干燥习题计算题解答备课讲稿.docx
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干燥习题计算题解答备课讲稿
习题解答
7-25已知湿空气的温度为20℃,水汽分压为2.335kPa,总压为101.3kPa。
试求:
(1)相对湿度;
(2)将此空气分别加热至50℃和120℃时的相对湿度;
(3)由以上计算结果可得出什么结论?
解:
(1)查表得20℃时水的饱和蒸汽压pS=2.335kPa,故相对湿度
即空气已被水蒸汽饱和,不能作为载湿体。
(2)查表得50℃时水的饱和蒸汽压pS=12.34kPa,故相对湿度
即温度升高后,ϕ值减小,又可作为载湿体。
当总压为101.3kPa时,温度升高到100℃水开始沸腾,此时它的最大蒸汽压为101.3kPa(等于外界压力)。
当温度为120℃时,蒸汽处于过热状态,饱和水蒸气压仍为101.3kPa,故相对湿度
(3)湿空气的温度升高后,其中的水汽分压不变,但水的饱和蒸汽压随温度的升高而增加,因此,ϕ值减小,载湿能力增强,即升温对干燥有利。
7-26已知在总压101.3kPa下,湿空气的干球温度为30℃,相对湿度为50%,试求:
(1)湿度;
(2)露点;(3)焓;(4)将此状态空气加热至120℃所需的热量,已知空气的质量流量为400kg绝干气/h;(5)每小时送入预热器的湿空气体积。
解:
(1)查得30℃时水的饱和蒸汽压pS=4.247kPa,
水汽分压:
湿度
(2)露点
由,可查得对应的饱和温度为18ºC,即为露点。
(3)焓
(4)所需热量
(5)湿空气体积
7-27常压下某湿空气的温度为25℃,湿度为0.01kg水汽/kg干气。
试求:
(1)该湿空气的相对湿度及饱和湿度;
(2)若保持温度不变,加入绝干空气使总压上升至220kPa,则此湿空气的相对湿度及饱和湿度变为多少?
(3)若保持温度不变而将空气压缩至220kPa,则在压缩过程中每kg干气析出多少水分?
解:
(1)水汽分压
查表得25℃时水的饱和蒸汽压pS=3.168kPa,故相对湿度
饱和湿度:
(2)当加入绝干空气时,水汽分压及饱和蒸汽压均不变,故相对湿度仍为50.5%,但饱和湿度
(3)若保持温度不变而将空气压缩至220kPa时,其饱和湿度为0.0091kg水汽/kg干气,故必有水析出。
7-28已知在常压、25℃下,水分在某物料与空气间的平衡关系为
相对湿度为ϕ=100%,平衡含水量X*=0.185kg水/kg干料
相对湿度为ϕ=50%,平衡含水量X*=0.095kg水/kg干料
现该物料的含水量为0.35kg水/kg干料,令其与25℃,ϕ=50%的空气接触,问物料的自由含水量,结合水分含量与非结合水分含量各为多少?
解:
φ=50%,
平衡含水量
则自由含水量
φ=100%,
平衡含水量
即结合水分含量
则非结合水分含量
7-29常压下用热空气干燥某种湿物料。
新鲜空气的温度为20℃、湿度为0.012kg水汽/kg干气,经预热器加热至60℃后进入干燥器,离开干燥器的废气湿度为0.028kg水汽/kg干气。
湿物料的初始含水量为10%,干燥后产品的含水量为0.5%(均为湿基),干燥产品量为4000kg/h。
试求:
(1)水分汽化量,kg/h;
(2)新鲜空气的用量,分别用质量及体积表示;
(3)分析说明当干燥任务及出口废气湿度一定时,是用夏季还是冬季条件选用风机比较合适。
解:
(1)水分汽化量
或干基含水量
(2)绝干空气用量
湿空气用量
湿空气比容
湿空气体积量
(3)夏季的气温高,且湿度大,故在产品、W、H2一定的情况下,湿空气的消耗量L增加,同时其湿比容又增大,共同导致体积流量增大,故用夏季条件选择风机比较合适。
7-30在某干燥器中常压干燥砂糖晶体,处理量为450kg/h,要求将湿基含水量由42%减至4%。
干燥介质为温度20℃,相对湿度30%的空气,经预热器加热至一定温度后送至干燥器中,空气离开干燥器时温度为50℃,相对湿度为60%。
若空气在干燥器内为等焓变化过程,试求:
(1)水分汽化量,kg/h;
(2)湿空气的用量,kg/h;
(3)预热器向空气提供的热量,kW。
解:
(1)水分汽化量
或
(2)查得20℃、50℃下的水饱和蒸汽压分别为2.335kPa、12.34kPa,
湿空气用量
(3)新鲜空气焓:
出口空气焓:
因为干燥为等焓过程,故
预热器中的加热量:
7-31试在I-H图中定性绘出下列干燥过程中湿空气的状态变化过程。
(1)温度为t0、湿度为H0的湿空气,经预热器温度升高到t1后送入理想干燥器,废气出口温度为t2;
(2)温度为t0、湿度为H0的湿空气,经预热器温度升高到t1后送入理想干燥器,废气出口温度为t2,此废气再经冷却冷凝器析出水分后,恢复到t0、H0的状态;
(3)部分废气循环流程:
温度为t0、湿度为H0的新鲜空气,与温度为t2、湿度为H2的出口废气混合(设循环废气中绝干空气质量与混合气中绝干空气质量之比为m:
n),送入预热器加热到一定的温度t1后再进入干燥器,离开干燥器时的废气状态为温度t2、湿度H2;
(4)中间加热流程:
温度为t0、湿度为H0的湿空气,经预热器温度升高到t1后送入干燥器进行等焓干燥,温度降为t2时,再用中间加热器加热至t1,再进行等焓干燥,废气最后出口温度仍为t2。
图示如下:
t0
t2
t1
I
H
H0
φ=100%
A
B
C
H2
附图
(1)
t0
t2
t1
I
H
H0
φ=100%
A
B
C
H2
附图
(2)
D
7-32常压下,用空气干燥某湿物料的循环流程如附图所示。
温度为30℃、露点为20℃的湿空气,以600m3/h的流量从风机中送出,经冷却器后,析出3kg/h的水分,再经预热器加热至60℃后送入干燥器。
设在干燥器中为等焓干燥过程,试求:
(1)循环干空气质量流量;
(2)冷却器出口空气的温度及湿度;
(3)预热器出口空气的相对湿度。
解:
(1)查得20℃下水的饱和蒸汽压为2.335kPa,即为风机输送湿空气中的水汽分压,故湿度为
湿比容
绝干空气质量流量
(2)
其中水汽分压
因此空气为饱和湿空气,故由pv=1.60kPa查其饱和温度为tB=13.4℃。
(3)湿空气加热时,其水汽分压及湿度不变,故经预热器后湿空气的水汽分压仍为1.60kPa,查得60℃下水的饱和蒸汽压为19.92kPa,故相对湿度
7-33常压下用热空气在一理想干燥器内将每小时1000kg湿物料自含水量50%降低到6%(均为湿基)。
已知新鲜空气的温度为25℃、湿度为0.005kg水汽/kg干气,干燥器出口废气温度为38℃,湿度为0.034水汽kg/kg干气。
现采用以下两种方案:
(1)在预热器内将空气一次预热至指定温度后送入干燥器与物料接触;
(2)空气预热至74℃后送入干燥器与物料接触,当温度降至38℃时,再用中间加热器加热到一定温度后继续与物料接触。
试求:
(1)在同一I-H图中定性绘出两种方案中湿空气经历的过程与状态;
(2)计算各状态点参数以及两种方案所需的新鲜空气量和加热量。
解:
(1)一次预热时:
如图,湿空气的状态变化为A→B→C
水分汽化量
绝干空气用量
新鲜空气用量
预热后:
HB=HA=0.005kg/kg干气
又
故
得
所需热量
(2)中间加热时:
空气状态变化过程A→B1→C1→B2→C2
因为两种情况下空气的初终态相同,故汽化水分量及新鲜空气的用量均不变。
25℃
38℃
74℃
I
H
H0
φ=100%
A
B1
C1
C
B2
B
所需热量:
因为
所以
故加热量也未发生变化。
或进行下述计算:
A:
由
得
也即
又
得
由以上计算可知,当空气的初、终态相同时,有无中间加热对新鲜空气的用量及加热量没有影响。
为达到相同的终态,一次预热的温度过高,对热敏性物料有破坏,故对不耐高温的物料宜采用中间加热式干燥器。
7-34在某物料的干燥过程中,由于工艺的需要,采用部分废气循环以控制物料的干燥速率。
已知常压下新鲜空气的温度为25℃、湿度为0.005kg水汽/kg干气,干燥器出口废气温度为58℃,相对湿度为70%。
控制废气与新鲜空气的混合比以使进预热器时的湿度为0.06kg水汽/kg干气。
设干燥过程为等焓干燥过程,试计算循环比(循环废气中绝干空气质量与混合气中绝干空气质量之比)及混合气体进、出预热器的温度。
解:
查得58℃时水饱和蒸汽压为18.25kPa,则废气湿度
则循环比
新鲜空气焓:
废气焓:
混合焓
混合温度(预热器前温度):
因为是等焓干燥过程,故,
离开预热器时的温度:
7-35温度为t、湿度为H的空气以一定的流速在湿物料表面掠过,测得其干燥速率曲线如附图所示,试定性绘出改动下列条件后的干燥速率曲线。
(1)空气的温度与湿度不变,流速增加;
(2)空气的湿度与流速不变,温度增加;
(3)空气的温度、湿度与流速不变,被干燥的物料换为另一种更吸水的物料。
X
U
原工况
温度增加
XC
X'C
UC
U'C
X*
附图
(2)
X*'
7-36有两种湿物料,第一种物料的含水量为0.4kg水/kg干料,某干燥条件下的临界含水量为0.02kg水/kg干料,平衡含水量为0.005kg水/kg干料;第二种物料的含水量为0.4kg水/kg干料,某干燥条件下的临界含水量为0.24kg水/kg干料,平衡含水量为0.01kg水/kg干料。
问提高干燥器内空气的流速,对上述两种物料中哪一种更能缩短干燥时间?
为什么?
答:
对第一种物料更为有效。
因为该物料的临界含水量较小,干燥过程主要为恒速阶段,该阶段去除的为表面非结合水分,提高空气的流速,可提高干燥速率,进而缩短干燥时间。
而对于第二种物料,临界含水量较大,干燥过程主要为降速阶段,该阶段干燥速率主要受物料内部水分扩散控制,提高空气的流速对其基本没有影响。
7-37一批湿物料置于盘架式干燥器中,在恒定干燥条件下干燥。
盘中物料的厚度为25.4mm,空气从物料表面平行掠过,可认为盘子的侧面与底面是绝热的。
已知单位干燥面积的绝干物料量GC/A=23.5kg/m2,物料的临界含水量XC=0.18kg水/kg干料。
将物料含水量从X1=0.45kg水/kg干料下降到X2=0.24kg水/kg干料所需的干燥时间为1.2h。
问在相同的干燥条件下,将厚度为20mm的同种物料由含水量X1'=0.5kg水/kg干料下降到X2'=0.22kg水/kg干料所需的干燥时间为多少?
解:
因X2>XC,故由X1=0.45kg/kg干料下降到X2=0.24kg/kg干料仅为恒速干燥阶段,干燥时间为:
则恒速干燥阶段的干燥速率为
kg/(m2·h)
干燥厚度为20mm的物料时,因为干燥条件没有变化,故恒速阶段干燥速率不变。
因
故此时的kg/m2
物料减薄后,临界含水量减小,故物料含水量由X1’=0.5kg/kg干料下降到X2’=0.22kg/kg干料的过程仍处在恒速阶段,此时干燥时间
7-38某湿物料5kg,均匀地平摊在长0.4m、宽0.5m的平底浅盘内,并在恒定的空气条件下进行干燥,物料初始含水量为20%(湿基,下同),干燥2.5小时后含水量降为7%,已知在此条件下物料的
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