化工原理(第四版)習(xí)題解 第七章 干燥

1、 第七章干燥濕空氣的性質(zhì)【7-1】濕空氣的總壓為101.3kPa,試計算空氣為40C、相對濕度為=60%時的濕度與焓；已知濕空氣中水蒸氣分壓為9.3kPa，求該空氣在50C時的相對濕度申與濕度H。濕空氣總壓p=101.3kPap=0.6,40C時水蒸氣的飽和蒸氣壓p=7.375kPas0.6x7.375H=0.622Pps=0.622x0.6x7.375=0.0284kg水/kg干氣p-pp101.3-0.6x7.375s焓I=(1.01+1.88H)t+2492H濕度=(1.01+1.88x0.0284)x40+2492x0.0284=113.3kJ/kg(2)濕空氣中水汽分壓p=9.3kP

2、av50C時水的飽和蒸氣壓p=12.34kPasp9.3p=-v=0.754p12.34相對濕度sH=0.622pv=0.622x一=0.0629kg水/kg干氣p-p101.3-9.3v【7-2】空氣的總壓為101.33kPa，干球溫度為303K，相對濕度p=70%，試用計算式濕度求空氣的下列各參數(shù)：(1)濕度H；(2)飽和濕度H；(3)露點t；(4)焓I；(5)空氣中的水汽d分壓p。V解總壓p=10.13k3P,a=t30K=3C，3p0=0730C時，水的飽和蒸氣壓p=4.241kPa濕度0.7x4.241H=0.622Pps=0.622xp-pp101.33-0.7x4.241s=0.

3、0188kg水/kg干氣飽和濕度H=0.622l=0.622x4241=0.0272kg水/kg干氣sp-p101.33-4.241露點t時的飽和濕度H=0.0188kg水/kg干氣dsH=0.622sp-ppH叮F=罟=27kPas從水的飽和蒸氣壓為2.97kPa査得水的飽和溫度為23.3C,故空氣的露點t=23.3Cd(4)t=30C,H=0.0188kg水/kg干氣時，空氣的焓為H=(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.88x0.0188)x30+2492x0.0188=78.2kJ/kg干氣t=30C時的p=4.241kPa水汽分壓p=9p=0.742=41.7Vs【

4、7-3】在總壓為101.3kPa下測得濕空氣的干球溫度為50C，濕球溫度為30C，試計算濕空氣的濕度與水汽分壓。解濕球溫度t=50C時，水的飽和蒸氣壓p=123kP,比汽化熱r=2378kJ/kgWsW濕球表面處的濕空氣，在總壓p=101.3kPa及濕球溫度t=50C時的濕度為WH=0.622=0.622x1234=0.0863kg水/kg干氣Wpp101.312.34s空氣在t=50C時的濕度為H=H(tt)=0.0863(5030)=0.077kg水/kg干氣WkxrW2378HW濕空氣的水汽摩爾分?jǐn)?shù)為0.077/18.02y=0.110.077/18.02+1/28.95水汽分壓p=yp

5、=0.11x1.01=3.1k1P1aV【7-4】利用濕空氣的IH圖填寫下表的空白。干球溫度/c濕球溫度/C濕度/kg水-kg-1干氣相對濕度/%焓/kJ-kg1干氣水汽分壓/kPa露點/C5030(0.018)(23)(97)(2.75)(24)40(26)(0.0145)(31.5)(76)(2.3)2020(16)(0.0087)60(43)(1.3)(12)(55)(39)0.04(39)160(6.1)(36)30(20)(0.01)(37)(56)1.5(14)【7-5】空氣的總壓力為101.3kPa，干球溫度為20C.濕球溫度為15C。該空氣經(jīng)過一預(yù)熱器，預(yù)熱至50C后送入干燥器

6、。熱空氣在干燥器中經(jīng)歷等焓降溫過程。離開干燥器時相對濕度9=80%。利用1-H圖，試求：(1)原空氣的濕度、露點、相對濕度、焓及水汽分壓；(2)空氣離開預(yù)熱器的濕度、相對濕度及焓；(3)100m3原空氣經(jīng)預(yù)熱器加熱，所增加的熱量；(4)離開干燥器時空氣的溫度、焓、露點及濕度；(5)100m3原空氣在干燥器中等焓降溫增濕過程中使物料所蒸發(fā)的水分量。解空氣總壓p=10.1屆P，干球溫度t=20C，濕球溫度t=15C。W原空氣的濕度H=0.0085kg水/kg干氣，露點t=12C，相對濕度9=60%，焓0d00I=43kJ/kg干氣，水汽分壓p=1.3kPa。0V0空氣離開預(yù)熱器的溫度t=50C,求

7、得濕度H=H=0.0085kg水/kg干氣，相對濕度109=12%，焓I=72kJ/kg干氣。11(3)原空氣的比體積。H=(。774+】244H0)盒=(OR+1444061)害=0644m3濕氣/干氣100m3原空氣在預(yù)熱器所增加的熱量為Q=型(II)=x(7243)=3436kJu100.844H(4)空氣在干燥器中為等焓降溫增濕過程，離開干燥器時，已知相對濕度申=80%，求2得溫度t=27C，焓I=72kJ/kg干氣，露點G=24C，濕度H=0.018kg水/kg干氣。22d22100m3原空氣，在干燥器中，等焓降溫增濕過程中，使物料所蒸發(fā)的水分量為W=型(HH)=(0.0180.00

8、85)=1.126kg水u210.844H【7-6】在去濕設(shè)備中，將空氣中的部分水汽除去，操作壓力為101.3kPa，空氣進(jìn)口溫度為20C,空氣中水汽分壓為6.7kPa，出口處水汽分壓為1.33kPa。試計算100m3濕空氣所除去的水分量。解總壓p=101.3kPa，p=6.7kPa，p=1.33kPav1v2空氣進(jìn)口濕度p6.7H=0.622pvi=0.622x=0.0441kg水/kg干氣p一p101.3一6.7v1空氣出口濕度1QQH=0.622Pv2=0.622x丄一=&28x10-3kg水/kg干氣2pp101.31.33v2進(jìn)口濕空氣的比體積ripQ0u=(0.774+1.244H

9、)=(0.774+1.244x0.0441)293=0.89m3濕氣/kg干氣H1273273100m3濕空氣中含有的干空氣量為竺kg(干氣)，除去的水分量為0.89-100(HH)=-100(0.04410.00828)=4.02kg水0.89120.89【7-7】濕空度的總壓為101.3kPa，溫度為10C，濕度為0.005kg水/kg干氣。試計算：(1)空氣的相對濕度申;空氣溫度升到35C時的相對濕度9；溫度仍為35C,總壓提1高到115kPa時的相對濕度9；(4)溫度仍為第問的10C,若總壓從1013kPa增大到500kPa，試求此條件下的濕空氣飽和濕度HS，并與原空氣的濕度H比較求出

10、加壓后每千克干空氣所冷凝的水分量。解總壓p=101.3kPa，濕度H=0.005kg水/kg干氣溫度t=10C時水的飽和蒸氣壓p=1.227kPas1相對濕度另一解法Hp片=(0.622+H)ps10.005x101.3(0.622+0.005)x1.227=0658濕空氣中水汽摩爾分?jǐn)?shù)0.00518020.00/518f/2.12895(0.005180岔 水汽的分壓p=yp=vx10.1=3.080Pa(0.00518f02/1丿2895相對濕度p=耳=旦07=.6581p1.227s1溫度t=35C時，水的飽和蒸氣壓為p=5.808kPa相對濕度s2p=p=0.658x=0.1391p5

11、.808s2與問相比，總壓由p=101.3kPa改為p=115kPa23相對濕度p與總壓p成正比，故p115p=p厶=0.139x=0.1582p101.32(4)溫度t=10C時，水的飽和蒸氣壓為p=1.227kPa，總壓p=500kPasH=0.62摯廠=.0X2227sp一p500.1s原空氣的濕度H=0.005kg水/kg干氣每千克干空氣所冷凝的水分量為HH=0.005-0.00153=0.00347kg水/kg干氣s【7-8】氮氣與苯蒸氣的混合氣體總壓力為飽和濕度2=27.0如15干氣102.4kPa。在24C時，混合氣體的相對濕度為60%。(1)試計算混合氣體的濕度(kg苯蒸氣/k

12、g氮氣)；(2)試計算使混合氣中的苯蒸氣冷凝70%時的飽和濕度H;若混合氣溫度降為10C，試計算總壓力增加到多大，才s能使苯蒸氣冷凝70%。苯的飽和蒸氣壓p用附錄十的Antoine方程計算。s解總壓p=10.24Pa溫度=tC4相對濕度p=0.6。1(1)計算濕度Hp=102.4kPap=0.6111s1苯在24C時的飽和蒸氣壓p計算1211.033lgPsi=6.03055-24722079=12JkPa氮的摩爾質(zhì)量M=28.02kg/kmol，苯的摩爾質(zhì)量M=78.11kg/kmol。gV0.6x12.1Mpp78.110.6x12.1H=rx厶1=x=0.213kg本蒸氣/kg氮氣1Mp

13、一pp28.02102.40.6x12.1g11s1苯蒸氣冷凝70%時的飽和濕度H計算s1一s=0.7H=(10.7)H=0.3H=0.3x0.213=0.0639kg苯蒸氣/kg氮氣Hs111溫度t=10C苯蒸氣冷凝70%總壓力p=？22苯在10C時的飽和蒸氣壓p計算1211.033lgPs2=6.03055-107220，Ps2=m78.116.07x 0.0639=28.02p-6.072MpVXS2Mp-pg2s2總壓力增加到2709kPa時，才能使苯蒸氣冷凝70%干燥過程的物料衡算與熱量衡算【7-9】某干燥器的濕物料處理量為100kg濕料/h,其濕基含水量為10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），干燥產(chǎn)

14、品濕基含水量為2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。進(jìn)干燥器的干燥介質(zhì)為流量500kg濕空氣h、溫度85C、相對濕度10%的空氣，操作壓力為101.3kPa。試求物料的水分蒸發(fā)量和空氣出干燥器時的濕度H2。解操作壓力p=10.1kPa濕物料處理量L=100kg濕料/h,濕基含水量w=0.1。干基含水量為11“w0.10.11-w1-0.10.91產(chǎn)品濕基含水量w=0.02，干基含水量為2w0.020.02X=2-=1-w1-0.020.982（1）物料的水分蒸發(fā)量W濕物料中絕干物料的質(zhì)量流量為L=L（1w）=100（10.1）=90kg干料/hc11水分蒸發(fā)量為W=L（XX）=90（0.10.02）=&16kg水

15、分/hc120.90.98（2）空氣出干燥器時的濕度H2計算空氣的流量為500kg濕空氣/h,溫度t=85C時，水的飽和蒸氣壓p=58.74kPa，相對s濕度申=0.1空氣進(jìn)干燥器的濕度H=0.622士ps=0.622x0.1x58.74=0.0383kg水/kg干氣1p9p101.30.1x58.74s干空氣的質(zhì)量流量為=482kg干氣/h廠500500GjH+10.0383+11h2的計算如下W=G（HH）21H=W+H=816+0.0383=0.0552kg水/kg干氣2G1482【7-10】某干燥器的生產(chǎn)能力為700kg濕料/h，將濕物料由濕基含水量04（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）干燥到濕基含水量00

16、5（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）?？諝獾母汕驕囟葹?0C，相對濕度為40%，經(jīng)預(yù)熱 器加熱到100C，進(jìn)入干燥器，從干燥器排出時的相對濕度為申二60%。若空氣在干燥器中為等焓過程，試求空氣消耗量及預(yù)熱器的加熱量。操作壓力為101.3kPa。解濕物料流量L=700kg濕料/h,濕基含水量二0.4，則干基含水量為1TOC o 1-5 h zw0.40.4X=i=1-w1-0.40.61產(chǎn)品濕基含水量w=0.05，干基含水量為2 HYPERLINK l bookmark34 w0.050.05X=2=1-w1-0.050.952濕物料中絕干物料的質(zhì)量流量為L=L(1-w)=700(10.4)=420kg干料/hc1物

17、料中的水分蒸發(fā)量為W=L(X-Xc12=302kg水分/h)=420f空005、0.60.95丿空氣溫度t=20C，相對濕度*=0.4，從IH圖上査得濕度H=0.0057kg水/kg干氣。011經(jīng)預(yù)熱器加熱，溫度升到t=100C，濕度未變，為H=H=0.0057kg水/kg干氣，焓110I=116kJ/kg干氣。1空氣從干燥器出來時的相對濕度*=0.6，從空氣進(jìn)干燥器的狀態(tài)點1沿2H=0.029kg水/kg干氣。2I=116(kJ/kg干氣)的等I線，直到*=0.6時，空氣出干燥器的濕度2空氣消耗量G=W=302/3600=3.6kg干氣/sHH0.0290.005720預(yù)熱器的加熱量為Q=G

18、c(tt)=3.6x(1.01+1.88H)(tt)pH10010=3.6(1.01+1.88x0.0057)(10020)=294kW【7-11】在常壓干燥器中將某物料從濕基含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))干燥到濕基含水量0.005(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。干燥器的生產(chǎn)能力為7200kg干料/h,物料進(jìn)、為25C與65C。熱空氣進(jìn)干燥器的溫度為為0.007kg水/kg干氣，出干燥器的溫度為0.05出口溫度分別120C,濕度80C?？諝庾畛鯗囟葹?0C。計熱損失，試求器時的濕度H2；干物料的比熱容為1.8kJ/(kg-C)。若不(1)干空氣的消耗量G、空氣離開干燥(2)預(yù)熱器對空氣的加熱量。解已知數(shù)據(jù)如習(xí)題7-11附圖

19、所示。0.05_5=1-.00595物料的干基濕含量為x1=盞1習(xí)題7-11附圖X=2-=3600 0.005521-ro1-0.0059952水分蒸發(fā)量為W=L(X-X)2=7200 xc155J95995丿=343kg/h=0.0952kg/s(1)干空氣消耗量G與空氣離開干燥器時的濕度H2的計算空氣進(jìn)、出干燥器的焓為I=(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.88x0.007)120+2492x0.0071111=140kJ/kg干氣I=(1.01+1.88H)t+2492H=(1.01+1.88xH)x80+2492xH222222=80.8+2642H2物料進(jìn)、出干燥

20、器的焓為I=(c+Xc)9=1s1w1(51.8+x4.18725=50.5kJ/kg干料*95I=(c+Xc)9=2s2w2(51.8+x(995丿4.18765=118.4kJ/kg干料丿干燥器的熱量衡算G(I-I)=L(I-I)12c21G(140-80.8-2642H)=7200(118.4-50.5)2a)(b)G(59.2-2642H)=7889002干空氣消耗量廠W343CzH-HH-0.007212由式(a)與式(b)求得干空氣消耗量G=4.1x10干氣/h空氣離開干燥器時的濕度H=0.0152kg水/kg干氣(2)預(yù)熱器對空氣的加熱量Qp計算空氣進(jìn)預(yù)熱器的焓為I=(1.01+

21、1.88H)t+2492H=(1.01+1.88x0.007)x20+2492x0.0070000=37.9kJ/kg干氣QP=急(I1-10)=4.16x104(140-37.9)=1180kW 干燥速率與干燥時間【7-12】在恒速干燥階段，用下列4種狀態(tài)的空氣作為干燥介質(zhì)，試比較當(dāng)濕度H一定而溫度t升高及溫度t一定而濕度H增大時，干燥過程的傳熱推動力At=t-1與水汽化傳w質(zhì)推動力AH=H-H有何變化，并指出哪種情況下的推動力最大。mt=50C，H=0.01kg水/kg干氣；t=100C，H=001kg水/kg干氣；t=100C，H=O05kg水/kg干氣；(4)t=50C，H=O05kg

22、水/kg干氣；解(1)t=50C，H=001t=100CH=001t=25H=0.021WwAt=25AH=0.011t=35H=0.037wwAt=65AH=0.027t=100C，H=005t=50C，H=005t=47.5H=0.0725A=52.5aH=0.0225tt=42.5H=0.053w，wAt=7.5AH=0.003(2)與(1)比較，H定,t增大，則t增大，wH增大，w(3)與(2)比較，t一定，H增大，則t堵大，wH增大，w與(4)比較與(1)比較H一定，t增大，則t增大，wt一定，H增大，則t增大wH增大，wH增大wAt增大，AH增大。但At減小，AH減小At增大，AH

23、增大。但At減小，AH減小。結(jié)果是：t增大，能使At、AH都增大,H增大，能使At、AH都減小，H較小時，使t增大，對At、AH的增大效果顯著。第(2)種情況的推動力最大?！?-13】在恒定干燥條件下，將物料從X=0.33kg水/kg干料，干燥至X=0.09kg水/kg干料,1共需7h，問繼續(xù)干燥至X=0.07kg水/kg干料，再需多少時間？已知物料的臨界含水量為0.162kg水/kg干料，平衡含水量為0.05kg水/kg干料(以上均為干基含水量)。降速階段的干燥速率與物料的含水量近似呈線性關(guān)系。解已知X=0.33kg水/kg干料，X=0.16kg水/kg干料lcX=0.09kg水/kg干料，X*=0.05kg水/kg干料2T+T=7h12干燥時間計算式為Au-XcLT+T=12AucX-X+(X1CC(XX*)1nIX2(XX*、L(XX*)fXX*、cc1nc1X-X*丿2AucIX-X*2Lc1nAK將已知數(shù)據(jù)代入，得7=亠Auc0.33-0.16+(0.16-0.05)ln/0.160.05、0.09一0.05丿l=24.9kg水h/kg干料Auc當(dāng)X2=0.07(kg水/kg干料)時，=24.90.33-0.16+(0.16-0.05)1nT+T12/0.160.05、0.07一0.05丿=8.9h需增加的時間為8.9-7=1.9h干燥綜合題【7