问答题
用温度为20℃、湿度为0.005kg/kg绝干气的新鲜空气，在常压绝热干燥器内将湿物料自含水分50%干燥至5%(均为湿基)。湿物料处理量为1500kg/h，空气在预热器内被加热到95℃后送入干燥器，预热器的热损失可忽略，空气出干燥器的温度为40℃。
问答题
在湿焓图上绘出空气状态变化过程示意图；
【正确答案】在H-I图上空气状态变化过程如下图0→1→2所示：
【答案解析】
问答题
求预热器的耗热量；
【正确答案】求QP。
QP=L(I1-I0) (1)
其中：
I0=(1.0+1.93H0)t0+2500H0=(1.0+1.93×0.005)×20+2500×0.005
=32.69(kJ/kg)
I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1=(1.0+1.93×0.005)×95+2500×0.005
=108.4(kJ/kg绝干气)
由I1=I2=(1.0+1.93H2)×40+2500H2
可解得：H2=0.02654(kg/kg绝干气)
除去的水分量：
[*]
干空气流量：
[*]
代入式(1)得：
QP=3.30×104×(108.4-32.69)=2.50×106(kJ/h)=694(kW)
QP=L(I1-I0) (1)
其中：
I0=(1.0+1.93H0)t0+2500H0=(1.0+1.93×0.005)×20+2500×0.005
=32.69(kJ/kg)
I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1=(1.0+1.93×0.005)×95+2500×0.005
=108.4(kJ/kg绝干气)
由I1=I2=(1.0+1.93H2)×40+2500H2
可解得：H2=0.02654(kg/kg绝干气)
除去的水分量：
[*]
干空气流量：
[*]
代入式(1)得：
QP=3.30×104×(108.4-32.69)=2.50×106(kJ/h)=694(kW)
【答案解析】
问答题
求新鲜湿空气的体积流量。
【正确答案】求V。
[*]
【答案解析】
问答题
在常压理论干燥器中，从湿物料中去除水分的速率为0.0278kg水/s。进入预热器的湿空气温度为288K，湿度为8.49×10-3kg/kg绝干气，离开干燥器的湿空气温度为317K，湿度为0.0292kg/kg绝干气。求：
(1)干空气的流率和预热器所提供的热量；
(2)预热器出口空气的温度。
(1)干空气的流率和预热器所提供的热量；
(2)预热器出口空气的温度。
【正确答案】本题属于简单干燥过程。
(1)求L和QP。
[*]
QP=L(I1-I0)
等焓干燥，则I1=I2，故
QP=L(I2-I0)
其中：
I0=(1.0+1.93H0)t0+2500H0
=(1.0+1.93×0.00849)×(288-273)+2500×0.00849
=36.5(kJ/kg绝干气)
I2=(1.0+1.93H2)t2+2500H2
=(1.0+1.93×0.0292)×(317-273)+2500×0.0292
=119.5(kJ/kg绝干气)
QP=1.342×(119.5-36.5)=111.4(kW)
(2)求t1。
因为
I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1
=(1.0+1.93×0.00849)t1+2500×0.00849
=I2=119.5(kJ/kg绝干气)
解得：t1=96.7(℃)
(1)求L和QP。
[*]
QP=L(I1-I0)
等焓干燥，则I1=I2，故
QP=L(I2-I0)
其中：
I0=(1.0+1.93H0)t0+2500H0
=(1.0+1.93×0.00849)×(288-273)+2500×0.00849
=36.5(kJ/kg绝干气)
I2=(1.0+1.93H2)t2+2500H2
=(1.0+1.93×0.0292)×(317-273)+2500×0.0292
=119.5(kJ/kg绝干气)
QP=1.342×(119.5-36.5)=111.4(kW)
(2)求t1。
因为
I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1
=(1.0+1.93×0.00849)t1+2500×0.00849
=I2=119.5(kJ/kg绝干气)
解得：t1=96.7(℃)
【答案解析】
问答题
温度为20℃，湿度为0.01kg/kg绝干气的湿空气，在预热器内被加热到85℃后进入干燥器，干燥器中没有补充热量。空气离开干燥器时的温度为35℃，估计每蒸发1kg水干燥器净收入的热量为-1591kJ。新鲜湿空气的流率为2.78kg/s，求水分汽化速率。
【正确答案】水分汽化量(速率)为
W=L(H2-H1) (1)
由于L'=L(1+H0)
所以 L=L'/(1+H0)=2.78/(1+0.01)=2.75(kg绝干气/s)
而H1=H0，ε=-1591kJ/kg汽化水
I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1
=(1.0+1.93×0.01)×85+2500×0.01
=111.6(kJ/kg)
将其代入[*]中，得：
[*] (2)
I2=(1.0+1.93H2)×35+2500H2 (3)
(2)、(3)式联立，解得：
H2=0.0222(kg/kg绝干气)
I2=92.2(kJ/kg绝干气)
将H2之值代入(1)式中，得：
W=2.75×(0.0222-0.01)=0.0336(kg/s)
W=L(H2-H1) (1)
由于L'=L(1+H0)
所以 L=L'/(1+H0)=2.78/(1+0.01)=2.75(kg绝干气/s)
而H1=H0，ε=-1591kJ/kg汽化水
I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1
=(1.0+1.93×0.01)×85+2500×0.01
=111.6(kJ/kg)
将其代入[*]中，得：
[*] (2)
I2=(1.0+1.93H2)×35+2500H2 (3)
(2)、(3)式联立，解得：
H2=0.0222(kg/kg绝干气)
I2=92.2(kJ/kg绝干气)
将H2之值代入(1)式中，得：
W=2.75×(0.0222-0.01)=0.0336(kg/s)
【答案解析】
问答题
某干燥过程由于工艺要求，采用部分废气循环，即废气返回一部分与新鲜空气混合后再进入预热器。新鲜空气的温度为18℃，湿度为0.006kg/kg绝干气；离开干燥器时的温度为58℃，湿度为0.0575kg/kg绝干气。要求混合气体(循环的废气+新鲜空气)的湿度为0.045kg/kg绝干气，设干燥器为理论干燥器。求：
(1)蒸发1kg水分所需的新鲜空气量和热量；
(2)混合气体离开预热器的温度；
(3)废气循环量。
【正确答案】画出流程示意图：
[*]
(1)求l和qP。
I0=(1.0+1.93H0)t0+2500H0=(1.0+1.93×0.006)×18+2500×0.006
=33.2(kJ/kg绝干气)
I2=(1.0+1.93H2)t2+2500H2=(1.0+1.93×0.0575)×58+2500×0.0575
=208.2(kJ/kg绝干气)
l=L/W=1/(H2-H1)=1/(0.0575-0.006)
=19.42(kg绝干气/kg汽化水)
理论干燥器，I1=I2
qP=l(I1-I0)=l(I2-I0)
=19.42×(208.2-33.2)=3400(kJ/kg汽化水)
(2)求t1。
因为 I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1=(1.0+1.93×0.045)t1+2500×0.045
=I2=208.2(kJ/kg绝干气)
解得：t1=88.1℃
(3)求lR。
以1kg汽化水为基准，对混合点m用混合公式，设循环废气中绝干空气量为lR，则有：
[*]
即 [*]
所以 lR=60.6(kg绝干气/kg汽化水)
l'R=l(1+H2)=60.6×(1+0.0575)=64.1(kg废气/kg汽化水)
[*]
(1)求l和qP。
I0=(1.0+1.93H0)t0+2500H0=(1.0+1.93×0.006)×18+2500×0.006
=33.2(kJ/kg绝干气)
I2=(1.0+1.93H2)t2+2500H2=(1.0+1.93×0.0575)×58+2500×0.0575
=208.2(kJ/kg绝干气)
l=L/W=1/(H2-H1)=1/(0.0575-0.006)
=19.42(kg绝干气/kg汽化水)
理论干燥器，I1=I2
qP=l(I1-I0)=l(I2-I0)
=19.42×(208.2-33.2)=3400(kJ/kg汽化水)
(2)求t1。
因为 I1=(1.0+1.93H1)t1+2500H1=(1.0+1.93×0.045)t1+2500×0.045
=I2=208.2(kJ/kg绝干气)
解得：t1=88.1℃
(3)求lR。
以1kg汽化水为基准，对混合点m用混合公式，设循环废气中绝干空气量为lR，则有：
[*]
即 [*]
所以 lR=60.6(kg绝干气/kg汽化水)
l'R=l(1+H2)=60.6×(1+0.0575)=64.1(kg废气/kg汽化水)
【答案解析】
问答题
在一常压连续干燥器中，湿物料处理量为0.8kg/s，物料含水量由湿基5%干燥至1%。空气初始温度为20℃、湿含量为0.05kg/kg干空气，空气离开干燥器时的温度为55℃。为了保证干燥产品的质量，要求进入干燥器的空气温度不得高于90℃。试求以下两种情况下所需的空气量(kg干空气/s)和热耗量(kW)及干燥器的热效率，设干燥过程为理想过程。(1)将新鲜空气预热到90℃进入干燥器中进行干燥；(2)采用废气循环，循环气中干空气量为干燥器出口废气中干空气量的2/3，混合气温度为90℃，进入干燥器干燥。
【正确答案】第一种情况：
将物料湿基含水量转换为干基含水量：
[*]
绝干物料量：
GC=G1(1-ω1)=0.8×(1-0.05)=0.760(kg/s)
汽化水分量：
W=GC(X1-X2)=0.76×(0.05263-0.0101)=0.03232(kg/s)
画出流程示意图。
I0=(1.0+1.93H0)t0+2500H0
=(1.0+1.93×0.005)×20+2500×0.005
=32.69(kJ/kg绡干气)
I1=(1.0+1.93H0)t1+2500H0
=(1.0+1.93×0.005)×90+2500×0.005
=103.4(kJ/kg绝干气)
因其为理想干燥过程，也即等焓干燥过程，故I1=I2。
I2=(1.0+1.93H2)t2+2500H2=(1.0+1.93H2)×55+2500H2
=103.4(kJ/kg绝干气)
解得：H2=0.01857(kg/kg绝于气)
绝干空气流量：
[*]
预热器耗热量：
QP=L(H1-H0)=2.382×(103.4-32.69)=168.4(kW)
干燥器的热效率：
[*]
第二种情况：
干燥流程如下：
[*]
对混合点m用混合公式，设新鲜空气中绝干空气量为L，则有：
[*]
代入数据，得：
[*] (1)
[*] (2)
Im=(1.0+1.93Hm)×90+2500Hm (3)
I2=(1.0+1.93H2)×55+2500H2 (4)
Im=I2 (5)
解式(1)～(5)组成的方程组，得：
H2=0.04790(kg/kg绝干气)
Hm=0.03360(kg/kg绝干气)
Im=I2=179.8(kJ/kg绝干气)
I1=179.8(kJ/kg绝干气)
绝干空气流量：
[*]
预热器耗热量：
QP=L(H1-H0)=0.7534×(179.8-32.69)=111(kW)
干燥器的热效率：
[*]
计算表明：有废气循环后，干燥器的热效率将提高。
将物料湿基含水量转换为干基含水量：
[*]
绝干物料量：
GC=G1(1-ω1)=0.8×(1-0.05)=0.760(kg/s)
汽化水分量：
W=GC(X1-X2)=0.76×(0.05263-0.0101)=0.03232(kg/s)
画出流程示意图。
I0=(1.0+1.93H0)t0+2500H0
=(1.0+1.93×0.005)×20+2500×0.005
=32.69(kJ/kg绡干气)
I1=(1.0+1.93H0)t1+2500H0
=(1.0+1.93×0.005)×90+2500×0.005
=103.4(kJ/kg绝干气)
因其为理想干燥过程，也即等焓干燥过程，故I1=I2。
I2=(1.0+1.93H2)t2+2500H2=(1.0+1.93H2)×55+2500H2
=103.4(kJ/kg绝干气)
解得：H2=0.01857(kg/kg绝于气)
绝干空气流量：
[*]
预热器耗热量：
QP=L(H1-H0)=2.382×(103.4-32.69)=168.4(kW)
干燥器的热效率：
[*]
第二种情况：
干燥流程如下：
[*]
对混合点m用混合公式，设新鲜空气中绝干空气量为L，则有：
[*]
代入数据，得：
[*] (1)
[*] (2)
Im=(1.0+1.93Hm)×90+2500Hm (3)
I2=(1.0+1.93H2)×55+2500H2 (4)
Im=I2 (5)
解式(1)～(5)组成的方程组，得：
H2=0.04790(kg/kg绝干气)
Hm=0.03360(kg/kg绝干气)
Im=I2=179.8(kJ/kg绝干气)
I1=179.8(kJ/kg绝干气)
绝干空气流量：
[*]
预热器耗热量：
QP=L(H1-H0)=0.7534×(179.8-32.69)=111(kW)
干燥器的热效率：
[*]
计算表明：有废气循环后，干燥器的热效率将提高。
【答案解析】
问答题
某乳品厂用喷雾干燥设备生产奶粉，每小时处理湿基含水量50%的牛奶100kg，干燥后奶粉的湿基含水量为2%。空气初始状态为25℃，湿度为0.016kg/kg绝干气，预热至150℃后进入喷雾塔。排出的废气温度为86.5℃，设牛奶进入干燥室的温度为50℃，对外界的热损失为209kJ/kg水分，牛奶进出喷雾塔所带入的热量为146kJ/kg水分，求所需空气的体积流量。
【正确答案】将物料湿基含水量转换为干基含水量：
[*]
绝干物料量：
GC=G1(1-ω1)=100×(1-0.5)=50(kg/h)
汽化水分量：
W=GC(X1-X2)=50×(1-0.02041)=48.98(kg/s)
本题为非等焓干燥过程：
[*]
代入数据，得：
ε=0-[-146+209]=-63(kJ/kg汽化水)
I1=(1.0+1.93H0)t1+2500H0
=(1.0+1.93×0.016)×150+2500×0.016
=194.6(kJ/kg绝干气)
所以[*] (1)
I2=(1.0+1.93H2)×86.5+2500H2 (2)
(1)、(2)式联立，解得：
H2=0.040(kg/kg绝干气)
I2=193.2(kJ/kg绝干气)
绝干空气流量：
[*]
空气的湿比容：
[*]
新鲜空气的体积流量为：
V=LvH=2040×0.865=1765(m3/h)
[*]
绝干物料量：
GC=G1(1-ω1)=100×(1-0.5)=50(kg/h)
汽化水分量：
W=GC(X1-X2)=50×(1-0.02041)=48.98(kg/s)
本题为非等焓干燥过程：
[*]
代入数据，得：
ε=0-[-146+209]=-63(kJ/kg汽化水)
I1=(1.0+1.93H0)t1+2500H0
=(1.0+1.93×0.016)×150+2500×0.016
=194.6(kJ/kg绝干气)
所以[*] (1)
I2=(1.0+1.93H2)×86.5+2500H2 (2)
(1)、(2)式联立，解得：
H2=0.040(kg/kg绝干气)
I2=193.2(kJ/kg绝干气)
绝干空气流量：
[*]
空气的湿比容：
[*]
新鲜空气的体积流量为：
V=LvH=2040×0.865=1765(m3/h)
【答案解析】
问答题
对某种物料进行间歇式干燥实验，已知空气平行吹过物料表面，干燥总面积为55m2，每个周期的生产能力为1000kg干物质，开始时的干燥速率为3.06×10-4kg水/(m2·s)，试估算将此物料从含水量0.15kg/kg干物质干燥至0.005kg/kg干物质所需要的时间。该物料的临界含水量为0.125kg/kg干物质，平衡含水量近似为零。降速干燥阶段的曲线为直线。如果将空气速度由1m/s提高到3m/s，干燥时间又为多少?
【正确答案】由于X1＞XC＞X2，故干燥包含恒速与降速两段过程。
总干燥时间：
[*] (1)
其中：GC=1000kg绝干料，UC=3.06×10-4kg/(m2·s)，A=55m2
X1=0.15kg/kg绝干料，XC=0.125kg/kg绝干料，
X2=0.005kg/kg绝干料，XP=0kg/kg绝干料
将以上数值代入(1)，得：
[*]
假定临界含水量不变，其他条件不变，则由式(1)得
[*]
因为 [*]
所以 [*]
所以 [*]
计算表明，提高干燥介质(热空气)的流速，干燥速率增大，干燥时间减少。
总干燥时间：
[*] (1)
其中：GC=1000kg绝干料，UC=3.06×10-4kg/(m2·s)，A=55m2
X1=0.15kg/kg绝干料，XC=0.125kg/kg绝干料，
X2=0.005kg/kg绝干料，XP=0kg/kg绝干料
将以上数值代入(1)，得：
[*]
假定临界含水量不变，其他条件不变，则由式(1)得
[*]
因为 [*]
所以 [*]
所以 [*]
计算表明，提高干燥介质(热空气)的流速，干燥速率增大，干燥时间减少。
【答案解析】
问答题
在逆流绝热干燥器中，采用热空气干燥某种湿物料，过程中物料干基湿含量由0.9kg/kg绝干料降到0.1kg/kg绝干料。热空气进干燥器的温度为50℃，湿球温度为21℃，离开时温度为27℃，湿度为0.0133kg/kg绝干气。由间歇干燥实验得物料在第一、二干燥阶段的干燥速率分别为：
第一阶段：
第二阶段：
第一阶段：
第二阶段：
【正确答案】在整个干燥过程中，H，X均随时间而变，但HS不变(因系绝热干燥过程)。对上两式积分可求得干燥时间，但对第一式而言，必须换成同一变量(X或H)。
[*]
对整个干燥器作水分的衡算，有：
W=L(H2-H1)=GC(X1-X2) (1)
再对干燥器入口至任一截面作水分的衡算，有：
L(H-H1)=GC(X-X2) (2)
(2)/(1)，得：
[*]
代入数据，得：
[*]
所以 H=0.01225X+2.275×10-3
代入题给第一式，整理可得：
[*] (3)
要积分上式需找出临界含水量Xc，由于在临界点时两段的速率相等：
[*]
即：
-3.41×10-5Xc+3.76×10-5=1.389×10-4Xc
解得：Xc=0.217(kg/kg绝干料)
积分(3)式得第一阶段的干燥时间τ1。
[*]
第二阶段的干燥时间τ2为：
[*]
总干燥时间为：
τ=τ1+τ2=43200+5578=48778(s)=13.55(h)
[*]
对整个干燥器作水分的衡算，有：
W=L(H2-H1)=GC(X1-X2) (1)
再对干燥器入口至任一截面作水分的衡算，有：
L(H-H1)=GC(X-X2) (2)
(2)/(1)，得：
[*]
代入数据，得：
[*]
所以 H=0.01225X+2.275×10-3
代入题给第一式，整理可得：
[*] (3)
要积分上式需找出临界含水量Xc，由于在临界点时两段的速率相等：
[*]
即：
-3.41×10-5Xc+3.76×10-5=1.389×10-4Xc
解得：Xc=0.217(kg/kg绝干料)
积分(3)式得第一阶段的干燥时间τ1。
[*]
第二阶段的干燥时间τ2为：
[*]
总干燥时间为：
τ=τ1+τ2=43200+5578=48778(s)=13.55(h)
【答案解析】