化工原理干燥典型习题

干燥
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、结合水与平分有何区别和联系？
答：平分是空气状态和物料特性的函数，对一定的物料，平分随空气状态而变化。

平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；另一部分是平分，其不能被一定状态的空气干燥除去。

3、如何区别平分和自由水分？（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、绝热饱和温度
下册干燥
湿度、相对湿度、焓
带循环的干燥器物料衡算（求循环量）
热量衡算（求温度）
预热器热量【例5－5】
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：2134.7
2210/0.0230.0073
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 0w =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 310212
0103
0120100011212....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
25
273)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)］。