化工热力学下册第二版夏清干燥答案

1．已知湿空气的总压强为50Pa,温度为60℃,相对湿度为40%,试求: (1)湿空气中水汽的分压; (2)湿度;

(3)湿空气的密度。

解：（1）湿空气的水汽分压，pVPS

由附录查得60oC时水的饱和蒸汽压pS19.92KPa (2) 湿度 （1） 密度

2.27m3湿空气/kg绝干气 密度 H1H10.1180.493kg/m3湿空气 vH2.272．在总压101.33KPa下,已知湿空气的某些参数,利用湿空气的H-I图查出本题附表中空格内的数值,并给出序号4中各数值的求解过程示意图。

习题2附表

干球温度 湿球温度 湿度 Kg/Kkg绝干气 相对湿度 % 始 KJ/kg绝干气 水汽分压 露点 序号 ℃ ℃ KPa ℃ 2 3 4 解： 序(60) (40) (20) (30) (35) (75) (25) (4) 干球温湿球温湿度相对湿焓水汽露点号 度/oC 度/oC /kg/kg绝干气 度/% /KJ/kg绝干气 分压/oC /Pa 4.18 3.16 1.8 29 （25） 16 1 2 3 4 （60） （35） 0.027 （40） 28 （20） 17 （30） 29 0.02 0.011 0.026 21 43 130 92 （75） 48 94 96 （4） 28 上表中括号内的数据为已知，其余值由图HI查得。 分题4的求解示意图如附图所示，其中A为状态点。

3.干球温度为20℃、湿度为0.009kg水/kg绝干气的温空气通过预热器加热到50℃后,再送至常压干燥器中,离开干燥器时空气的相对温度为80%,若空气在干燥器中经历等焓干燥过程,试求:

(1)1m3原温空气在预热过程中始的变化; (2)1m3原温空气在干燥器中获得的水分量。 解：（1）1m3原湿空气在预热器中焓的变化

当t020oC,H00.009kg/kg绝干气时，由HI图查出I043KJ/kg绝干气。 当t050oC,H1H0＝0.009kg/kg绝干气时，由HI图查出

1kg绝干空气在预热器中焓的变化为：

原湿空气的比容为

0.84m3湿空气/kg绝干气

1m3原湿空气的焓变为 I3136.9KJ/m3湿空气 vH0.84（2）1m3原湿空气在干燥器中获得的水分

当t050oC,H1H00.009kg/kg绝干气时，在HI图上确定空气的状态点，由该点沿等焓线向右下方移动与80%的线相交，交点即为离开干燥器时空气的状态点。由

该点读出空气离开干燥器时的湿度H20.018kg/kg绝干气 故1m3原湿空气在干燥器中获得的水分

H2H10.0180.0090.0107kg/m3原湿空气 vH0.844．.将t0=25℃、0=40%的常压新鲜空气,与由干燥器排出的t2=50℃、2=80%的常压废气混合,两者中绝干气的质量比为1：3。试求:

(1)混合气体的温度和焓;

(2)现需将此混合温空气的相对湿度降至10%后用于干燥湿物料,应将空气的温度升至多少度。

解：（1）对混合气列湿度和焓的衡算，得

H03H24Hm （1）

I03I24Im （2）

由附录查得t025oC时，水的饱和蒸汽压po,S3168.4Pa t050oC时，水的饱和蒸汽压p2,S12340Pa 当t025oC，050%时，空气的湿度和焓分别为 当t250oC，280%时，空气的湿度和焓分别为 将以上数据代入式子（1）、（2），即 分别解得 Hm0.0529kg/kg绝干气

由Im(1.011.88Hm)tm2490Hm并代如Hm及Im的值解得tm44.15oC (2)加热到相对湿度为10％时，空气湿度不变 水汽分压不变，则

0.05290.622P1，解得 p17.94KPa

101.3P1由 17.970.01, 解得 PS79.7KPa PS查水的饱和蒸汽压表，得对应的温度为t093.1oC

5．采用如图所示的废气循环系统干燥湿物料,已知数据标于本题附图中。假设系统热损失可忽略,干燥操作为等始干燥过程。试求:(1)新鲜空气的耗量;(2)进入干燥器的湿空

气

的

温

度

及

焓

;(3)

预

热

器

的

加

热

量

。

解：（1）新鲜空气消耗量

蒸发水量 WG(X1X2)800(0.250.05263)157.9kg水/h 绝干空气用量 L(H2H0)W

新鲜空气用量 L(1H0)2760.51.012788kg新鲜空气/h （1） 由于干燥过程为等焓过程，故进出干燥器的空气的焓相等 即：(1.011.88Hm)t12490Hm224.1

将Hm0.0529kg/kg绝干气代入上式，解出 t183.26oC （Hm的值在第4题中已解出）

所以，进入干燥器的湿蒸汽的温度为83.26oC，焓为224.1KJ/Kg绝干气 （2） 预热器的加热量

其中 Lm4L42760.611042kg绝干气/h

所以 QP11042(224.1180.7)4.79105KJ/h133.1KW

6. 干球温度t0=26℃、湿球温度tw0=23℃的新鲜空气,预热到tl=95℃后送至连续逆流干燥器内,离开干燥器时温度t2=85℃。湿物料初始状态为:温度1=25℃、含水量w1=15%;终了时状态为:温度2=25℃、含水量w2=0.2%。每小时有9200kg温物料加入干燥器内。绝干物料的比热容cs=1.84KJ/(kg绝干料·℃)。干燥器内无输送装置,热损失为

580KJ/kg汽化的水分。试求:

(1)单位时间内获得的产品质量;

(2)写出干燥过程的操作线方程,在H-I图上画出操作线; (3)单位时间内消耗的新鲜空气质量; (4)干燥器的热效率。 解：操作流程示意图见本题附图1 预热器 （1）单位时间内获得的产品质量 绝干物料流量 干燥产品流量

（2）干燥过程的操作线

干燥器 由t250oC,two23oC查出I066KJ/kg绝干气，求出H00.0157kg/kg绝干气 由t195oC,H1H00.0157kg/kg绝干气,求出I1138.6KJ/kg绝干气 热损失速度 QL580119.9692KJ/h 由焓的定义可计算出干燥器的焓分别为

'CS2X2CW21.8434.50.024.18734.563.8KJ/kg绝干物料 同理I2对干燥器作水分衡算，得

或 L(H20.0157)119.9 （1） 再对干燥器做物料衡算，得

或 L(138.2I2)9602(63.847.6)692 (2) 联立（1）、（2）解得 H25.55104I20.0928 (3)

上式为本题干燥操作的操作线方程。经过本题附图2的点B，故任意设一H值，如H0.02，由式（3）求得I131.5kJ/kg绝干气。

据此在附图2上标出点D，过点D及点B的直线即为干燥过程的操作线。该线与

t265oC的线交于点C,点C为空气离开干燥器的状态点，由点C读出

H20.023kg/kg绝干气，I2126kJ/kg绝干气

（3）单位时间内消耗新鲜空气的质量 由式（1）得 L119.9119.917128kg绝干气/h

H20.01570.0230.0157新鲜空气消耗量 L0L(1H0)17100(10.0157)17403kg新鲜空气/h （3） 干燥器的热效率

其中 QQPL(I1I0)17128(138.666)1.243106kJ/h

7．在一常压逆流转筒干燥器中,干燥某种晶状物料。温度t0=25℃、相对湿度0=55%的新鲜空气经过预热器使温度升至t1=85℃后送入干燥器中,离开干燥器时温度t2=30℃。湿物料初始温度1=24℃、湿基含水量w1=0.037,干燥完毕后温度升到

2=60℃、湿基含水量降为w2=0.002。干燥产品流量G2=1000kg/h。绝干物料比热容cs=1.507KJ/(kg绝干料·℃)。转筒干燥器的直径D=1.3m,长度Z=7m。干燥器外壁向空气的对流—辐射传热系数为35KJ/(m2·h·℃)。试求绝干空气流量和预热器中加热蒸汽消耗量。加热蒸汽的绝对压强为180KPa。 解：（1）绝干空气流量

绝干空气流量 GG2(1w2)1000(10.002)998kg绝干物料/h 水分蒸发量 WG(X1X2)998(0.03840.002)36.33kg水/h 由附录查出25oC时水的饱和蒸汽压为3168.4Pa，故湿度为 对干燥器作水分的物料衡算，取1h为基准，得

L(H20.0109)36.33 （1）

对干燥器做物料衡算，得

其中I1(1.011.88H1)t12490H1 题给CS1.507KJ/(kg绝干物料goC) 题给a35KJ/(m2ghgoC)

tt所以 QLaSta(DL)(12t0)

2将以上各值代入热量衡算式，得

114.7L99840(30.326H2)L99890.932520 (2) 联立式（1）、（2），解得 （2）预热器中加热蒸气消耗量

加热蒸气压强为180KPa，由附录查出相应的汽化热为2214.3KJ/kg，

T116.6oC,预热器中消耗热量的速度为

其中 I0(1.011.880.0109)2524900.010952.9KJ/kg绝干气/h 所以 QP3102(114.752.9)191700KJ/h53.25KW 加热蒸气消耗量19170086.6kg/h 2214.38．在恒定干燥条件下进行间歇干燥实验。已知物料的干燥面积为0.2m2,绝干物料质量为15kg。测得的实验数据列于本例附表中。试标绘干燥速率曲线,并求临界含水量Xc及平衡含水量X*。

习题8附表

时间/h 物料质量/kg 0 44.1 0.2 37.0 0.4 30.0 0.6 24.0 0.8 19.0 1.0 17.5 1.2 17.0 1.4 17.0 解：以表中第1、2组数据为例计算如下：

44.1151.94kg/kg绝干物料， 153715终了时 X1.47kg/kg绝干物料

15开始时物料的干基湿含量 X蒸发的水份量 W3744.17.1kg/h 干燥时间的增量 0.200.2h 干燥速度 uW7.1177.5kg/(m2gh) S0.20.2与干燥速率对应的物料的平均湿含量为 由上法计算的数据列于下表 时间物料质 量/kg /h 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 44.1 37.0 30.0 24.0 19.0 17.5 17.0 17.0 1.94 1.47 1.0 0.6 0.27 0.167 0.13 0.13 -7.10 -7.0 -6.0 -5.0 -1.5 -0.5 0 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 -177.5 -175 -150 -125 -37.5 -12.5 0 1.705 1.235 0.8 0.435 0.219 0.149 0.13 以X为横坐标，u为纵坐标绘图，从图中读出 临界含水量 XC1.24kg/kg绝干物料 平衡含水量 X*0.13kg/kg绝干物料

9．某湿物料经过5.5h进行恒定干燥操作。物料含水量由X1=0.35kg/kg绝干料降至X2=0.1kg/kg绝干料。若在相同条件下,要求将物料含水量由X1=0.35kg/kg绝干料降至X＇２=0.05kｇ/kg绝干料。试求新情况下的干燥时间。物料的临界含水量Xc=0.15kｇ/kg绝干料、平衡含水量Ｘ*=0.04kg/kg绝干料。假设在降速阶段中干燥速率与物料的自由含水量(X-X*)成正比.

解：恒速干燥的干燥时间为 1G'(X1XC) SuC降速干燥阶段，干燥速率与物料的自由含水量(XX*)成正比。 因此， uCkX(XCX*)

XCX*G'XCX*XCX*G'降速干燥的干燥时间为 2g lnlnSuCX2X*SkXX2X*XCX*G'X1XC总干燥时间为 12(ln) **SkXXCXX2X将第一次干燥实验的数据代入，得 于是

G'2.27 SkX第二次干燥时间

由于第二次干燥实验的条件与第一次相同，即所有定性的参数均不变，所以 10．对lOkg某温物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥,物料平铺在0.8m×lm的浅盘中,常压空气以2m/s的速度垂直穿过物料层。空气t=75℃,H=0.018kg/kg绝干气,物料的初始含水量为X1=025Kukg绝干料。此干燥条件下物料的Xc=0.1kg/kg绝干料,r=0。假设阵速段干燥速率与物料含水量呈线性关系。试求:(1)将物料干燥至含水量为0.02kg/kg绝干料所需的总干燥时问:(2)空气的t、H不变,而流速加倍,此时将物料由含水量0.25kg/kg绝干料干燥至0.02kg/kg绝干料需1.4h,求此干燥条件下的Xe。 解：（1）恒速段干燥速率

由空气t75oC,H0.018kg/kg绝干气，查HI图得tw34oC相应水的汽化热

rtw2416KJ/kg，空气对物料的对流传热系数

湿空气的质量速度 L'3600H 湿空气密度 H1H vH湿空气的比容 vH(0.7721.244H)降速干燥阶段时间

273t101.3 273P降速段uX为线性关系，故降速段干燥时间 因为 X*0，所以

总干燥时间为 120.07850.8401.625h （2）空气流速加倍后 u'2u 恒速干燥时间为 1G''(X1XC) 'SuC'XCG''降速干燥时间为 2'gXCln

SuCX2'XCG''总干燥时间为 12(')(X1XCXCln)

SuCX2'XC10'')(0.25XCXCln) 即 1.43600(0.6881030.2'0.121kg/kg绝干物料 解得 XC11．在常压间歇操作的厢式干燥器内干燥某种温物料。每批操作处理湿基含水量为159毛的湿物料500kg物料提供的总干燥面积为40㎡。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/(㎡-h),降速阶段干燥速率线为直线。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。 解：一批物料中的绝干空气流量 恒速干燥阶段时间为 1G'(X1XC) SuC降速阶段干燥速率线为直线，所以降速段干燥时间为

G'总干燥时间为 12SkXXCX** (X1XC)(XCX)ln*X2X0.110.002代入已知数据得 410.625(0.1760.11)(0.110.002)ln

X0.0022 解得 X20.00809kg水/kg绝干物料

干燥一批物料的干燥产品量 G2＝G'(1X2)4251.00809428.4kg

10＝4.1667h 60428.4因此，生产能力为 242468kg干燥产品/昼夜

4.1667干燥一批物料所用时间 412．在常压并流操作的干燥器中,用热空气将每种物料由初含水量X1=1kg/kg绝干料干燥到最终含水量X2=0.lkg/kg绝干料。空气进干燥器的温度为135℃、湿度为0.01kg/kg绝干气;离开干燥器的温度为60℃。空气在干燥器内经历等熔过程。根据实验得出的干燥速率表达式为:

dX30(Hs,twH) ddX1.2X 干燥第二阶段d干燥第一阶段式中dX——干燥速度,㎏/(㎏绝干料h) d试计算完成上述干燥任务所需要的干燥时间。

解：本题为变动干燥操作，但给出了本题特定条件下的干燥速率微分式。根据

t1135oC,H10.01kg/kg绝干气，在HI图上确定空气的状态点，由该点沿等焓线向

右下方移动与t260oC的线相交，读出交点处的H20.039kg/kg绝干气；与100%的饱和空气线相交，由交点读出初始状态空气的饱和湿度HS,tw0.048kg/kg绝干气。

对干燥器作水分衡算，得

在临界点处的干燥速率应既满足干燥第一阶段，也满足干燥第二阶段的速度，将题给的两个求干燥速率的式子均应用于临界点，得

dXC3030(HS,twHC)1.2XCXC(0.048HC)1.225HC (1) d1.2在空气进入干燥器与临界点处列水分方程衡算式

1XCLX1XC31 (2) GHCH1XC0.01联立（1）、（2）解得 HC0.018kg/kg绝干气 X20.743kg/kg绝干物料 干燥第一阶段的时间为

1d01XCX1XCdXdX (3) X130(H30HH)S,tw在离开干燥器的微元长度内列水分的衡算式，有

将以上关系代入式（3），并将式中积分上下限换成相应的H，即 干燥第二阶段的时间为

总干燥时间为 120.2551.671.925h