食品工程原理答案冯骉第11章文档格式.docx
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当空气从20C加热到50C时,湿度没有变化,故:
由计算结果看出,湿空气被加热后相对湿度降低了。
VH=+XX(273+50)/273=干空气
湿空气的比定压热容只是湿度的函数,因此20C与50C时
的湿空气比定压热容相同。
I=+XX50+2490X干空气
11-4将质量流量干空气/s的湿空气A(tA=20C,a=与质量流量kg干空气/s的湿空气B(tB=80C,b=)混合,求混合后空气的状态参量。
[解]由H-I图查得两种空气的湿含量和焓如下:
Ha二kg干空气lA=50kJ/kg干空气Hb二kg干空气
lB=350kJ/kg干空气
Hm=(mAHA+mBHB)/(mA+mB)=X+X/+=kg/干空气Im=(mAIA+mBIB)/(mA+mB)=X50+X350)/+=125kJ干空气
11-5调节干燥需要的空气状态,干燥操作如图11-6所示。
已知状态
A:
tA=30C,td=20C,qv=500m3/h湿空气;
状态B:
通过冷凝器后,空气中的水分除去2kk/h;
状态C:
通过加热器后,空气的温度tB=60C,干燥器在常压、绝热条件下进行。
水在不同温度下的饱和蒸汽压如下表:
t/c
10
60
15
20
30
40
50
ps/kPa
试求:
(1)作空气状态变化图;
(2)经过冷凝器后空气的温度和湿度;
(3)经过加热器后空气的相对湿度。
[解]
(1)由于给出了状态A的露点,故可由其对应的蒸气压计算该状态的湿度Ha,根据给出的冷凝水量和空气量可确定Hb,冷凝器内空气状态的变化由A到B到B。
冷凝器除去空气中的部分水分后,送到加热器等湿升温到C点(60C)。
在干燥器的干燥过程中空气增湿,到达A点,形成一个循环过程。
空气状态变化如附图。
(2)根据露点温度td可从给出的水的饱和蒸汽压数据中查到ps=,此值即为进入换热器I的空气的水蒸气分压p,因此:
HA=©
T-ps)二干空气
vh=(129+Ha/18)XX(273-
故qm二qv/w=500/=h
由物料衡算:
qm'
qm(HA-HB),所以:
Hb二HA-qm'
/qm==kg干空气
(3)根据湿含量的定义,在空气达到饱和时:
HB=(p「ps)
ps=Hbpt/+Hb)=X+=
查得温度为tB=16C。
此时的ps等于C点的空气中的水蒸气分压P,
另外,由tc=60C,从给出的数据中查到水的饱和蒸汽分压ps二。
因此,
该处空气的相对湿度为:
=p/ps===%
11-6在一常压转筒干燥器中,将其物料从(湿基)含水量%干燥到%,干燥产品流量为600kg/h,空气进预热器前to=25C,相对湿度0=55%经过预热器加热到ti=85C后再进入干燥器,出干燥器时t2=30C。
物料进干燥器时i=24C,出干燥器时2=60C,绝干物料的比定压热容为(kg绝干物料.K)。
假设干燥器的热损失为18000kJ/h,(25C时水的饱和蒸汽压=)。
(1)绝干空气的质量流量;
(2)在单位时间内预热器中的传热量。
[解]Xi==kg绝干物料X2==kg绝干物料
Gc=G2(1-W2)=600=597kg绝干物料/h
W=Gc(Xi-X2)=597p=jps=x=
Ho二耳=>干空气
L=(a)
热量衡算:
L(I1-I2)=Gc(I'
2-I'
1)+QL
Qp=L(I1-I0)
|o=+xx25+2490X干空气
I1=+xx85+2490X干kg气
|2=+XH2)X30+249H02=+
I'
1=+xx24=绝干物料
l'
=+xx60=绝干物料
Qp=L(I1-I0)=L
(b)
联立式(a)及式(b)解得:
H2=kg干空气
匸干空气/hQp=L(li-lo)==h
11-7用回转干燥器干燥湿糖,进料湿糖湿基含水量为%,温度为
31C。
每小时生产湿基含水量为%的产品4000kg,出料温度36C。
所用空气的温度为20C,湿球温度为17C,经加热器加热至97C后进入干燥室,排除干燥室的空气温度为40C,湿球温度为32C。
已
知产品的比热容为。
(1)水分蒸发量;
(2)空气消耗量;
(3)加热器所用表压100kPa的加热蒸汽消耗量;
(4)干燥器的散热损失;
(5)干燥器的热效率。
[解]
(1)W=G2(wi-W2)/(1-wi)=4000X
(2)空气用量查湿空气的H
-I图,得
H0=H1=kg干空气H2=kg干空气
则L=W/(H2-H1)=干空气/h
L'
=L(1+H0)=X13X0(1+=X3k1g0/h
(3)由H—I图可查得:
lo=49kJ/kg干空气h=125kJ/kg干空气b=113kJ/kg干空气
故Q=L(I1-I0)=X13X0(125-49)=198X103kJ/h
由书末附录的饱和水蒸气表可查得:
表压100kPa的水汽化
热r=2205kJ/kg,则加热器加热蒸汽用量
(4)QL=Q-L(I2-I0)-G2cps(2-1)+Wcpw1
=198xx31x0(113-49)-400xx(36-31)+x3kJx/h31=x10
(5)由H—I图可查得干燥空气的湿球温度tw=38C,可由饱和水蒸气表查得对应此温度的汽化热为r=2405kJ/kg,贝卩:
=Wr/Q=x240/5(198x103)=
11-8某糖厂有一干燥器干燥砂糖结晶,每小时处理湿物料1000kg,干燥操作使物料的湿基含水量由40%减至5%。
干燥介质是空气,初温为293K,相对湿度为60%,经预热器加热至393K后进入干燥器。
设空气离开干燥器时的温度为313K,并假设已达到80%饱和。
(2)空气消耗量和单位空气消耗量;
(3)干燥收率为95%时的产品量;
(4)如鼓风机装在新鲜空气进口处,鼓风机的风量应为多少
[解]
(1)W二G1(W1-W2”(1-W2)=1000x
(2)由湿空气的H——I图查得,当t0=293K和o=60%时,Ho二kg干空气;
当t2=393K和2=80%时,H2=kg干空气。
L=W/(H2-H1)=W/(H2-Ho)=干空气/s
l=L/W=1/(H2-H0)=1/空气/kg水
(3)G2=G1-W=1000/=sG'
2=x=s
(4)qv=LvH=L+xt0/273=x+xx/127933=s
11-9在常压连续干燥器中将物料自含水量50%干燥至6%(均为湿
基),采用废气循环操作,循环气量为从干燥器排出废气量的,混合在预热器并经预热器预热到54C,且为等焓增湿干燥过程。
已知新
鲜空气的状态to=25C,Ho二水/kg绝干空气,废气的状况为t2=38C,H2二水/kg绝干空气,求每小时干燥1000kg湿物料所需的新鲜空气量及预热器的传热量。
预热器的热损失不计。
[解]Hm=+=X+X=干空气
Io=+XX25+2490X干空气
I2=+XX38+2490X干空气
Im=+=kJ/kg=+tmX+2490Hm
tm=C
W=Gi(wi-W2”(1-W2)=1000XL二W/(H2-Ho)=468干空气
/h
=L(1+H0)=X104X(1+=X104kg/h
Qp=(L/X+XX=X106kJ/h
11-10某种颗粒状物料放在宽1200mm的金属传送带上进行干燥,空气以2m/s的速度垂直吹过物料层。
空气预热到平均温度75C,平均
湿度为您水蒸气/您干空气。
试求表面蒸发阶段每小时从每米长的传送带上蒸发的水分量。
[解]vh=+x(273+75)/273=+XX(273+75)/27空气g
Lw=uo/vH=2/=干空气/=已知空气ti=75C,Hi=kg/kg
干空气,从H――I图查出空气湿球温度twi=34C,并从饱和水蒸气
性质表中查出相应水的汽化潜热rw=2415kJ/kg,干燥速率为:
dW/Ad二a(t-tw)/rw=x(75-342415=X10^/
设传送带上物料干燥面积为传送带的面积(传送带的长度乘宽
度),因此,每小时从每米长的传送带上蒸发的水分量为:
W=X1-0xx1X3600=h
11-11温度66C,湿含量为水蒸气/kg干空气的空气以s的流速平行流过料盘中的湿物料表面,试估算恒速干燥阶段的干燥速率。
[解]由空气H――I图查得tw=29C,由饱和水蒸气表查得对应的汽化热rw=2430kJ/kg
vh=+xx(273+66)3二m3qm二u/vh=4=
=uo=(t-tw)/rw=x(66-29)/(2430X103)kg/=10
11-12湿物料在恒定干燥条件下在5h内由干基含水量35%降至10%。
如果物料的平衡含水量为4%(干基),临界含水量为14%(干基),
11-13将1000kg(以绝干物料计)某板状物料在恒定干燥条件下进行干燥。
干燥面积为55m2,其初始含水量为kg绝干物料,最终含水量为x10kg/kg绝干物料,在热空气流速为s情况下,其初始干燥速度为x10kg/,临界含水量为kg绝干物料,平衡含水量为5X1-0kg/kg
绝干物料。
设传质系数kx与热空气流速的次方成正比。
(1)此物料干燥时间是多少
(2)在同样条件下,欲将此物料最终含水量降
低到x10kg/kg绝干物料,其干燥时间为多少(3)欲将热空气流速提
多少
1000(0.15
550.01090.125
0.125
0.005
In0.1250.005)
0.0250.005
3.33103s0.925h
11-14某板状物料的干燥速率与所含水分成比例,其关系可用下式表
示:
-dX/d=KXo设在某一干燥条件下,此物料在30min后,自初重66kg减至50kg。
如欲将此物料在同一条件下,自原含水量干燥到原含水
量的50%的水分需多长时间已知此物料的绝干物料质量为
45kg。
[解]
dXKX积分得:
1X2dX
11X!
In-
d
—X
KX2
0.5—ln0.467解得
K0.111
K=h-1
X?
'
(66-45)/(2x45)=kg
1In-0.4670.242h14.5min
2.8740.233
11-15采用干燥器对某种盐类结晶进行干燥,一昼夜将10t湿物料由
最初湿含量10%干燥最终湿含量1%(以上均为湿基)。
热空气的温度为100C,相对湿度为5%,以逆流方式通入干燥器。
空气离开干燥器时的温度为65C,相对湿度为25%。
:
(1)每小时原湿空气用量;
(2)产品量;
(3)如干燥器的截面积为圆形,要求热空气进入干燥器的线速度为s,试求干燥器的直径。
在65C时,空气中的水汽分压为汞柱。
[解]
(1)Gc=G1(1-W1)=10000老4=375kg干料/h
X1=w〃(1-W1)==水/kg干料
X2=W2/(1-w2)==水/kg干料
H1=xx760/X760干空气
H2=xxx干空气
L二Gc(X1-X2)/(H2-H1)=375干空气/h
L(1+H”=x10(1+=x103kg/h
(2)G2=Gc(1+X2)=375x(1+=379kg/h
(3)qv=LvH=L+xx373/273=5200m
A=qv/u=5200/(3600x=D=1/2=
11-16有一逆流操作的转筒干燥器,筒径,筒长7m,用于干燥湿基含水量为3%的晶体,干燥后产品的湿基含水量为%。
干燥器的生产
能力为1800kg产品/h。
冷空气为t°
=293K,。
=60%,流经预热器(器
内加热蒸汽的饱和温度为383K)后被加热至363K,然后送入干燥器。
空气离开干燥器的温度为328K。
晶体物料在干燥器中其温度由293K升至333K而排出,绝对干料的比热为,干燥器的热损失为5kW。
试
求:
(1)蒸发水分量;
(2)空气消耗量及出口时的湿度;
(3)预热器中加热蒸汽的消耗量(设热损失为10%)。
[解]
(1)W=G2(wi-W2)/(1-wi)=X
(2)当to=293K0=60%寸,查图得Ho=Hi=kg干空气lo=+Xo+249OHo二kg干空气li=+Xi+2490Hi二kg干空气
Gc=G2(1-w2)=X=s
X1=w1/(1-w1)==
X2=w2/(1-w2)==
cp1=+X=
cp2=+X=
Gcl'
1=XX20=
2=XX60=
+=Ll2++5
(1)
l1=+X53+249H02
L=W/(H2-H0)=
联立
(1)、
(2)和(3)得:
(3)Qp=LJi-Io)x=x383K时水蒸汽的冷凝潜热为
2232kJ/kg,加热水蒸汽消耗量为:
D'
2232二s
11-17今有一气流干燥器,将1200kg/h的湿木屑从含水量30%干燥到15%(均为湿基)。
木屑的平均直径为,绝干木屑的真实密度为703kg/m3;
其比热为,湿木屑进入干燥器的温度为293K,由实验测
定木屑的临界含水量为20%;
平衡含水量为%(均为干基)。
干燥介质为高温烟道气,气体进口温度为673K;
湿度为x10kg水蒸气/kg
干气。
试计算气流干燥器的直径和高度。
[解]本题是根据一定的生产任务设计一台气流干燥器,主要计算气流干燥器的直径与高度。
气流干燥管可以选用变径管,亦可以选用等径管,本题中拟选用结构比较简单的等径管,干燥器直径可由下式计算:
LVh
O.785uo
气流干燥器的高度主要根据干燥介质与湿物料间的传热速率关系由
下式计算:
zq
a(0.785D2)tm
应用以上两式计算气流干燥器的直径与高度,必须知道干燥介质消耗
量L与干燥介质的进、出口状态以及物料的进、出口状态,干燥介质与物料的进口状态已由题给。
求解物料出口温度为2时,需要知道干
燥介质的出口状态,而干燥介质的出口温度t2,一般要求比物料出口温度2高10~30C,或比入口气体的绝热饱和温度高20~50C,以避
免其中水汽凝结。
干燥介质消耗量L与干燥介质出口湿度H2可通过物料衡算与热量衡算求得。
L与H2的求解又与物料的出口温度2有关,因此求2时要用试差法。
(1)水分蒸发量W
Gc=1200X=840kg/h=s
Xi=30/70二kgX2=1585二kg
W=Gc(Xi-X2)=X
(2)干燥介质消耗量L、出口湿度H2和木
屑出口温度2
假定干燥介质出口温度t2=358K木屑出口温度2=338K干燥管热损失Ql可略去不计,则蒸发水分所需要的热量Qi可求得:
Qi=W(2492+物料由qi加热到q2所需的热量Q2可由
下式求得:
Q2=GcCpm(2-i)=X+XX(338-293)=
L二W/(H2-Ho)=(Qi+Q2)/[+(ti-t2)]
=+/[+XX(673-358)]=s
H2=W/L+Hi=+=kg
根据t2=358KH2二kg,查H—I图得空气湿球温度tw=334K查饱
和水蒸汽性质表,此时水的汽化潜热rw=2353kJ/kg,将Xo二kg,X2二kg,
X*=kg,Cps二代入下式中得:
t22
t2tw
rw(x0X*)
rw(x2X*)Cs(t2t)(X2X*/X0x*)Cs(t2tw)
rw(x0X)Cs(t2tw)
358
2353(0.20.042)
2353(0.1760.042)1.36(358334)(0.1760.042)1.36(358334)
2020042
解得2=336K与前面假定的2=338K基本符合
Hm=+/2二kg。
vh=+xx5273二kg
气体的密度g=(1+Hm)/=(1+/=m3
按干空气的性质查表得气体的导热系数Io=x10kW/
气体的运动粘度g=Xl0m2/s
选用气体平均流速U0=20m/s,求得干燥管直径D为:
°
5161^7=0.234m
.0.78520
经圆整取D=,则气体实际平均流速:
设Red=1~500,1o/r{510/(瞬)0.5代入上式得
vg
3151
『2703(0.42810)9.81】证
[150.651(39.8106)5
算出的Red在1~500范围内,沉降速度ut值是正确的。
并且气流速度
Ug>
>
Ut,则干燥管直径选用m也是正确的
(4)干燥管的高度Z
需先求取干燥管内传热量。
表面蒸发阶段为:
Qi=Gc[(Xi-Xo)rw+(Gs+XiCpw)(twT)]
=[降速阶段:
(tw+q2)/2=(334+336)/2=335K
表得r=2350kJ/kg
Q2=Gc[(Xo-X?
)r+(Cs+X2Cpw)(2-tw)]
=[总传热量为:
Q=Q1+Q2=156+=170kW
全管传热对数平均温度差tm
t二他J仇2)=(673293)(358336)
mt1~~1=,673293
In——-ln
t22358336
传热系数可算得:
dp/0=2+
=>
^/dp=xx-10X10=kW/
11-18在一单层圆筒形连续操作的沸腾床干燥器中,将2000kg绝干
物料/h的球形颗粒状物料,从含水量6%干燥至%(以上均为干基)。
物料平均直径为,密度为1500kg/m3,颗粒床层的表观密度为
700kg/m3,物料的临界含水量为2%,平衡水分近似为零。
绝热物料的比热为。
空气预热到100C,湿含量为kg干空气进入干燥器,静止床层物料高度取为,试求干燥器的直径与物料在床层中的平均停留时间。
[解]本题是根据一定的生产任务设计一台单层圆筒形沸腾床干燥器。
主要计算圆筒直径与物料在床层中的平均停留时间。
设计沸腾床干燥
器须求沸腾床截面积A,根据截面积A计算圆筒直径D。
根据沸腾床直径D与床层静止时高度Z确定床层中的持料量G持,将G持与处理量2XKg/h相比即得物料在床层中的停留时间。
首先根据ti=100C,
Hi=kg干空气查图,找出tw=39C,VHi=kg干空气,chi二。
查附录得rw=2403kJ/kg,g=x,g=x1-0W/。
湿空气的密度g=(1+Hl)VH1=(1+/=m3
由于床层表观密度=(1-)s,所以床层空隙率为:
=1-700/1500=
设mf==,计算最小流化速度Umf:
因为Ug=(3~8)umf,故取Ug=1m/s,则空气质量流速L为:
=Ug/VH1=1/二
33
0.5103/0.51010.94、15
—=410(5一)
3.21102.1910
计算单位体积床层中物料表面积a:
a=6(1-)/dp=6x1?
)=5640m2/m3
体积传热膜系数a=x5640=144000W/
由于物料颗粒直径为,(a)实测值/(a)计算值=,则取a=144000x=72000W/
表面蒸发阶段所需床层截面积的计算:
Gc(X1X2)「wLwCh1(t1tw)(1eZ/LwCH1)A
2000(0.06—0.003)2403
720000.15
0.921.04(10039)(1e0021.041000)3600
计算物料出口温度2,但要用tl代替式中的t2。
、,、,*MX。
X)
t12
t1tw
*X2Xc(t0t)
5(X2X)Cs(t1tw)(2*)Cs(t0tw)
X0X
rw(X0X)G(t1tw)
1002
10039
2403(0.020)
2403(0.0030)1.26(10039)(00)1.2(10039)
0.0202403(0.02—0)—1.26(10039)
降速阶段所需床层截面积计算:
az
GcOm(―)LwCH!
(1cLwCH1)A2
Cm=Cs+X2Cw=+X=
20001.27(^65439)
A21°
_65426=0.56m
0.9236001.04(1—e)
干燥过程所需床层总截面积为:
A=A1+A2=+=
由于静止时床层高度Z'
则
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