柴诚敬习题答案第十一章 固体物料的干燥

1、第十一章固体物料的干燥习题解答.湿空气的总压力为100 kPa,温度为50 ,相对湿度为40%,试求（1）湿空气中的水汽分压；（2）湿度；（3）湿空气的密度。解：（1）湿空气的水汽分压P =，Ps由附录查得50 时水的饱和蒸气压凡=12.34kPa ,故/7 = 0.4xl 2.34kPa = 4.936kPa（2）湿度H =包=鬻 ,kg/kg绝干气=0.03230 kg/kg绝干气 p总 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?湿仝气/kg绝干气7273100 xlO3=0.9737 m3湿空气/kg绝干气1 +14- 0.03231 +14- 0.03230.9737kg/湿空气=1.06 kg/rr湿空气.常压连续干燥器内用热空气干燥某湿物料，出干燥器的废气的温度为40 C,相对湿度为43%,试求废气的露点。解：由附录查得40C时水的饱和蒸气压p,=7.3766kPa,故湿空气中水汽分压为p =(pp = i + Hu = 0.43 x 7.3766kPa = 3.172kPa %查出p, =3.172kPa时的饱和温度为25.02

3、C,此温度即为废气露点。.在总压10L3kPa下，湿空气的某些参数。采用湿空气的图查出附表中空格项的数值，并绘出分题4的求解过程示意图。H中八=(1.01+ L88x0.0109)x25 + 2490 x 0.0109kJ/kg 绝干气=52.9kj/kg 绝干气QP = )kJ/h = 261205 kJ/h = 72.56kW加热蒸气消耗量二型型=118kg/h2214.3（3）预热器的传热面积二(116.6-25)-(116.6-95)oc = 48 45c Qp 72560210 2S =m = 17.62mkt n、 85x48.4510.采纳常压并流干燥器干燥某种湿物料。将20 干

4、基含水量为0.15的某种湿物料干 燥至干基含水量为0.002,物料出干燥器的温度是40,湿物料处理量为250kg/h,绝干物 料的比热容为L2kJ/ （kg绝干料 ）o空气的初始温度为15 ,湿度为0.007 kg水/kg绝 干气，将空气预热至100 进干燥器，在干燥器内，空气以肯定的速度吹送物料的同时对物 料进行干燥。空气出干燥器的温度为50 C。干燥器的热损失3.2 kWo试求（1）新奇空气 消耗量；（2）单位时间内预热器消耗的热量（忽视预热器的热损失）；（3）干燥器的热效率;（4）假设空气在出干燥器之后的后续设施中温度将下降10 C,试分析物料是否会返潮。解：（1）新奇空气消耗量对非抱负

5、干燥器，/尸八,乩需联解物料衡算和热量衡算方程求出。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）由热量衡算式Qd-） + G（，2 /；） + &=0其中:7, =(L01 + L88x0.007)xl00 + 2490 x 0.007kJ/kg 绝干气=119.75kJ/kg 绝干气/2 =(1.01 + 1.88H2)x50 + 2490H2 =50.5 +

6、25844/： = (q + 4.187 X m=1.2 + 4.187x0.15x 20 kJ/kg 绝干料=36.56 kJ/kg 绝干料=(q+4.187X2 2=1.2 +4.187x0.002 x 40 kJ/kg 绝干料=48.33 kJ/kg 绝干料代入上式，得L(2584H2 -69.25) +14078.8 = 0(b)联解(a)式和(b)式，得H2 = 0.02393 kg/kg 绝干气，L = 1900 kg绝干气/h新奇空气消耗量为L() = L(l + o) = 1900(1+ 0.007)kg 新鲜气/h = 1913.3kg 新鲜气/h(2)单位时间内预热器消耗的

7、热量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)干燥器的热效率二吗249*义*。 ) 32.17(2490 + 1.88x5。) = 5()J%Q165240(4)假设空气在出干燥器之后的后续设施中温度将下降10C,物料是否会返潮用”-/图查，J “2下，空气的露点为26 C,而物料降温10 C后为30 ,所以物 料应当不会返潮。11.对10 kg某湿物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥，物料平铺在LOmxl.Om的浅 盘中，温度，=75 ,湿度H =0.

8、018 kg/kg绝干气的常压空气以2 m/s的速度垂直穿过物料层。 现将物料的含水量从XI=0.25kg/kg绝干物料干燥至XL().15kg/kg绝干物料，试求(1)所 需干燥时间；(2)假设空气的人”不变而流速加倍，干燥时间如何转变？(3)假设物料量加倍, 而浅盘面积不变，所需干燥时间又为多少？(假设三种状况下干燥均处于恒速干燥阶段。)解：(1)恒速段干燥速率/tw由空气才= 75, ” = 0.018kg/kg绝干气，查-/图得4=34,相应水的汽化热 /lw = 2416kJ/kg ,空气对物料的对流传热系数:2=1.17(工产湿空气的质量速度：L = 3600wpH湿空气密度：1

9、+ HPw 二VH湿空气比体积：小 rrc 八，+ 273 101.33I). =(0.772 + 1.244/7)x“273 P75 -4- 973=(8)n?湿空气/kg 绝干气=101311?湿空气/kg 绝干气7 3Ph =kg湿空气/n?湿空气=l.005kg湿空气/n?湿空气I = 3600 x2xl.005kg湿空气/(n?.h) = 7236kg湿空气/(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 绝干料=8kg 绝干料1 1 + X,1 + 0.25=kg绝干料/ m2 = 8 kg绝干料/ m2S 1x1恒速干燥段时间:r2r =(X,-X2) = (0.25 - 0.15) = 1.504 x 103 s = 0.418hSUC - 0.532 X io-3(2)空气气速加倍后U； = 25U； =2刀。=2.37 x0.532xlO3 = 0 688x10-3kg/ (n? s)t一 二8 kg绝干料/n?,不变s恒速干燥时间：t=-XJ =丁 =当=0.323h = 1164s5U，27 1J：2037(3)物料加倍后，色加倍 SL = 2c = 3008s

11、= 0.836h12.在恒定干燥条件下进行间歇干燥试验。物料的干燥面积为0.2 nA绝干物料质量为15kg,干燥时间无限长时物料可被干燥至15.3 kg。假设在试验范围内，物料的干燥速率与含水量X呈线性关系。试验测得将湿物料从30.0 kg干燥至24.01需要0.2除 试求在 相同干燥条件下，将湿物料由30.0 kg干燥至17 kg需要多少时间。解：设干燥速率与物料含水量之间的关系为:(a)U = k(Xc)由于。=0时，x = x*据题意 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分别变量积分，得产

12、GX0.02t - IdX InJ% SZr(X-0.02) Sk X2-0.02将 亚二 乂2=竺犬=0.6代入115215/日 G得 一 二 0.3813Sk17-15所以，当乂产二? = 0.1333时,G、X. -0.02 t =InSk X, -0.02315=0.3813 In 1 002h = 0.8225 h0.1333 -0.0213.某湿物料经过5.0 h恒定条件下的干燥后，含水量由X1=0.35kg/kg绝干料降至X2=0.12kg/kg绝干料，物料的临界含水量Xc=0.15kg/kg绝干料、平衡含水量X 0.04kg水分/kg绝干料。假设在降速阶段中干燥速率与物料的自由

13、含水量（X-X*）成正比。假设在相同的干燥条件下，要求将物料含水量由X. =0.35 kg水分/kg绝干料降至X2 *=0.06 kg水分/kg绝干料，试求所需的干燥时间。解：恒速干燥阶段干燥时间:I-(X,-Xc)SU c降速干燥阶段干燥速率与物料的自由含水量（XX）成正比，因此,U = kx(X X、临界点处:Uc=kx(XX*)降速段干燥时间:G Xc-X XX* J TOC o 1-5 h z T? =In -r =In -7S UcX.-XSkX.-X总干燥时间：G：XXc Xc-X”、 t = t.+t0 =(!v + ln-7)1- Sk X-X X2-X将第一次干燥试验的数据代

14、入，解得u c G 0.35-0.15 , 0.15-0.04,5.0 =(+ In)SkX*234其次次干燥试验的条件与第一次相同，即G、S、Q X0、X*均不变， q=2.34 Sk A不变。所以，其次次干燥试验的干燥时间为: =2.34h = 8.24h+ln 0.15-0.040.06 0.04)习题3 附表序湿度干球温度湿球温度相对湿度焰水汽分压露点号kg/kg绝干气/%kJ/kg绝干气kPa1(0.02)86(35)51403232(0.03)793711(160)4.2303(0.04)8642(10)1936354(0.05)(60)42371927.538.5解：附表中括号内

15、的数为，其余值由H-/图查得,o分题4的求解过程示意图略。4.将。=25。(2、H0=0.005kg水/kg绝干气的常压新奇空气，与干燥器排出的%2=40、“2=,34kg水/kg绝干气的常压废气混合，两者中绝干气的质量比为1： 3o 试求(1)混合气体的温度、湿度、熔和相对湿度；(2)假设后面的干燥器需要相对湿度10% 的空气做干燥介质，应将此混合气加热至多少摄氏度？解：(1)对混合气列湿度和熔的衡算，得1Wo+3W2 = 4/7m(a)1/。+3/2=4(b)当q=25、“o= 0.005kg水/kg绝干气时，空气的焰为/。= (1.01 +1 .88o) x /。+ 2490Ho= (1

16、.01 + 1.88 x 0.005 )x 25 + 2490 x 0.005kJ/kg 绝干气=37.94 kJ/kg 绝干气当J =40。、2=0034kg水/kg绝干气时，空气的焰为I2 = (1.01 + 1.88x 0.034)x 40 + 2490 x 0.034kJ/kg 绝干气= 127.62 kJ/kg 绝干气将以上值代入式(a)及式(b)中，即0.005+ 3x0.034 = 4%37.94 + 3x127.62 = 4/m分别解得：Hm = 0.02675 kg/kg绝干气0=105.2kJ/kg绝干气由/mni)x/m+2490Hm105.2 = (1.01 + 1.8

17、8x 0.02675)x tm+ 2490 x 0.02675得tm = 36.4 混合气体中的水汽分压Hm = 0622 = 0.02675，总.P解出 p = 4178Patm = 36.4 时水的饱和蒸汽压为Ps = 6075Pa所以混合气体的相对湿度为cp =史学xlOO% = 68.8%6075（2）将此混合气加热至多少度可使相对湿度降为10%4178Ps4178Ps= 0.1故 p； =41780Pa查水蒸气表知此压力下的饱和温度为76.83 o故应将此混合气加热至76.83 o5.干球温度为20 、湿度为0.009 kg水/ kg绝干气的湿空气通过预热器加热到80 后，再送至常压

18、干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为80%,假设空气在干燥器中经受 等焰干燥过程，试求：（1） 1 n?原湿空气在预热过程中焰的变化；（2） 1 n?原湿空气在干 燥器中获得的水重量。解：（1） 1 n?原湿空气在预热器中焰的变化。当片=20、”。= 0.009kg/kg绝干气时，由图11-3查出/（）=43kJ/kg绝干气。当 4=80、d =0 = 0.009 kg/kg 绝干气时，由图 11-3 查出=104kJ/kg 绝干气。故1 kg绝干空气在预热器中焰的变化为：A/ =4 _= （1CM 43）kJ/kg绝干气=61 kJ/kg绝干气原湿空气的比体积：、 273 + 4 1.01

19、3X105% =（0.772 +1.244/7）Xh 7273 P=（0.772 +1.244 x 0.009）x 3 n?湿空气 /kg 绝干气=0.84m3湿空气/kg绝干气故1 n?原湿空气焰的变化为；I%I%61084kJ/n?湿空气=72.6kJ/n?湿空气（2） In?原湿空气在干燥器中获得的水分。由乙=80、H=o=O.OO9kg/kg绝干气在H-1图上确定空气状态点，由该点沿等/0.027-0.0090840.027-0.009084线向右下方移动与。= 80%线相交，交点为离开干燥器时空气的状态点，由该点读出空气离 开干燥器时的湿度4 =0.027kg/kg绝干气。故1 n?

20、原空气获得的水重量为： kj/n?原湿空气=0.0214 kj/n?原湿空气 6.用4题（1）的混合湿空气加热升温后用于干燥某湿物料，将湿物料自湿基含水量0.2降 至0.05,湿物料流量为1 000 kg/h,假设系统热损失可忽视，干燥操作为等焙干燥过程。试 求（1）新奇空气耗量；（2）进入干燥器的湿空气的温度和熔；（3）预热器的加热量。解：（1）新奇空气耗量20 100-2020 100-20kg/kg绝干料=0.25 kg/kg绝干料Jl-w2二一kg/kg 绝干料=0.05263 kg/kg 绝干料100 5G = G (1 *) = 1000(1- 0.2)kg 绝干料/h = 800

21、kg/h蒸发水量w = G(xi - X2) = 800(0.25 - 0.05263)kgzK/h = 157.9kg水/h绝干空气用量UH2-H.w157.9H2 - H()kg绝干气/h =5444.8 kg绝干气/h新奇空气用量(1 + o) = 5444.8 x 1.005 kg 新鲜气 /h = 5472 kg 新鲜气 /h(2)进入干燥器的湿空气的温度和焰由于干燥过程为等焰过程，故进出干燥器的空气的焰相等。1 = 12(1.01 + 1.88HinX +2490Hn =127.6将Hm = 0.02675 kg/kg绝干气代入，解出：t1 = 57.54 所以，进入干燥器的湿空气

22、的温度为57.54C,烙为127.6kJ/kg绝干气。(3)预热器的加热量QP = LM-im)Lm = 4L = 4x 5444.8 kg 绝干气/h = 21779 kg 绝干气/hQp=Lm(I1 -/m)kJ/h= 488289kJ/h = 135.64kW7.在常压下用热空气干燥某湿物料，湿物料的处理量为lOOOkg/h,温度为20,含水 量为4%(湿基，下同)，要求干燥后产品的含水量不超过0.5%,物料离开干燥器时温度升至 60 ,湿物料的平均比热容为3.28 kJ/(kg绝干料.)。空气的初始温度为20 ,相对湿 度为50%,将空气预热至100 进干燥器，出干燥器的温度为50 ,

23、湿度为0.06 kg/kg绝干 气，干燥器的热损失可按预热器供热量的10%计。试求(1)计算新奇空气的消耗量；(2) 预热器的加热量Qp； (3)计算加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数；(4)干燥系统 的热效率。解：(1 )新奇空气消耗量，即绝干物料 G = Q (1 -叱)=1000(1- 0.04)kg绝干料/h = 960 kg绝干料/h4= kg/kg 绝干料= 0.04167 kg/kg 绝干料 96X2 =3 kg/kg 绝干料=0.00503 kg/kg 绝干料所以 W = G(X1-X2) = 960(0.04167 -0.00503)kg/h = 35.17kg/h 20

24、 时空气的饱和蒸汽压为Ps = 2.3346kPaH = 0622oPs-101.33-化0.622 x 0.5 x 2.3346kg/kg绝干气=0.00723 kg/kg绝干气L =kg 绝干气/h = 666.5 kg 绝干气 /hH2-H0.06 - 0.00723Lo = L(l + Ho) = 666.5(l + O.OO723)kg 新 色 羊空气/h =67L3kg 新鱼羊空气/h(2)预热器的加热量Qp,用式11-31计算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)加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数加热物料耗热0 = G(J；) = G/O)=960 x 3.28(60 - 20)kJ/h = 125952 kJ/h = 34.99kW总耗热量2 = 1.0lL(t2-t0) + W(2490 +1 .88：) + Gcni2(= 0 = 0.0157 ,求出 L = 163.8kJ/kg 绝干气抱负干燥器，所以 4 = L = 163.8kJ/kg绝干气H 二 062202s = 0.3Ops2 P 总一。2Ps 1013300.5区/2 =(1.01+1.88/.X + 2490H2 = 163.8kJ/kg 绝干气设温度

26、G，查水蒸气表得相应的饱和蒸汽压Ps，由（a）式求湿度”2,再代入（b）式反求温度12,假设与初设值全都，计算结束。假设与初设值不全都，那么需重复以上步骤。解得：p,=13180Pa,对应的饱和温度为：t2 =51.34p2 = 6590Pa， H2 = 0.04326kg/kg 绝干气绝干空气消耗量Iio 9L =kg/h = 4351 kg/h0.04326-0.0157 /新奇空气消耗量Lo =L(1 + HO) = 4351 (1 + 0.0157) kg 新鲜空气 /h = 4419 kg 新鲜空气 /h（2）预热器的加热量Qp =乙亿 一 /。)= 4351(163.866)kJ/

27、h = 425500 kJ/h = 118.2kW（3）干燥器的热效率_ W(2490 + 1.88/2)= Q=72.9%)425500此题亦可采用” /图求12。9.在一常压逆流的转筒干燥器中，干燥某种晶状的物料。温度0=25、相对湿度 化=55%的新奇空气经过预热器加热升温至4=95C后送入干燥器中，离开干燥器时的温 度弓=45。预热器中采纳180 kPa的饱和蒸汽加热空气，预热器的总传热系数为85 W/（m2.K）,热损失可忽视。湿物料初始温度4 =24、湿基含水量yr】 =0.037；干燥完 毕后温度升到 =6。、湿基含水量降为叫=0.002。干燥产品流量G?=l 000kg/h,绝干物 料比热容Cs=L5kJ/ （kg绝干料）,不向干燥器补充热量。转筒干燥器的直径。=L3m、 长度Z=7m。干燥器外壁向空气的对流一辐射联合传热系数为35 kJ/ （m2-h- ）o试求（1） 绝干空气流量；（2）预热器中加热蒸汽消耗量；（3）预热器的传热面积。解：（1）绝干空气流量X,=二 。37 kg/kg 绝干料=0.0384 kg/kg 绝干料1 一