《化工原理教学资料》习题8taolunti.docVIP

湿空气的混合 11．某干燥器的操作压强为79.98kPa，出口气体的温度为60℃，相对湿度70%，将部分出口气体返回干燥器入口与新鲜空气相结合，使进入干燥器的气体温度不超过90℃，相对湿度为12%。已知新鲜空气的质量流量为0.5025kg/s，温度为20℃，湿度为0.005kg水/kg干空气，试求： 新鲜空气的预热温度及空气的循环量； 预热器需提供的热量为多少？若将流程改为先混合后预热，所需热量是否有变化？ 图（a） 图（b） 解：（1）在新鲜空气中，干空气的流量 水在=60℃ 时的饱和蒸汽压为19.91kPa，出口气体的湿度为 水在=90℃ 时的饱和蒸汽压为70.09kPa，混合气体的湿度为 以混合点为控制体，对水分作物料衡算，可求出循环气量为 以混合点为控制体作热量衡算，可求出新鲜空气的预热温度 将代入上式，求得空气的预热温度为 ℃ （2）预热器所需提供的热量为 若流程改为先混合再预热，所需热量可以附图（b）中的方框作控制体，作热量衡算求出 显热，先混合后预热或先预热后混合所需热量相同。但是，先预热后混合，预热器气体出口温度高，需要能位较高的热源，一般说来，先混合后预热更为经济合理。 废气再循环 12．某湿物料用热空气进行干燥，空气的初始温度为20℃，初始湿含量为0.006 kg水/kg干空气，为保证干燥产品的质量，空气进入干燥器的温度不得高于90℃。若空气的出口温度选定为60℃，并假定为理想干燥过程，试求： 将空气预热至最高允许温度即90℃进入干燥器，蒸发每千克水分所需要的空气量及供热量各为多少？热效率为多少？ 若将干燥器出口气体的2/3回流至入口与新鲜空气混合，并同样使气体的入口温度为90℃，蒸发每千克水分所需要的空气量、供热量及热效率各有何变化？ 解：（1）对于理想干燥过程，气体状态的变化是等焓的，即 蒸发每千克水所需要的空气量为 蒸发每千克水所需供热量为 此干燥过程的热效率为 （2）从附图可知，采用废气再循环流程，最终排出干燥器的干空气量等于新鲜干空气量V，而循环干空气量为2V。入口气体温度℃，℃， 因为是理想干燥器，进出干燥器气体的焓相等。 (a) 混合点的物料衡算式为 (b) 将已知的、代入，且 联立求解式（a）、（b）得， 混合点的焓衡算式为 则有 或 将已知数代入，可求出 ℃ 蒸发每千克水所需要的空气量 kg干空气/kg水 蒸发每千克水所需要的热量为 此干燥过程的热效率 从本题计算结果可知，当被干燥物体不允许与高温气流接触时，采用废气再循环流程，可以将新鲜空气预热至允许温度以上，从而减少空气的需用量，提高干燥过程的效率，降低干燥过程的能耗。为避免使用高能位的热源，通常是先混合后预热，且从11题可知，先混合后预热与先预热后混合所需能耗量相同。 干燥气体的中间加热 13．某湿物料用热空气进行干燥，空气的初始温度为20℃，初始湿含量为0.006 kg水/kg干空气，为保证干燥产品的质量，空气进入干燥器的温度不得高于90℃。若空气的出口温度选定为60℃，并假定为理想干燥过程，试求： （1）将空气预热至最高允许温度即90℃进入干燥器，蒸发每千克水分所需要的空气量及供热量各为多少？热效率为多少？ （2）在干燥器适当位置设置中间加热器（见附图），将已降至60℃的空气再度加热至90℃，假设两段干燥过程皆为理想过程，蒸发每千克水分所需要的空气量、供热量及两段干燥过程的总热效率有何变化？ 解：（1）已在12题（1）中求出。蒸发每千克水分所需要的空气量为85.3kg干空气/kg水；所需供热量为；热效率为42.9％。 （2）因两段干燥过程皆为理想过程，故气体在每一段内部的状态变化皆为等焓过程。但是，由于中间加热，两段的焓是不等的。对第一段干燥器作热量衡算可得， 式中，，℃，℃，故 中间加热为等湿升温过程，故℃，同样，对第二段干燥器作热量衡算可得 蒸发每千克水所需要的热量为 kg干空气/kg水 蒸发每千克水所需要的热量为 蒸发每千克水被废气带走的热量为 不计热损失，整个干燥器的热效率为 从本题计算结果可看出，当被干燥物料不允许与高温气流接触时，采用中间加热，可以减少空气流量，提高热效率。此外，采用中间加热，还可以不受热源能位的限制，即采用低能位热源获得较高的热效率。 料层厚度对干燥过程的影响 14．某湿物料10kg，均匀地平摊在长0.8m，宽0.6m的平底浅盘内，并在恒定的空气条件下进行干燥