青岛科技大学化工原理历年考研真题及答案解析之干燥

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、 结合水与平衡水分有何区别和联系？

答：平衡水分是空气状态和物料特性的函数，对一定的物料，平衡水分随空气状态而变化。平衡水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；另一部分是平衡水分，其不能被一定状态的空气干燥除去。

3、 如何区别平衡水分和自由水分？ （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td；湿球温度tW；相对湿度φ。

水气分压p， 湿度H； 焓I； 露点td； 湿球温度tW； 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。假设空气在干燥器内经历等焓过程，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H0=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m3/s。 六、（共20分） 解：（1）水分蒸发量

w?G1w1?w220000.4?0.05???0.205Kg/s （4分）

1?w236001?0.05 （2）绝干空气消耗量

L?wH2?H1

其中 H1=H0=0.009 kg水/kg绝干气 求H2： 因 I1 = I2

(1.01?1.88H1)t1?2490H1?(1.01?1.88H2)t2?2490H2

(1.01?1.88?0.009)?120?2490?0.009?(1.01?1.88H2)?40?2490H2

解得 H2 = 0.041 kg水/kg绝干空气

0.205?6.406kg绝干空气/s （6分）

0.041?0.0092000 （3）G2?G1?W??0.205?0.351kg/s

3600 则

L? 或

G2?G11?w120001?0.4???0.351kg/s

1-w236000.05 又 干燥收率的定义为

??G?实际产品量?100%?2?100%

理论产品量G2 所以 （4）t0??G2??0.351?95%?0.333kg/s （6分） G2?20?C，H0?0.009kg水/kg绝干空气 时空气的湿比容为

vH?(0.773?1.244H)

273?t

273273?20 ?(0.773?1.244?0.009)?273?0.842m3/kg绝干空气

体积流量

V?L?vH?6.406?0.842?5.394m3/s (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P0 = 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X1 = 0.15Kg水/Kg绝干料，出干燥器后X2 = 0.01Kg水/Kg绝干料，干燥器生产能力为250Kg/h（按干燥器出

2

口产品计），预热器总传热系数为50 w/(m·℃)。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 P0 /(P- P0);

υH=(1/29+H0/18)×22.4×(t0+273)/273; IH=(1.01+1.88H)t+2490H 1． 绝干物料流量：G?G2250??248kg绝干料/h （1分）

1?x21?0.01水蒸发量：w?G(x1?x2)?248?(0.15?0.01)?34.7kg/h （1分）

进预热器前：H0?0.622p01.175?0.622??0.0073kg/kg绝干气（2分）

p?p0101.33?1.175IH0?(1.01?1.88H0)t0?2490H0?(1.01?1.88?0.0073)?15?2490?0.0073?33.5kJ/kg绝干气 （2分）

进干燥器前：H1?H0?0.0073kg/kg绝干气

IH1?(1.01?1.88?0.0073)?90?2490?0.0073?110kJ/kg绝干气 （2分）

出干燥器后：IH2?IH1?110kJ/kg绝干气

即

IH2?(1.01?1.88?H2)?50?2490H2?110kJ/kg绝干气

H2?0.023kg/kg绝干气 （2分）

得

绝干空气耗量：L?w34.7??2210kg干空气/h （2分）

H2?H10.023?0.00732． 风机送风量：

V?L?H?L(t?2731H0?)?22.4?0?1822m3/h （3分） 29182733． 预热器传热面积：

Qp?L(IH1?IH2)?2210?(110?33.5)?169100kJ/h?47kw （2分）

?tm?(120?15)?(120?90)?59.9?C

120?15ln120?9047?103S???16m2 （3分）

K?Tm50?59.9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. 单位时间内预热器消耗热量Qp。 3. 蒸汽消耗量D。

注：200kPa（绝压）饱和蒸汽的汽化焓γ=2205（kJ/kg）; I1-I0=(1.01+1.88H0)(t1- t0) 五（20分）

Qp4． 物料进干燥器时干基含水量：

X1?w10.13??0.149kg/kg （1分）

1?w11?0.13w20.01??0.0101kg/kg （1分）

1?w21?0.01物料出干燥器时干基含水量：

X2?绝干物料流量：G?G2(1?W2)?0.1?(1?0.01)?0.099kg绝干料/s （2分）

水分蒸发量：W?G(X1?X2)?0.099?(0.149?0.0101)?0.01375kg水分/s（4分）

?w0.01375??0.849kg绝干气/s （4分）

H2?H10.0235?0.0073绝干空气消耗量：L5． 单位时间内预热器消耗热量：

Qp?L(I1?I0)?L(1.01?1.88H0)(t1?t0)

?0.849?(1.01?1.88?0.0073)?(100?15)?73.9kW （5分）

3．蒸汽消耗量：D?Qp??73.9?0.0335kg/s?120.6kg/h （3分）

2205五、（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)。t0?25℃、H0?0.010kg/kg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） （2） （3） （4）

完成上述干燥任务所需要的空气量；

预热器中加热蒸汽的消耗量（蒸汽的相变热为2205kJ/kg，忽略预热器热损失）； 干燥系统的热效率；

通过恒定条件下的干燥实验测得，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；已知干燥面积为48m2，恒速阶段的干燥速率Uc?2.2kg/(m2?h)，假

定降速阶段干燥速率与自由含水量(X解：（1）所需空气量

?X*)呈直线关系，则所需干燥时间为若干。

G'?G1(1?w1)?1500(1?0.18)?1230kg X1?w118??0.21951?w1100?18

X2?1.5?0.01532

100?1.5W?G'(X1?X2)?1230(0.2195?0.01523)?251.3kg L?WH2?H0

（1）

H2

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

(1.01?1.88?0.01)?90?2490?0.01?(1.01?1.88H2)?50?2490H2

解得：H2?0.02593kg/kg绝干气

将有关数值代入式（1），得到

L?253.1?1.578?104kg绝干气

0.02593?0.01Lw?L(1?H0)?1.578?104(1?0.01)?1.594?104kg新鲜气

（2）预热器中加热蒸汽的消耗量

Qp?L(1.01?1.88H0)(t1?t0)?1.578?104(1.01?1.88?0.01)(90?25) ?1.055?10kJ加热蒸汽消耗量为

6

1.055?106Wh???478.6kg

r2205（3）干燥系统的热效率 对于绝热干燥过程，

Qp?可用两种方法计算

??W(2490?1.88t2)253.1(2490?1.88?50)??0.6157?61.57%

Qp1.055?106t1?t290?50?100%??100%?61.54%

t1?t090?25或

??(4) 干燥时间

?? ?X?X*G'[(X1?Xc)?(Xc?X*)lnc]SUcX2?X*12300.10-0.01[(0.2195?0.10)?(0.10?0.01)ln]?4.375h48?2.20.01523?0.01

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：

'Q?L(I2?I1)?G(I2?I1')?QL?L?1.01?(t2?t.0)?W(2490?1.88t2)?GCm(?2??1)?QL(1）新鲜空气的耗量；（2）干燥系统的热效率。

)

六、答：（1）

X1?20%5%?0.25 X2??0.053

1?20%1?5%

W?G(X1?X2)?G1?G2?L(H2?H1)

G?G1(1?w1)?60*(1?20%)?48Kg/h

?48*(0.25?0.053)干燥的水分量W总干燥的热量：

?L*(0.05?0.01) 所以 L?236.4Kg绝干气/h

（2）

?G*(X1?X2)?48*(0.25?0.053)?9.46Kg水/h

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