题目

[例 -72 封闭循环的干燥流程-|||-在一常压干燥系统中用热空气干燥湿物料中水分,空气循环使用,如本例附图所示。从冷却-|||-器出来的温度33℃湿空气经预热器加热至128℃后进入干燥器,空气在干燥器内等焓增湿,离开-|||-干燥器的废气温度为56℃,该废气进入冷却器降温至33℃后全部循环使用。干燥器每小时处理-|||-120kg湿物料,将物料含水量由10%降为1%(均为湿基含水量),已知33℃时水的饱和蒸气压-|||-为5030.5Pa。试求:-|||-(1)绝干空气消耗量, kg/h ;-|||-(2)干燥系统的热效率;-|||-(3)冷却器可收集到的冷凝水量, /h

题目解答

答案

解析

本题主要考查封闭循环干燥流程的相关计算，涉及绝干空气消耗量、干燥系统热效率以及冷却器冷凝水量的计算。解题思路如下：

计算绝干空气消耗量：
- 首先根据湿基含水量计算干基含水量，进而求出水分蒸发量。
- 然后根据空气进出口的湿度和水分蒸发量的关系计算绝干空气消耗量。
计算干燥系统的热效率：
- 先计算进预热器空气的焓和预热器的热负荷。
- 再根据热效率的定义式计算热效率。
计算冷却器可收集到的冷凝水量：
- 根据空气在冷却器前后的湿度变化和绝干空气消耗量计算冷凝水量。

具体计算过程

计算绝干空气消耗量：
- 计算干基含水量：
  已知湿物料初始湿基含水量$w_1 = 10\%$，则干基含水量$X_1=\frac{w_1}{1 - w_1}=\frac{0.1}{1 - 0.1}=0.1111$；
  湿物料最终湿基含水量$w_2 = 1\%$，则干基含水量$X_2=\frac{w_2}{1 - w_2}=\frac{0.01}{1 - 0.01}=0.0101$。
- 计算绝干物料质量$G$：
  已知干燥器每小时处理湿物料$G_1 = 120kg/h$，则绝干物料质量$G = G_1(1 - w_1)=120\times(1 - 0.1)=108kg/h$。
- 计算水分蒸发量$W$：
  根据物料衡算，水分蒸发量$W = G(X_1 - X_2)=108\times(0.1111 - 0.0101)=10.908kg/h$。
- 计算空气进出口湿度：
  已知$33^{\circ}C$时水的饱和蒸气压$p_s = 5030.5Pa$，常压$p = 101.33kPa = 101330Pa$，根据湿度计算公式$H = 0.622\frac{p_s}{p - p_s}$，可得$H_0 = 0.622\times\frac{5030.5}{101330 - 5030.5}=0.0325kg/kg$绝干气。
  因为等焓干燥过程，$I_1 = I_2$，$I_1=(1.01 + 1.88H_1)t_1 + 2490H_1$，$I_2=(1.01 + 1.88H_2)t_2 + 2490H_2$，$t_1 = 128^{\circ}C$，$t_2 = 56^{\circ}C$，$H_1 = H_0 = 0.0325kg/kg$绝干气，代入可得：
  $(1.01 + 1.88\times0.0325)\times128 + 2490\times0.0325=(1.01 + 1.88H_2)\times56 + 2490H_2$
  解方程可得$H_2 = 0.06221kg/kg$绝干气。
- 计算绝干空气消耗量$L$：
  根据$W = L(H_2 - H_1)$，可得$L=\frac{W}{H_2 - H_1}=\frac{10.908}{0.06221 - 0.0325}=367.15kg/h$。
计算干燥系统的热效率：
- 计算进预热器空气的焓$I_0$：
  $I_0=(1.01 + 1.88H_0)t_0 + 2490H_0=(1.01 + 1.88\times0.0325)\times33 + 2490\times0.0325 = 111.627kJ/kg$。
- 计算预热器的热负荷$Q_p$：
  $Q_p = L(I_1 - I_0)=\frac{367.15}{3600}\times(218.03 - 111.627)=10.378kW$。
- 计算热效率$\eta$：
  热效率$\eta=\frac{W(2490 + 1.88t_2)}{Q_p}=\frac{\frac{10.908}{3600}\times(2490 + 1.88\times56)}{10.378}=75.77\%$。
计算冷却器可收集到的冷凝水量：
空气经冷却器失去水分，冷凝水量$W' = L(H_2 - H_0)=367.15\times(0.06221 - 0.0325)=10.508kg/h$。