例题(第八章干燥)
化工原理(干燥部分)习题与解题指导
第八章干燥【例题与解题指导】【例5-1】某常压空气的温度为30℃、湿度为0.0256kg/kg绝干气，试求：（1）相对湿度、水汽分压、比容、比热容及焓；（2）若将上述空气在常压下加热到50℃，再求上述各性质参数。
解：（1）30℃时的性质相对湿度由手册查得30℃时水的饱和蒸汽压p s＝4.2464kPa。
用式5-5求相对湿度，即将数据带入解得水汽分压比容由式5-6求比容，即=0.8926 m3湿空气/kg绝干气比热容由式5-7a求比热容，即焓用式5-8ｂ求湿空气的焓，即kJ/kg绝干气（2）50℃时的性质参数相对湿度查出50℃时水蒸汽的饱和蒸汽压为12.340kPa。
当空气被加热时，湿度并没有变化，若总压恒定，则水汽的分压也将不变，故水汽分压因空气湿度没变，故水汽分压仍为4.004kPa。
比容因常压下湿空气可视为理想气体，故50℃时的比容为m3湿空气/kg绝干气比热容由式5-7知湿空气的比热容只是湿度的函数，因此，湿空气被加热后，其比热容不变，为1.058kJ／(kg绝干气·℃)。
焓kJ/kg绝干气由上计算可看出，湿空气被加热后虽然湿度没有变化，但相对湿度降低了，所以在干燥操作中，总是先将空气加热后再送入干燥器内，目的是降低相对湿度以提高吸湿能力。
【例5-2】常压下湿空气的温度为30℃、湿度为0.0256kg／kg绝干气，试求该湿空气的露点t d、绝热饱和温度ｔas和湿球温度t w。
解：露点t d将湿空气等湿冷却到饱和状态时的温度为露点，由式5-16可求出露点温度下的饱和蒸汽压解得=4.004kPa查出该饱和蒸汽所对应的温度为28.7 ℃，此温度即为露点。
绝热饱和温度由式5-14计算绝热饱和温度，即由于Ｈas是的函数，故用上式计算时需试差。
其计算步骤为①设= 29.21℃②用式5-3求温度下的饱和湿度Ｈas，即查出29.21℃时水的饱和蒸汽压为4054Pa，汽化潜热为2425.48kJ/kg，故kg／kg绝干气③用式5-7a求ｃH，即kJ/(kg.℃)④用式5-14核算。
第八章 干燥
一、影响干燥速度的因素 二、确定干燥介质参数的依据
一、影响干燥速度的因素 1、影响内扩散的因素 、
热湿传导：温度差引起的水分沿温度梯度方向扩散。 热湿传导：温度差引起的水分沿温度梯度方向扩散。 热端 冷端 内扩散形式 湿传导：湿度差引起的水分沿湿度方向的扩散。 湿传导：湿度差引起的水分沿湿度方向的扩散。 湿端 干端
第八章
8.1 干燥过程
坯体的干燥
8.2 干燥制度的确定 8.3 干燥方法
干燥的目的：排除坯体中的水分， 干燥的目的：排除坯体中的水分，同时赋予坯体一 定的干燥强度， 定的干燥强度，满足搬运以及后续工 修坯、粘结、施釉）的要求。 序（修坯、粘结、施釉）的要求。
8.1 干燥作用与干燥过程
一、坯体中水分的类型及结合形式
四、 坯体干后性质的影响因素
1）与后续工序的关系 ） 要求干坯强度高 最终含水率一定程度上决定坯体的气体率和干坯强度 水分过高会降低生坯强度，窑炉效率， ①水分过高会降低生坯强度，窑炉效率，施釉后难以达 到要求的釉层厚度。 到要求的釉层厚度。 ②水分过低则会在大气中吸湿，产生表面裂纹， 浪费干 水分过低则会在大气中吸湿，产生表面裂纹， 燥能量。 燥能量。 一定的气孔率可保证釉料能粘在坯体上 渗透性则保证施釉后坯体内外成分均匀
2、 影响外扩散的因素 、
表面水分汽化，向介质扩散。 表面水分汽化，向介质扩散。 表面水蒸气分压与介质分压差） （表面水蒸气分压与介质分压差） 相关因素：干燥介质、生坯的温度； 相关因素：干燥介质、生坯的温度； 干燥介质的流速、方向。 干燥介质的流速、方向。
3、其它因素 、
1）干燥方式； ）干燥方式； 2）坯体厚度和形状 ） 3）干燥设备的结构以及坯体放置位置是否合理。 ）干燥设备的结构以及坯体放置位置是否合理。
第八章干燥二、湿空气的性质(二)
主讲教师:沈吉林
8
化工原理
0.16
H
0.14
0.12
0.10
0.08
绝热饱和线 等焓线
等湿球温度线
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 120
温度/℃
主讲教师:沈吉林 湿空气的湿度-温度图
湿度/kg.(kg干空气)-1
主讲教师:沈吉林
4
化工原理
0.16
H
0.14
等湿线
湿度/kg.(kg干空气)-1
0.12
0.10
0.08
0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
温度/℃
主讲教师:沈吉林 湿空气的湿度-温度图
5
化工原理
湿空气的湿度图及其应用 一、湿空气的湿度图（t-H图） 3、 等相对湿度线（等φ线） ： 它是一组从左下角发出的曲线，在同一条相对湿度 线上都具有相同的相对湿度。φ=100%的曲线称为饱和空 气线，这时空气完全被水蒸气所饱和。饱和空气线的左 上方是过饱和区域，这时湿空气成雾状，故称雾区，不 能用来干燥物料。饱和空气线的右下方是不饱和空气区 域，这个区域中的空气可以作为干燥介质。由图中可以 看出，当湿空气的湿度一定时，温度越高，则相对湿度 百分数越低，其吸水能力越强。因此，对于干燥操作有 意义的是φ=100%饱和空气线的右下方不饱和区域。
主讲教35 1.25 1.00 2490 2460 1.35 2430 1.05
湿热/kJ.(kg干空气.℃)-1
人教八年级地理(下)第八章 第二节 干旱的宝地——塔里木盆地
④ 干旱地区 塔北油田、塔中油田
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(2)西气东输工程。 ①线路:一线工程西起新疆塔里木盆地的轮南油气田,东至上海; 二线工程主干线于新疆霍尔果斯口岸将从中亚进口的天然气向南 运至广州。 ②意义:发挥了西部地区的资源优势,带动了西部地区的经济发 展,加大了西部地区治理环境的投入,同时缓解了东部地区的能源 供应紧张局面,优化了东部地区的能源结构,使东部地区的环境得 到了改善。 3.生态环境保护 塔里木盆地环境脆弱,在开发利用油气资源的同时,需要采取多 种措施避免 破坏环境 ,并加强 绿洲 的环境保护。
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【例1】 近半个世纪以来,我国新增沙漠化的土地面积约有5万平 方千米。据统计,这些沙漠化土地有85%是由滥垦、滥牧与滥伐森 林所造成的,10%是由水资源利用不当和工矿建设中破坏林草所造 成的,5%是由沙丘入侵农田和草场所致。据此完成下列各题。
(1)近几十年来,我国土地沙漠化的主要成因是 ( )。 A.降水量减少、蒸发旺盛 B.全球气候变暖 C.人类不合理的生产活动 D.大面积的污染 (2)面对土地的沙漠化,下列行为错误的是( )。 A.在风沙危害严重的“三北”地区兴修防护林 B.在草原地区规定合理的载畜量,实行草场轮牧制度 C.在草原地区退耕还牧,改变发展模式,由发展种植业改为发展畜 牧业 D.在沙漠化地区兴修水利,大力发展粮食生产
西气东输一线工程的路线:主干管道西起新疆塔里木盆地的轮南 油气田,向东到达上海。
西气东输二线工程的路线:西气东输二线是我国首条引进境外天 然气资源的战略通道工程,是目前世界上线路最长、工程量最大的 天然气管道。管线起于新疆霍尔果斯口岸,止于广州。
第八章干燥四、干燥的能量衡算
干燥过程的能量衡算
热量衡算:
预热器提供的热量QP
干燥器输入的热量QD 整个干燥系统的总传热量Q 干燥器的热效率和干燥效率 空气通过干燥器时的状态变化
主讲教师:沈吉林
1
化工原理
热量衡算:
连续干燥过程的热量衡算示意图 主讲教师:沈吉林
2
化工原理
热量衡算:
主讲教师:沈吉林
3
化工原理
热量衡算:
上式称为连续干燥系统热量衡算基本方程式
主讲教师:沈吉林
8
化工原理
热量衡算: 分析
加热干燥系统的总热量Q主要用于
加热空气 加热并汽化水分
L 1.01 1.88H 0 (t2 t0 )
W (2490 1.88t2 4.1871 )
加热湿物料
热损失 主讲教师:沈吉林
GCm (2 1 )
主讲教师:沈吉林
6
化工原理
热量衡算: 湿物料的焓的表示:
以0℃液态湿分及固体的焓为0，则以1kg 绝干物料为基准的焓：
I ' (Cs XCw ) ; C s : 绝干物料的比热 ;
C w : 水分的比热 ; Cm : 湿物料的比热 ;
' LI1 G I1' QD LI 2 G I 2 QL
干燥器
t0=20℃ W2=0.2%,θ2=60℃ Cs=3.5kJ/kg.℃
QD
解:（1）新鲜空气用量，kg/h；
X1 w1 0.03 0.03093 1 w1 1 0.03 X2 w2 0.002 0.002 1 w2 1 0.002
G G1 (1 w1 ) 1200 (1 0.03) 1164 kg / h
化工原理习题答案
化工原理习题答案问题一：质量守恒及干燥问题问题描述：一种含有30%水分的湿煤经过加热后，其水分含量降低到15%。
问：为了使1000kg湿煤的水分含量降到15%，需要排除多少千克水分？解答：根据质量守恒原则，该问题可以通过计算质量的变化来求解。
设湿煤的初始质量为m1，水分含量为w1，加热后的质量为m2，水分含量为w2。
根据题意可得到以下关系：m1 = m2 + m水分 w1 = (m水分 / m1) × 100% w2 = (m水分 / m2) × 100%根据题意可得到以下关系： w2 = 15% = 0.15 w1 = 30% = 0.30将以上关系代入计算，可得到： 0.15 = (m水分 / m2) × 100% 0.30 = (m水分 / m1) × 100%解得：m水分 = 0.15 × m2 = 0.30 × m1代入具体数值进行计算： m水分 = 0.15 × 1000kg = 150kg因此，需要排除150千克水分。
问题二：能量守恒问题问题描述：一个装有100升水的水箱，水温为20°C。
向该水箱中加热10000千卡的热量，水温升高到40°C。
问：热容量为1千卡/升·°C的水箱的温度升高了多少度？解答：根据能量守恒原理，可以通过计算热量的变化来求解。
热量的变化可表示为：Q = mcΔT其中，Q为热量的变化量，m为物体的质量，c为物体的比热容，ΔT为温度的变化。
根据题意可得到以下关系： Q = 10000千卡 = 10000 × 1000卡 m = 100升 = 100升 × 1千克/升 = 100 × 1千克 c = 1千卡/升·°C 代入公式计算温度的变化ΔT：10000 × 1000 = (100 × 1) × (ΔT) ΔT = (10000 × 1000) / (100 × 1) = 1000000 / 100 = 10000°C 因此，热容量为1千卡/升·°C的水箱的温度升高了10000度。
化工原理 第八章 固体干燥.
第八章固体干燥第一节概述§8.1.1、固体去湿方法和干燥过程在化学工业,制药工业,轻工,食品工业等有关工业中,常常需要从湿固体物料中除去湿分(水或其他液体),这种操作称为”去湿”.例如:药物,食品中去湿,以防失效变质,中药冲剂,片剂,糖,咖啡等去湿(干燥) 塑料颗粒若含水超过规定,则在以后的注塑加工中会产生气泡,影响产品的品质. 其他如木材的干燥,纸的干燥.一、物料的去湿方法1、机械去湿：压榨，过滤或离心分离的方法去除湿分，能耗底，但湿分的除去不完全。
2、吸附去湿：用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaCl2，硅胶，沸石吸附剂等）与湿物料并存，使物料中水分相续经气相转入到干燥剂内。
如实验室中干燥剂中保有干物料；能耗几乎为零，且能达到较为完全的去湿程度，但干燥剂的成本高，干燥速率慢。
3、供热干燥：向物料供热以汽化其中的水分，并将产生的蒸汽排走。
干燥过程的实质是被除去的湿分从固相转移到气相中，固相为被干燥的物料，气相为干燥介质。
工业干燥操作多半是用热空气或其他高温气体作干燥介质（如过热蒸汽，烟道气）能量消耗大，所以工业生产中湿物料若含水较多则可先采用机械去湿，然后在进行供热干燥来制得合格的干品。
二、干燥操作的分类1、按操作压强来分：1）、常压干燥：多数物料的干燥采用常压干燥2）、真空干燥：适用于处理热敏性，易氯化或要求产品含湿量很低的物料2、按操作方式来分：1）、连续式：湿物料从干燥设备中连续投入，干品连续排出特点：生产能力大，产品质量均匀，热效率高和劳动条件好。
2）、间歇式：湿物料分批加入干燥设备中，干燥完毕后卸下干品再加料如烘房，适用于小批量，多品种或要求干燥时间较长的物料的干燥。
3、按供热方式来分：1）、对流干燥：使干燥介质直接与湿物料接触，介质在掠过物料表面时向物料供热，传热方式属于对流，产生的蒸汽由干燥介质带走。
如气流干燥器，流化床，喷雾干燥器。
2）、传导干燥：热能通过传热壁面以传导方式加热物料，产生的蒸汽被干燥介质带走，或是用真空泵排走（真空干燥），如烘房，滚筒干燥器。
第八章 结晶与干燥解读
晶坯
晶核
晶体
第一节 结晶基本原理
初级非均相成核是指由于灰尘的污染,发酵液中的菌体, 溶液中其它不溶性固体颗粒的诱导而生成晶核的现象 , 称为 初级非均相成核。 由于实际的操作中难以控制溶液的过饱和度，使晶核的 生成速率恰好适应结晶过程的需要。因此，在工业中，一般 不以初级成核做为成核的标准。 （2）二次成核 向介稳区（不能发生初级成核）过饱和 度较小的溶液中加入晶种，就会有新的晶核产生。我们把这 种成核现象称为二次成核。工业上的结晶操作均在有晶种的 存在下进行。因此，工业结晶的成核现象通常为二次成核。 在二次成核中有两种起决定作用的机理：液体剪切力成核和 接触成核。其中又以接触成核占主导地位。
第一节 结晶基本原理
（4）温度的影响 当温度升高时，成核 的速度升高。一般当温度 升高时，过饱和度降低。 因此，温度对成核速度的 影响要以 T 与 S 相互消长速 度决定。依实验，一般的 成核速度随温度上升达到 最大值后，温度再升高， 成核的速度反而下降。
第一节 结晶基本原理
（5）碰撞能量E的影响 大产生的晶粒数越多。 （6）螺旋浆的影响 螺旋浆对接触成核的影响最大，主 在二次成核中，碰撞的能量E越
第一节 结晶基本原理
在上述三个区域中，稳定区内，溶液处于不饱和状态， 没有结晶；不稳区内，晶核形成的速度较大，因此产生的结 晶量大，晶粒小，质量难以控制；介稳区内，晶核的形成速 率较慢，生产中常采用加入晶种的方法，并把溶液浓度控制 在介稳区内的养晶区，即AB线与C′D′线区域内，让晶体逐渐 长大。 过饱和曲线与溶解度曲线不同，溶解度曲线是恒定的， 而过饱和曲线的位置不是固定的。对于一定的系统，它的位 置至少与三个因素有关：①产生过饱和度的速度（冷却和蒸 发速度）；②加晶种的情况；③机械搅拌的强度。冷却或蒸 发的速度越慢，晶种越小，机械搅拌越激烈，则过饱和曲线 越向溶解度曲线靠近。在生产中应尽量控制各种条件，使曲 线AB和C′D′之间有一个比较宽的区域，便于结晶操作的控制。
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例题
[例1]：若常压下某湿空气的温度为20℃、湿度为0.014673㎏/㎏绝干气，试求：⑴湿空气的相对湿度；⑵湿空气的比容；⑶湿空气的比热；⑷湿空气的焓。
若将上述空气加热到50℃，再分别求上述各项。
解：20℃时的性质：
⑴相对湿度从附录查出20℃时水蒸气的饱和蒸汽压p0=2.3346kPa。
或
解得
该空气为水气饱和，不能作干燥介质用。
⑵比容v H
⑶比热c H
或
⑷焓I
或
50℃时的性质：
⑴相对湿度从附录查出50℃时水蒸气的饱和蒸汽压为12.340kPa。
当空气从20℃加热到50℃时，湿度没有变化，仍为0.014673kg/kg绝干气，故：
解得
由计算结果看出，湿空气被加热后虽然湿度没有变化，但相对湿度降低了。
所以在干燥操作中。
总是先将空气加热后再送入干燥器中，目的是降低相对湿度以提高吸湿能力。
⑵比容v H
湿空气被加热后虽然湿度没有变化，但受热后体积膨胀，所以比容加大。
因常压下湿空气可视为理想混合气体，故50℃时的比容也可用下法求得：
⑶比热c H湿空气的比热只是湿度的函数，因此20℃与50℃时的湿空气比热相同，均为1.038kJ/kg绝干气。
⑷焓I
湿空气被加热后虽然湿度没有变化，但温度增高，故焓值加大。
[例2]：常压下湿空气的温度为30℃、湿度为0.02403㎏/㎏绝干气，试计算湿空气的各种性质，即：⑴分压p；⑵露点t d；⑶绝热饱和温度t as；⑷湿球温度t w。
解：⑴分压p
或
解得
⑵露点t d
将湿空气等湿冷却到饱和状态时的温度为露点，相应的蒸汽压为水的饱和蒸气压，由附录查出对应的温度为27.5，此温度即为露点。
⑶绝热饱和温度t as
由于H as是t as的函数，故用上式计算t as时要用试差法。
其计算步骤为：
①设t as=28.4℃
②由附录查出28.4℃时水的饱和蒸气压为3870Pa，故：
③求c H，即
或
④核算t as。
0℃时水的汽化热，故：
故假设t as=28.4℃可以接受。
⑷湿球温度t w对于水蒸气~空气系统，湿球温度t w等于绝热饱和温度t as，但为了熟练计算，仍用公式计算湿球温度t w。
与计算t as一样，用试差法计算，计算步骤如下：
①假设t w=28.4℃。
②对水蒸气~空气系统，。
③由附录查出28.4℃时水的汽化热r tw为2427.3kgJ/kg。
④前面已算出28.4℃时湿空气的饱和湿度为0.02471kg/kg绝干气。
⑤
与假设的28.4℃很接近，故假设正确。
计算结果证明对水蒸气~空气系统，。
[例3]：常压下以温度为20℃、相对湿度为60%的新鲜空气为介质，干燥某种湿物料。
空气在预热器中被加热到90℃后送入干燥器，离开时的温度为45℃、湿度为0.022kg/kg绝干气。
每小时有1100kg、温度为20℃、湿基含水量为3%的湿物料送入干燥器，物料离开干燥器时温度升到60℃、湿基含水量降到0.2%。
湿物料的平均比热为3.28kJ/(kg绝干料·℃)。
忽略预热器向周围的热损失，干燥器的热损失为1.2kW。
试求：（1）水分蒸发量W；（2）新鲜空气消耗量L0；（3）若风机装在预热器的新鲜空气入口处，求风机的风量；（4）预热器消耗的热量Q P；（5）干燥系统消耗的总热量Q；（6）向干燥器补充的热量Q D；（7）干燥系统的热效率。
解：根据题意画的流程图
（1）蒸发量W
其中
（2） 新鲜空气消耗量L 0
由图查出，当t 0=20℃、φ0=60%时，H 0=0.009kg/kg 绝干气，故：
新鲜空气消耗量为：
（3） 风机的风量V
H Lv V ''
∴
（4） 预热器中消耗的热量Q P
当t 0=20℃、φ0=60%时，查出I 0=43kJ/kg 绝干气。
空气离开预热器时t 1=90℃、H 1=H 0=0.009kg/kg 绝干气时，查出I 1=115kJ/kg 绝干气，故：
（5）干燥系统消耗的总热量Q
（6）向干燥器补充的热量Q D；
（7）干燥系统的热效率η
或
[例4]：采用常压气流干燥器干燥某种湿物料。
在干燥器内，湿空气以一定的速度吹送物料的同时并对物料进行干燥。
已知的操作条件均标于本例附图中。
试求：（1）新鲜空气消耗量；（2）单位时间内预热器消耗的热量，忽略预热器的热损失；（3）干燥器的热效率。
解：（1）新鲜空气消耗量
①求W
②求H2因Q L≠0，故干燥操作为非等焓过程，空气离开干燥器的状态参数不能用等焓线去求，下面用解析法求解。
当t0=15℃、H0=0.0073kg/kg绝干气时，查出I0=34kJ/kg绝干气。
当t1=90℃、H1=H0=0.0073kg/kg绝干气时，查出I1=110kJ/kg绝干气。
同理
围绕本例附图的干燥器作焓衡算，得：
或
将已知值代入上式，得：
或
空气离开干燥器时焓的计算式为：
或
联立求解得：
（2）预热器消耗的热量速率
（3）干燥系统的热效率η若忽略湿物料中水分带入系统中得焓，则：
因Q D=0，故Q=Q P，因此：
[例5]：已知某物料在恒定干燥条件下从初始含水量0.4kg水/kg干料降至0.08kg 水/kg干料，共需6小时，物料的临界含水量X0=0.15kg水/kg干料，平衡含水量X*=0.04kg水/kg干料，降速阶段的干燥速率曲线可作为直线处理。
试求：①恒速干燥阶段所需时间τ1及降速阶段所需时间τ2分别为多少？②若在同样条件下继续将物料干燥至0.05 kg水/kg干料，还需多少时间？
解：①X由0.4 kg水/kg干料降至0.08 kg水/kg干料经历两个阶段：
又因
解得：，
③继续干燥时间
设从临界含水量X0=0.15kg水/kg干料降至X3=0.05kg水/kg干料所需时间为τ3，
则
继续干燥所需时间为。