化工原理 干燥习题

空气的下列状态参数如何变化？

湿度H_______，相对湿度_______，湿球温度tw_______，露点td_______，焓I________。（变大，变小，不变）

2. 依据干燥速率曲线，干燥过程可分为两个阶段，即____________阶段和_____________阶段。

两个干燥阶段之间的交点C处的含水量称为___________________。

3. 当干燥所用空气的相对湿度增加时，干燥终点处物料的平衡含水量会相应___________。

（增加，减少，不变）

6．已知常压下某湿空气的温度为20C，水蒸气的饱和蒸气压为2.3346kPa，湿度为0.014673kg/kg绝干气，试求：（1）湿空气的相对湿度=_________，______作为干燥介质用。 7．当湿空气的温度一定时，若湿度越高测得的湿球温度也________；若空气为水气所饱和，测得的湿球温度就是_______的温度。

1. 湿球温度（tW）是湿空气 和 的函数，而绝热饱和温度tas是湿空气

和 的函数；对湍流状态下的水蒸气-空气系统，tW和tas的大小关系为 。

2. 典型的干燥曲线可明显分为 和 两个阶段，两个阶段之

间的交点称为 。

2．已知湿空气如下的哪两个参数，可利用H-I图查得其它未知参数。( ) A：H，p B：t，td C：tw，I D：tas，I

二、选择（10分）

１、对于易溶气体，H值__________，KG_________ kG 。( )

A．很大，< B．很小，> C．很小，≈ D．很大，≈ ２、已知湿空气如下的哪两个参数、可利用H－I图查得其它未知参数。( ) A．H，P B．t，td C．tw，I D．tas，I

三、问答题

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、如何进行恒定干燥操作

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m/s。 六、（共20分） 解：（1）水分蒸发量 wG13

w1w220000.40.050.205Kg/s （4分）

1w2360010.05 （2）绝干空气消耗量 Lw

H2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G20.35195%0.333kg/s （6分） 所以 G2 （4）t020C，H00.009kg水/kg绝干空气 时空气的湿比容为

273t 27327320 (0.7731.2440.009)

273 vH(0.7731.244H) 0.842m/kg绝干空气 体积流量

VLvH6.4060.8425.394m/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

33X1 = 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2

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1.175 IH0(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

得 H20.023kg/kg绝干气 （2分） 绝干空气耗量：L2． 风机送风量：

w34.72210kg干空气/h （2分）

H2H10.0230.0073V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103（3分） S16m2

KTm5059.9

Qp

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）

4． 物料进干燥器时干基含水量：X1分）

物料出干燥器时干基含水量：X2分）

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）

绝干空气消耗量：Lw10.130.149kg/kg （11w110.13w20.010.0101kg/kg （1

1w210.01w0.013750.849kg绝干气/s （4

H2H10.02350.0073分）

5． 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） 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2205kJ/kg，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

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X*)呈直线关系，则所需干燥时间为若干。

解：（1）所需空气量

G'G1(1w1)1500(10.18)1230kg X1w1180.2195

1w110018X21.50.01532

1001.5WG'(X1X2)1230(0.21950.01523)251.3kg LW

H2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，可用两种方法计算

QpW(24901.88t2)253.1(24901.8850)0.615761.57% 6Qp1.05510t1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)L*(0.050.01) 所以 L236.4Kg绝干气/h （2） 干燥的水分量WG*(X1X2)48*(0.250.053)9.46Kg水/h

总干燥的热量：

'QL(I2I1)G(I2I1')QLL1.01(t2t.0)W(24901.88t2)GCm(21)QL236.4*1.01*(6020)9.46*(24701.88*60)60*2.134*(5030)03550.5624622.492560.830733.85KW

干燥系统热效率为

W(24901.88t2)9.46*(24901.88*60)*100%*100%80.1%

Q30733.85

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Cm为3.2 KJ/(Kg绝干料.℃)。干燥器的热损失速率QL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。

Q1.01L(t2t0)W(24901.88t2)Gccm(21)QL

一、 （20分）

在常压间歇操作的厢式干燥器内干燥某种湿物料。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40m2。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/(m2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

X1在恒速干燥阶段全部需要时间

15%3

115%17t1G12.53(X1XC)(0.11)0.830h4h （1） SUC117(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

GXCX*XCX* （2）

t1lnSUCX2X*其中XC0.11，X*0.002

且 （3） 做物料衡算得

t1t24h

500G2 （4）

1X11X2每昼夜获得干燥产品质量

Q24联立(1)(2)(3)(4)(5)解得

G210460 （5）

Q2467.9kg干燥产品/昼夜 （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H2=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G1=800kg/h，w1=30%，w2=4%，则

Gc=G1（1-w1）=800（1-0.3）=560kg/h （1分）

X1w10.30.429 （1分）

1w110.3 X2w21w20.040.042 （1分）

10.04 W=Gc（X1-X2）=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H0=H1。 （1分）

WW216.7 L4610kg绝干空气/h （2分） H2H1H2H00.0520.005 l

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/s？ （I=（1.01+1.88H)t+2500 H，vH3

1121.3kg干空气/kg水 （2分）

H2H00.0520.005(0.7721.244H0)273t1273）

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.

w1=0.12t0=25oCH0=0.01w2=0.03G2=1000 kg/h附图1 干燥系统示意图

I预热器t1=70oC干燥器t2=45oC

1t1t2t020H 附图2 空气状态变化图

（10分）

（2）（10分）求空气用量

ww20.120.03蒸发水分量 WG211000102.3 kg/h

1w110.12因水分在干燥器进出口处焓值相等，所以I1=I2，即

（1.01+1.88H1)t2+2500 H1=(1.01+1.88H2) t2+2500 H2

因H1=H0=0.01 kg/kg, t1=70℃, t2=45℃, 故有

（1.01+1.88×0.01) ×70+2500×0.01=(1.01+1.88H2) ×45+2500H2

解得H2=0.107 kg/kg

干空气用量 L=W/(H2-H1)=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+H1)=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

1065.11038.314(27325)nRT28.833V904.3 m/h0.251 m/s（5分） 2P101.32510方法2：空气的湿比容

273t127325(0.7721.2440.01)0.856 m3/kg干空气 273273初始状态下的湿空气体积流量 V0.8561054.6902.7 m3/h0.251 m3/svH(0.7721.244H0)

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t2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t0为18℃，湿度H0为0.005kg水/kg绝干空气。 试求：（1）空气的循环量LR；（2）新鲜空气预热后的温度t1；（3）预热器需提供的热量QP。 （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

2

绝干物料量Gc/S= 20kg绝干料/m，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)。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)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2205kJ/kg，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

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

22为48m，恒速阶段的干燥速率Uc2.2kg/(mh)，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/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：I(1.011.88H)t2490H， vH＝（0.772+1.244H）×(273+t)/t×(P0/P)］

3