確定空氣狀態(tài)點，由該點沿等/0.027-0.0090840.027-0.009084線向右下方移動與。= 80%線相交，交點為離開干燥器時空氣的狀態(tài)點，由該點讀出空氣離 開干燥器時的濕度4 =0.027kg/kg絕干氣。故1 n?

20、原空氣獲得的水重量為： kj/n?原濕空氣=0.0214 kj/n?原濕空氣 6.用4題（1）的混合濕空氣加熱升溫后用于干燥某濕物料，將濕物料自濕基含水量0.2降 至0.05,濕物料流量為1 000 kg/h,假設系統(tǒng)熱損失可忽視，干燥操作為等焙干燥過程。試 求（1）新奇空氣耗量；（2）進入干燥器的濕空氣的溫度和熔；（3）預熱器的加熱量。解：（1）新奇空氣耗量20 100-2020 100-20kg/kg絕干料=0.25 kg/kg絕干料Jl-w2二一kg/kg 絕干料=0.05263 kg/kg 絕干料100 5G = G (1 *) = 1000(1- 0.2)kg 絕干料/h = 800

21、kg/h蒸發(fā)水量w = G(xi - X2) = 800(0.25 - 0.05263)kgzK/h = 157.9kg水/h絕干空氣用量UH2-H.w157.9H2 - H()kg絕干氣/h =5444.8 kg絕干氣/h新奇空氣用量(1 + o) = 5444.8 x 1.005 kg 新鮮氣 /h = 5472 kg 新鮮氣 /h(2)進入干燥器的濕空氣的溫度和焰由于干燥過程為等焰過程，故進出干燥器的空氣的焰相等。1 = 12(1.01 + 1.88HinX +2490Hn =127.6將Hm = 0.02675 kg/kg絕干氣代入，解出：t1 = 57.54 所以，進入干燥器的濕空氣

22、的溫度為57.54C,烙為127.6kJ/kg絕干氣。(3)預熱器的加熱量QP = LM-im)Lm = 4L = 4x 5444.8 kg 絕干氣/h = 21779 kg 絕干氣/hQp=Lm(I1 -/m)kJ/h= 488289kJ/h = 135.64kW7.在常壓下用熱空氣干燥某濕物料，濕物料的處理量為lOOOkg/h,溫度為20,含水 量為4%(濕基，下同)，要求干燥后產(chǎn)品的含水量不超過0.5%,物料離開干燥器時溫度升至 60 ,濕物料的平均比熱容為3.28 kJ/(kg絕干料.)?？諝獾某跏紲囟葹?0 ,相對濕 度為50%,將空氣預熱至100 進干燥器，出干燥器的溫度為50 ,

23、濕度為0.06 kg/kg絕干 氣，干燥器的熱損失可按預熱器供熱量的10%計。試求(1)計算新奇空氣的消耗量；(2) 預熱器的加熱量Qp； (3)計算加熱物料消耗的熱量占消耗總熱量的百分數(shù)；(4)干燥系統(tǒng) 的熱效率。解：(1 )新奇空氣消耗量，即絕干物料 G = Q (1 -叱)=1000(1- 0.04)kg絕干料/h = 960 kg絕干料/h4= kg/kg 絕干料= 0.04167 kg/kg 絕干料 96X2 =3 kg/kg 絕干料=0.00503 kg/kg 絕干料所以 W = G(X1-X2) = 960(0.04167 -0.00503)kg/h = 35.17kg/h 20

24、 時空氣的飽和蒸汽壓為Ps = 2.3346kPaH = 0622oPs-101.33-化0.622 x 0.5 x 2.3346kg/kg絕干氣=0.00723 kg/kg絕干氣L =kg 絕干氣/h = 666.5 kg 絕干氣 /hH2-H0.06 - 0.00723Lo = L(l + Ho) = 666.5(l + O.OO723)kg 新 色 羊空氣/h =67L3kg 新魚羊空氣/h(2)預熱器的加熱量Qp,用式11-31計算Qp,即Qp=L(1.O1 + L88o J)=666.5(1.01 + 1.88 x 0.00723)(100 - 20)kJ/h= 54578kJ/h

25、= 15.16kW(3)加熱物料消耗的熱量占消耗總熱量的百分數(shù)加熱物料耗熱0 = G(J；) = G/O)=960 x 3.28(60 - 20)kJ/h = 125952 kJ/h = 34.99kW總耗熱量2 = 1.0lL(t2-t0) + W(2490 +1 .88：) + Gcni2(= 0 = 0.0157 ,求出 L = 163.8kJ/kg 絕干氣抱負干燥器，所以 4 = L = 163.8kJ/kg絕干氣H 二 062202s = 0.3Ops2 P 總一。2Ps 1013300.5區(qū)/2 =(1.01+1.88/.X + 2490H2 = 163.8kJ/kg 絕干氣設溫度

26、G，查水蒸氣表得相應的飽和蒸汽壓Ps，由（a）式求濕度”2,再代入（b）式反求溫度12,假設與初設值全都，計算結(jié)束。假設與初設值不全都，那么需重復以上步驟。解得：p,=13180Pa,對應的飽和溫度為：t2 =51.34p2 = 6590Pa， H2 = 0.04326kg/kg 絕干氣絕干空氣消耗量Iio 9L =kg/h = 4351 kg/h0.04326-0.0157 /新奇空氣消耗量Lo =L(1 + HO) = 4351 (1 + 0.0157) kg 新鮮空氣 /h = 4419 kg 新鮮空氣 /h（2）預熱器的加熱量Qp =乙億 一 /。)= 4351(163.866)kJ/

27、h = 425500 kJ/h = 118.2kW（3）干燥器的熱效率_ W(2490 + 1.88/2)= Q=72.9%)425500此題亦可采用” /圖求12。9.在一常壓逆流的轉(zhuǎn)筒干燥器中，干燥某種晶狀的物料。溫度0=25、相對濕度 化=55%的新奇空氣經(jīng)過預熱器加熱升溫至4=95C后送入干燥器中，離開干燥器時的溫 度弓=45。預熱器中采納180 kPa的飽和蒸汽加熱空氣，預熱器的總傳熱系數(shù)為85 W/（m2.K）,熱損失可忽視。濕物料初始溫度4 =24、濕基含水量yr】 =0.037；干燥完 畢后溫度升到 =6。、濕基含水量降為叫=0.002。干燥產(chǎn)品流量G?=l 000kg/h,絕干物 料比熱容Cs=L5kJ/ （kg絕干料）,不向干燥器補充熱量。轉(zhuǎn)筒干燥器的直徑。=L3m、 長度Z=7m。干燥器外壁向空氣的對流一輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)為35 kJ/ （m2-h- ）o試求（1） 絕干空氣流量；（2）預熱器中加熱蒸汽消耗量；（3）預熱器的傳熱面積。解：（1）絕干空氣流量X,=二 。37 kg/kg 絕干料=0.0384 kg/kg 絕干料1 一