化工原理干燥典型习题..

第一篇：化工原理干燥典型习题..

干

燥

1、干燥实验中，哪些干燥条件应恒定不变？在此条件下进行长时间干燥，最终能否得到绝干物料？

2、结合水与平衡水分有何区别和联系？

答：平衡水分是空气状态和物料特性的函数，对一定的物料，平衡水分随空气状态而变化。平衡水分是在一定空气状态下不能被干燥除去的水分，是干燥的极限。

结合水只与物料的特性有关，而与空气的状态无关。结合水是能与饱和湿空气平衡的湿物料所含水分的最低值，湿物料的含水量低于此值便会从饱和湿空气中吸收水分。

一般地，结合水的一部分是自由水分，其能被干燥除去；另一部分是平衡水分，其不能被一定状态的空气干燥除去。

3、如何区别平衡水分和自由水分？（5分）

4、请示意性的画出湿空气的湿焓图，对于任意空气状态指出它的状态点：水气分压p，湿度H；焓I；露点td；湿球温度tW；相对湿度φ。

水气分压p，湿度H； 焓I； 露点td； 湿球温度tW； 相对湿度φ

画出图（2分）

并指出上述六个参数。（4分）

5、湿球温度

6、绝热饱和温度

下册 干燥

湿度、相对湿度、焓

带循环的干燥器物料衡算（求循环量）热量衡算（求温度）预热器热量【例5－5】

三、请回答下列问题（10分）３、（２０分）某种湿物料在常压气流干燥器中进行干燥，湿物料的流量为1kg/s，初始湿基含水量为3.5%，干燥产品的湿基含水量为0.5%。空气的状况为：初始温度为25℃，湿度为0.005kg水分/kg干空气，经预热后进干燥器的温度为140℃，若离开干燥器的温度选定为60℃，试计算需要的空气消耗量及预热器的传热速率。假设空气在干燥器内经历等焓过程，I=（1.01+1.88H）t+2490H。

一、（20分）采用常压干燥器干燥物料，每小时处理2000kg，干燥操作使物料的湿基含量由40%减至5%，干燥介质是湿空气，初温为20C，湿度H0=0.009kg水/kg绝干空气，经预热器加热至120C后进入干燥器中，离开干燥器时废气温度为40C，若在干燥器中空气状态沿等焓线变化。已知湿空气焓的计算式为I=(1.01+1.88H)t+2490H，试求：（1）水分蒸发量W(kg/s)；

（2）绝干空气消耗量L(kg绝干空气/s)；（3）干燥收率为95% 时的产品量；

（4）如鼓风机装在新鲜空气入口处，风机的风量应为多少m3/s。

六、（共20分）解：（1）水分蒸发量

wG1w1w220000.40.050.205Kg/s

（4分）

1w2360010.05w

H2H

1（2）绝干空气消耗量

L

其中

H1=H0=0.009 kg水/kg绝干气

求H2：

因

I1 = I2

(1.011.88H1)t12490H1(1.011.88H2)t22490H

2(1.011.880.009)12024900.009(1.011.88H2)402490H2

解得

H2 = 0.041 kg水/kg绝干空气

0.2056.406kg绝干空气/s

（6分）

0.0410.00920000.2050.351kg/s

（3）G2G1W3600

则

L

或

G2G11w1200010.40.351kg/s

1-w236000.0又

干燥收率的定义为

G2实际产品量

100%100%

理论产品量G2G20.35195%0.333kg/s

（6分）

所以

G2

（4）t020C，H00.009kg水/kg绝干空气 时空气的湿比容为

273t 27327320

(0.7731.2440.009)

27vH(0.7731.244H)

0.842m3/kg绝干空气

体积流量

VLvH6.4060.8425.394m3/s

(4分)

在常压连续理想干燥器中，用风机把空气送至预热器，经120℃饱和蒸汽加热后进入干燥器以干燥某种湿物料，已知空气状况为：进预热器前湿空气中水气分压P0 = 1.175Kpa，温度为15℃，进干燥器前温度为90℃，出干燥器后温度为50℃，物料状况为：进干燥器前X1 = 0.15Kg水/Kg绝干料，出干燥器后X2 = 0.01Kg水/Kg绝干料，干燥器生产能力为250Kg/h（按干燥器出口产品计），预热器总传热系数为50 w/(m·℃)。求： 1 绝干空气消耗量； 2 风机送风量； 3 预热器传热面积。注：H = 0.622 P0 /(P-P0);υH=(1/29+H0/18)×22.4×(t0+273)/273;IH=(1.01+1.88H)t+2490H 1． 绝干物料流量：G2

G2250 248kg绝干料/h

（1分）

1x210.01水蒸发量：wG(x1x2)248(0.150.01)34.7kg/h

（1分）进预热器前：H00.622p01.175 0.6220.0073kg/kg绝干气（2分）

pp0101.331.175 IH0(1.011.88H0)t02490H0(1.011.880.0073)1524900.007333.5kJ/kg绝干气（2分）进干燥器前：H1H00.0073kg/kg绝干气

IH1(1.011.880.0073)9024900.0073110kJ/kg绝干气

（2分）出干燥器后：IH2IH1110kJ/kg绝干气

即 IH2(1.011.88H2)502490H2110kJ/kg绝干气

得 H20.023kg/kg绝干气

（2分）绝干空气耗量：L2． 风机送风量： w34.7 2210kg干空气/h

（2分）H2H10.0230.0073VLHL(t2731H0)22.401822m3/h

（3分）29182733． 预热器传热面积：

QpL(IH1IH2)2210(11033.5)169100kJ/h47kw

（2分）

tm(12015)(12090)59.9C

12015ln12090Qp47103 S16m2

（3分）KTm5059.9

用热空气干燥某种湿物料，要求干燥产品为0.1kg/s，进干燥器时湿物料温度为15℃，含水量13%（湿基），出干燥器的产品温度为40℃，含水量1%（湿基）。原始空气的温度为15℃，湿度为0.0073kg/kg，在预热器采用200kPa（绝压）的饱和蒸汽加热至100℃进入干燥器，出干燥器的废气温度为50℃，湿度为0.0235kg/kg。求: 1.水分蒸发量W及绝干空气消耗量L。2.单位时间内预热器消耗热量Qp。3.蒸汽消耗量D。

注：200kPa（绝压）饱和蒸汽的汽化焓γ=2205（kJ/kg）;I1-I0=(1.01+1.88H0)(t1-t0)

五（20分）

4． 物料进干燥器时干基含水量：X1分）

物料出干燥器时干基含水量：X2分）

w10.130.149kg/kg

（1

1w110.13w20.010.0101kg/kg

（1

1w210.01)0.099kg绝干料/s

（2绝干物料流量：GG2(1W2)0.1(10.01分）)0.01375kg水分/s（4水分蒸发量：WG(X1X2)0.099(0.1490.0101分）

绝干空气消耗量：Lw0.013750.849kg绝干气/s

（4H2H10.02350.0073分）

5． 单位时间内预热器消耗热量：

QpL(I1I0)L(1.011.88H0)(t1t0)

0.849(1.011.880.0073)(10015)73.9kW

（5分）

3．蒸汽消耗量：DQp73.90.0335kg/s120.6kg/h

（3分）2205

五、（20分）

在常压绝热干燥器中将1500kg湿物料从原始含水量18%降至1.5%(均为湿基)。t025℃、H00.010kg/kg绝干气的空气在预热器中升温至90℃后进入干燥器，离开干燥器空气的温度为50℃。试求：（1）完成上述干燥任务所需要的空气量；

（2）预热器中加热蒸汽的消耗量（蒸汽的相变热为2205kJ/kg，忽略预热器热损失）；（3）干燥系统的热效率；

（4）通过恒定条件下的干燥实验测得，物料的临界含水量Xc0.1kg/kg绝干料，平衡含水量X*0.01kg/kg绝干料；已知干燥面积为48m2，恒速阶段的干燥速率Uc2.2kg/(m2h)，假定降速阶段干燥速率与自由含水量(XX*)呈直线关系，则所需干燥时间为若干。

解：（1）所需空气量

G'G1(1w1)1500(10.18)1230kg X1X2w1180.2195

1w1100181.50.01532

1001.5WG'(X1X2)1230(0.21950.01523)251.3kg

LW

H2H0（1）

H2 由焓的衡算求得。对于绝热干燥过程，空气进出干燥器的焓值相等，即(1.011.880.01)9024900.01(1.011.88H2)502490H2

解得：H20.02593kg/kg绝干气 将有关数值代入式（1），得到

L253.11.578104kg绝干气

0.025930.01LwL(1H0)1.578104(10.01)1.594104kg新鲜气

（2）预热器中加热蒸汽的消耗量

QpL(1.011.88H0)(t1t0)1.578104(1.011.880.01)(9025)1.05510kJ加热蒸汽消耗量为 6

1.055106Wh478.6kg

r2205（3）干燥系统的热效率

对于绝热干燥过程，可用两种方法计算 QpW(24901.88t2)253.1(24901.8850)0.615761.57% 6Qp1.05510t1t29050100%100%61.54% t1t09025或 (4)干燥时间

 

XX*G'[(X1Xc)(XcX*)lnc]SUcX2X*12300.10-0.01[(0.21950.10)(0.100.01)ln]4.375h482.20.015230.01 温度为20°C、湿度为0.01kg/kg绝干气的常压新鲜空气，经预热器预热至120°C后用于干燥某湿物料。空气离开干燥器的温度为60°C、湿度为0.05kg/kg绝干气，湿物料进出干燥器的温度分别为30°C、50°C，湿基含水量分别为20%、5%，干燥产品流量为60kg/h，湿物料的平均比热容为2.134kJ/(kg湿物料.°C)，忽略干燥系统的热损失。试求：

(注：

'QL(I2I1)G(I2I1')QLL1.01(t2t.0)W(24901.88t2)GCm(21)QL(1）新鲜空气的耗量；（2）干燥系统的热效率。)

六、答：（1）X120%5%0.2 X20.053

120%15%

WG(X1X2)G1G2L(H2H1)

GG1(1w1)60*(120%)48Kg/h)L*(0.050.01)

所以 L236.4Kg绝干气/h

48*(0.250.053（2）干燥的水分量WG*(X1X2)48*(0.250.053)9.46Kg水/h

总干燥的热量：

'QL(I2I1)G(I2I1')QLL1.01(t2t.0)W(24901.88t2)GCm(21)QL236.4*1.01*(6020)9.46*(24701.88*60)60*2.134*(5030)03550.5624622.492560.830733.85KW

干燥系统热效率为W(24901.88t2)9.46*(24901.88*60)*100%*100%80.1%

Q30733.85

七、计算题。（10分）

以空气为干燥介质干燥某种湿物料，新鲜空气用量为2100 Kg新鲜空气/h，温度为20℃，湿度为0.012 Kg水/Kg干气。空气经预热器加热至60℃后进入干燥器，离开时的温度为40℃。湿物料处理量为400 Kg/h，温度由20℃升到35℃，含水量由10%干燥至0.5%（均为湿基），湿物料的平均比热容Cm为3.2 KJ/(Kg绝干料.℃)。干燥器的热损失速率QL为1.2 KW。若干燥过程可视为等焓过程。试求：（1）水分的蒸发量，Kg/h。（2）空气离开干燥器的湿度。（3）干燥器的热效率。

Q1.01L(t2t0)W(24901.88t2)Gccm(21)QL

一、（20分）

在常压间歇操作的厢式干燥器内干燥某种湿物料。每批操作处理湿基含水量为15%的湿物料500kg，物料提供的总干燥面积为40m2。经历4h后干燥产品中的含水量可达到要求。操作属于恒定干燥过程。由实验测得物料的临界含水量及平衡含水量分别为0.11kg水/kg绝干料及0.002kg水/kg绝干料。临界点的干燥速率为1kg水/(m2h)，降速阶段干燥速率为直线。每批操作装卸物料时间为10min，求此干燥器的生产能力，以每昼夜（24h）获得的干燥产品质量计。

一、（20分）

[解] 由题意可知，每批操作处理湿基含水量为15%，即

X1在恒速干燥阶段全部需要时间

15%3

115%17G12.53t1(X1XC)(0.11)0.830h4h（1）

SUC117(10分)由此可知干燥过程还需经历降速干燥阶段 其降速干燥阶段用的时间

GXCX*XCX*（2）t1lnSUCX2X*其中XC0.11，X*0.002

且

（3）做物料衡算得

t1t24h

500G（4）

1X11X2每昼夜获得干燥产品质量

Q24联立(1)(2)(3)(4)(5)解得

G210460

（5）

Q2467.9kg干燥产品/昼夜

（10分）

六、计算题。（10分）

今有一干燥器，湿物料处理量为800kg/h。要求物料干燥后含水量由30%减至4%（均为湿基）。干燥介质为空气，初温15℃，相对湿度为50%（湿度为H=0.005kg水/kg绝干空气），经预热器加热至120℃进入干燥器，出干燥器时降温至45℃，相对湿度为80%（湿度为H2=0.052kg水/kg绝干空气）。试求：（a）水分蒸发量W；（5分）

（b）空气消耗量L、单位空气消耗量l；（5分）

六、（10分）解：（a）（5分）水分蒸发量W

已知G1=800kg/h，w1=30%，w2=4%，则

Gc=G1（1-w1）=800（1-0.3）=560kg/h（1分）X1w10.30.429（1分）

1w110.3 X2w21w20.040.042（1分）

10.04 W=Gc（X1-X2）=560×（0.429-0.042）=216.7kg水/h（2分）（b）（5分）空气消耗量L、单位空气消耗量l

空气通过预热器湿度不变，即H0=H1。（1分）

WW216.7 L4610kg绝干空气/h（2分）H2H1H2H00.0520.005 l

1.(20分）有一连续干燥器在常压下操作，生产能力为1000 kg/h(以干燥产品计）。物料水分由12%降至3%（均为湿基），空气的初温为25℃，湿度为0.01 kg水/kg干空气，经预热器后升温至70℃，干燥器出口废气的干球温度为45℃。设空气在干燥器进出口处焓值相等。试求：（1）在H-I图上表示空气的状态变化过程；（2）初始状态下的空气用量为多少m3/s？（I=（1.01+1.88H)t+2500 H，vH1121.3kg干空气/kg水（2分）

H2H00.0520.005(0.7721.244H0)273t1273）

3（20分）解：（1）（10分）干燥系统示意图见附图1。在H-I图上的空气状态变化见附图2.w1=0.12t0=25oCH0=0.01w2=0.03G2=1000 kg/h附图1

干燥系统示意图

预热器t1=70oC干燥器t2=45oCI1t1t2t020H 附图2

空气状态变化图

（10分）

（2）（10分）求空气用量

蒸发水分量 WG2w1w20.120.031000102.3 kg/ h1w110.12因水分在干燥器进出口处焓值相等，所以I1=I2，即

（1.01+1.88H1)t2+2500 H1=(1.01+1.88H2)t2+2500 H2

因H1=H0=0.01 kg/kg, t1=70℃, t2=45℃, 故有

（1.01+1.88×0.01)×70+2500×0.01=(1.01+1.88H2)×45+2500H2

解得H2=0.107 kg/kg 干空气用量 L=W/(H2-H1)=102.3/(0.107-0.01)=1054.6 kg/h

（5分）方法1：湿空气质量流量 L’=L(1+H1)=1054.6(1+0.01)=1065.1 kg/h 湿空气的平均分子量 M=1.01/(1/29+0.01/18)=28.8 初始状态下的湿空气的体积流量

1065.11038.314(27325)nRT28.833V904.3 m/h0.251 m/s（5分）

P101.325102方法2：空气的湿比容

273t127325(0.7721.2440.01)0.856 m3/kg干空气 273273初始状态下的湿空气体积流量 V0.8561054.6902.7 m3/h0.251 m3/svH(0.7721.244H0)

六、（20分，08考研）如附图所示，某干燥器的操作压强为80kPa（绝压），出口气体的温度t2为59℃，相对湿度φ2为72%。为保证干燥产品的质量，空气进入干燥器的温度不得高于92℃，故将部分出口气体送回干燥器入口与新鲜空气混合，混合后气体相对湿度φm为11%。已知新鲜空气的质量流量为0.49kg/s，温度t0为18℃，湿度H0为0.005kg水/kg绝干空气。试求：（1）空气的循环量LR；（2）新鲜空气预热后的温度t1；（3）预热器需提供的热量QP。（水的饱和蒸气压：59℃时为19.013kPa，92℃时为75.598kPa）

六、（20分，05考研）某并流式干燥器的操作压力为101kPa，湿物料流量为1200kg/h，湿基含水量为15%，要求干燥产品的湿基含水量不超过0.5%。以温度为20℃、湿度为 0.0723kg水/Kg绝干气的新鲜湿空气为干燥介质，在预热器中预热至90℃后送入干燥器，湿空气离开干燥器的温度仍为90℃，湿度为0.239 kg水/kg绝干气。单位干燥面积绝干物料量Gc/S= 20kg绝干料/m2，物料所含水分性质如图1所示，干燥速率曲线如图2所示。水在20℃、90℃时的饱和蒸汽压分别为2.34kPa和70.09kPa。试求：(1)新鲜湿空气消耗量；（2）预热器提供的热量（忽略预热器的热损失）；

(3)在H-I图上作出干燥过程湿空气的状态变化示意图；(4)计算干燥过程所需的时间。

六、（20分，06考研）在常压绝热干燥器中将1500kg湿物料从原始含水量18%降至1.5%(均为湿基)。t025℃、H00.010kg/kg绝干气的空气在预热器中升温至90℃后进入干燥器，离开干燥器空气的温度为50℃。试求：(1)完成上述干燥任务所需要的空气量；（2）预热器中加热蒸汽的消耗量（蒸汽的相变热为2205kJ/kg，忽略预热器热损失）；（3）干燥系统的热效率；（4）通过恒定条件下的干燥实验测得，物料的临界含水量Xc0.1kg/kg绝干料，平衡含水量X*0.01kg/kg绝干料；已知干燥面2积为48m，恒速阶段的干燥速率Uc2.2kg/(mh)，假定降速阶段干燥速率与自由含水量(XX*)呈直线关系，则所需干燥时间为若干。

2六、（20分，07考研）采用如图所示的废气循环系统干燥湿物料，已知数据标示于附图中。在常压操作中，假设系统热损失可忽略，干燥操作为等焓干燥过程。求（1）新鲜空气体积流量（m3/h）?（2）进入干燥器的湿空气的温度及焓？（3）预热器的加热量？ ［注：I(1.011.88H)t2490H，vH＝（0.772+1.244H）×(273+t)/t×(P0/P)］

第二篇：四川大学化工原理干燥实习报告

本　科　实　习　报　告

学　　院

化学工程

学生姓名

专　　业

化学工程与工艺

学　　号

年　　级

指导教师

教务处制表

二ΟΟ六

年

X

月

X日

对流干燥实验

一、实验目的（1）了解洞道式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作方法。

（2）掌握物料干燥曲线的测定方法。

（3）测定湿物料的临界含水量XC。

（4）加强对干燥原理的理解，掌握影响干燥速率的因素。

二、实验原理

干燥是以热能为动力，利用分子浓度不同所带来的扩散性去除固体物料中湿份的操作。干燥过程中，物料首先被空气预热，温度上升到空气的湿球温度，干燥速率上升，随后保持平衡，温度不变，干燥速率恒定。当物料中的自由水被干燥完全后，干燥速率下降，最后至为0，到达水分的平衡。实际过程中，物料的预热时间很短，可以被忽略。

（1）干燥曲线。

干燥曲线是物料的湿含量X与干燥时间的关系曲线。它反映了物料在干燥过程中湿含量随干燥时间的变化关系，其具体形状因物料性质及干燥条件而有所不同，干燥曲线的基本变化趋势如图3-15所示。干燥曲线中BC段为直线，CD段为曲线，直线和曲线的交点为临界点，临界点的物料湿含量为临界湿含量XC。

（2）干燥速率曲线。

干燥速率曲线是干燥速率与物料湿含量的关系曲线。它反映了物料干燥过程的基本规律，如图所示。从图中可以明显看出，湿物料在干燥过程中经历了三个阶段：物料预热升温段、恒速干燥段和降速干燥段。常常采用实验的方法来测定干燥速率曲线。干燥速率曲线是工业干燥器设计的依据，因而具有重要的现实意义。

干燥速率是以单位时间内、单位面积上所汽化的水分量来表示，其数学式为

（3-36）

式中：u——干燥速率，；

图3-16干燥速率曲线

W——汽化水分量，kg；

GC——绝干物料量，kg；

X——湿物料的干基含湿量，kg水/kg绝干物料；

A——干燥面积，m2；

——干燥时间，S。

实验中干燥速率可按下式近似计算：

（3-37）

式中：——干燥进行时间，S；

——在时间内湿物料汽化的水分量，kg。

干燥速率受到干燥介质的温度、湿度与流动状态、物料的性质与尺寸以及物料与介质的接触方式等多种因素的影响，若这些因素均保持相对恒定，则物料的湿含量将只随干燥时间而降低，据此可作出：湿含量与干燥时间关系的干燥曲线；干燥速率与物料湿含量关系的干燥速率曲线。

本实验在洞道式循环干燥器内进行，以热空气为干燥介质来加热湿物料，干燥是物料静止、热空气强制对流传热情况下的传质过程。用电子称重传感器与秒表配合，测定物料每失重一定量所需的时间，即可求出该时段内湿分汽化量和干燥速率。

三.实验流程及设备

（1）气流干燥实验流程。

本干燥实验装置为洞道式循环干燥器。空气由风机送出，经电加热器加热变成热空气，通过孔板流量计计量后进人干燥箱体内与湿物料进行热量传递和质量传递，然后返回风机，循环使用。湿物料由称重传感器测其随时间的重量变化，其流程示意如图3-17所示。

图3-17

对流干燥实验装置流程

球阀；2-蝶阀；3、11-热电偶；4、9-重量巡检仪；5、10-称重传感器；6-风机

7-加热器；8-巡检仪；12、13-干燥物料；14-孔板流量计

（2）实验设备及仪表。

干燥箱体：尺寸为，材质为不锈钢。

风机：Y9US-2.其他仪表仪器：高精度数字显示仪DWI-D，称重传感器C1Y3、孔板流量计；巡检仪F&B、热电偶WZC-333、电子表。

四.实验操作步骤

（1）理清流程，熟悉测试仪表的使用。

（2）蝶阀2全开，打开控制箱，依次开启总电源、风机、电加热器和仪表按钮，让空气进人电加热器7，预热空气后进人干燥箱体。

（3）预热空气升温至50℃以上，调节阀门1，保持温度恒定后，放人湿物料进入干燥箱内，记录其总重量，同时计时。

（4）每失重0.5g，记录一次干燥时间，共采集数据13组到15组。

（5）所有实验数据采集完后，经指导教师同意，关闭电加热器、关闭风机和总电源。

（6）在实验操作过程中，注意用电的安全。

五．实验原始数据记录

干燥箱内温度：55℃

物料尺寸：86*108*2mm

湿物料起始量：46g

绝干物料质量：18.2g

45.6

40.8

9＇04

36.0

5＇16

31.2

18＇50

26.4

22＇11

45.2

1＇23

40.4

9＇55

35.6

6＇17

30.8

1＇08

26.0

25＇26

44.8

1＇51

40.0

10＇48

35.2

7＇21

30.4

2＇40

25.6

28＇48

44.4

2＇20

39.6

11＇46

34.8

8＇31

30.0

3＇52

25.2

32＇4

44.0

3＇01

39.2

12＇37

34.4

9＇27

29.6

5＇25

24.8

37＇35

43.6

3＇44

38.8

13＇28

34.0

10＇32

29.2

7＇03

24.4

5＇23

43.2

4＇30

38.4

14＇22

33.6

11＇42

28.8

8＇46

24.0

10＇41

42.8

5＇13

38.0

34.0

33.2

12＇44

28.4

10＇42

23.6

17＇08

42.4

5＇54

37.6

1＇27

32.8

13＇55

28.0

12＇17

23.2

24＇48

42.0

6＇47

37.2

2＇22

32.4

15＇05

27.6

14＇23

22.8

33＇59

41.6

7＇33

36.8

3＇20

32.0

16＇23

27.2

16＇45

22.4

45＇07

41.2

8＇23

36.4

4＇19

31.6

17＇34

26.8

19＇12

质量/g

时间’

表3-18

物料质量随时间变化关系

六．试验数据处理

1、干燥曲线

湿含量

X=(G-Gc)/Gc

以第一组数据为例：X1=(46-18.2)/18.2=152.75%

湿含量X%

时间

t/s

湿含量X%

时间

t/s

湿含量X%

时间

t/s

湿含量X%

时间

t/s

湿含量X%

时间

t/s

152.75

0

126.37

503

100.00

1121

73.63

1916

47.25

3144

150.55

124.18

544

97.80

1178

71.43

1992

45.05

3323

148.35

121.98

595

95.60

1239

69.23

2060

42.86

3518

146.15

119.78

648

93.41

1303

67.03

2152

40.66

3720

143.96

140

117.58

706

91.21

1373

64.84

2224

38.46

3916

141.76

181

115.38

757

89.01

1429

62.64

2317

36.26

4247

139.56

224

113.19

808

86.81

1494

60.44

2415

34.07

4570

137.36

270

110.99

862

84.62

1564

58.24

2518

31.87

4888

135.16

313

108.79

896

82.42

1626

56.04

2634

29.67

5275

132.97

354

106.59

949

80.22

1697

53.85

2729

27.47

5735

130.77

407

104.40

1004

78.02

1767

51.65

2835

25.27

6286

128.57

453

102.20

1062

75.82

1845

49.45

2997

23.08

6954

表3-19

湿含量-累计时间

根据表3-19绘制干燥曲线如下

图3-20

干燥曲线

2、干燥速率曲线

干燥速率

以第一组实验数据为例：

A=2*(86*108+86*2+108*2)mm2=19352mm2=0.019352m2

湿份X/%

速率u*104

126.37

4.5979

100.00

3.5068

73.63

2.9141

47.25

1.4075

150.55

5.0464

124.18

4.4022

97.80

3.6299

71.43

2.7224

45.05

1.1559

148.35

4.9263

121.98

4.0569

95.60

3.3919

69.23

3.1349

42.86

1.0610

146.15

4.9263

119.78

3.9038

93.41

3.2329

67.03

2.8737

40.66

1.0243

143.96

5.1726

117.58

3.9789

91.21

2.9558

64.84

2.8737

38.46

1.0556

141.76

5.0464

115.38

4.0569

89.01

3.6947

62.64

2.2248

36.26

0.6251

139.56

4.8117

113.19

4.0569

86.81

3.1831

60.44

2.1113

34.07

0.6406

137.36

4.4979

110.99

3.8315

84.62

2.9558

58.24

2.0088

31.87

0.6506

135.16

4.8117

108.79

3.8315

82.42

3.3372

56.04

1.7837

29.67

0.5346

132.97

5.0464

106.59

3.7619

80.22

2.9141

53.85

2.1779

27.47

0.4498

130.77

4.7024

104.40

3.7619

78.02

2.9558

51.65

1.9519

25.27

0.3755

128.57

4.4979

102.20

3.5673

75.82

2.6526

49.45

1.2772

23.08

0.3097

表3-21

湿份-干燥速率对应表

图3-22

干燥速率曲线

七．结果与分析

通过图3-15和3-20对比可以看出，实验测定的干燥曲线与理想的干燥曲线较为吻合，实验曲线出现了明显的恒速干燥段BC和降速干燥段CD，未出现AB段的原因可能是物料加热速度太快，很快就加热到了恒速段，因此AB段不明显。

而图3-22干燥速率曲线总体趋势与图3-16理想干燥速率曲线相符合，干燥速率先是在BC段保持平衡，当物料湿含量降到临界湿含量后干燥速率随湿含量降低而降低。但是图3-22受测量误差干扰很大，波动太大。去掉一些误差大的点，可以得到新的平稳的干燥速率曲线：

图3-23

处理后的干燥速率曲线

通过图3-23可以得到，物料的临界湿含量Xc=132%左右。当湿含量大于临界湿含量时，干燥处于恒速段，湿含量小于临界含量时，速率随湿含量降低而降低。

八．实验思考与讨论

1、分析影响干燥速率的因素有哪些？

答：影响干燥速率的因素主要有内因和外因。外因有：干燥气温度，风速大小，干燥气与物料的接触面积，干燥器的·相对湿度等，干燥气温度越高，风速越大，相对湿度越小，接触面积越大干燥速率越大。内因与物料的内部结构性质，与水的结合力，作用力强弱有关。在恒速干燥段，外因起主导作用，降速干燥段，内因起主要作用。

2、为什么在干燥操作中要先开风机，而后再通加热？

答：（1）如果先开加热，静止空气的导热系数很低，导致热量无法散出，容易烧徽设备。（2）风机启动需要很大的电流，如果这时候加热开着容易造成电路过载。

3、在干燥箱内物料干燥相当长的时间后能否得到绝干物料？

答：不能。只有使用绝干空气对物料进行干燥才能得到绝干物料，干燥箱内的空气不是绝干空气，物料只能干燥到相应的平衡水分。

4、实验中的平衡水分为多少？临界干燥速度是多少？

答：当物料干燥至平衡水分时，干燥速率为零，根据图3-23估计，当u=0时，X=6%。

临界干燥速率即临界湿含量时的干燥速率，通过图3-23可以读出，在Xc=132%时，干燥速率uc=5*10-4kg/(m2*s)

第三篇：化工原理课程设计

化工原理课程设计

摘 要 本次设计是针对二元物系的精馏问题进行分析、选取、计算、核算、绘图等，是较完 整的精馏设计过程。我们对此塔进行了工艺设计，包括它的辅助设备及进出口管路的计算，画出了塔板负荷性能图，并对设计结果进行了汇总。此次设计的筛板塔是化工生产中主要的气液传质设备。此设计的精馏装置包括精馏 塔，再沸器，冷凝器等设备，热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进 行精馏分离，由塔顶产品冷凝器中的冷却介质将余热带走。本次设计是精馏塔及其进料预 热的设计，分离质量分数为 20％的苯-甲苯溶液，使塔顶产品苯的质量分数达到 95%，塔 底釜液质量分数为 2%。综合工艺操作方便、经济及安全等多方面考虑，本设计采用了筛板塔对苯-甲苯进行分 离提纯，塔板为碳钢材料，按照逐板计算求得理论板数为 12。根据经验式算得全塔效率为 0.5386。塔顶使用全凝器，部分回流。精馏段实际板数为 10，提馏段实际板数为 13。实际 加料位置在第 11 块板。精馏段弹性操作为 2.785，提馏段弹性操作为 2.864。塔径为 1.4m。通过板压降、漏液、液泛、液沫夹带的流体力学验算，均在安全操作范围内。确定了操作 点符合操作要求。

关键词：苯-甲苯；精馏；负荷性能图；精馏塔设备结构-I-化工原理课程设计

Abstract This design is in two yuan of the distillation analysis, selection, calculation, calculation and drawing, is a complete distillation design process.This tower was process design, including its auxiliary equipment and import and export pipeline calculation, draw plate load performance diagram, and the design results are summarized.The design of the sieve plate tower is the chemical industry in the production of gas-liquid mass transfer equipment.The design of rectifying device comprises a distillation column reboiler, condenser and other equipment, heat from the reactor input, material in the column after repeated partial gasification and partial condensation distillation separation by top product condenser cooling medium to heat away.The design of distillation column and its feed preheating design, separation and mass fraction of 20% benzeneII-化工原理课程设计 前 言 课程设计是化工原理课程的一个非

第四篇：化工原理总结

化工原理总结

张晓阳

2013-2015 第一章 流体流动 1.牛顿黏性定律

2.流体静力学的方程运用：

（1）测压力：U管压差计，双液U管微压差计（2）液位测量。（3）液封高度的测量。3.湍流和层流。

4.流体流动的基本方程：连续性方程（质量守恒原理），能量守恒方程（包括内能，动能，压力能，位能），伯努利方程。

5.边界层与边界层分离现象：边界层分离条件：流体具有粘性和流体流动的过程中存在逆压梯度。工程运用;飞机的机翼，轮船的船体等均为流线形，原因是为减小边界层分离造成的流体能量损失。6.流体的管内流动的阻力计算:（1)流体在管路中产生的阻力：摩擦阻力（直管阻力）和形体阻力（局部阻力）

形体阻力的来源：流体流经管件、阀门以及管截面的突然扩大和缩小等局部地方引起边界层分离造成的阻力。

（2)管内层流的摩擦阻力的计算:范宁公式和哈根—泊谡叶公式。管内湍流的摩擦阻力的计算：经验公式。

（3)管路上的局部阻力：当量长度法和阻力系数法。7.流量的测量（知识点综合运用）（1）测速管（2）孔板流量计（3）文丘里流量计（4）转子流量计

第二章 流体输送机械

1.离心泵的工作原理及基本结构 2.离心泵的基本方程

3.离心泵的理论压头影响因素分析（叶轮转速和直径，叶片的几何形状，理论流量，液体密度）4.离心泵的特性方程

5.离心泵的性能参数（流量，扬程，效率，有效功率和轴功率）6.离心泵的安装高度 7.离心泵的汽蚀现象;8.离心泵的抗汽蚀性能：NPSH，离心泵的允许安装高度。9.离心泵的工作点 10.离心泵的类型

11.其他类型化工用泵：往复泵（计量泵、隔膜泵、活塞泵）、回转式泵、旋涡泵。12.气体输送和压缩机械（通风机、鼓风机、压缩机、真空泵）

第三章非均相混合物分离及固体流态化

1.颗粒的特性 2.降尘室的工作原理 3.沉降槽的工作原理

4.离心沉降的典型设备是旋风分离器，其原理。

5.过滤操作的原理（化工中应用最多的是以压力差为推动力的过滤）、过滤基本方程、过滤速率与过滤速度

6.过滤设备：板框压滤机、加压叶虑机、转筒真空过滤机 7.间歇、连续过滤机的生产能力

第四章 液体搅拌

1.搅拌额目的。

2.搅拌器的两个基本功能及适用场所。3.均相液体搅拌的机理是什么。4.选择放大准则的基本要求是什么。

第五章 传热

1.传热方式: 热传导，对流，热辐射(1)导热 若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。(2)对流传热

热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。（3）辐射传热

任何物体, 只要其绝对温度不为零度(0K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。

2.冷热流体热交换方式：(1)直接接触式换热(2)蓄热式换热(3)间壁式换热

3.热传导：平壁传热速率，n层平壁的传热速率方程；圆筒壁的热传导（单层和多层）

4.换热器的传热计算：总传热系数的计算 5.传热计算方法：平均温度差法，传热单元数法！6.对流传热原理及其传热系数的计算

7.辐射传热：黑体，镜体，透热体和灰体，物体的辐射能力 8.换热器

（1）分类：混合式换热器，蓄热式换热器，间壁式换热器（2）间壁式换热器：管壳式换热器（固定管板式换热器，浮头式换热器，U型管式换热器），蛇管换热器，套管换热器。

（3）换热器传热过程的强化：增大传热面积S，增大平均温度差，增大总传热系数K（4）换热器设计的基本原则

第六章 蒸发

1.蒸发的目的：（1)制取增溶的液体产品（2）纯净溶剂的制取（3）回收溶剂 2.蒸发的概念

3.蒸发过程的分类及蒸发过程的特点 4.蒸发设备:循环冷却器

第七章传质与分离过程概论

1.传质的分离的方法：平衡分离，速率分离。

2.质量传递的方式：分子传质（分子扩散）和对流传质（对流扩散）（1）分子扩散：菲克定律

（2）对流传质：涡流扩散，对流传质机理，相际间的传质（双模模型,溶质渗透模型)3.传质设备：板式塔和填料塔。

第八章 气体吸收

1.气体吸收的运用：

2.吸收操作：并流操作和逆流操作 3.气体吸收的分类：

4.吸收剂的选择：（1）溶解度（2）选择性（3）挥发度（4）粘度 5.吸收过程的相平衡关系：通常用气体在液体中的溶解度及亨利定律表示。

6..相平衡关系的应用：判断传质进行的方向，确定传质的推动力，指明传质进行的极限。

7.吸收过程的速率关系：膜吸收速率方程（气膜、液膜吸收速率方程），总吸收速率方程。

8.低组成气体吸收的计算：全塔物料衡算，操作线方程 9.吸收剂用量的确定:（1）最小液气比（2）适宜的液气比 10.吸收塔有效高度的计算：（1）传质单元数法（2）等板高度法 11.其他吸收与解吸 12.填料塔

（1）塔填料：散装填料与规整填料等

（2）填料塔的内件：填料支撑装置，填料压紧装置，液体分布装置，液体收集及再分布装置。

（3）填料塔流体力学能与操作特性

第九章 蒸馏 一．相关概念：

1、蒸馏：利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进行质量传递，实现混合物的分离。

2、拉乌尔定律：当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。

3、挥发度：组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。

4、相对挥发度：混合液中两组分挥发度之比。

5、精馏：是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。

6、理论板：气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。

7、采出率：产品流量与原料液流量之比。

8、操作关系：在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。

9、回流比：精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。

10、最小回流比：两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。

11、全塔效率：在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。

12、单板效率：是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。

二：单级蒸馏过程：平衡蒸馏和简单蒸馏及其计算 三：多级精馏过程：精馏（连续精馏和间歇精馏）

四：两组分连续精馏的计算：全塔物料衡算和操作线方程，理论板层数的计算（图解法、逐板计算法和简捷法），最小回流比的计算及选择。

五：间歇精馏和特殊精馏以及多组分精馏概述（了解部分）六:板式塔

(1)塔板类型：泡罩塔，筛孔塔板和浮阀塔板。(2)塔高及塔径的计算(3)塔板的结构：溢流装置

(4)板式塔的流体力学性能和操作特性

第十一章 干燥

一、名词解释

1、干燥:用加热的方法除去物料中湿分的操作。

2、湿度（H）:单位质量空气中所含水分量。

3、相对湿度（）:在一定总压和温度下，湿空气中水蒸气分压与同温度下饱和水蒸气压比值。

4、饱和湿度(s):湿空气中水蒸气分压等于同温度下水的饱和蒸汽压时的湿度。

5、湿空气的焓（I）:每kg干空气的焓与其所含Hkg水汽的焓之和。

6、湿空气比容(vH):1kg干空气所具有的空气及Hkg水汽所具有的总体积。

7、干球温度(t):用普通温度计所测得的湿空气的真实温度。

8、湿球温度(tw):用湿球温度计所测得湿空气平衡时温度。

9、露点(td);不饱和空气等湿冷却到饱和状态时温度。

10、绝对饱和温度(tas)：湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。

11、结合水分：存在于物料毛细管中及物料细胞壁内的水分。

12、平衡水分：一定干燥条件下物料可以干燥的程度。

13、干基含水量：湿物料中水分的质量与湿物料中绝干料的质量之比。

14、临界水分：恒速段与降速段交点含水量。

15、干燥速率：单位时间单位面积气化的水分质量。二：湿空气的性质及湿度图 三：干燥过程的物料衡算与热量衡算 四：干燥速率与干燥时间 五：真空冷冻干燥

六：干燥器：厢式干燥器，转筒干燥器，气流干燥器，流化床干燥器，喷雾干燥器真空冷冻干燥器等 七：增湿与减湿

第五篇：化工原理实验

吸收实验

?

一、实验目的1、? 熟悉填料吸收塔结构和流程

2、? 观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线

3、? 掌握气相总体积系数kYa和气相总传质单元高度HOG的测定方法。

?

二、实验原理

1、? 填料塔流体力学特性

图2-73 填料层压降-空塔气速关系示意图填料塔的压降与泛点气速是填料塔设计与操作的重要流体力学参数，气体通过填料层引起的压降与空塔气速关系如图2-73所示：

当无液体喷淋时，干填料层压降Dp对气速u的关系在双对数坐标中可得斜率为1.8~2的直线，（图中aaˊ线）。当有液体喷淋时，在低气速下，（c点以前）对填料表面覆盖的液膜厚度无明显影响，填料层内的持液量与空塔气速无关，仅随喷淋量的增加而增大，压降正比于气速的1.8~2次幂，由于持液使填料层的空隙率减少，因此，压降高于相同气速下的干填料层压降，是图中bc段为恒持液区。随气速的增加液膜增厚，出现填料层持液量增加的“拦液状态”（或称载液现象），此时的状态点，图中的c点称载点或拦液点。气速大于载点气速后，填料层内的持液量随气速的增大而增加，压降与气速关系线的斜率增大，图中cd段为载液区段。当气速继续增大，到达图中d点，该点成为泛点，泛点对应的气速称为液泛气速或泛点气速。此时上升气流对液体产生的曳力使液体向下流动严重受阻，积聚的液体充满填料层空隙，使填料层压降急剧上升，压降与气速关系线变陡，图中d点以上的线段为液泛区段。填料塔实际操作的气速控制在接近液泛但又不发生液泛时的气速，此时传质效率最高。一般操作气速取液泛气速的60%~80%。

2、? 气相总体积吸收系数kYa的测定

(1)?? 气相总体积吸收系数

??（2—63）

式中：V ——惰性气体流量，kmol/s;

z ——填料层的高度，m;

W——塔的横截面积，m2;

Y1、Y2——分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，kmol（溶质）/kmol（惰性组分）； ——塔顶与塔底两截面上吸收推动力与的对数平均值，称为对数平均推动力。

??（2—64）

在本实验中，由测定进塔气体中的氨量和空气量求出Y1，由尾气分析器测出Y2，再由平衡关系求出Y*。数据整理步骤如下：

(1)?? 空气流量

标准状态的空气流量为V。用下式计算：

?（2—65）

式中：V1——标定状态下的空气流量，(m3/h);

T0、P0——标准状态下空气的温度和压强，kPa;

T1、P1——标定状态下空气的温度和压强，kPa;

T2、P2——使用态下空气的温度和压强，kPa;

(2)?? 氨气流量

标准状态下氨气流量 用下式计算：

（2—66）

式中：——氨气流量计示值，(m3/h)；

——标准状态下空气的密度,kg/m3；

——标准状态下氨气的密度, kg/m3。

若氨气中含纯氨为98%，则纯氨在标准状态下的流量V0〞用下式计算：

??? ?（2—67）

(3)?? 混合气体通过塔截面的摩尔流速：

（2—68）

式中：d——填料塔内径，m。

(4)?? 进塔气体浓度

??（2—69）

式中：n1——氨气的摩尔分率。

n2——空气的摩尔分率。

根据理想气体状态方程式：

∴? ?（2—70）

(5)??平衡关系式

如果水溶液<10%的稀溶液，平衡关系服从亨利定律，则：

Y*=mx???（2—71）

式中：m——相平衡常数，??（2—72）

H——亨利系数，Pa；

p——系统总压强，Pa.?（2—73）

?

式中：p*——平衡时的氨气分压,(mmHg或Pa)，其数值可从附录5.1氨气的平衡分压表查得。

(6)?? 出塔气体（尾气）浓度

出塔气体（尾气）浓度由尾气分析仪测得，具体见附录5.4，尾气浓度的测定方法。尾气中氨的浓度由下式计算：

???（2—74）

式中：T1、p1——空气流经湿式气体流量计的压强和温度；

T0、p0——标准状态下空气的温度和压强；

V1——湿式气体流量计所测得的空气体积，ml；

Vs——硫酸体积，L；

Cs——硫酸浓度，mol/L；

rs——反应式中硫酸配平系数，本实验rs =1；

r2——反应式中氨配平系数，本实验r2=2。

(7)?? 出塔液相浓度

根据物料平衡方程：

（2—75）

因进塔液相为清水，即X2=0，则

?（2—76）

(8)?? 计算

由对数平均推动力公式计算，其中∵X2=0∴Y*=0

(9)?? 求气相总体积吸收系数KYa3、? 传质单元高度HOG的测定

?（2—77）

式中：HOG——气相总传质单元高度，m；

NOG——气相总传质单元数，无因次。

z已知，NOG求出后，则HOG可求得。

?

三、实验装置及流程

图2-74 吸收装置流程图

l—风机；2—空气调节阀；3—油分离器；4—转子流量计；5—填料塔；6—栅板；7—排液管； 8—喷头；9—尾气调压阀；10—尾气取样管；11—稳压瓶；12—旋塞；13—吸收盒；14—湿式气体流量计；

15—总阀；16—水过滤减压阀；17—水调节阀；18—水流量计；19—压差计；20、21—表压计；

22—温度计；23—氨瓶；24—氨瓶阀；25—氨自动减压阀；

26、27—氨压力表；28—缓冲罐； 29—膜式安全阀；30—转子流量计；31—表压计；32—闸阀

四、实验步骤及注意事项

1、? 实验步骤

（1）?? 填料塔流体力学测定操作

1）? 先全开叶氏风机的旁通阀，然后再启动叶氏风机，风机运转后再逐渐关小旁通阀调节空气流量。做无液体喷淋时，干填料层压降Dp对应气速u的关系。

2）? 全开旁通阀，再打开供水系统在一定液体喷淋量下，缓慢调节加大气速到接近液泛，使填料湿润，然后再回复到预定气速进行正式测定。

3）? 正式测定时固定某一喷淋量，测量某一气速下填料的压降，按实验记录表格记录数据。

4）? 实验完毕停机时，必须全开空气旁通阀，待转子降下后再停机。

（2）?? 气相总体积吸收系数测定的操作

1）? 实验前确定好操作条件（如氨气流量、空气流量、喷淋量）准备好尾气分析器。

2）? 按前述方法先开动水系统和空气系统，再开动氨气系统，实验完毕随即关闭氨气系统，尽可能节约氨气。

2、? 注意事项

(1)填料塔流体力学测定操作，不要开动氨气系统，仅用水与空气便可进行操作。

(2)正确使用供水系统滤水器，首先打开出水端阀门，再慢慢打开进水阀，如果出水端阀门关闭情况下打开进水阀，则滤水器可能超压。

(3)正确使用氨气系统的开动方法，事先要弄清氨气减压阀的构造。开动时首先将自动减压阀的弹簧放松，使自动减压阀处于关闭状态，然后打开氨瓶顶阀，此时自动减压阀的高压压力表应有示值，关好氨气转子流量计前的调节阀，再缓缓压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，低压氨气压力表的示值达到5ⅹ104Pa或8ⅹ104Pa时即可停止。然后用转子流量计前的调节阀调节氨气流量，便可正常使用。关闭氨气系统的步骤和开动步骤相反。

(4)尾气浓度的测定，详见附录5.4。

?

五、实验报告要求

1、? 在双对数坐标纸上绘出干填料层压降Dp与空塔气速u的关系曲线及一定液体喷淋密度下的压降Dp与空塔气速u的关系曲线。

操作条件下液体的喷淋密度 [m3/m2.h]

???（2—78）

2、? 测定含氨空气~水系统在一定的操作条件下的气相总体积吸收系数KYa和传质单元高度HOG。

六、思考题

1、? 阐述干填料压降线和湿填料压降线的特征。

2、? 为什么要测Dp~u的关系曲线？实际操作气速与泛点气速之间存在什么关系？

3、? 为什么引入体积吸收系数KYa？它的物理意义是什么？

混合气体经过填料塔吸收后，塔顶尾气浓度是怎样测定？