化工原理第二版两册答案(柴诚敬主编)

当t1=80C、H1=H0=0.009kg/kg绝干气时，由图11-3查出I1=104kJ/kg绝干气。故1kg绝干空气在预热器中焰的变化为:△I=L-Io=(104—43KJ/kg绝干气=61kJ/kg绝干气原湿空气的比体积::H=0.7721.244H273=(0.772+1.244M0.009尸273+ kg/kg绝干料=0.25kg/kg绝干料100-20 kg/kg绝干料=0.25kg/kg绝干料100-20-=0.84m3湿空^kg绝干气故1m3原湿空气焰的变化为;61——kJ/m3湿空气=72.6kJ/m3湿空气''H0.84''H（2）1m3原湿空气在干燥器中获得的水分。由t1=80C由t1=80C、H1=H0=0.009kg/kg绝干气在H-I图上确定空气状态点，由该点沿等I线向右下方移动与8=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H2=0.027kg/kg绝干气。故1m3原空气获得的水分量为:H2-H10.027-0.0090.84kj/m3原湿空气=0.0214kJ/m3原湿空气0.2降至0.05,湿物料流量6.用4题（0.2降至0.05,湿物料流量1）新鲜空气耗量；（2）进入干燥器为1000kg/h,1）新鲜空气耗量；（2）进入干燥器解：（1）新鲜空气耗量Xi-W1X2W21-W25kg/kg绝干料=0.05263kg/kg绝干料100-5〜G=G1(1—W1)=1000(1-0.2kg绝干料/h=800kg/h蒸发水量W=G(X1-X2)=800(0.25-0.05263kg水/h=157.9kg水/h绝干空气用量L(H2-H°)=WL=-W=157.9kg绝干气/h=5444.8kg绝干气/hH2-H00.034-0.005

新鲜空气用量L（1+H0）=5444.8m1.005kg新鲜气/h=5472kg新鲜气/h（2）进入干燥器的湿空气的温度和燃由于干燥过程为等烙过程，故进出干燥器的空气的燃相等。I1=I21.011.88Hmti2490Hm=127.6将Hm=0.02675kg/kg绝干气代入，解出：所以，进入干燥器的湿空气的温度为57.54C,烙为127.6kJ/kg绝干气。（3）预热器的加热量Qp=Lm(l1-ILm=4L=4M5444.8kg绝干气/h=21779kg绝干气/hQP=LmI1-Im=21779127.62-105.2kJh=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l000kg/h,温度为20C,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60C,湿物料的平均比热容为3.28kJ/（kg绝干料.C）。空气的初始温度为20C,相对湿度为50%,将空气预热至100C进干燥器，出干燥器的温度为50C,湿度为0.06kg/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）计算新鲜空气的消耗量；（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）新鲜空气消耗量，即H2-H绝干物料G=G1(1—w1)=1000(1—0.04kg绝干料/h=960kg绝干料/h4X1=—kg/kg绝干料=0.04167kg/kg绝干料960.5X2= kg/kg绝干料=0.00503kg『kg绝干料99.5所以960.5X2= kg/kg绝干料=0.00503kg『kg绝干料99.520C时空气的饱和蒸汽压为ps=2.3346kPa101.33-0ps 101.33-0.52.334635.17H2-H1-0.06-0.00723kg绝干气/h=666.5kg绝干气/hHo=0.62汹产=101.33-0ps 101.33-0.52.334635.17H2-H1-0.06-0.00723kg绝干气/h=666.5kg绝干气/hLo=L(1+H0666.5(1+0.00723kg新鲜空气/h=671.3kg新鲜空气/h（2）预热器的加热量Qp,用式11-31计算Qp,即Qp=L(1.011.88H0)(ti=666.51.011.880.00723100-20kJ/h=54578kJ/h=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Q=G(I2-I1)=GcmI：；.2-，1=9603.2860-20kJh=125952kJh=34.99kW总耗热量Q=1.01L(t2-to)W(24901.88t2)Gcm^Q—x)Ql=1.01666.550-2035.1724901.88501.259520.154578^Jh=242484kJh=67.36kW加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数：125952父100%=519%242484（4）干燥器的热效率n,若忽略湿物料中水分带入系统中的崎，则用式11-37计算干燥系统的热效率W(24901.88t2)W(24901.88t2)

=- —100%Q35.17(24901.8850)242484100%=37.5%8.用通风机将干球温度t。=26oC、始I°=66kJ/kg绝干气的新鲜空气送入预热器，预热到t1=120oC后进入连续逆流操作的理想干燥器内，空气离开干燥器时相对湿度%=50%。湿物料由含水量w1=0.015被干燥至含水量W2=0.002,每小时有9200kg湿物料加入干燥器内。试求（1）完成干燥任务所需的新鲜空气量；（2）预热器的加热量；（3）干燥器的热效率解：（1）新鲜空气耗量X1=^w—=—15—kg/kg绝干料=0.01523kg/kg绝干料1-W1100-1.5〜X2=w—=—02—kg/kg绝干料=0.002kg/kg绝干料1-w2100-0.2-绝干物料流量G=G1(1—W1)=9200(1-0.015kg绝干料/h=9062kg绝干料/hW=G(X1-X2)=9062(0.01523-0.002kg水/h=119.9kg水/h根据t0=26C、I0=66kJ/kg绝干气，求出H0=0.0157kg/kg绝干气

根据ti=120C、H1=H0根据ti=120C、H1=H0=0.0157,求出I1=163.8kJ/kg绝干气理想干燥器，所以I2=Ii=163.8kJ/kg绝干气H20.6222Ps 0.311psp总一2Ps=101330-0.5Ps(a)I2=(1.01+1.88H2t2十2490H2=163.8kJ/kg绝干气(b)设温度t2,查水蒸气表得相应的饱和蒸汽压 ps,由（a）式求湿度H2,再代入（b）式反求温度t2,若与初设值一致，计算结束。若与初设值不一致，则需重复以上步骤。解得：ps=13180Pa,对应的饱和温度为：t2=51.34Cp2=6590Pa,H2=0.04326kg/kg绝干气绝干空气消耗量119.90.04326-0.0157kgh=4351kgh新鲜空气消耗量L。=L（1+H0）=4351（1+0.0157）kg新鲜空气k=4419kg新鲜空气/h（2）预热器的加热量Qp=lI1-I0>4351163.8-66kJh=425500kJh=118.2kW（3）干燥器的热效率W24901.88t2一Q119.924901.8851.34__Q0/7==72.9%425500本题亦可利用H-I图求t2。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t0=25°C、相对湿度中0=55%的新鲜空气经过预热器加热升温至t1=95°C后送入干燥器中，离开干燥器时的温度t2=45°C。预热器中采用180kPa的饱和蒸汽加热空气，预热器的总传热系数为85W/（m2K），热损失可忽略。湿物料初始温度4=24℃、湿基含水量w1=0.037;干燥完毕后温度升到%=60C、湿基含水量降为W2=0.002。干燥产品流量G2=1000kg/h,绝干物料比热容Cs=1.5kJ/（kg绝干料•C）,不向干燥器补充热量。转筒干燥器的直径D=1.3m、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35kJ/（m2h：C）。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

X1=^w-=[0.；377kg/kg绝干料=0.0384kg/kg绝干料X2=代1=1000002kg『kg绝干料定0.002kg/kg绝干料绝干物料流量G=G2«—W2)=1000(1—0002kg绝干料/h=998kg绝干料/h水分蒸发量W=GX1-X2)=9980.0384-0.002kgh=36.33kgh查出25c时水的饱和蒸气压为3168.4Pa,故新鲜空气的湿度为:其中题给题给H。0.6220ps0101.33—'PS。0.6220.553168.4其中题给题给H。0.6220ps0101.33—'PS。0.6220.553168.4101.33-0.553168.4kg,/kg绝干气=0.0109kg/kg绝干气对干燥器做水分白衡算，取为 1h基准，得:L(H2-0.0109)=36.33对干燥器做热量衡算得：LI1GI1=LLGI2Ql(a)I1K1.011.88H1)t2490H1=(1.01+1.88m0.0109A95+2490m0.0109】kj/kg绝干气=125.0kJ/kg绝干气I2=(1.011.88H2)452490H2=45.452574.6H2CS=1.5kJ/(kg绝干料:C)I；=cs61+cWX191=1.5父24十4.187父0.0384M24]kjkg绝干料=39.86kJ/kg绝干料I；=(1.5父60+4.187M0.002M60KJ/kg绝干料=90.5kJ/kg绝干料q=35kJ/(m2,h,C)t1■t2 、Ql=«aSAt=0(a(tDL)(J―2T0)29045-25kJh=42503.8kJ.h将以上诸值代入热量衡算式，得：125.04L99839.86=(45.452574.6H2)L99890.542503.8(b)整理得79.59L=2574.6HzL93042.5

(b)联立式（a）和式（b）,解得.=0.02093kg/kg绝干气L=3621kg绝干气/h（2）预热器中加热蒸气消耗量加热蒸气压强为180kPa,查出相应的汽化热为2214.3kJ/kg,T=116.6C。预热器中消耗热量的速率为:Qp=L（I1-1。）其中,]I。=(1.01+1.88父0.0109尸25+2490M0.0109IkJ/kg绝干气=52.9kJ/kg绝干气Qp=3621125.04-52.9kJh=261205kJh=72.56kW261205一加热蒸气消耗量=V118kg/h2214.3(3)预热器的传热面积■"'tm116.6-25-116.6-95,116.6-25In■"'tm116.6-25-116.6-95,116.6-25In 116.6-95C=48.45CQpk*72560 2 m8548.45=17.62m2.采用常压并流干燥器干燥某种湿物料。将20C干基含水量为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40C,湿物料处理量为250kg/h,绝干物料的比热容为1.2kJ/（kg绝干料・C）。空气的初始温度为15C,湿度为0.007kg水/kg绝干气，将空气预热至100C进干燥器，在干燥器内，空气以一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50C。干燥器的热损失3.2kWo试求（1）新鲜空气消耗量；（2）单位时间内预热器消耗的热量（忽略预热器的热损失）；（3）干燥器的热效率；（4）若空气在出干燥器之后的后续设备中温度将下降10C,试分析物料是否会返潮。解：（1）新鲜空气消耗量对非理想干燥器，I14%,H2需联解物料衡算和热量衡算方程求出。G=G1TxG=G1Txi=25010.15kgh=217.4kghW=G(X1-X2)=217.4(0.15-0.002kg水/h=32.17kg/h由物料衡算式W=L(H2-H1)=G(X1-X2)(a)得(a)32.17LHG-0.007)由热量衡算式Qd=L(I2—I1)+G(l2—I1)+Ql=0其中:Ii=(1.01十1.88x0.007,100十2490M0.007]kJ/kg绝干气=119.75kJ/kg绝干气I2=(1.01T.88H2)502490H2=50.52584H2I；=(Cs+4.187X19=1.2+4.187M0.151<20kJ/kg绝干料=36.56kJ/kg绝干料I2=(cs+4.187X2列=1.2+4.187x0.0021<40kJ/kg绝干料=48.33kJ/'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=0.02393kg/kg绝干气，L=1900kg绝干气/h新鲜空气消耗量为L°=L(1+H0)=1900(1+0.007卜g新鲜气/h=1913.3kg新鲜气/h（2）单位时间内预热器消耗的热量QpQp=L（Ii—I。）=L（1.011.88Ho）（L—t0）=1900(1.011.880.007)(100-15)kJ/h=165240kJ/h=45.90kW(3)干燥器的热效率nnJW24旺2.100%=32卫丝0*8咨)=50.3%165240（4）若空气在出干燥器之后的后续设备中温度将下降10C,物料是否会返潮用H_|图查，t2,H2下，空气的露点为26C,而物料降温10c后为30C,所以物料应该不会返潮。.对10kg某湿物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥，物料平铺在1.0m父1.0m的浅盘中，温度t=75℃,湿度H=0.018kg/kg绝干气的常压空气以2m/s的速度垂直穿过物料层。现将物料的含水量从X1=0.25kg/kg绝干物料干燥至X2=0.15kg/kg绝干物料，试求（1）所需干燥时间；（2）若空气的t、H不变而流速加倍，干燥时间如何改变？（3）若物料量加倍，而浅盘面积不变，所需干燥时间又为多少？（假设三种情况下干燥均处于恒速干燥阶段。）解：（1）恒速段干燥速率aUc=—（t-tw）tw由空气t=75C,H=0.018kg/kg绝干气，查H—I图得tw=34C,相应水的汽化热,=2416kJ/kg,空气对物料的对流传热系数：二二1.17（L'）0.37湿空气的质量速度：L=3600u：h湿空气密度:-1H工二、H湿空气比体积:t273101.33.H=(0.7721.244H)273P=(0.772+1.244x0.018)75蓝73m3湿空气/kg绝干气=1.013m3湿空气/kg绝干气优=1，0.018kg湿空气/m3湿空气=1.005kg湿空气/m3湿空气1.013L'=3600父2父1.005kg湿空气/(m2h)=7236kg湿空气/(m2h)0(=1.17(72360.37W/(m2.七)=31.35W/(m2•七)Uc—31、35375-34kgm2s=0.53210-kgm2Uc24161011G=G1=10父kg绝干料=8kg绝干料1X11-0.25—=—^―kg绝干料/m2=8kg绝干料/m2S11恒速干燥段时间：_1G83——(Xi—X2)=7(0.25-0.15)=1.504103s=0.418hSUc0.53210(2)空气气速加倍后Uc=2Uc:■'=20.37：-U；=20.37Uc=20.37^0.532X10^=0.688xi0^kg/(m2-s)—=8kg绝干料/m2,不变S恒速干燥时间：.=X,X1-X2=—.=OHh=0.323h=1164sSUcUc20CC'(3)物料加倍后，—加倍S''=2.=3008s=0.836h.在恒定干燥条件下进行间歇干燥实验。已知物料的干燥面积为0.2m2,绝干物料质量为15kg,干燥时间无限长时物料可被干燥至15.3kg。假设在实验范围内，物料的干燥速率与含水量X呈线性关系。实验测得将湿物料从30.0kg干燥至24.0kg需要0.2ho试求在相同干燥条件下，将湿物料由30.0kg干燥至17kg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(X-c)

(a)因为U=0时，X=X*据题意X*=15.3-15=0.0215代入(a)式，得c=0.02所以U=k(X-0.02)U=_巴丝=k(X-0.02)Sd.分离变量积分，得X2G'G'X1-0.02.=—dXlnXiSk(X-0.02)SkX2-0.02将X1=30-15=1,X2=24-15=0.6代入1515得G-=0.3813Sk所以，当X3=17-15=0.1333时15.GX1-0.021-0.02.=——In—=0.3813Inh=0.8225hSkX3-0.020.1333-0.02.某湿物料经过5.0h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,已知物料的临界含水量Xc=0.15kg/kg绝干料、平衡含水量