化工原理刘伟主编第七章干燥答案.doc

第七章 干 燥
湿空气的性质
【7-1】湿空气的总压为，(1)试计算空气为40℃、相对湿度为时的湿度与焓；(2)已知湿空气中水蒸气分压为9.3kPa，求该空气在50℃时的相对湿度与湿度H。
解 湿空气总压
(1)，40℃时水蒸气的饱和蒸气压
湿度 干气
焓

(2) 湿空气中水汽分压
50℃时水的饱和蒸气压
相对湿度
湿度 干气
【7-2】空气的总压为101.33kPa，干球温度为303K，相对湿度，试用计算式求空气的下列各参数：(1)湿度H；(2)饱和湿度；(3)露点；(4)焓I；(5)空气中的水汽分压。
解 总压
(1) 30℃时，水的饱和蒸气压
湿度 干气
(2) 饱和湿度 干气
(3)露点时的饱和湿度干气

从水的饱和蒸气压为2.97kPa查得水的饱和温度为23.3℃，故空气的露点
(4) 干气时，空气的焓为

干气
(5) t=30℃时的
水汽分压
【7-3】在总压为101.3kPa下测得湿空气的干球温度为50℃，湿球温度为30℃，试计算湿空气的湿度与水汽分压。
解 湿球温度时，水的饱和蒸气压，比汽化热
湿球表面处的湿空气，在总压及湿球温度时的湿度为
干气
空气在时的湿度为
干气
湿空气的水汽摩尔分数为

水汽分压
【7-4】利用湿空气的图填写下表的空白。
干球温度/℃
湿球温度/℃
湿度
干气
相对湿度/%
焓
干气
水汽分压
露点/℃
50
40
20
（55）
30
30
（26）
（16）
（39）
（20）
（0.018）
（0.0145）
（0.0087）
0.04
（0.01）
（23）
（31.5）
60
（39）
（37）
（97）
（76）
（43）
160
（56）
（2.75）
（2.3）
（1.3）
（6.1）
1.5
（24）
20
（12）
（36）
（14）
【7-5】空气的总压力为101.3kPa，干球温度为20℃．湿球温度为15℃。该空气经过一预热器，预热至50℃后送入干燥器。热空气在干燥器中经历等焓降温过程。离开干燥器时相对湿度。利用1-H图，试求：(1)原空气的湿度、露点、相对湿度、焓及水汽分压；(2)空气离开预热器的湿度、相对湿度及焓；(3)100m3原空气经预热器加热，所增加的热量；(4)离开干燥器时空气的温度、焓、露点及湿度；(5)100m3原空气在干燥器中等焓降温增湿过程中使物料所蒸发的水分量。
解 空气总压，干球温度t=20℃，湿球温度。
(1)原空气的湿度干气，露点，相对湿度，焓干气，水汽分压。
(2) 空气离开预热器的温度t=50℃，求得湿度干气，相对湿度，焓干气。
(3) 原空气的比体积
干气
原空气在预热器所增加的热量为

(4) 空气在干燥器中为等焓降温增湿过程，离开干燥器时，已知相对湿度，求得温度，焓干气，露点，湿度干气。
(5) 原空气，在干燥器中，等焓降温增湿过程中，使物料所蒸发的水分量为
水
【7-6】在去湿设备中，将空气中的部分水汽除去，操作压力为101.3kPa，空气进口温度为20℃，空气中水汽分压为6.7kPa，出口处水汽分压为1.33kPa。试计算100m3湿空气所除去的水分量。
解 总压
空气进口湿度
干气
空气出口湿度
干气
进口湿空气的比体积
干气
100m3湿空气中含有的干空气量为（干气），除去的水分量为
水
【7-7】湿空度的总压为101.3kPa，温度为10℃，湿度为0.005kg水/kg干气。试计算：(1)空气的相对湿度；(2)空气温度升到35℃时的相对湿度φ。；(3)温度仍为35℃，总压提高到115kPa时的相对湿度φ；(4)温度仍为第(1)问的10℃，若总压从101.3kPa增大到500kPa，试求此条件下的湿空气饱和湿度，并与原空气的湿度H比较，求出加压后每千克干空气所冷凝的水分量。
解 (1)总压干气
温度t=10℃时水的饱和蒸气压
相对湿度
另一解法：
湿空气中水汽摩尔分数
水汽的分压
相对湿度
(2) 温度t=35℃时，水的饱和蒸气压为
相对湿度
(3)与(2)问相比，总压由
相对湿度与总压成正比，故

(4) 温度时，水的饱和蒸气压为

饱和湿度 干气
原空气的湿度 干气
每千克干空气所冷凝的水分量为
干气
【7-8】氮气与苯蒸气的混合气体，总压力为102.4kPa。在24℃时，混合气体的相对湿度为60%。(1)试计算混合气体的湿度（kg苯蒸气/kg氮气）；(2)试计算使混合气中的苯蒸气冷凝70%时的饱和湿度；(3)若混合气温度降为10℃，试计算总压力增加到多大，才能使苯蒸气冷凝70%。
苯的饱和蒸气压用附录十的Antoine方程计算。
解 总压，相对湿度。
(1) 计算湿度
苯在24℃时的饱和蒸气压计算

氮的摩尔质量，苯的摩尔质量。
苯蒸气/kg氮气
(2) 苯蒸气冷凝70%时的饱和湿度计算
苯蒸气/kg氮气
(3) 温度，苯蒸气冷凝70%，总压力？
苯在10℃时的饱和蒸气压计算

总压力增加到270.9kPa时，才能使苯蒸气冷凝70%

干燥过程的物料衡算与热量衡算
【7-9】某干燥器的湿物料处理量为100kg湿料／h，其湿基含水量为10%（质量分数），干燥产品湿基含水量为2%（质量分数）。进干燥器的干燥介质为流量500kg湿空气／h、温度85℃、相对湿度10%的空气，操作压力为101.3kPa。试求物料的水分蒸发量和空气出干燥器时的湿度H2。
解 操作压力
湿物料处理量湿料／h，湿基含水量。干基含水量为

产品湿基含水量，干基含水量为

(1) 物料的水分蒸发量W
湿物料中绝干物料的质量流量为

水分蒸发量为

(2) 空气出干燥器时的湿度H2计算
空气的流量为500kg湿空气／h，温度t=85℃时，水的饱和蒸气压，相对湿度
空气进干燥器的湿度
干气
干空气的质量流量为
干气/h
H2的计算如下

水/kg干气
【7-10】某干燥器的生产能力为700kg湿料/h，将湿物料由湿基含水量0.4（质量分数）干燥到湿基含水量0.05（质量分数）。空气的干球温度为20℃，相对湿度为40%，经预热器加热到100℃，进入干燥器，从干燥器排出时的相对湿度为。若空气在干燥器中为等焓过程，试求空气消耗量及预热器的加热量。操作压力为101.3kPa。
解 湿物料流量L=700kg湿料/h，湿基含水量，则干基含水量为

产品湿基含水量，干基含水量为

湿物料中绝干物料的质量流量为

物料中的水分蒸发量为
水分/h
空气温度，相对湿度，从图上查得湿度干气。
经预热器加热，温度升到，湿度未变，为干气，焓干气。
空气从干燥器出来时的相对湿度，从空气进干燥器的状态点1沿的等I线，直到时，空气出干燥器的湿度干气。
空气消耗量
预热器的加热量为

习题7-11附图

【7-11】在常压干燥器中将某物料从湿基含水量0.05（质量分数）干燥到湿基含水量0.005（质量分数）。干燥器的生产能力为7200kg干料/h，物料进、出口温度分别为25℃与65℃。热空气进干燥器的温度为120℃，湿度为0.007kg水/kg干气，出干燥器的温度为80℃。空气最初温度为20℃。干物料的比热容为。若不计热损失，试求：(1)干空气的消耗量G、空气离开干燥器时的湿度H2；(2)预热器对空气的加热量。
解 已知数据如习题7-11附图所示。
物料的干基湿含量为

水分蒸发量为

(1)干空气消耗量G与空气离开干燥器时的湿度的计算
空气进、出干燥器的焓为

干气

物料进、出干燥器的焓为
干料
干料
干燥器的热量衡算

（a）
干空气消耗量
（b）
由式与式求得
干空气消耗量 干气/h
空气离开干燥器时的湿度 H=0.0152kg水/kg干气
(2)预热器对空气的加热量Qp计算
空气进预热器的焓为

干气

干燥速率与干燥时间
【7-12】 在恒速干燥阶段，用下列4种状态的空气作为干燥介质，试比较当湿度H一定而温度t升高及温度t一定而湿度H增大时，干燥过程的传热推动力与水汽化传质推动力有何变化，并指出哪种情况下的推动力最大。
(1) t=50℃，H=0.01 kg水/kg干气；(2) t=100℃，H=0.01 kg水/kg干气；
(3) t=100℃，H=0.05 kg水/kg干气；(4) t=50℃，H=0.05 kg水/kg干气；
解 (1) t=50℃，H=0.01 (2) t=100℃．H=0. 01
，
(3) t=100℃，H=0.05 (4) t=50℃，H=0.05
， ，
(2)与(1)比较，H一定，t增大，则增大，增大，增大，增大。
(3)与(2)比较，t一定，H增大，则堵大，增大，但减小，减小。
(3)与(4)比较，H一定，t增大，则增大，增大，增大，增大。
(4)与(1)比较，t一定，H增大，则增大，增大，但减小，减小。
结果是：t增大，能使、都增大，
H增大，能使、都减小，
H较小时，使t增大，对、的增大效果显著。
第(2)种情况的推动力最大。
【7-13】在恒定干燥条件下，将物料从干料，干燥至水/kg干料，共需7h，问继续干燥至干料，再需多少时间？已知物料的临界含水量为0. 16 kg水/kg干料，平衡含水量为0.05kg水/kg干料（以上均为干基含水量）。降速阶段的干燥速率与物料的含水量近似呈线性关系。
解 已知干料，干料
干料，干料

干燥时间计算式为

将已知数据代入，得
干料
当 (kg水/kg干料)时，
=8.9h
需增加的时间为 8.9-7=1.9h
干燥综合题
【7-14】现将25oC，湿度为0.01kg/kg绝干气的空气在预热器中升温至90oC后进入一干燥面积为48㎡的常压绝热干燥器，将1500kg湿物料从含水量为18％（湿基）降至1.5％（湿基）。已知物料的临界含水量XC＝0.1kg/kg绝干料，平衡含水量X＊＝0.01kg/kg绝干料，恒定干燥条件下测得恒速阶段干燥速率为2.2kg/(㎡·h)，降速干燥阶段干燥速率与自由含水量呈直线变化。求：
（1） 完成上述干燥任务需消耗多少kg新鲜空气？
（2） 若忽略预热器的热损失，蒸汽冷凝潜热为2205kJ/kg，预热器中加热蒸汽的消耗量（kg）.
（3） 所需干燥时间为小时？
解
（1） 消耗空气量

kg
因为干燥过程为绝热过程，空气进出干燥器为等焓过程，即

解得H2＝0.02593kg/kg绝干气
绝干气消耗量
原空气消耗G‘＝G（1＋H0）＝1.587×104(1+0.01)=1.594×104kg新鲜空气
（2） 预热器中蒸汽消耗量
QP＝G（1.01+1.88H0）（t1-t0）=1.578×104(1.01+1.88×0.01)(90-25)=1.055×106kJ
加热蒸汽消耗量为

（3） X2<XC，X1>XC，干燥过程包括恒速阶段和降速阶段，总干燥时间为

入式(1)，得
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