1.在101.325kPa下,不饱和湿空气的温度为40℃,相对湿度为60%,若加热至80℃,则
空气的下列状态参数如何变化?
湿度H_______,相对湿度?_______,湿球温度t w_______,露点t d_______,焓I________。(变大,变小,不变)
2.依据干燥速率曲线,干燥过程可分为两个阶段,即____________阶段和_____________
阶段。两个干燥阶段之间的交点C处的含水量称为___________________。
3.当干燥所用空气的相对湿度增加时,干燥终点处物料的平衡含水量会相应___________。
(增加,减少,不变)
6.已知常压下某湿空气的温度为20?C,水蒸气的饱和蒸气压为 2.3346kPa,湿度为0.014673kg/kg绝干气,试求:(1)湿空气的相对湿度?=_________,______作为干燥介质用。7.当湿空气的温度一定时,若湿度越高测得的湿球温度也________;若空气为水气所饱和,测得的湿球温度就是_______的温度。
1.湿球温度(t W)是湿空气和的函数,而绝热饱和温度t as是湿空气
和的函数;对湍流状态下的水蒸气-空气系统,t W和t as的大小关系为。
2.典型的干燥曲线可明显分为和两个阶段,两个阶段之
间的交点称为。
2.已知湿空气如下的哪两个参数,可利用H-I图查得其它未知参数。( ) A:H,p B:t,t d C:t w,I D:t as,I
二、选择(10分)
1、对于易溶气体,H值__________,K G_________ k G 。( )
A.很大,< B.很小,> C.很小,≈D.很大,≈
2、已知湿空气如下的哪两个参数、可利用H-I图查得其它未知参数。( )
A.H,P B.t,t d C.t w,I D.t as,I
三、问答题
1、干燥实验中,哪些干燥条件应恒定不变?在此条件下进行长时间干燥,最终能否得到绝干物料?
2、结合水与平衡水分有何区别和联系?
答:平衡水分是空气状态和物料特性的函数,对一定的物料,平衡水分随空气状态而变化。平衡水分是在一定空气状态下不能被干燥除去的水分,是干燥的极限。
结合水只与物料的特性有关,而与空气的状态无关。结合水是能与饱和湿空气平衡的湿物料所含水分的最低值,湿物料的含水量低于此值便会从饱和湿空气中吸收水分。
一般地,结合水的一部分是自由水分,其能被干燥除去;另一部分是平衡水分,其不能被一定状态的空气干燥除去。
3、 如何区别平衡水分和自由水分? (5分)
4、请示意性的画出湿空气的湿焓图,对于任意空气状态指出它的状态点:水气分压p ,湿度H ;焓I ;露点t d ;湿球温度t W ;相对湿度φ。
水气分压p , 湿度H ; 焓I ; 露点t d ; 湿球温度t W ; 相对湿度φ
画出图(2分)
并指出上述六个参数。(4分)
5、湿球温度
6、如何进行恒定干燥操作
三、请回答下列问题(10分) 3、(20分)某种湿物料在常压气流干燥器中进行干燥,湿物料的流量为1kg/s ,初始湿基含水量为3.5%,干燥产品的湿基含水量为0.5%。空气的状况为:初始温度为25℃,湿度为0.005kg 水分/kg 干空气,经预热后进干燥器的温度为140℃,若离开干燥器的温度选定为60℃,试计算需要的空气消耗量及预热器的传热速率。假设空气在干燥器内经历等焓过程,I=(1.01+1.88H )t+2490H 。
一、(20分)采用常压干燥器干燥物料,每小时处理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20?C ,湿度H 0=0.009kg 水/kg 绝干空气,经预热器加热至120?C 后进入干燥器中,离开干燥器时废气温度为40?C ,若在干燥器中空气状态沿等焓线变化。已知湿空气焓的计算式为I=(1.01+1.88H)t+2490H ,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% 时的产品量;
(4) 如鼓风机装在新鲜空气入口处,风机的风量应为多少m 3/s 。 六、(共20分) 解:(1)水分蒸发量 s /205Kg .005
.0105
.04.036002000w 1w w G w 2211
=--?=--= (4分)
(2)绝干空气消耗量 1
2H H w
L -=
其中 H 1=H 0=0.009 kg 水/kg 绝干气 求H 2:
因 I 1 = I 2
2221112490H t )88H .101.1(2490H t )88H .101.1(++=++
222490H 40)88H .101.1(009.02490120)009.088.101.1(+?+=?+??+
解得 H 2 = 0.041 kg 水/kg 绝干空气
则 s kg /406.6009.0041.0205
.0L 绝干空气=-= (6分)
(3)s /351kg .0205.03600
2000
W G G 12=-=-=
或 s /351kg .005
.04
.0136002000w -1w 1G G 211
2=-?=-=
又 干燥收率的定义为 %100%1002
2?'=?=
G G 理论产品量实际产品量
η
所以 s kg G G /333.0%95351.022
=?=='η (6分) (4)C 20t 0?=,绝干空气水kg /009kg .0H 0= 时空气的湿比容为
273
273)244.1773.0(t
H v H ++= 273
20
273)009.0244.1773.0(+??+=
绝干空气kg m /842.03
= 体积流量
s m v L V H /394.5842.0406.63
=?=?= (4分)
在常压连续理想干燥器中,用风机把空气送至预热器,经120℃饱和蒸汽加热后进入干燥器以干燥某种湿物料,已知空气状况为:进预热器前湿空气中水气分压P 0 = 1.175Kpa ,温度为15℃,进干燥器前温度为90℃,出干燥器后温度为50℃,物料状况为:进干燥器前
X 1 = 0.15Kg 水/Kg 绝干料,出干燥器后X 2 = 0.01Kg 水/Kg 绝干料,干燥器生产能力为250Kg/h (按干燥器出口产品计),预热器总传热系数为50 w/(m 2
·℃)。求: 1 绝干空气消耗量; 2 风机送风量; 3 预热器传热面积。 注:H = 0.622 P 0 /(P- P 0);
υH =(1/29+H 0/18)×22.4×(t 0+273)/273; I H =(1.01+1.88H)t+2490H 1. 绝干物料流量:22250
248/110.01
G G kg h x =
==++绝干料 (1分) 水蒸发量:12()248(0.150.01)34.7/w G x x kg h =-=?-= (1分) 进预热器前:000 1.175
0.622
0.6220.0073/101.33 1.175
p H kg kg p p ==?=--绝干气(2分)
0000(1.01 1.88)2490(1.01 1.880.0073)1524900.007333.5/H I H t H kJ kg =++=+??+?=绝干气 (2分) 进干燥器前:100.0073/H H kg kg ==绝干气
1(1.01 1.880.0073)9024900.0073110/H I kJ kg =+??+?=绝干气 (2分) 出干燥器后:21110/H H I I kJ kg ==绝干气
即 222(1.01 1.88)502490110/H I H H kJ kg =+??+=绝干气
得 20.023/H kg kg =绝干气 (2分) 绝干空气耗量:2134.72210/0.0230.0073
w L kg h H H ===--干空气 (2分)
2. 风机送风量:
30
02731(
)22.41822/2918273
H H t V L L m h ν+==+??= (3分)
3. 预热器传热面积:
12()2210(11033.5)169100/47p H H Q L I I kJ h kw =-=?-== (2分)
(12015)(12090)
59.912015ln
12090
m t C ---?=
=?--
3
24710165059.9
p
m Q S m K T ?===?? (3分)
用热空气干燥某种湿物料,要求干燥产品为0.1kg/s ,进干燥器时湿物料温度为15℃,含水量13%(湿基),出干燥器的产品温度为40℃,含水量1%(湿基)。原始空气的温度为15℃,湿度为0.0073kg/kg ,在预热器采用200kPa (绝压)的饱和蒸汽加热至100℃进入干燥器,出干燥器的废气温度为50℃,湿度为0.0235kg/kg 。求: 1. 水分蒸发量W 及绝干空气消耗量L 。 2. 单位时间内预热器消耗热量Q p 。 3. 蒸汽消耗量D 。
注:200kPa (绝压)饱和蒸汽的汽化焓γ=2205(kJ/kg ); I 1-I 0=(1.01+1.88H 0)(t 1- t 0)
五(20分)
4. 物料进干燥器时干基含水量:kg kg w w X /149.013
.0113
.01111=-=-=
(1分)
物料出干燥器时干基含水量:kg kg w w X /0101.001
.0101
.01222=-=-= (1
分)
绝干物料流量:s kg W G G /099.0)01.01(1.0)1(22绝干料=-?=-= (2分)
水分蒸发量:s kg X X G W /01375.0)0101.0149.0(099.0)(21水分=-?=-=(4分)
绝干空气消耗量:s kg H H w L /849.00073
.00235.001375
.012绝干气=-=-=
(4
分)
5. 单位时间内预热器消耗热量:
kW t t H L I I L Q p 9.73)15100()0073.088.101.1(849.0)
)(88.101.1()(01001=-??+?=-+=-= (5
分)
3.蒸汽消耗量:h kg s kg Q D p
/6.120/0335.02205
9
.73===
=
γ
(3分) 五、(20分)
在常压绝热干燥器中将1500kg 湿物料从原始含水量18%降至1.5%(均为湿基)。250=t ℃、kg kg H /010.00=绝干气的空气在预热器中升温至90℃后进入干燥器,离开干燥器空气的温度为50℃。试求: (1) 完成上述干燥任务所需要的空气量;
(2) 预热器中加热蒸汽的消耗量(蒸汽的相变热为2205kg kJ /,忽
略预热器热损失); (3) 干燥系统的热效率;
(4) 通过恒定条件下的干燥实验测得,物料的临界含水量
kg kg X c /1.0=绝干料,平衡含水量kg kg X /01.0*=绝干料;
已知干燥面积为482m ,恒速阶段的干燥速率)/(2.22h m kg U c ?=,假定降速阶段干燥速率与自由含水量*)(X X -呈直线关系,则所需干燥时间为若干。
解:(1)所需空气量
kg w G G 1230)18.01(1500)1('11=-=-= 2195.018
10018
1111=-=-=
w w X
01532.05
.11005
.12=-=
X
kg X X G W 3.251)01523.02195.0(1230)('21=-=-= 0
2H H W
L -=
(1)
2H 由焓的衡算求得。对于绝热干燥过程,空气进出干燥器的焓值相等,即 22249050)88.101.1(01.0249090)01.088.101.1(H H +?+=?+??+
解得:kg kg H /02593.02=绝干气 将有关数值代入式(1),得到
kg L 410578.101
.002593.01
.253?=-=
绝干气
kg H L L w 44010594.1)01.01(10578.1)1(?=+?=+=新鲜气
(2)预热器中加热蒸汽的消耗量
kJ
t t H L Q p 6
401010055.1 )2590)(01.088.101.1(10578.1))(88.101.1(?=-?+?=-+=
加热蒸汽消耗量为
kg r Q W p
h 6.4782205
10055.16=?==
(3)干燥系统的热效率
对于绝热干燥过程,η可用两种方法计算
%57.616157.010
055.1)
5088.12490(1.253)88.12490(6
2==??+=+=
p Q t W η 或 %54.61%10025
905090%1000121=?--=?--=
t t t t η (4) 干燥时间
h
X X X X X X X X SU G c c c c 375.4]01
.001523.00.01
-0.10ln )01.010.0()10.02195.0[(2.2481230 ]*
*ln *)()[('
21=--+-?=
---+-=
τ
温度为20°C 、湿度为0.01kg/kg 绝干气的常压新鲜空气,经预热器预热至120°C 后用于干燥某湿物料。空气离开干燥器的温度为60°C 、湿度为0.05kg/kg 绝干气,湿物料进出干燥器的温度分别为30°C 、50°C ,湿基含水量分别为20%、5%,干燥产品流量为60kg/h ,湿物料的平均比热容为2.134kJ/(kg 湿物料.°C),忽略干燥系统的热损失。试求:
( 注:
L
m L
Q GC t W t t L Q I I G I I L Q +-+++-??≈+-+-=)()88.12490()(01.1)()(1220.2'1'
212θθ )
(1)新鲜空气的耗量;(2)干燥系统的热效率。
六、答:(1) 25.0%201%201=-=
X 053.0%
51%
52=-=X
)()(122121H H L G G X X G W -=-=-=
h Kg w G G /48%)201(*60)1(11=-=-=
)01.005.0(*)053.025.0(*48-=-∴L 所以 h Kg L /4.236绝干气= (2) 干燥的水分量h Kg X X G W /46.9)053.025.0(*48)(*21水=-=-=
总干燥的热量:
KW
Q GC t W t t L Q I I G I I L Q L
m L
85.307338.256049.2462256.35500)3050(*134.2*60)60*88.12470(*46.9)2060(*01.1*4.236)()88.12490()(01.1)()(1220.2'1'
212=++=+-+++-=+-+++-??≈+-+-=θθ
干燥系统热效率为
%1.80%100*85
.30733)
60*88.12490(*46.9%100*)88.12490(2=+=+=
∴Q t W η
七、计算题。(10分)
以空气为干燥介质干燥某种湿物料,新鲜空气用量为2100 Kg 新鲜空气/h ,温度为20℃,湿度为0.012 Kg 水/Kg 干气。空气经预热器加热至60℃后进入干燥器,离开时的温度为40℃。湿物料处理量为400 Kg/h ,温度由20℃升到35℃,含水量由10%干燥至0.5%(均为湿基),湿物料的平均比热容C m 为3.2 KJ/(Kg 绝干料.℃)。干燥器的热损失速率Q L 为1.2 KW 。若干燥过程可视为等焓过程。 试求:(1)水分的蒸发量,Kg/h 。(2)空气离开干燥器的湿度。(3)干燥器的热效率。
L m c Q c G t W t t L Q +-+++-=)()88.12490()(01.112202θθ
一、 (20分)
在常压间歇操作的厢式干燥器内干燥某种湿物料。每批操作处理湿基含水量为15%的湿物料500kg ,物料提供的总干燥面积为40m 2。经历4h 后干燥产品中的含水量可达到要求。操作属于恒定干燥过程。由实验测得物料的临界含水量及平衡含水量分别为0.11kg 水/kg 绝干料及0.002kg 水/kg 绝干料。临界点的干燥速率为1kg 水/(m 2?h),降速阶段干燥速率为直线。每批操作装卸物料时间为10min ,求此干燥器的生产能力,以每昼夜(24h )获得的干燥产品质量计。
一、(20分)
[解] 由题意可知,每批操作处理湿基含水量为15%,即
17
3
%151%151=-=
X
在恒速干燥阶段全部需要时间
h h X X SU G t C C 4830.0)11.017
3
(15.12)(11<=-?=-'=
(1) (10分)
由此可知干燥过程还需经历降速干燥阶段 其降速干燥阶段用的时间
*
2**1ln
X X X X U X X S G t C C C ---?'= (2)
其中11.0=C X ,002.0*=X
且 h t t 421=-
(3) 做物料衡算得
2
2111500X G X +=
+ (4)
每昼夜获得干燥产品质量
460
1024
2+=
G Q (5)
联立(1)(2)(3)(4)(5)解得
昼夜干燥产品/g 9.2467k Q = (10分)
六、计算题。(10分)
今有一干燥器,湿物料处理量为800kg/h 。要求物料干燥后含水量由30%减至4%(均为湿基)。干燥介质为空气,初温15℃,相对湿度为50%(湿度为H=0.005kg 水/kg 绝干空气),经预热器加热至120℃进入干燥器,出干燥器时降温至45℃,相对湿度为80%(湿度为H 2=0.052kg 水/kg 绝干空气)。 试求:(a )水分蒸发量W ;(5分)
(b )空气消耗量L 、单位空气消耗量l ;(5分) 六、(10分)解:(a )(5分)水分蒸发量W
已知G 1=800kg/h ,w 1=30%,w 2=4%,则
G c =G 1(1-w 1)=800(1-0.3)=560kg/h (1分) 429.03
.013
.011
1
1=-=
-=w w X (1分)
042.004
.0104
.012
2
2=-=
-=w w X (1分)
W =G c (X 1-X 2)=560×(0.429-0.042)=216.7kg 水/h (2分) (b )(5分)空气消耗量L 、单位空气消耗量l
空气通过预热器湿度不变,即H 0=H 1。 (1分)
4610005.0052.07.2160212=-=-=-=H H W H H W L kg 绝干空气/h (2分) 3.21005
.0052.01
102=-=-=H H l kg 干空气/kg 水 (2分)
1.
(20分)有一连续干燥器在常压下操作,生产能力为1000 kg/h (以干燥产品计)。物料水分由12%降至3%(均为湿基),空气的初温为25℃,湿度为0.01 kg 水/kg 干空气,经预热器后升温至70℃,干燥器出口废气的干球温度为45℃。 设空气在干燥器进出口处焓值相等。试求: (1)在H-I 图上表示空气的状态变化过程; (2)初始状态下的空气用量为多少m 3/s ? (I=(1.01+1.88H)t+2500 H ,273
273)
244.1772.0(10t H v H
++=)
3(20分)解:(1)(10分)干燥系统示意图见附图1。在H-I 图上的空气状态变化见附图2.
t 0H 0
w =0.12
G 2=1000 kg/h
附图1 干燥系统示意图
I
t 0
t 2t 附图2 空气状态变化图
(10分)
(2)(10分)求空气用量
蒸发水分量 kg/h 3102120103012
010*******....w w w G W =--?=--= 因水分在干燥器进出口处焓值相等,所以I 1=I 2,即
(1.01+1.88H 1)t 2+2500 H 1=(1.01+1.88H 2) t 2+2500 H 2
因H 1=H 0=0.01 kg/kg, t 1=70℃, t 2=45℃, 故有
(1.01+1.88×0.01) ×70+2500×0.01=(1.01+1.88H 2) ×45+2500H 2
解得H 2=0.107 kg/kg
干空气用量 L=W/(H 2-H 1)=102.3/(0.107-0.01)=1054.6 kg/h (5分)
方法1:湿空气质量流量 L’=L(1+H 1)=1054.6(1+0.01)=1065.1 kg/h
湿空气的平均分子量 M=1.01/(1/29+0.01/18)=28.8
初始状态下的湿空气的体积流量
s /.h /..)(...P nRT V 3323
m 2510m 390410
3251012527331488281011065==?+???==(5分) 方法2:空气的湿比容
s h kg t H v H /m 251.0/m 7.9021054.60.856V /m 856.0273
25273)01.0244.1772.0(273273)
244.1772.0(33310==?==+??+=++=积流量初始状态下的湿空气体干空气
六、(20分,08考研)如附图所示,某干燥器的操作压强为80kPa (绝压),出口气体的温度t 2为59℃,相对湿度φ2为72%。为保证干燥产品的质量,空气进入干燥器的温度不得高于92℃,故将部分出口气体送回干燥器入口与新鲜空气混合,混合后气体相对湿度φm 为11%。已知新鲜空气的质量流量为0.49kg/s ,温度t 0为18℃,湿度H 0为0.005kg 水/kg 绝干空气。
试求:(1)空气的循环量L R ;(2)新鲜空气预热后的温度t 1;(3)预热器需提供的热量Q P 。 (水的饱和蒸气压:59℃时为19.013kPa ,92℃时为75.598kPa )
六、(20分,05考研)某并流式干燥器的操作压力为101kPa ,湿物料流量为1200kg/h ,湿
基含水量为15%,要求干燥产品的湿基含水量不超过0.5%。以温度为20℃、湿度为 0.0723kg 水/Kg 绝干气的新鲜湿空气为干燥介质,在预热器中预热至90℃后送入干燥器,湿空气离开干燥器的温度仍为90℃,湿度为0.239 kg 水/kg 绝干气。单位干燥面积绝干物料量G c /S= 20kg 绝干料/m 2,物料所含水分性质如图1所示,干燥速率曲线如图2所示。水在20℃、90℃时的饱和蒸汽压分别为2.34kPa 和70.09kPa 。试求:
(1) 新鲜湿空气消耗量;(2)预热器提供的热量(忽略预热器的热损失);
(3) 在H -I 图上作出干燥过程湿空气的状态变化示意图;(4) 计算干燥过程所需的时间。
六、(20分,06考研)在常压绝热干燥器中将1500kg 湿物料从原始含水量18%降至1.5%(均
为湿基)。250=t ℃、kg kg H /010.00=绝干气的空气在预热器中升温至90℃后进入干燥器,离开干燥器空气的温度为50℃。试求: (1)完成上述干燥任务所需要的空气量;(2)预热器中加热蒸汽的消耗量(蒸汽的相变热为2205kg kJ /,忽略预热器热损失);(3)干燥系统的热效率;(4)通过恒定条件下的干燥实验测得,物料的临界含水量kg kg X c /1.0=绝干料,平衡含水量kg kg X /01.0*=绝干料;已知干燥面
积为482m ,恒速阶段的干燥速率)/(2.22h m kg U c ?=,假定降速阶段干燥速率与自
由含水量*)(X X -呈直线关系,则所需干燥时间为若干。
六、(20分,07考研)采用如图所示的废气循环系统干燥湿物料,已知数据标示于附图中。在
常压操作中,假设系统热损失可忽略,干燥操作为等焓干燥过程。求(1)新鲜空气体积流量(m 3/h )?(2)进入干燥器的湿空气的温度及焓?(3)预热器的加热量?
[注:H t H I 2490)88.101.1(++=, H v =(0.772+1.244H )×(273+t)/t ×(P 0/P)]