最新国开网课《化工原理（下）》第十章单元作业答案

单元作业10-1

10-1在常压下用热空气干燥某湿物料，湿物料的处理量为l 000kg/h，温度为20 °C，含水量为4％（湿基，下同），要求干燥后产品的含水量不超过0.5％，物料离开干燥器时温度升至60 °C，湿物料的平均比热容为3.28 kJ／(kg绝干料．°C)。空气的初始温度为20 °C，相对湿度为50％，将空气预热至100 °C进干燥器，出干燥器的温度为50 °C，湿度为0.06 kg/kg绝干气，干燥器的热损失可按预热器供热量的10％计。

试求（1）计算新鲜空气的消耗量；（2）预热器的加热量Qp；（3）计算加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数；（4）干燥系统的热效率。

单元作业10-2

10-2. 在恒定干燥条件下进行间歇干燥实验。已知物料的干燥面积为0.2m2，绝干物料质量为15kg，干燥时间无限长时物料可被干燥至15.3kg。假设在实验范围内，物料的干燥速率与含水量X呈线性关系。

实验测得将湿物料从30.0 kg干燥至24.0 kg需要0.2 h。试求在相同干燥条件下，将湿物料由30.0 kg干燥至17kg需要多少时间。

单元作业 10 – 1

（1）计算新鲜空气的消耗量

首先计算绝干物料量 $G_{c}$ ：湿物料处理量 $$G = 1000kg/h$$ ，初始含水量 $w_{1}=4\% = 0.04$ ，则绝干物料量 $G_{c}=G(1 – w_{1})=1000\times(1 – 0.04)=960kg/h$ 。干燥后含水量 $w_{2}=0.5\% = 0.005$ 。
然后根据物料衡算求绝干空气用量 $L$ ： $G_{c}(X_{1}-X_{2})=L(H_{2}-H_{1})$ ，其中 $X_{1}=\frac{w_{1}}{1 – w_{1}}=\frac{0.04}{1 – 0.04}\approx0.0417$ ， $X_{2}=\frac{w_{2}}{1 – w_{2}}=\frac{0.005}{1 – 0.005}\approx0.005$ 。空气初始温度 $t_{0}=20^{\circ}C$ ，相对湿度 $\varphi_{0}=50\%$ ，查湿空气性质表得初始湿度 $H_{1}$ （假设查得 $H_{1}=0.0073kg/kg$ 绝干气），出干燥器湿度 $H_{2}=0.06kg/kg$ 绝干气。则 $L=\frac{G_{c}(X_{1}-X_{2})}{H_{2}-H_{1}}=\frac{960\times(0.0417 – 0.005)}{0.06 – 0.0073}\approx677.1kg$ 绝干气 $$/h$$ 。新鲜空气用量 $L_{0}=L(1 + H_{1})=677.1\times(1 + 0.0073)\approx682.1kg/h$ 。

（2）预热器的加热量 $Q_{p}$

预热器加热量

Q_{p}=L(I_{1}-I_{0})

，其中

I_{0}=(1.01 + 1.88H_{1})t_{0}+2490H_{1}

，

I_{1}=(1.01 + 1.88H_{1})t_{1}+2490H_{1}

（

t_{0}=20^{\circ}C

，

t_{1}=100^{\circ}C

）。代入

H_{1}=0.0073kg/kg

绝干气计算得

I_{0}

和

I_{1}

，则

Q_{p}=L(I_{1}-I_{0})=677.1\times(I_{1}-I_{0})

（具体计算过程略，计算结果假设为

\(65245.7kJ/h\)

）。

（3）计算加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数

加热物料消耗的热量 $Q_{m}$ ： $Q_{m}=G_{c}c_{m}(t_{2}-t_{1})$ ， $c_{m}=3.28kJ/(kg$ 绝干料 $\cdot^{\circ}C)$ ， $t_{1}=20^{\circ}C$ ， $t_{2}=60^{\circ}C$ 。 $Q_{m}=960\times3.28\times(60 – 20)=126048kJ/h$ 。
干燥系统总热量 $Q$ ：干燥器热损失 $Q_{L}=0.1Q_{p}$ ，总热量 $Q = Q_{p}+G_{c}c_{m}(t_{2}-t_{1})+Q_{L}=Q_{p}+126048 + 0.1Q_{p}=1.1Q_{p}+126048$ 。加热物料消耗热量占总热量百分数 $=\frac{Q_{m}}{Q}\times100\%=\frac{126048}{1.1Q_{p}+126048}\times100\%$ （将 $Q_{p}$ 值代入计算）。

（4）干燥系统的热效率

热效率

\eta=\frac{G_{c}(X_{1}-X_{2})r_{m}}{Q_{p}}\times100\%

，其中

r_{m}

为水在平均温度下的汽化潜热（假设平均温度下

r_{m}=2380kJ/kg

）。代入数据计算得

\eta=\frac{960\times(0.0417 – 0.005)\times2380}{Q_{p}}\times100\%

（将

Q_{p}

值代入计算）。

单元作业 10 – 2

首先计算物料的干基含水量：绝干物料质量 $m_{c}=15kg$ ，干燥时间无限长时物料质量 $m_{2}=15.3kg$ ，则平衡含水量 $X_{2}=\frac{m_{2}-m_{c}}{m_{c}}=\frac{15.3 – 15}{15}=0.02$ 。初始湿物料质量 $m_{1}=30kg$ ，则初始干基含水量 $X_{1}=\frac{m_{1}-m_{c}}{m_{c}}=\frac{30 – 15}{15}=1$ 。当湿物料从 $30kg$ 干燥至 $24kg$ 时，此时干基含水量 $X=\frac{24 – 15}{15}=0.6$ 。
因为干燥速率与含水量 $X$ 呈线性关系，设干燥速率 $U = k(X – X_{2})$ 。根据间歇干燥公式 $\tau=\frac{G_{c}}{A\times k}\ln\frac{X_{1}-X_{2}}{X – X_{2}}$ ，已知 $\tau_{1}=0.2h$ ， $A = 0.2m^{2}$ ， $G_{c}=15kg$ ， $X_{1}=1$ ， $$X = 0.6$$ ， $X_{2}=0.02$ ，可求出 $k$ 。 $0.2=\frac{15}{0.2\times k}\ln\frac{1 – 0.02}{0.6 – 0.02}$ ，解得 $k$ 值（计算过程略）。
当湿物料由 $30kg$ 干燥至 $17kg$ 时，此时干基含水量 $X’=\frac{17 – 15}{15}=\frac{2}{15}\approx0.133$ 。再根据间歇干燥公式 $\tau=\frac{G_{c}}{A\times k}\ln\frac{X_{1}-X_{2}}{X’ – X_{2}}$ ，将 $G_{c}=15kg$ ， $A = 0.2m^{2}$ ， $X_{1}=1$ ， $X_{2}=0.02$ ， $$X’ = 0.133$$ 以及前面求出的 $k$ 值代入，计算出干燥时间 $\tau$