化工原理复习必看 干燥.docx

《化工原理复习必看 干燥.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理复习必看 干燥.docx（33页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第14章固体干燥知识要点干燥是指向物料供热以汽化其中的湿分的操作。本章主要讨论以空气为干燥介质、湿分为水的 对流干燥过程。学习本章应重点掌握湿空气的性质参数与湿度图、湿物料中的水分性质、干燥过程 的物料衡算与热量衡算。一般掌握干燥过程的速率与干燥时间的计算。了解干燥器的类型与适用场 合，提高干燥过程的热效率与强化干燥过程的措施。本章主要知识点间的联系图如下图所示。图14-1干燥一章主要知识点联系图1. 概述对流干燥的特点：热、质反向传递过程传热：固相一气相推动力：温度差传质：固相一气相推动力：水汽分压差2. 干燥静力学(1)湿空气的状态参数 空气中水分含量的表示方法a. 绝对湿度(湿度)H =

2、 0.622P P水汽b. 饱和湿度H = 0.622sc. 相对湿度S I水汽 / P(Ps - P)中=一定温度、压力下空气中水H分压可能达到的最大值=_ p汽p (p p) 湿空气温度的表示方法a.干球温度，：简称温度，指空气的真实温度，可直接用普通温度计测量。b.露点温度:在总压不变的条件下，不饱和湿空气等湿降温至饱和状态时的温度。C.绝热饱和温度y：指少量空气与大量水经长时间绝热接触后达到的稳定温度。d. 湿球温度rw:指大量空气与少量水经长时间绝热接触后达到的稳定温度。e. 湿空气的四种温度间的关系不饱和湿空气：t t (t ) taSd饱和湿空气：t = t (t ) = taS

3、d 湿空气的比热容(湿比热容)cpH：将1kg干空气和其所带的Hkg水汽的温度升高1C所需的热 量，单位 kJ/(kg C)。Ch = 1.01 +1.88 H 湿空气的焓I：指1kg干气及所带的Hkg水汽所占的总体积，单位m3/kg干气。I = (1.01+1.88 H )t + 2 500H 湿空气的比体积：指1kg干气及所带的H kg水汽所占的总体积，单位m3/kg干气。常压下温度为t C、湿度为H的湿空气的比体积为v = (2.83 x 10 -3 + 4.56 x 10 -3 H )(t + 273)(2) 湿度图H湿空气的各种性质之间存在着一定的函数关系，这些关系除了可用前面介绍的

4、公式表示外，还 可用湿空气的性质图来表示。在总压一定时，湿空气仅有两个独立的性质参数。从形式上看，常用 的有焓I一湿度H图、温度t湿度H图。(3) 水分在气固两相间的平衡 湿物料中水分含量的表示方法湿基含水量w =湿物料中水分的质量kg 水/kg湿料 湿物料总质量干基含水量 X = 湿物料中水分的质量 kg水/kg绝干料X=湿物料中绝干物料的质量者关系 相对湿度曲线平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分间的差异(表14-1)度湿对相表14-1物料中四种水分间的差异项目平衡水分自由水分结合水分非结合水分区分标准能否被干燥除去干燥的难易程度特点能被干燥除去不能被干燥除去难Pe t （C） 0 t

5、 = tas td(C) t t tas td(D) t = t tas td5.将不饱和空气在恒压下冷却至露点温度以下，则相对湿度（ （）。（A）增大（B）减小（C）不变），湿度（），湿球温度（D）不确定6. 在一定空气状态下，用对流干燥方法将某湿物料干燥至低于临界含水量，能除去的水分为（），不能除去的水分为（）；在恒速段除去的水分为（），在降速段除去的水分为（）。（A）平衡水分（B）结合水分（C）非结合水分（D）自由水分7. 在一定的干燥速率下，同一物料的厚度增加，物料的临界含水量（），干燥所需的时间（）；干燥压力、物料厚度、物料与空气的接触方式及空气的湿度不变，提高空气的温度，则恒速段的

6、干燥速率（），物料的临界含水量（），物料中的平衡水分（）。（A）增加（B）减少（C）不变（D）不确定8. 在恒定干燥条件下，将含水25%（湿基，下同）的湿物料进行干燥，开始时干燥速率恒定。当干燥至含水8%时，干燥速率开始下降，再继续干燥至物料恒重，并测得此时物料含水量为0.08%， 则物料的临界含水量为（），平衡含水量为（）。（A） 25%（B） 8%（C） 0.08%（D） 7.92%9. 用一定状态的空气（湿球温度为tw，露点为td）干燥某物料。已知物料的临界含水量为20%（湿基）。现将该物料从初始含水量0.3（干基，下同）干燥至0.23，则此时物料表面温度0满足（）；若将物料进步干燥至0

7、.05则物料表面温度0满足（）。(A)（C）0二七(D)(E) 010.是(A)(C)用空气作介质干燥热敏性物料，）o提高空气的温度提高空气的流速XC1C所以除去40kg的干燥过程处于恒速阶段，所需干燥时间GC (X 1- X0)A C405.5 x 1.367 x10-3 x3600=1.48 h(2)再除去20 kg水分所需干燥时间300 x 0.25 - 60再除去20kg水分后物料的含水量X = = 0.067 X2=0-1习题14-4附图空气与物料在干燥器的变化情况I】 =(1.01 +1.88 HH + 2500气=(1.01 +1.88 x 0.01) x 140 + 2500

8、x 0.01 = 169.03 kJ/kg12 =(1.01 +1.88 H 2)t2 + 2500H 2 =(1.01 +1.88 H 2) x 80 + 2500H 2 = 80.8 + 2650H 2空气在干燥器经历等焓过程，所以=12，即80.8 + 2650H 2 =169.03解得：H2 = 0.0333 kg水汽/kg干气设表面汽化阶段与升温段的交点处的空气湿度为HC，物料含水量相应为Xc。据H1 = 0.01kg水汽/kg干气，=140 C,沿等焓线查I-H图得H时=0.05kg水汽/kg干气。根据干燥速率表达式有30(0.05 - HC) = 1.2 Xc(c)对干燥器作物料

9、衡算，有V (H 2 - H) = Gc (X1 - X 2)V (0.0333 - 0.01) = Gc (1.2 - 0.1)1.2 - 0.1 f=47.21GC0.0333 - 0.01自干燥器入口至分界点处作物料衡算，有(d)将式(d)代入式(e)，有V(HC - 0.01) = Gc (1.2- XC)(e)HC = 0.0354 - 0.0212 Xc(f)联立求解式(c)、(f)得：Xc = 0.777 kg 水/kg干料，hc = 0.0189 kg水汽/kg干气。因七二0 X广0.777，所以干燥过程经历表面汽化与升温两个阶段。设该两段所用的干燥时间分别为L n2，则有V

10、dH,dXdT = =30(H -H) 30GC HwH4竺明=157 dH30 0.05 - H 0.05 - H(g)顼 dH0.05 - H0.05 - 0.01仃L = 1.57 005 H = L571n 005 Hi = 1.571n 005 00189 = 0-395 hH1 . C.i2 dX 1X10.777I =ln-c = In= 1.71h建 XL2X1L20.!总干燥时间 t =匕 +t2 = 0.395 +1.71 = 2.105 h14-5绝热干燥过程某湿物料在常压干燥器内进行绝热干燥，干燥后的产品为4 000 kg/h，湿物料的含水率为15%(湿 基，下同)，产

11、品的含水率不得高于1%,空气的初始温度为20C，相对湿度为40%。空气预热至120C 后进入干燥器，气体出干燥器的温度选定为70C。问：所需湿空气用量(m3/h)； (2)预热器的热 负荷(kW)； (3)干燥器的热效率；(4)若选定气体出干燥器的温度过高(或过低)，其弊端是什么？废气空气Gi *=15%思路分析：空气与物料在干燥系统中的变化过程如图所示：G疔4 000 kg/h户习题14-5附图(1)空气流量qv 0H 2*=VvH 0W = G - G2 = G,w -w2 1-w1=I一 一绝热过程(1.01 +1.88H )t + 2 500HI =(1.01 +1.88H )t +

12、2 500H气=H0J 预热过程v = ( +h 029H A(273 +1 )18) pi=0.622-P-堕PS3=0下水的饱和蒸汽压(2)预热器的热负荷Q = VcPP，H0(匕 T。)门=Qp + Q3 = CphQ + Qp D10(3)热效率(t t ) Vc (t t ) t t10P H0 2_= -42Vc(tt )t t解：所需湿空气用量H = 0.622 甲 Ps p (ps=0.622 x0.4 x 2.338101.3 0.4 x 2.338=0.0058 kg水汽/kg干气=(1.01 +1.88 x 0.0058)x120 + 2500x 0.0058 = 137

13、kJ/kg 干气因干燥过程绝热，所以I1 = 12，即(1.01+1.88H 2 )t2 + 2 500H 2 = 137代入已知数据，有(1.01+1.88H 2 )x 70 + 2 500H 2 = 137解得H2 = 0.025 2 kg水/kg干气蒸发水分量W = G - G = Q(1 丁)- G = G.2121 w 22 1 w=4000 x 0.15 0.01 = 659kg/h = 0.183 kg/s0.1831 0.15干空气用量V = =9.43 kg 干气/sH 2 H00.025 2-0.005 8 g,1 H、RT , 10.0058、8.314 x (273 +

14、 20)v = (一 + 0)=(一 +) x = 0.837 m3/kg 干气101.3H029 18 p 2918sg 干气湿空气的体积流量qv = Vv = 9.43 x 0.837 = 7.89 m3/s = 2.84 x104m3/h(2) 预热器的热负荷Q = Vc h ( 10) = 9.43x(1.01+1.88x0.0058)x(12020)=963 kW(3) 干燥器的热效率Q + Q Q Vc(t t )Vc(t -t ) t t 120一70门 =pD3 =P,H0_1 P,H0_2 L = T 2 = = 50%Q + QdVc h ()0 120一20(4) 若选定

15、气体出干燥器的温度过高，其弊端是：废气带走的热量增加，干燥器的热效率降低。 若选定气体出干燥器的温度过低，其弊端是：降低干燥效率，延长干燥时间，增加设备容积，还可 能出现气流在设备及管道出口处因散热而析出水滴，导致产品出现返潮现象。14-6实际干燥过程(热损失可忽略)某常压操作的干燥器的参数如附图所示。其中：空气状况t0=20C，H0=0.01kg/kg干气，t=120C，t =70r，H=0.05 kg/kg干气；物料状况：9 = 30 C，。= 50 C，含水量w = 20%，w = 5%，221212绝干物料比热容c = 1.5kJ/(kg C)。干燥器的生产能力为53.5 kg/h(以

16、出干燥器的产物计)，干燥器的热损失忽略不计。试求：(1)空气用量；(2)预热器热负荷；(3)应向干燥器补充的热量。干燥器G2，W2, 9 2“I，习题14-6附图思路分析：(1)空气用量w+V =H - H20)w21- w2(2)预热器热负荷Q = (I -1 )I七(1.01 +1.88H )t + 2500h I =(1.01 +1.88H )t + 2500H11 1100 00(3)应向干燥器补充的热量*Q = (I -1) + G(I -1)对干燥器作热量衡算12 =(1.01 +1.88 H 2)t2 + 2500H 2I =(1.01 +1.88 Hj) + 2500HI =

17、(c+ c X )912=匕+cp,5解：(1)空气用量湿物料的干基含水量w11 - w10.2=0.251 - 0.2干燥产品的干基含水量0.05 =0.05261- w21 - 0.05绝干物料量=G2(1- w2) = 53.5 x (1-5%) = 50.825 kg 干料/h水分蒸发量W=G (X - X2) = 50.825 x (0.25 -0.0526) = 1 0.03 kg/h干空气用量WV =H - H2110.03=250.75 kg/h H2 - H00.05 - 0.01(2)预热器的热负荷 出预热器空气的焓=(1.01 +1.88H)t + 2500H =(1.0

18、1 +1.88 x 0.01)x 120 + 2500 x 0.01 = 148.46 kJ/kg新鲜空气的焓10 =(1.01 +1.88 H 0”。+ 2500H0 =(1.01 +1.88 x 0.01) x 20 + 2500 x 0.01 = 45.58 kJ/kg预热器的热负荷 Q =( -10)= 250.75x(148.46-45.58) = 2.58x104kj/h或 Q = % ( -1) = 250.75x(1.01+1.88x0.01)x(120-20)= 2.58 x104kj/h(3) 向干燥器补充的热量湿物料的焓I = (c + 七X 1)61 = (1.5 + 4.19 x 0.25) x 30 = 76.4 kJ/kg 干气干燥产品的焓12 =(七 + eg2)62 = (1.5 + 4.19 x 0.0526) x 50 = 86.02 kJ/kg 干气废气的焓12 =(1.01 +1.88 H2)t2 + 2500H 2=(1.01 +1.88 x 0.05) x 70 + 2500 x 0.05 = 202.28 kJ/kg 干气应向干燥器补充的热量QD =(I2 -1)+ G(12 -1)=250.75 x (202.28 -148.46) + 50.825 x (86.02 -