食工原理答案第9-12章解.doc 26页

'第九章9-1正庚烷（A）和正辛烷（B）的饱和蒸气压数据如下：t/℃98.4105.0110.0115.0120.0125.6pA0/kPa101.3125.3140.0160.0180.0205.3pB0/kPa44.455.664.574.886.0101.3试在总压101.3kPa下计算气液平衡组成，并作出t-x-y图。解：xA=(p-pB0)/(pA0-pB0)yA=pA0xA/p计算得下表：t/℃98.4105.0110.0115.0120.0125.6xA10065.648.731.116.30yA10081.167.449.128.909-2在常压下将某二元混合液其易挥发组分为0.5（摩尔分数，下同），分别进行闪蒸和简单蒸馏，要求液化率相同均为1/3，试分别求出釜液和馏出液组成，假设在操作范围内气液平衡关系可表示为：y=0.5x+0.5。解：（1）闪蒸y=qx/(q-1)-xF/(q-1)（1）y=0.5x+0.5（2）由（1）得：y=-0.5x+0.75（3）由（2）与（3）得：-0.5x+0.75=0.5x+0.5x=0.75-0.5=0.25解得x=xW=0.25y=0.5×0.25+0.5=0.625（2）简单蒸馏因为液化率为1/3，故若原料液为1kmol，则W=1/3kmol(xW-1)/(-0.5)=1.732xW-1=-0.866xW=0.134由F=1kmol，W=1/3kmol可得D=2/3kmol1×0.5=xD×(2/3)+(1/3)×0.134xD=0.6839-3在连续操作的常压精馏塔中分离乙醇水溶液，每小时于泡点下加入料液3000kg，其中含乙醇30%(质量分数，下同)，要求塔顶产品中含乙醇90%，塔底产品中含水99%。试求：塔顶、塔底的产品量(分别用kg/h，kmol/h表示)。解：F"=3000kg/hxF"=0.3xD"=0.9F"=D"+W"F’xF"=D"xD"+W"xW"3000=D"+W"3000×0.3=D"×0.9+W×0.01D"=977.5kg/hW"=3000-977.5=2022.5kg/hxD=(90/46)/(90/46+10/18)=0.779xF=(30/46)/(30/46+70/18)=0.144xW=(1/46)/(99/18+1/46)=0.004MF=0.144×46+(1-0.144)×18=22.03kg/kmolMD=0.78×46+0.22×18=39.84kg/kmolMW=0.004×46+0.996×18=18.11kg/kmolD=D’/MD=977.5/39.84=24.54kmol/hW=2022.5/18.11=111.68kmol/h75习题解 解：F"=3000kg/hxF"=0.03xD"=0.9F"=D"+W"F’xF"=D"xD"+W"xW"3000=D"+W"3000×0.03=D"×0.9+W×0.01D"=67.42kg/hW"=3000-67.42=2932.58kg/hxD=(90/46)/(90/46+10/18)=0.779xF=(3/46)/(3/46+70/18)=0.012xW=(1/46)/(99/18+1/46)=0.004MF=0.012×46+(1-0.012)×18=18.34kg/kmolMD=0.78×46+0.22×18=39.84kg/kmolMW=0.004×46+0.996×18=18.11kg/kmolD=D’/MD=977.5/39.84=1.69kmol/hW=2932.58/18.11=161.93kmol/h9-4某精馏塔操作中，已知操作线方程为精馏段y=0.723x+0.263，提馏段y=1.25x-0.0187，若原料以饱和蒸汽进入精馏塔中，试求原料液、精馏段和釜残液的组成和回流比。解：R/(R+1)=0.723R-0.723R=0.723R=2.61xD/(R+1)=0.263xD=0.63×(2.61+1)=0.95提馏段操作线与对角线交点坐标为：y=x=xW故xW=0.0748由两操作线交点得：0.723x+0.263=1.25x-0.0187x=0.535y=0.723×0.535+0.263=0.65∴xF=y=0.65（因q=0，q线为水平线）9-5用一连续精馏塔分离二元理想溶液，进料量为100kmol/h，易挥发组分xF=0.5，泡点进料，塔顶产品xD=0.95，塔底釜液xW=0.05（皆为摩尔分数），操作回流比R=1.8，该物系的平均相对挥发度=2.5。求：(1)塔顶和塔底的产品量（kmol/h）；（2）提馏段下降液体量（kmol/h）；（3）分别写出精馏段和提馏段的操作线方程。解：（1）F=D+WFxF=DxD+WxW100=D+W100×0.5=D×0.95+W×0.05得：D=50kmol/hW=50kmol/h（2）L=RD=1.8×50=90kmol/hL"=L+qF=90+1×100=190kmol/h(q=1)（3）yn+1=Rxn/(R+1)+xD/(R+1)=0.643xn+0.340ym+1’=L’xm"/(L’-W)-WxW/(L’-W)=1.357xm"-0.01799-6在常压连续精馏塔中，分离某二元混合物。若原料为20℃的冷料，其中含易挥发组分0.44（摩尔分数，下同），其泡点温度为93℃，塔顶馏出液组成xD为0.9，塔底釜残液的易挥发组分xW为0.1，物系的平均相对挥发度为2.5，回流比为2.0。试用图解法求理论板数和加料板位置，（已知原料液的平均汽化潜热rm=31900kJ/kmol，比热容为cp=158kJ/kmol）。若改为泡点进料，则所需理论板数和加料板位置有何变化？从中可得出什么结论?解：q=[rm+cp(t泡-t冷)]/rm=[31900+158×(93-20)]/31900=1.362x00.10.20.30.40.50.60.70.81.0y00.2170.3850.5170.6250.7140.7890.8540.9091.0xD/(R+1)=0.9/(2+1)=0.3由图解得共需7.4块（包括再沸器）理论板，从塔顶算起第3块理论板为加料板。若q=1，则同法作图知：理论板数为8块（包括再沸器），从塔顶算起第4块理论板为加料板。75习题解 9-7某精馏塔分离易挥发组分和水的混合物，qF=200kmol/h，xF=0.5（摩尔分数，下同），加料为气液混合物，气液摩尔比为2：3，塔底用饱和水蒸汽直接加热，离开塔顶的气相经全凝器，冷凝量1/2作为回流液体，其余1/2作为产品，已知qD=90kmol/h，xD=0.9，相对挥发度=2，试求：（1）塔底产品量qW和塔底产品组成xW；（2）提馏段操作线方程式；（3）塔底最后一块理论板上升蒸汽组成。解：n-1（1）D=90kmol/hV=180kmol/hq=3/5ynV"=V-(1-q)F=180-(1-3/5)×200=100kmol/hnF+V’=D+WFxF=DxD+WxWy0xn=xW得W=200+100-90=210kmol/h200×0.5=90×0.9+210xWxW=0.0905（2）ym+1"=Wxm"/V"-WxW/V"=210xm"/100-210×0.0905/100=2.1xm"-0.19（3）yW=xW/[1+(-1)xW]=2×0.0905/(1+0.0905)=0.1669-8在常压连续提馏塔中分离某理想溶液，qF=100kmol/h，xF=0.5，饱和液体进料，塔釜间接蒸汽加热，塔顶无回流，要求xD=0.7，xW=0.03，平均相对挥发度=3（恒摩尔流假定成立）。求：（1）操作线方程；（2）塔顶易挥发组分的回收率。解：（1）恒摩尔流：F=L"，V"=V=DFV全塔物料衡算F=W+DDFxF=DxD+WxWW=29.9kmol/hD=70.1kmol/hL’V’ym+1"=L’xm"/V"-WxW/V"=1.427xm"-0.0128V’（2）=DxD/FxF=70.1×0.7/(100×0.5)=98.1%L’W9-9在连续精馏塔中分离某理想溶液，易挥发组分组成xF为0.5（摩尔分数，下同），原料液于泡点下进入塔内，塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品，塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为98%，若测得塔顶第因一层理论板的液相组成为0.79。试求：（1）操作回流比是最小回流比的多少倍？（2）若馏出液流量为100kmol/h，则原料液流量为多少？解：（1）xD=0.95=y0x0=0.88a=y(1-x)/[x(1-y)]=0.95×0.12/(0.88×0.05)=2.59q=1xq=xF=0.5yq=xq/[1+(-1)xq]=2.59×0.5/(1+1.59×0.5)=0.721Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.95-0.721)/(0.721-0.5)=1.03x1=0.79y1=ax1/[1+(-1)x1]=2.59×0.79/(1+1.59×0.79)=0.907由分凝器作物料衡算得：(R+1)D×0.907=RD×0.88+D×0.950.907R＋0.907=0.88R+0.95R=1.59R/Rmin=1.59/1.03=1.55（2）=DxD/FxF=0.980.98=100×0.95/(F×0.5)F=193.9kmol/h9-10在常压精馏塔中分离苯—甲苯混合物，进料组成为0.4（摩尔分数，下同），要求塔顶产品浓度为0.95，系统的相对挥发度为2.5。试分别求下列三种情况下的最小回流比：（1）饱和液体；（2）饱和蒸气；（3）气液两相混合物，气液的摩尔比为1：2。解：（1）xq=0.4yq=axq/[1+(a-1)xq]=2.5×0.4/[1+(2.5-1)×0.4]=0.625Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.95-0.625)/(0.625-0.4)=1.44（2）yq=0.4xq=yq/[a-(a-1)yq]=0.4/[2.5-(2.5-1)×0.4]=0.2105Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.95-0.4)/(0.4-0.2105)=2.9（3）q=2/3xF=0.4q线：yq=qxq/(q-1)-xF/(q-1)=1.2-2xq与yq=axq/[1+(a-1)xq]=2.5xq/(1+1.5xq)联立解得xq=0.3262yq=0.5476Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.95-0.5476)/(0.5476-0.3262)=1.8675习题解 9-11在连续操作的板式精馏塔中分离某理想溶液，在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为0.28，0.41和0.57，已知该物系的相对挥发度=2.5。试求三层板中较低两层的单板效率（分别用气相板效率和液相板效率表示）。解：因全回流，故：y2=x1=0.57y3=x2=0.41y2*=2.5×0.41/(1+1.5×0.41)=0.635y3*=2.5×0.28/(1+1.5×0.28)=0.493EMV2=(y2-y3)/(y2*-y3)=(0.57-0.41)/(0.635-0.41)=0.711EMV3=(0.41-0.28)/(0.493-0.28)=0.61x2*=y2/[-(-1)y2]=0.57/(2.5-1.5×0.57)=0.347x3*=0.41/(2.5-1.5×0.41)=0.218EML2=(x1-x2)/(x1-x2*)=(0.57-0.41)/(0.57-0.347)=0.716EML3=(0.41-0.28)/(0.41-0.218)=0.6779-12有两股二元溶液，摩尔流量比F1：F2=1：3，浓度各为0.5和0.2（易挥发组分摩尔分数，下同），拟在同一塔内分离，要求馏出液组成为0.9，釜液组成为0.05，两股物料均为泡点，回流比为2.5。试比较以下两种操作方式所需的理论板数：（1）两股物料先混合，然后加入塔内；（2）两股物料各在适当位置分别加入塔内。平衡关系见下表：x00.10.20.30.40.50.60.70.81.0y00.2170.3820.5170.6250.7140.7850.8540.9091.0解：（1）xF=(1/4)×0.25+(3/4)×0.2=0.275xD/(R+1)=0.9/(2.5+1)=0.9/3.5=0.257若二股料混合后再加入塔内，则所需理论板数图解得11.5块（包括再沸器）。（2）二股料分别加入，将精馏塔分三段：yn+1=Rxn/(R+1)+xD/(R+1)b1=xD/(R+1)=0.257b2=(DxD-F1xF1)/[(R+1)D]第二条操作线斜率：ys+1""=(L+F1)xs/[(R+1)D]+(DxD-F1xF1)/[(R+1)D]F1+F2=D+WF1xF1+F2xF2=DxD+WxW取F1=100kmol/hF2=300kmol/hyn+1"=L’/(L’-W)xn"-WXW/(L"-W")400=D+W50+300×0.2=0.9D+0.05WW=294.1kmol/h,D=105.9kmol/hb2=(DxD-F1xF1)/[(R+1)D]=(105.9×0.9-100×0.5)/(3.5×105.9)=0.122从图可作图求出理论板数为9块（包括再沸器）从上述计算结果可得出：当达到同样的分离程度，分批量分别从适当位置加入比两股料混合后一起加入，所需的理论板数少，即设备投资费用少。9-13用常压连续精馏塔分离某理想溶液，相对挥发度为2.5，泡点进料，料液含易挥发组分0.5（摩尔分数，下同），要求xD=0.9，xW=0.1，回流比为2，塔顶气相用全凝器至20℃后再回流，回流液泡点83℃，比热容140kJ/(kmol.K)，汽化热3.2×104kJ/kmol。求所需理论板数。75习题解 解：设F=100kmo解得D=50kmol/hW=50kmol/h因R=2L=RD=2×50=100kmol/hq"=[r+cp(ts-t)]/r=[3.2×104+140(83-20)]/(3.2×104)=1.28离开第一层板的液体流量为：L"=Lq"=1.28×100=128kmol/h进入第一板的气体流量为：V=L"+D=128+50=178kmol/h精馏段操作线方程为：yn+1=L”x括再沸器），从第4块理论板加料。9-14提馏塔是只有提馏段的塔，今有一含氨5%（摩尔分数）的水溶液，在泡点下进入提馏塔顶部，以回收氨。塔顶气体冷凝后即为产品。要求回收90%的氨，塔釜间接加热，排出的釜液中含氨小于0.664%，已知操作范围内平衡关系可近似用y=6.3x表示。试求：（1）所需理论板数；（2）若该塔由若干块气相默弗里板效率均为0.45的实际板组成，问需几块实际塔板；（3）该塔的总效率。解：（1）设F=1kmol/hDxD/FxF=0.9F=D+WW=F-DFxF=DxD+WxW0.05=DxD+(F-D)×0.006640.05-0.9×0.05=(1-D)×0.006641-D=0.753D=0.247kmol/h0.247xD/0.05=0.9xD=0.182由恒摩尔流假设：V’=DL’=FW=F-D故操作线：y’m+1=L’x’m/V’-WxW/V’=x’m/0.247-0.753×0.00664/0.247=4.04858x’m-0.02逐板计算：y1=xD=0.182x1=y1/6.3=0.0289y2=4.04858x1-0.02=0.097x2=y2/6.3=0.0154y3=4.04858x2-0.02=0.0423x3=y3/6.3=0.00671故约需3块理论板（含再沸器）。（2）设操作线为：y’m+1=ax’m-b与(y’m-y’m+1)/(mx’m-y’m+1)=EmV联立得：y’m+1=ay’m/(a-EmVa+EmVm)-EmVmb/(a-EmVa+EmVm)=0.8y’m-0.0112yW=mxW=6.3×0.00664=0.04183而y1=xD=0.182y2=0.1344y3=0.09632y4=0.06586y5=0.0415>ut，则干燥管直径选用0.2m也是正确的。（4）干燥管的高度Z需先求取干燥管内传热量。表面蒸发阶段为：Q1=Gc[(X1-X0)rw+(cs+X1cpw)(tw-q1)]=0.233[(0.429-0.2)×2353+(1.36+0.429×4.187)×(334-293)]=156kW降速阶段：(tw+q2)/2=(334+336)/2=335K查表得r=2350kJ/kgQ2=Gc[(X0-X2)r+(cs+X2cpw)(q2-tw)]=0.233[(0.2-0.176)×2350+(1.36+0.176×4.187)(336-334)]=14.1kW总传热量为：Q=Q1+Q2=156+14.1=170kW全管传热对数平均温度差Dtm===125.6K传热系数a可算得：adp/l0=2+0.54Red0.5=2+0.54×17.960.5=4.29a=4.29×l0/dp=4.29×4.53×10-5/0.428×10-3=0.45kW/(m2.K)则可算出：最后计算干燥管高度Z：Z＝75习题解 11-18在一单层圆筒形连续操作的沸腾床干燥器中，将2000kg绝干物料/h的球形颗粒状物料，从含水量6%干燥至0.3%（以上均为干基）。物料平均直径为0.5mm，密度为1500kg/m3，颗粒床层的表观密度为700kg/m3，物料的临界含水量为2%，平衡水分近似为零。绝热物料的比热为1.26kJ/(kg.K)。空气预热到100℃，湿含量为0.02kg/kg干空气进入干燥器，静止床层物料高度取为0.15m，试求干燥器的直径与物料在床层中的平均停留时间。[解]本题是根据一定的生产任务设计一台单层圆筒形沸腾床干燥器。主要计算圆筒直径与物料在床层中的平均停留时间。设计沸腾床干燥器须求沸腾床截面积A，根据截面积A计算圆筒直径D。根据沸腾床直径D与床层静止时高度Z’确定床层中的持料量G持，将G持与处理量2×105kg/h相比即得物料在床层中的停留时间t。首先根据t1=100℃，H1=0.02kg/kg干空气查图，找出tw=39℃，vH1=1.087m3/kg干空气，cH1=1.04kJ/(kg.K)。查附录得rw=2403kJ/kg，mg=2.19×10-5Pa.s，lg=3.21×10-2W/(m.K)。湿空气的密度rg=(1+H1)vH1=(1+0.02)/1.087=0.94kg/m3由于床层表观密度=(1-e)rs，所以床层空隙率e为：e=1-700/1500=0.53设emf=e=0.53，计算最小流化速度umf：umf=m/s因为ug=(3~8)umf，故取ug=1m/s，则空气质量流速L’为：L’=ug/vH1=1/1.087=0.92kg/(m2.s)a=25.53W/(m2.K)计算单位体积床层中物料表面积a：a=6(1-e)/dp=6(1-0.53)/(0.5×10-3)=5640m2/m3体积传热膜系数aa=25.53×5640=144000W/(m3.K)由于物料颗粒直径为0.5mm，(aa)实测值/(aa)计算值=0.5，则取aa=144000×0.5=72000W/(m3.K)表面蒸发阶段所需床层截面积的计算：计算物料出口温度q2，但要用t1代替式中的t2。q2=65.4℃降速阶段所需床层截面积计算：cm=cs+X2cw=1.26+0.003×4.187=1.27kJ/(kg.K)75习题解 干燥过程所需床层总截面积为：A=A1+A2=1.3+0.56=1.86m2干燥器筒体直径D为：0.785D2=1.86D=1.53m取D=1.6m由于静止时床层高度Z’=0.15m，则床层中持料量为：G持=0.785D2Z’r0=0.785×1.62×0.15×700=211kg物料在床层中停留的时间t为：t=211/2000=0.106h=380s11-19在干燥器内将湿物料自含水量50%干燥至含水量6%（以上均为湿基），用空气作干燥介质。新鲜空气的温度为298K，湿度为0.195kg水蒸气/kg干空气。从干燥器排出的废气温度为333K，湿度为0.041kg水蒸气/kg干空气。设空气在干燥器内状况的变化为等焓过程。试求下列三种操作方式中，每干燥1000kg/h湿物料所需的新鲜空气量及所消耗的热量。（1）空气在预热器内一次加热到必要的温度后送入干燥器；（2）空气在预热器内只加热到373K，在干燥器中温度降至333K时，再用中间加热器加热到373K继续进行干燥。（3）采用部分废气循环操作，新鲜空气量与废气量的比例为20：80的混合气体作为干燥介质，混合气体在预热器内一次加热到必要的温度后送入。[解]W=Gc(X1-X2)=1000×0.5×(0.5/0.5-0.06/0.94)=468kg/h=0.13kg/s（1）新鲜空气：tA=298K，HA=0.0095kg/kg干空气，IA=46.1kJ/kg干空气；废气：tC=333K，HC=0.041kg/kg干空气，IC=167.5kJ/kg干空气；预热后空气：HB=HA，IC=IB。从A点引等H线与从C点引等I线相交于B点。B点为：tB=413K。折线ABC即代表干燥过程。L=W/(HC-HB)=0.13/(0.041-0.0095)=4.13kg干空气/sQ=L(IC-IA)=4.13(167.5-46.1)=501kW（2）新鲜空气在预热过程中加热至373K，即从A点沿等H线垂直向上至B1点（tB1=373K，HB1=0.0095kg/kg干空气）；进入干燥器沿等I线变化至C1点（tC1=333K，HC1=0.02525kg/kg干空气）再用中间加热器加热至B2点（tB2=373K，HB2=0.02525kg/kg干空气）；再进入干燥器沿等I线变化到出口废气状况即C点。折线AB1C1B2C表示此中间加热干燥过程。由此可看出新鲜空气消耗量仅与水分蒸发量以及空气进出干燥器的湿度有关。此操作方式中三者都和操作（1）相同，故L仍为4.13kg干空气/s。总热消耗量：Q=L(IC-IB1+IB1-IA)=L(IC-IA)=501kW（3）80％废气与20％新鲜空气混合，混合后气体温度tM、湿度HM、焓IM分别为：tM=0.2×298+0.8×333=326KHM=0.2×0.0095+0.8×0.041=0.0347kg/kg干空气IM=0.2×46.1+0.8×167.5=143.2kJ/kg干空气混合气体状况用M点表示。由M点引等H线垂直向上，交I线于B1点。B1点代表混合气体预热后的状况，折线AMB1C表示此废气循环干燥过程。混合气体消耗量为：LM=W/(H2-HM)=0.13/(0.041-0.0347)=20.63kg干空气/s新鲜空气消耗量为：L=0.2LM=0.2×20.63=4.13kg干空气/s热消耗量为：Q=LM(I2-IM)=20.6×(167.5-143.2)=501kW11-20某物料的干燥速率曲线如图11-3-6所示，今欲将物料由0.50kg水/kg干物料干燥到0.06kg水/kg干物料。已知绝干物料量为200kg，干燥面积为0.04m2/kg干物料。试求干燥时间。[解]由图查得，临界含水量Xc=0.2kg/kg干物料，平衡含水率X*=0.05kg/kg干物料。Xc>X*，因此干燥过程包含恒速和降速两个阶段。由图11-3-6查得u0=1.5kg水/(m2.h)总干燥面积：A=0.04×200=8m2恒速阶段干燥时间：降速阶段干燥时间：总干燥时间：t=t1+t2=5+6.77=11.77h11-21有一9英寸离心转盘，转速为1800r/min，具有240块叶片，叶片高度为3/8英寸。进料量为1t/h。试计算雾滴直径、喷射角及喷距最大半径。已知料液密度r=1120kg/m3，表面张力s=0.074N/m，粘度m=0.001Pa·s。75习题解 [解]D=q”=0.288R=0.114mh=0.00952m总润湿周边Zh=240×0.00952=2.28mMp=1000×2.28/3600=0.122kg/(m.s)<0.33kg/(m.s)故K=0.37=79×10-6m=79mm切向速度：uT=pDn=3.14×0.228×1800/60=21.5m/s径向速度：=q=arctg(12.3/214)=3.3o喷矩最大半径11-22某乳品厂用压力喷雾法生产奶粉，生产能力为喷浓奶381kg/h，浓奶密度1120kg/m3，浓奶由含水量55%干燥为2%（湿基），喷雾压力为147×105N/m2，干燥器热空气温度为150℃，废气温度为82℃，相对湿度10%。车间温度为20℃，相对湿度为75%，喷嘴孔径为0.9mm，喷嘴流量系数为0.293。空气用7.0×105Pa的饱和水蒸汽加热。求所需空气量、加热蒸汽量、喷嘴数。[解]空气t0=20℃，j0=75%时，H0=0.011kg/kg干空气，I0=49.0kJ/kg干空气，进干燥室的空气，t1=150℃，H1=H0=0.011kg/kg干空气，I1=180kJ/kg干空气，废气t2=80℃，j2=10%，I2=0.032kJ/kg干空气。加热蒸汽潜热r=2070kJ/kg。W=G1(w1-w2)/(1-w2)=381×(0.55-0.02)/(1-0.02)=206kg/hL=W/(H2-H1)=206/(0.032-0.011)=9810kg/hQp=L(I1-I0)=9810×(180-49)=1.285×106kJ/hD=Qp/r=1.285×106/2070=621kg/h设一个喷嘴的喷奶量为G’，则有：=0.033kg/s=122kg/h则喷嘴数为：n=381/122=3.12（可取3个）11-23某乳品厂采用离心喷雾法生产奶粉，其生产能力为处理浓奶132kg/h，浓奶密度1120kg/m3，表面张力0.0492N/m，粘度1.5×10-2Pa.s，热空气平均运动粘度2.35×10-5m2/s。热空气的平均密度0.746kg/m3，转盘直径0.318m，转速6000r/min，圆槽数5个，槽径为0.004m，求雾滴直径及喷距最大半径。[解]11-24假设外界气温为35℃，相对湿度为70%，由于气温过高且湿度太大，而需进行空调。若使室温达到20℃，相对湿度为45%，试求冷却器带走多少热量，空调后的湿空气含湿量降低多少及加热器加入多少热量。[解]必须先进行冷却去湿过程，然后再进行加热过程才能达到所需状态。根据t1=35℃，j1=70%在图上得点l。根据t4=20℃，j4=45%在图上找出状态4。过点l作垂直线，与饱和曲线交于状态2。过点4作垂直线与饱和线交于点3。1-2-3-4即为过程变化。过程1-2为冷却去湿过程。35℃下ps1=5.62kPa75习题解 H1=H2=0.622×5.62×0.7/(101.3-5.62×0.7)=0.0251kg/kg干空气I1=(1.01+1.88×0.0251)×35+2490×0.0251=99.5kJ/kg干空气j2=100%ps2=5.62×0.7=3.934kPa查得t2=28.5℃I2=(1.01+1.88×0.0251)×28.5+2490×0.0251=92.63kJ/kg干空气I2=(1.01+1.88×0.0251)×28.5+2490×0.0251=92.63kJ/kg干空气过程2-3为冷却去湿过程。20℃下ps4=2.3346kPaH3=H4=0.622×2.3346×0.45/(101.3-2.3346×0.45)=0.00652kg/kg干空气j3=100%ps3=101.3×0.00652/(0.622+0.00652)=1.051kPa查得t3=6.5℃I3=(1.01+1.88×0.00652)×6.5+2490×0.00652=22.88kJ/kg干空气DI=I1-I3=99.5-22.88=76.62kJ/kg干空气过程3-4为加热过程。I4=(1.01+1.88×0.00652)×20+2490×0.0062=36.68kJ/kg干空气DI=36.68-22.88=13.6kJ/kg干空气第十二章12-1一球形食品在隧道式送风冷冻器内被-15℃的冷空气冷冻。食品的初始温度为10℃，直径0.07m，密度1000kg/m3，水分含量70%。初始冻结温度为-1.25℃，熔融热为250kJ/kg，冷冻后食品的热导率为1.2W/(m.K)。表面对流传热系数为50W/(m2.K)。计算冷冻时间。解：先计算冷却到-1.25℃所需的时间Bi=al/l=50×0.07/1.2=2.917<4cp=1.47+2.72×0.7=3.374kJ/(kg.K)t1=0.1955×cprR×(R+3.85l/a)×lg[(t0-tb)/(t1-tb)]/l=0.1955×2274×1000×0.07×(0.07+3.85×1.2/50)×lg[(10+15)/(-1.25+15)]/1.2=1093s再计算冷冻时间t2=rDH(d/a+d2/l)/6Dt=1000×250×103×(0.14/50+0.142/1.2)/(6×13.75)=57980st=t1+t2=59073s=16.41h12-2含水74.5%，长1m，宽0.6m，厚0.25m的瘦牛肉块在送风式冷冻器内被-30℃空气冷冻。表面对流传热系数为30W/(m2.K)，牛肉初始温度为5℃，初始冰点为-1.75℃，熔融热为248.25kJ/kg。冻牛肉的热导率为1.5W/(m.K)，密度1050kg/m3。计算将牛肉降温到-10℃所需时间。解：b1=b/c=0.6/0.25=2.4b2=a/c=1/0.25=4查得P=0.3，R=0.085t=rDH(Px/a+Rx2/l)/Dt=1050×248250×(0.3×0.25/30+0.085×0.252/1.5)/28.25=55746s12-3食品含水82%，干物质比热容为2kJ/(kg.K)，试估算此食品的比热容。水的比热容可取0℃下的值。解：0℃下水的比热容为4.212kJ/(kg.K)cp=4.212×0.82+2×0.18=3.814kJ/(kg.K)12-45cm厚的牛肉在-30℃的房间内被冷冻。产品含水73%，密度970kg/m3。冻牛肉比热容为1.1W/(m.K)。初始冰点为-1.75℃，熔融热为250kJ/kg，表面对热传热系数为5W/(m2.K)。用Plank方程估计其冷冻时间。解：l=0.26+0.33×0.73=0.5009W/(m.K)t=rDH(l/a+l2/4l)/Dt=970×250000×[0.05/5+0.052/(4×0.5009)]/28.25=96551s12-5将部分冷冻的冰淇淋放入包装物内继续冷冻。包装物尺寸为8cm×10cm×20cm，送风式冷冻器的表面对流传热系数为50W/(m2.K)。产品放入包装物时的温度为-5℃，密度700kg/m3。冷空气温度-25℃。冻结产品热导率为12W/(m.K)，比热容为1.9kJ/(kg.K)，熔融热为100kJ/kg。试计算冷冻时间。解：b1=b/c=10/8=1.25b2=a/c=20/8=2.5查得P=0.21，R=0.06t=rDH(Px/a+Rx2/l)/Dt=700×100000×(0.21×0.08/50+0.06×0.082/12)/20=1288s12-6尺寸为1m×0.25m×0.6m的瘦牛肉放在放在-30℃75习题解 的自然对流冷冻装置中冷冻，已知牛肉的含水率为47.5%，初始冻结温度为-1.75℃，冻结后密度为1050kg/m3，冻结后牛肉的热导率为1.108W/(m∙K)，熔融热为300kJ/kg，表面自然对流传热系数为18.7W/(m2.K)，求冻结所需的时间。解：b1=b/c=0.6/0.25=2.4b2=a/c=1/0.25=4查得P=0.3，R=0.085t=rDH(Px/a+Rx2/l)/Dt=1050×300000×(0.3×0.25/18.7+0.085×0.252/1.108)/28.25=98184s75习题解'