化工原理第七章干燥课后习题及答案.docx

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化工原理第七章干燥课后习题及答案

化工原理第七章干燥课后习题及答案

第七章干燥

湿空气的性质

【7-1】湿空气的总压为101.3kPa，

（1）试计算空气为40℃、相对湿度为60%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p101.3kPa

（1）0.6，40℃时水蒸气的饱和蒸气压p7.375kPa湿度

H0.622ppp0．6220.67.375101.30.67.3750.0284kg水/kg干气

焓I1.011.88Ht2492H=（1.01.188.00）284

（2）湿空气中水汽分压pV9.3kPa50℃时水的饱和蒸气压p12.34kPa相对湿度湿度

pVppVppV9.312.340．75440.2492k0J.0k2g8/41133

9.30.0629kg水／kgH0.622=0．622101.39.3干气

【7-2】空气的总压为101.33kPa，干球温度为303K，相对湿度70%，试用计算式求空气的下列各参数：

（1）湿度H；

（2）饱和湿度H；（3）露点td；（4）焓I；（5）空气中的水汽分压pV。

解总压p101.33kPa,t303K3℃，0.07

（1）30℃时，水的饱和蒸气压p4.241kPa湿度

H0.622ppp0．622ppp0.74.241101.330.74.2414.2410．0188kg水／kg干气干气

（2）饱和湿度

H0.6220．622101.334.2410.0272kg水／kg（3）露点td时的饱和湿度H0.0188kg水／kg干气

H0.622pppp

101.330.01880.6220.01882.97kPapH0.622H

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

td23.3℃

（4）t30℃，H0.0188kg水／kg干气时，空气的焓为

H1.011.88Ht2492H

=（1.011.880.0188）3024920.018878.2kJ/kg干气（5）t=30℃时的p4.241kPa

水汽分压pVp0.74.2412.97kPa

【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tW50℃时，水的饱和蒸气压p12.34kPa，比汽化热rW2378kJ/kg湿球表面处的湿空气，在总压p101.3kPa及湿球温度tW50℃时的湿度为

HW0．622ppp0．62212.34101.312.340．0863kg水／kg干气

空气在tHHW50℃时的湿度为

（ttW）0.08631.092378kHrW50300.077kg水／kg干气

湿空气的水汽摩尔分数为

y0.077/18.020.077/18.021/28.950.11

水汽分压1pVyp0.111.013.1k1Pa【7-4】利用湿空气的IH图填写下表的空白。

干球温度/℃504020（55）30湿球温度/℃30（26）（16）（39）（20）湿度/kg水kg1相对湿度干气/%（23）（31.5）60（39）（37）焓/kJkg1水汽分压干气露点/℃/kPa（0.018）（0.0145）（0.0087）0.04（0.01）（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80%。

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p101.3kPa，干球温度t=20℃，湿球温度tW15℃。

（1）原空气的湿度H00.0085kg水/kg干气，露点td012℃，相对湿度060%，焓

I043kJ/kg干气，水汽分压pV01.3kPa。

（2）空气离开预热器的温度t=50℃，求得湿度H1H00.0085kg水/kg干气，相对湿度112%，焓I172kJ/kg干气。

（3）原空气的比体积

H0.7741.244H0100mQ3T0273（0.7741.2440．01）273202730．844m湿气／kg3干气

原空气在预热器所增加的热量为

100HI1I0=1000.84472433436kJ

（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t227℃，焓I272kJ/kg干气，露点td24℃，湿度H20.018kg水/kg280%，

2干气。

（5）

W100m1003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

H11000.8440180．00851.126kg水0．HH2【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p101.3kPa，pv16.7kPa，pv21.33kPa空气进口湿度

H10.622pv1ppv10.6226.7101.36.70．0441kg水／kg干气

空气出口湿度

H20.622pv2ppv20．6221.33101.31.338.28103kg水／kg干气

进口湿空气的比体积

H0.7741.244H13

T2730.7741.2440．04411000.89kg293273=0.89m湿气／kg3干气

100m湿空气中含有的干空气量为

1000.89（干气），除去的水分量为

H1H21000.8904410．008284.02kg水0．【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1；

（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H，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p101.3kPa干气，湿度H0.005kg水/kg温度t=10℃时水的饱和蒸气压p11.227kPa

1相对湿度Hp0.622Hp10.005101.3（0．6220.005）1.2270．658

另一解法：

湿空气中水汽摩尔分数水汽的分压相对湿度1y0.00/51.8020.00／5.18／02.12895

0.005/18.02pvyp807kPa101.30．0.005/18.021/28.95pvp10.8071.2270.658

（3）与

（2）问相比，总压由p2101.3kPa改为p3115kPa相对湿度与总压

0.158115101.3

（4）温度t时，水的饱和蒸气压为

1.227.0622.500.12270k0水g015/k3g气干

p1.227kPa，总压p500kPa饱和湿度

pH0.622pp原空气的湿度H0.005kg水/kg干气每千克干空气所冷凝的水分量为

HH0.0050.001530.00347kg水/kg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H；（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p用附录十的Antoine方程计算。

解总压p102.4kPa，温度t24℃，相对湿度10.6。

（1）计算湿度H1p1102.4kPa，10.6苯在24℃时的饱和蒸气压p1计算

lgp16.030551211.03324220.7912.1kPa

氮的摩尔质量MgH1MvMg28.02kg/kmol78.1128.02，苯的摩尔质量MV78.11kg/kmol。

0.213kg1p1p11p1=0.612.1102.40.612.1苯蒸气/kg氮气

（2）苯蒸气冷凝70%时的饱和湿度H计算

H1HH10.7H10.7H10.3H10.30.2130.0639kg苯蒸气/kg氮气

（3）温度t210℃，苯蒸气冷凝70%，总压力p2？

苯在10℃时的饱和蒸气压p2计算

lgp26.03055HMvMg1211.03310220.79,p26.07kPa

6.07p2p2p2

0.063978.1128.02p26.07

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p101.3kPa

湿物料处理量L1100kg湿料／h，湿基含水量10.1。

干基含水量为

某11110.110.10.10.9

产品湿基含水量20.02，干基含水量为

某22120.0210.020.020.98

（1）物料的水分蒸发量W湿物料中绝干物料的质量流量为

LcL11110010.190kg干料／h

水分蒸发量为

WLc某1某290（0.10.90.020.98）8.16kg水分／h

（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p58.74kPa，相对湿度0.1

空气进干燥器的湿度

H10．622ppp0．6220.158.74101.30.158.740．0383kg水／kg干气

干空气的质量流量为

G500H115000.03831482kg干气/h

H2的计算如下

WGH2H1H2WGH18.164820.03830.0552kg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60%。

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10.4，则干基含水量为

某11110.410.40.40.6

产品湿基含水量20.05，干基含水量为

某22120.0510.050.050.95

湿物料中绝干物料的质量流量为

LcL1170010.4420kg干料/h

物料中的水分蒸发量为

0.40.05WLc某1某2420302kg0.60.95水分/h

空气温度t020℃，相对湿度10.4，从IH图上查得湿度H10.0057kg水/kg干气。

经预热器加热，温度升到t1100℃，湿度未变，为H1H00.0057kg水/kg干气，焓I1116kJ/kg干气。

空气从干燥器出来时的相对湿度20.6，从空气进干燥器的状态点1沿

I116kJ/kg干气的等

I线，直到20.6时，空气出干燥器的湿度H20.029kg水/kg干

气。

空气消耗量

GWH2H0302/36000.0290.00573.6kg干气／

预热器的加热量为

QpGcH（t1t0）3.61.011.88H0t1t03.61.011.880.005710020294kW【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1.8kJ/（kg℃）。

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

习题7-11附图

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

某2某11111.0050.055

952120.00510.0055995

水分蒸发量为

WLc某1某2557200343kg/h959950.0952kg/

（1）干空气消耗量G与空气离开干燥器时的湿度H2的计算空气进、出干燥器的焓为

I11.011.88H1t12492H11.011.880.00712024920.007

140kJ/kg干气

I21.011.88H2t22492H21.011.88H2802492H2=80.8+2642H2

物料进、出干燥器的焓为

5'I1c某1cw11.84.1872550.5kJ/kg95干料干料

5'I2c某2cw21.84.18765118.4kJ/kg995干燥器的热量衡算

GI1I2LcI2I1''

G14080.82642H27200118.450.5G59.22642H2788900

（a）

干空气消耗量

GWH2H1343H20.007

（b）

由式a与式b求得干空气消耗量

G4.16干气/h1k0g4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

I01.011.88H0t02492H01.011.880.0072024920.007

37.9kJ/kg干气

QPG3600I1I04.16103600414037.91180kW

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tttw与水汽化传质推动力HHm-H有何变化，并指出哪种情况下的推动力最大。

（1）t=50℃，H=0.01kg水/kg干气；

（2）t=100℃，H=0.01kg水/kg干气；（3）t=100℃，H=0.05kg水/kg干气；（4）t=50℃，H=0.05kg水/kg干气；解

（1）t=50℃，H=0.01

（2）t=100℃．H=0.01

tw25t25，

Hw0.021H0.011

tw35t65

Hw0.037H0.027

（3）t=100℃，H=0.05（4）t=50℃，H=0.05

tw47.5t52.5，

Hw0.0725H0.0225

tw42.5t7.5，

Hw0.053H0.003

（2）与

（1）比较，H一定，t增大，则tw增大，Hw增大，t增大，H增大。

（3）与

（2）比较，t一定，H增大，则tw堵大，Hw增大，但t减小，H减小。

（3）与（4）比较，H一定，t增大，则tw增大，Hw增大，t增大，H增大。

（4）与

（1）比较，t一定，H增大，则tw增大，Hw增大，但t减小，H减小。

结果是：

t增大，能使t、H都增大，H增大，能使t、H都减小，

H较小时，使t增大，对t、H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，将物料从某1=0.33kg水/kg干料，干燥至某=0.09kg水/kg

'干料，共需7h，问继续干燥至某20.07kg水/kg干料，再需多少时间？

已知物料的临界

含水量为0.16kg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。

解已知某l0.33kg水/kg干料，某c0.16kg水/kg干料

水/kg干料某20.09kg水/kg干料，某某0.05kg127h

干燥时间计算式为

1LcAuc某1uc某c

K某某c某某

2LcAK某某某某Lc某c某某某c某某1nc1n某某某Au某某某2c2

12某C某某Lc某1某C某C某某1nAuc某某某27

将已知数据代入，得

LCAuc24.9kg水h/kgLC0.160.050.330.160.160.051nAuc0.090.05

干料

当某20.07（kg水/kg干料）时，

1224.90.330.160.160.051n0.160.050.070.05=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某C＝0.1kg/kg绝干料，平衡含水量某＊＝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

LC＝L（1－1）＝1500（1－0.18）1230kg1某111-121-20.181-0.180.0151-0.0150.2195

某20.01523

WLC（某1-某2）1230（0.2195-0.01523）251.3kg

因为干燥过程为绝热过程，空气进出干燥器为等焓过程，即

（1.011.880.01）9024900.01（1.011.88H2）502490H2

解得H2＝0.02593kg/kg绝干气绝干气消耗量G＝WH2－H1WH2－H0251.30.02593－0.011.57810kg绝干气

4＝＝原空气消耗G‘＝G（1＋H0）＝1.587某104（1+0.01）=1.594某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某104（1.01+1.88某0.01）（90-25）=1.055某106kJ加热蒸汽消耗量为

DQpr1.0551022056478.6kg

（3）某2某C，干燥过程包括恒速阶段和降速阶段，总干燥时间为

某LC某C-某某＝1＋2＝某1-某C某C-某ln某Auc某2-某12300.1-0.010.2195-0.1（0.1-0.01）ln4.375h482.20.01523-0.01