化工原理练习题干燥.docx
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化工原理练习题干燥.docx
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化工原理练习题干燥
固体干燥
填空题:
1、温度为40°c,水汽分压为5kPa的湿空气与水温为30°c的水接触,则传热方向为:
传质方向
为。
已知30C和40C下水的饱和蒸汽压分别为4.24kPa和7.38kPa。
答案:
气到水;气到水
2、冬季将洗好的湿衣服晾在室外,室外温度在零度以上,衣服有无可能结冰?
_,
其原因是。
答案:
有,不饱和空气的湿球温度tWpt,当tWp0时可能结冰
3、在101.325kPa下,不饱和湿空气的温度为40C,相对湿度为60%
(1)若加热至80C,则空气的下列状态参数如何变化?
湿度,相对湿度
,湿球温度tw,露点温度td,焓I。
(2)若在等温条件下使总压减至时,则该空气下列参数将如何变化?
湿度,相对湿度,湿球温度tw,露点温度td,焓I。
(变大,变小,不
变)答案:
(1)不变,变小,变大,不变,变大;
(2)不变,变小,变小,变小,不变。
4、总压恒定时,某湿空气的干球温度一定,若其露点温度td增大,则以下参数如何变化?
巳水汽,
H,,tw,I。
(增大,减小,不变)答案:
增大,增大,增大,增大,增大
5、总压恒定时,某湿空气的干球温度一定,而湿球温度tw增大,则以下参数如何变化?
P水汽,
H,,td,I。
(增大,减小,不变)答案:
增大,增大,增大,增大,增大
6、不饱和湿空气的干球温度t,湿球温度tw,露点温度td的大小顺序为。
答案:
t>tw>td
7、干燥这一单元操作,既属于传热过程,又属。
答案:
传质过程
8、在同一房间里不同物体的平衡水汽分压是否相同?
;它们的含水量是否相同?
;湿度是否
相等?
。
答案:
是,否,是
9、若空气中湿含量及温度均提高以保持相对湿度不变,则对同一湿物料,平衡含水量,结合水含
量。
(变大,变小,不变)答案:
不变,不变
10、在一定温度下,物料中结合水分和非结合水分的划分是根据而定的;平衡水分和自由水分是根
据而定的。
答案:
物料的性质;物料的性质和接触的空气状态
11、用某湿空气干燥物料至其含水量低于临界含水量,则干燥终了时物料表面温度空气湿球温度tw。
(<,>,=)答案:
>
12、间歇恒定干燥时,如进入干燥器的空气中水汽分压增加,温度不变,则恒速阶段物料温度,恒速阶
段干燥速率,临界含水量XC。
(增大,减小,不变,不确定)答案:
增大,减小,减小
13、等焓干燥过程的条件是。
答案:
干燥器内无补充热,无热损失,且被干燥的物料带进,带岀干燥器的热量之差可以忽略不计。
14、某干燥器无补充热量及热损失。
则空气通过干燥器后,干球温度t,露点温度td,湿球温度tw
相对湿度,焓I。
(变大,变小,不变)答案:
变小,变大,不变,变大,不变
15、在连续干燥过程中,经常采用湿物料与热空气并流操作。
其目的在于,其代价
是。
答案:
目的:
避免物料温度过高,脱水速度过快,防止物料变形;代价:
100%时,平衡含水量
16、恒速干燥与降速干燥阶段的分界点,称为;其对应的物料含水量称为
。
答案:
临界点、临界含水量
17、在干燥过程中,采用中间加热方式的优点是:
,其代价是。
答案:
优点:
(1)减小空气用量,热效率提高;
(2)预热温度不必过高,防止物料
变质变形;(3)不必使用高温热源。
代价:
推动力tm减小,传质推动力Hm减小,传热所需设备容积增大。
18、在干燥过程中,采用废气再循环的目的是:
,其代价
是。
答案:
目的:
(1)可增加气速,提高传质和传热系数;
(2)增加气量
可提高气体分布均匀性;(3)可提高空气预热温度,减少空气用量,提高热效率,又可避免物料过热。
代价:
推动力t减小,传质推动力H减小,传热所需设备容积增大
rim
19、干燥操作的必要条件是,干燥过程是
相结合的过程。
答案:
湿物料表面的水蒸汽分压大于干燥介质中的水蒸汽分压;传质过程与传热过程
20、已知在常压及25C下水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为:
相对湿度
17、干燥操作的经济性主要取决于(B)
18、湿空气在温度300K和总压1.42MPa下,已知其湿度h为0.023kg水/kg绝干空气,则其比容H应
为(单位均为m3/kg绝干空气)(A)。
A.0.0628;B.1.673;C.0.0591;D.0.0224。
19、湿物料在指定的空气条件下被干燥的极限含水量称为(B)。
A.结合水;B.平衡含水量;C.临界含水量;D.自由含水量
20、大量空气和少量水长期接触后水面的温度等于空气的(B)。
A.干球温度;B.湿球温度;C.绝热饱和温度;D.露点温度
判断题:
I、(X)当空气状态一定时,可用物料的平衡含水分来判断干燥能否进行的最大限度。
2>(X)相对湿度©值大小表示空气中水分含量的相对大小。
若©为1时,表示此空气吸水汽的能力强
3>(V)影响降速干燥速率的主要因素是物料的性质,形状。
4、(V)干燥过程中,若增大空气出口的湿度H时,可减少空气消耗量,但却使干燥推动力下降。
5、(V)在一定温度下,物料中的平衡水分与自由水分的划分只与物料本身性质有关,而与空气状态无关。
6、(V)物料的临界含水量是划分等速干燥和降速干燥阶段的分界点。
7、(X)恒速干燥阶段,所除去的水分为非结合水与结合水分。
8、(V)对于饱和湿空气,其露点、湿球温度、干球温度为同一数值。
9、(X)湿物料分散的越细。
其临界含水量越高。
10、(X)等速干燥阶段的干燥速率越大,临界含水量越高,降速阶段会较早开始。
II、(V)工程上采用中间加热干燥流程,好处可以提高热效率。
12、(V)平衡水分是在一定空气状态下,物料可能被干燥的最大限度,若在同一温度下湿空气的相对湿度减少,其物料的平衡水分也随之减少。
13、(X)干燥操作中,湿空气经预热器预热后,湿度增大。
14、(X)在干燥过程中首先除去的是结合水。
15、(V)在湿空气的I〜H图中,湿空气的绝热冷却线即为等焓线。
17、(V)湿基是指水在湿物料中的质量分数。
18、(V)等焓干燥过程又称绝热干燥过程,也称为理想干燥过程。
19、(V)对于空气一水蒸汽系统,当空气的流速较高时,空气的湿球温度近似等于其绝热饱和温度。
20、(V)实际干燥过程是指干燥器有热损失的干燥过程。
21、(V)湿球温度计中的湿纱布的水温恒定时,此温度即为湿空气的湿球温度。
五、计算题:
1、已知湿空气的总压为101.3kPa、干球温度为20c、相对湿度50%求其它使空气的状态参数。
包括湿度、
湿球温度、绝热饱和温度、露点温度、湿比热和焓值。
解:
当t20C时的饱和蒸汽压为Ps2.335kPa
cH1.011.88H1.011.880.00721.024kJ/kgc
ICHt2492H1.0242024920.007238.42kJ/kg
对空气〜水系统其湿球温度与绝热饱和温度数值上相等,以绝热饱和温度的计算为例,其计算公式为:
将湿空气的相对湿度降至10%应将湿空气温度上升至多少度?
解:
(1)对湿空气性质计算及物料衡算均以绝干空气为基准。
1m3湿空气中含有水汽的体积为:
20103w20103(1.24427340)2.853102m3
273
1m3湿空气中含有干空气的体积为:
12.8531020.9715m3
0.9715m3干空气的质量为:
27340
0.97150.7731.0962kg
273
(3)
p水汽2.904kPa,、即为水在露点下的饱和蒸
在露点温度下空气刚好达到饱和态,空气中的水汽分压
汽压,查表可得td23Co
(4)若以0C的水及0C的空气为焓的基准,该湿空气的焓为:
I(CpgCpvH)t0H
(1.011.880.0186)5025000.018698.8kJ/kg干空气
(5)在压强不太高时,湿空气可视为理想气体,其比容可由下式计算得到:
Tpg1H
22.4-()
T0pM气M水
27350101.310.01863工宀&
22.4()0.954m3/kg干空气
2731002918
7、某常压等焓干燥器,处理量为500g/s,湿物料湿基含水量5%,产品湿基含水量不高于1%新鲜空气温度
51
50020.2g/s
1001
w1w2
WG」2
1w2
2492H2
等焓干燥:
|2|1,即(1.011.88H1)t12492H1(1.011.88H2)t2
(1.011.880.005)15024920.005(1.011.88H2)402492H2H20.0487kg/kg
3
W20.210
0.4625kg/s
H2H10.04870.005
札1.011.880.0051.019J/kgC
Qp
(2)
蒸汽压
Lch(t1t0)0.46251.019(15020)61.29kJ/s
干燥器出口温度为40C,经过管路和旋风分离器后温度下降了30'C,此时若湿空气的水汽分压小于饱和
pwpps,则不会发生返潮现象;查饱和水蒸汽压30C时,ps4.25kPa,湿空气出口湿度为0.0487kg/kg
则水汽分压:
p
九0.622pH0.6220.04877.36kPaf4.25kPaps,会发生返潮现象。
8、用连续并流干燥器干燥含水2%物料9000kg/h,物料出口温度分别为25C、35C,产品要求汗水0.2%(湿基,下同)绝干物料比热1.6kJ/kgC;空气干球温度为27C,湿球温度为20C,预热至90C,空气离开干燥器时温度为60C;干燥器无额外补充热量,热损失为600kJ/kg;试求:
(1)产品量g2;
(2)绝干空气用量L和新鲜空气体积流量Vh;(3)预热器耗热量;(4)热效率;(5)判断产品是否会发生返潮现象。
解:
(1)产品量根据物料衡算可直接计算:
③900010028837.68kg/h
1w21000.2
(2)绝干空气用量L和新鲜空气体积流量Vh
QpLcH,(t1t0)
46
2.08101.033(9027)1.35410kJ/h376kW
(4)热效率:
Q
W(
0Cwt2C1tw)
h
Q
Q
由湿度图查得:
t1
90c,
H1
0.012kg/kg可查得:
tw
35c,
无额外补充能量
Q
Qp,则热效率为:
(3)预热器耗热量
0.5025kg/s,温度为20C,湿度为0.005kg水/kg干空气,试求:
(1)新鲜空气的预热温度及空气的循环量;
(2)预热器提供的热量为多少?
若将流程改为先混合后预热,所需热量是否变化?
解:
在新鲜空气中,干空气的流量
VH0VrH2(VVR)Hm
Vr
叫VH00.5(°.07310.005)0.585kg干空气/s
H2Hm0.13130.0731
以混合点为控制体做热量衡算,可求岀新鲜空气的预热温度为
VI1VrI2(VVR)lm
V(1.011.88H1)t12500H1Vr(1.011.88H2)t22500H2
(VVr)(1.011.88Hm)tm2500Hm
将V0.5,H10.005,Vr0.585,H20.1313,Hm0.0731,tm90c代入上式,求得空气的预热温度为:
t1133.3c
预热器所提供的热量为:
QV(1.011.88H1)(t1t0)
0.5(1.011.880.005)(133.320)57.7kW
若流程改为新混合后预热,所需热量为:
Q(VVr)ImVrI2vi0
所需热量相同
10、某湿物料用热空气进行干燥,空气的初始温度为20C,初始湿含量为0.006kg水/kg干空气,为保证干燥
产品质量,空气进入干燥器的温度不得高于90C。
若空气的出口温度选定为60C,并假定为理想干燥器,试求:
将空气预热至最高允许温度90C进入干燥器,蒸发每千克水分所需要的空气量及供热量各位多少?
热效率为多
少?
解:
(1)对于理想干燥器,气体状态的变化是等焓的,即
(1.011.88H1)t12500H1(1.011.88H2)t22500H2
,(1.011.88H1H12500H11.01t2
H2
1.88t22500
(1.011.880.006)9025000.0061.0160
1.88602500
0.0177kg水/kg干空气
蒸发每千克水分所需要的空气量为:
蒸发每千克水分所需要的供热量为:
QV(1.011.88H1)(t1t0)W
85.5(1.011.88
3
0.006)(9020)6.1110kJ/kg水
此干燥过程的热效率为:
t1t29060
120.429
t1t09020
11、采用常压干燥器干燥湿物料。
每小时处理量2000kg,干燥操作使物料的湿基含量由40%减至5%干燥介质
是湿空气,初温为20C,湿度H0=0.009kg水/kg绝干空气
经预热器加热至120C后进入干燥器中,离开干燥器是废气温度为40C,若在干燥器中空气状态炎等焓线
变化。
试求:
(1)水分蒸发量w(kg/s);
(2)绝干空气消耗量L(kg绝干空气/s);(3)干燥收率为95%寸的产品量;
(4)若鼓风机装在新鲜空气的入口处,风机的风量应为多少m3/S?
解:
(1)水分蒸发量:
wg1W1W22000°,4°.°50205kg/s1w2360010.05
(2)绝干空气消耗量L:
LW
H2H1
T等焓干燥,二»-即:
(1.011.88H1)t12490H1(1.011.88出八22490H2
(1.011.88已)右2490比1.01t2
1.88t22490
(1.011.880.009)12024900.0061.0140
1.88402490
0.041kg水/kg绝干空气
则蒸发0.205kg/s的水分所消耗的绝干空气量为:
干燥收率为95%寸的产品量:
假定干燥过程中无物料损失,则干燥产品量为:
G2G1W2000/36000.2050.351kg/s
或者:
1W1200010.4
0.351kg/s
21
1W2
60010.05
干燥收率的定义为:
实际产品量
100%
理论产品量
收率为95%勺干燥产品量为:
G2G20.35195%0.333kg/s
此状态下空气的湿比谷为:
h22.4T山(丄
T0pM气
273201
22.4(―
27329
风机的风量:
鼓风机装在新鲜空气入口处,故所输送空气的温度为20°C,湿度为H0=O.OO9kg水/kg绝干空气,
M『
0^09)0.842m3/kg绝干空气
18
由计算得知完成给定生产任务所需绝干空气量为L6.406kg绝干空气量,则其体积流量为
VLH6.4060.8425.394m3/s
12、有一常压绝热干燥器,已知空气进入加热器前的状态为t020C,030%,出干燥器的状态为:
t080C,
H2=0.02kg水/kg干空气,湿物料处理量为5000kg/h,含水W10.2,要求干燥产品含水w0.02(均为湿基
121.5oC
-1127.2kg干空气/kg水
WH2H10.04280.006
蒸发每千克水分所需要的供热量为:
QV(1.011.88Hd(tito)
W
27.2(1.011.88
0.006)(15420)3.72103kJ/kg水
此干燥过程的热效率为:
t!
t215460
120.702
t!
t015420
14、14、某化工过程,先以苯为溶剂,再将苯蒸发到干燥的氮气中所形成的混合气体,在3oc,1atm(绝压)
下的相对湿度60%,为回收混合气体中的苯,拟采用下列两种方法,试分别求出苯的回收率。
将混合气冷却到—11.5°C;
将混合气加压至4atm(绝压),再冷却至30C。
苯在-11.5C和30C时的饱和蒸汽压分别为10mmHg和
118mmHg。
解:
30c,1atm(绝压)下的混合气湿度为:
H78Ps
78
0.6
1180.2862kg苯/kg氮气
28Pps
28
760
0.6118
混合气冷却到—11.5
C,
1,
Ps10mmHg,则混合气湿度为:
H178ps
78
1
10
0.0371kg苯/kg氮气
28PPs
28
760
110
则苯的回收率为:
H
H1
0.28620.0371
Q7n/0/
H0.2862
将混合气加压至4atm(绝压),再冷却至30c时,混合气被压缩,其湿度不变,则其湿含量为:
则苯的回收率为:
2HH20.28620.11256069%
2H0.2862.%
15、在恒定干燥条件下,再间歇干燥器中干燥某种物料,当其含水量由0.33kg/kg干物料,降至0.09kg/kg
干物料时,共用了0.252105s。
物料的临界含水量为0.16kg/kg干物料,平衡含水量为0.05kg/kg干物料,降速阶段的干燥曲线近似为一直线。
求在同样条件下,将该种湿物料的含水量从0.37kg/kg干物料降至
0.07kg/kg干物料所需的时间,预热段所用的时间可忽略。
解:
实验:
〔20.252105s
0.160.05i0.160.055
5ln0.16810s
1.1161050.070.05
120.356105s
20、一理想干燥器在总压lOOkPa下将物料有含水50%干燥至含水1%湿物料的处理量20kg/s为。
度为25'C,湿度为0.005kg水/kg干气,经预热后送入干燥器,废气排出温度为50'C,相对湿度为
室外空气温
60%试求:
(1)空气用量;
(2)预热温度;(3)干燥器的热效率。
解:
(1)
Xi
w-i
1w
05
—1kg水/kg干料
10.5
X2
w2
1w2
0.01
0.0101kg水/kg干料
10.01
Gc
查焓〜湿图:
G(1w1)
20
t250C,
(10.5)10kg干料/s
260%时,H20.0495kg水/kg干气
10(1°.0101)222kg干气/s
0.04950.005
V干(H11)222
(10.005)223kg/s
(2)T理想干燥器内进行的过程为等焓过程,I1I2
(1.011.88H1)t12490H1(1.011.88H2)t22490H2
(1.011.88H2)t22490(H2H1)
t1
1.011.88H1
(1.011.880.0495)502490(0.04950.005)162.8°C
1.011.880.005
干燥器热效率:
w(H2H1)
11I0
查得:
t250C,260%时,tw42C,w2395kJ/kg
I1I0(1.011.88H°)(t1t。
)
(1.011.880.005)(162.825)140.47kJ/kg干料
140.47
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