化工原理 干燥习题..

•
∴W=G (x1-x2)=0.167(0.667-0.053)=0.1025kg/s
• • • • • • • • • •
解：2.所需要的新鲜空气量 求H1 H1=0.622p/(P-p)=0.622×1.0/(101.3-1.0) =0.0062kg/kg干空气 求H2 H2=0.622φps/(P-φps)=0.622×0.7×7.4/(101.3-0.7×7.4) =0.0335kg/kg干空气 求L L=W/(H2-H1)=0.1025/(0.0335-0.0062) =3.76kg干空气/s 进口的湿空气量=L(1+H1)=3.76(1+0.0062)=3.783kg/s
应该掌握的内容
干燥过程的平衡关系和速率关系
物料中所含水分的性质
干燥速率、恒定条件下的干燥曲线与干燥速率曲线的测定 恒定条件下恒速干燥与降速干燥阶段，临界参数的确定
恒定条件下干燥时间的计算
第一节 湿空气的热力学性质（1）
•注意： •湿空气：指绝干空气与水蒸汽的混合物。 •湿空气性质一般都以1kg绝干空气为基准。
——比热容 cH： 1kg干空气和其所带的H kg水汽升高（或 降低）1℃，所需（或放出）的热量 cH cg 1 cv H 1.01 1.88H
——焓I：湿空气中1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和
I I g Iv H
对于空气-水系统： I (1.01 1.88H )t 2490H
• 解：1.水分蒸发量W • W=G (x1-x2) •
• • •
G1=1000kg/h=0.278kg/s
∴G=0.278(1-0.4)=0.167kg/s x1=ω1/(1-ω1)=0.40/(1-0.40)=0.667kg/kg绝干料 x2=ω2/(1-ω2)=0.05/(1-0.05)=0.053kg/kg绝干料
结合水：与物料结合力较强的细胞壁内的水分及小毛细管内的水分，难去除
在恒定条件下，非结合水与结合水的划分只取决于物料本身的特性而
与空气的状态无关。
2）平衡水分与自由水分
平衡水分：在固定空气状态下不能被除去的物料中的水分，是
特定干燥条件下物料的极限含水量
自由水分：超出平衡含水量的那部分，在干操作中能被除去的
=3.76 kg绝干气/s
• ※(3)Qp=L(I1-I0)
• • • I1-I0=(1.01+1.88H)(t1-t0) =(1.01+1.88×0.008)×(93-21) =73 kJ/kg绝干气
• ∴预热器供应热量
•
Qp=L(I1-I0)=3.76×73=274 kw
例题4：已知湿空气的总压为101.3kPa相对湿度为 50%，干球温度为20℃。试用I-H图求解： • • • • • • （a）水气分压p； （b）湿度H； （c）焓I； （d）露点td； （e）湿球温度tW； （f）如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117℃ ，求所需热量Q。
L0 L(1 H 0 )
G1 1 1 G2 1 2
5-2-3干燥系统的焓衡算
单位时间内预热器消耗的热量QP为： 单位时间内向干燥器补充的热量QD为 :
单位时间内干燥系统消耗的总热量Q为:
Q Qp QD
1.01Lt2 t0 W 2490 1.88t2 Gcm 2 1 QL
反映吸湿能力大小
相对湿度φ：在总压和温度一定时， p 100%
ps 对于空气-水系统： H 0.622 ps P ps
——容积性质 —— 比容 υH：一定湿度和压强下，即每 kg 干空气和其所带的 H kg的水汽所具有的体积之和.
t 273 1.0133105 vH (0.772 1.244H ) 273 P
由已知条件：p=101.3kPa，φ0=50%， 解： t0=20℃在I-H图上定出湿空气状态A点。 （a）水气分压p：由图A点沿等H线向下交 水气分压线于C，在图右端纵坐标上读得 p=1.2kPa。 （b）湿度H：由A点沿等H线交水平辅助轴 于点H=0.0075kg水/kg绝干空气。
水分
相同干燥条件下，不同物料的平衡水分数值相差大；同一 物料平衡含水量随空气的状态而变，物料本身温度升高其 平衡水分降低.
2.干燥过程中的平衡关系如何表达
平衡关系曲线：
湿物料中的结合水 是φ=100%的平衡湿 含量
5-3-2 干燥时间的计算
恒定干燥条件
整个干燥过程中空气的温度、湿度均保持不变。 降速阶段 是一种简化模型。 恒速阶段
H
向干燥器补充的热量足够多，恰使干燥过程在等温下进行
第三节 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系
5-3-1 固体物料与物料中的水分
5-3-2 干燥时间的计算
5-3-1 固体物料与物料中的水分 1.如何区分物料中所含水分的性质
1）水分与物料的结合方式——结合水与非结合水
非结合水：机械方式与物料结合的吸收水分及孔隙中的水分，干燥法去除
5-2-1湿物料中含水量的表示方法
1、湿基含水量W
水分质量 湿物料的总质量
2、干基含水量X
湿物料中水分的质量 X 湿物料中绝干气的质量
5-2-2 干燥系统的物料衡算
1、水分蒸发量W W LH H G X X 2 1 1 2 2、空气消耗量L0 3、干燥产品流量G2
例题3、已知湿物料含水量为 42%，经干燥后为 4%( 均为湿基 ) ，产品产量为 0.126kg/s ，空气的 干球温度为21℃，相对湿度40% ，经预热器加 热至 93 ℃后再送入干燥器中，离开干燥器时空 气的相对湿度为60% ，若空气在干燥器中经历 等焓干燥过程，试求: (1)在H-I图上示意作出空气的状态变化过程,标出 状态点A、B、C的位置,并注明其有关的参数； (2) 设已查得 H0=0.008kg 水 /kg 绝干气 ,H2=0.03kg 水/kg绝干气,求绝干空气消耗量L(kg绝干气/s) (3)预热器供应热量
1. 干燥速率曲线 干燥速率：单位时间，单位干 燥面积上气化的水分质量。 干燥过程分为两个主要阶段—— 恒定干燥阶段，降速干燥阶段
E
恒定干燥阶段——表面气化控制阶段 降速干燥阶段——物料内部迁移控制 阶段
恒定干燥阶段，降速干燥阶段分界点所对应的参数称 为临界参数，包括临界干燥速率和临界含水量、
选择合适的干燥条件，使非结 合水在恒速阶段全部除去，使 临界含水量尽量减小，这样可 以在相同的干燥任务下消耗最 短的干燥时间
等φ线群
等H线群（0~0.2）
——H-I图的说明与应用
I
1）已知湿空气的状态点的位
置，可读出该湿空气的其他 参数和性质
A t
%
p
100%
tw或tas td
p
2）由测出的参数确定湿空气的状态
第二节 干燥过程的物料衡算与焓衡算
5-2-1 湿物料中含水量的表示方法 5-2-2 干燥系统的物料衡算 5-2-3 干燥系统的焓衡算 5-2-4 空气通过干燥器的状态变化
• (2)L=W/(H2-H1)=336.4/(0.04-0.01)=11213kg绝干气/h
• L'=L(1+H1)=11213 (1+0.01)=11325.5kg原空气/h
• (3)G2=G1-W=1000-336.4=663.6kg/h
例题 2 、在一干燥器中干燥某湿物料 , 每小时 处理湿物料 1000kg,经干燥后物料的含水量由 40% 减至 5%( 均为湿基 ) ，干燥介质为 373K 的 热空气，其中所含水汽的分压为 1.0kN/m2 ， 空气在 313K 及相对湿度 70% 下离开干燥器， 试求: •(1)水分蒸发量； •(2)所需要的新鲜空气量。 水在 313K 时的饱和蒸汽压可取为 7.4kN/m2 ， 湿空气的总压为101.3kN/m2。
• (1)水分蒸发量W • • • • x1=w1/(1-w1)=0.35/(1-0.35)=0.538 kg水/kg绝干料 x2==w2/(1-w2)=0.02/(1-0.02)=0.0204 kg水/kg绝干料 G=G1(1-w1)=1000(1-0.35)=650kg绝干料/h ∴W=G(x1-x2)=650×(0.538-0.0204)=336.4kg水/h
t t as (t ) t d
（2）湿度图※
注意：
P：常压下
坐标轴：两个坐标夹角为135°的坐标图，将斜轴
上的数值投影在辅助水平轴上。
五条线 ：一、等湿线
二、等焓线 三、等干球温度线 四、等相对湿度线 五、水蒸汽分压线
H-I图
等I线群（0~680）
等t线群（0~250）
蒸 汽 分 压 线 群
——温度性质 干球温度t： 湿球温度tw： 绝热饱和温度tas：不饱和的湿空气绝热(等焓)冷却降温到饱 和状态时的温度。（相应湿度为Has） 露点td：将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度
（相应应湿度为 Hs,td）
tw=tas
对于水蒸汽~空气系统，三个温度间的来自百度文库系为：
不饱和空气：t
饱和空气：
tas (t ) td
（1）湿空气的热力学性质※
一、湿度和温度性质 ——湿度性质（湿度H，相对湿度φ） ——温度性质（干球温度t、湿球温度tw、 绝热饱和湿度tas、露点td） 二、容积性质 ——比容υH
——比热容 cH
三、焓I
——湿度性质 水汽分压p： P p pg 湿度H：kg水汽/kg绝干气
H 0.622p P p
解：
• (2) G=G2(1-w2) =0.126(1-0.04)=0.121kg/s
• • • • X1=42/58=0.724kg水/kg绝干料 X2=4/96=0.0417kg水/kg绝干料 W=G(X1-X2)=0.121(0.724-0.0417) =0.0826kg水/s
•
•
L=W/(H2-H0)=0.0826/(0.03-0.008)
即：向干燥系 统输入的热量 用于：
加热空气；蒸发水分; 加热物料; 热损失
5-2-4 空气通过干燥器时的状态变化
1、等焓干燥过程(理想干燥过程 )
L H0，t0，I0 L
QL
干燥器
L
H2，t2，I2
预热器
H1，t1，I1
新鲜空气
G1, X1，θ1 , I1
QP
G2, X2，θ2 , I 2
QD
湿物料
I1 I 2
空气通过干燥器时的焓恒定
5-2-4 空气通过干燥器时的状态变化
2、非等焓干燥过程
1）操作线在过B点等焓线下方 ——BC1
B t1 C t2
C3 C2
I1 I 2
I1 I 2
2）操作线在过点B的等焓线上方——BC2
C1
I1 I 2
3）操作线为过B点的等温线——BC3
X2
G X C X X C X 当干燥曲线（U～X）为直线或近似直线时 2 ln S UC X2 X
G X C X C 当X 缺乏时，此时， 2 ln S UC X2
*
• 例题1、在一连续干燥器中干燥某湿物料,每小 时处理湿物料为 1000kg, 经干燥器物料的含水 量由 35% 减至 2%( 均为湿基 ), 以热空气为干燥 介质,初始湿度H为0.010kg水/kg绝干气,离开干 燥器时湿度H为0.040kg水/kg绝干气,假定干燥 过程中无物料损失,试求: • (1)水分蒸发量W(kg水/h); • (2)空气消耗量L(kg绝干气/h)；原湿空气 消耗量L(kg原空气/h)； • (3)干燥产品量G(kg/h)。
第五章 干 燥
总结课
第五章 干燥
总结课
第一节 湿空气的热力学性质及湿度图
第二节 干燥过程的物料衡算与焓衡算 第三节 固体物料在干燥过程中的平衡关系与 速率关系
重点内容
1.湿空气的性质及湿度图：
掌握：湿度、水蒸气分压、相对湿度、焓的计算、干球温 度、湿球温度、绝热饱和温度、露点的定义。
2.干燥过程的物料衡算与焓衡算： 掌握：绝干物料量的计算，湿基与干基含水量的换算，水 分蒸发量和空气消耗量的计算。 掌握：干燥过程的焓衡算，预热器供热量和绝热干燥过程 的计算。 掌握：干燥器出口空气状态的确定。
降速阶段
恒速阶段
E
2. 恒定干燥条件下干燥时间的计算
恒定干燥条件下干燥时间的计算一干燥实验数据或干燥曲线 为基础而进行。 G 1 X1 X C t t 恒速阶段的干燥时间： S rt
+
降速阶段的干燥时间：
G 2 ( )dX XC SU