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第14章固体干燥14.1 复习笔记一、概述1．固体去湿方法和干燥过程（1）物料的去湿方法①机械去湿当物料带水较多，可先用离心过滤等机械分离方法以除去大量的水。
②吸附去湿用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaC12、硅胶等）与湿物料并存，使物料中水分相继经气相而转入干燥剂内。
③供热干燥向物料供热以汽化其中的水分。
供热方式又有多种。
工业干燥操作多是用热空气或其他高温气体为介质，使之掠过物料表面，介质向物料供热并带走汽化的湿分。
此种干燥常称为对流干燥，是本章讨论的主要内容。
（2）对流干燥过程的特点当温度较高的气流与湿物料直接接触时，气固两相间所发生的是热、质同时传递的过程。
2．对流干燥流程对流干燥可以是连续过程也可以是间歇过程，图14-1是典型的对流干燥流程示意图。
空气经预热器加热至适当温度后，进入干燥器。
在干燥器内，气流与湿物料直接接触。
沿其行程气体温度降低，湿含量增加，废气自干燥器另一端排出。
若为间歇过程，湿物料成批放入干燥器内，待干燥至指定的含湿要求后一次取出。
图14-1 对流干燥流程示意图二、干燥静力学1．空气的状态参数（1）空气中水分含量的表示方法①水汽分压p水汽与露点t d测定水汽分压的实验方法是测量露点，即在总压不变的条件下将空气与不断降温的冷壁相接触，直至空气在光滑的冷壁面上析出水雾，此时的冷壁温度称为露点t d。
测出露点温度t d，便可从手册中查得此温度下的饱和水蒸气压。
②空气的湿度空气的湿度H定义为每千克干空气所带有的水汽量，单位是kg/kg干气，即式中P为总压。
③相对湿度从相对湿度的定义可知，相对湿度φ表示了空气中水分含量的相对大小。
φ＝1，表示空气已达饱和状态，不能再接纳任何水分；φ值愈小，表明空气尚可接纳的水分愈多。
④湿球温度测量水汽含量的简易方法是测量空气的湿球温度t w。
对空气-水系统，当被测气流的温度不太高，流速＞5m/s时，α/k H为一常数，其值约为1.09kJ/（kg·℃），故由湿球温度的原理可知，空气的湿球温度t w总是低于干球温度t。
8.3 名校考研真题详解一、选择题1．在吸收塔某处，气相浓度y ＝0.005，液相浓度x ＝0.015（均为摩尔分数），两侧体积传质分系数，在该操作温度下气、液平衡关系。
这时气体界面上气相浓度应等于（ ）。
[华南理工大学2012研]A ．0.002B ．0.0015C ．0.0057D ．0.009【答案】C【解析】()()A y i x i N k y y k x x =-=-。
在相界面处气液达到平衡，则0.4i i y x =，所以()(2.5)y i x i k y y k y x -=-， 2.5 3.50.020.0057i i i i y y y x y y x y -=-⇒=+=⇒=。
2．亨利定律适用于溶液中可溶解组分的（ ）范围，拉乌尔定律适用于理想溶液中每一种组分的（ ）范围。
[华南理工大学2011研]A ．高浓度B ．中等浓度C ．低浓度D ．全浓度【答案】C；C【解析】亨利定律和拉乌尔定律都是针对稀溶液即低浓度溶液而言的。
3．某吸收任务的操作液气比、吸收剂进口温度、气体进出口浓度、吸收剂入塔浓度、操作压力均已确定，假定吸收为低浓度混合气体吸收，若设计时选用性能更优良的填料，则（）。
[浙江大学2011研]A．所需传质单元数不变，填料层高度降低B．所需传质单元数不变，填料层高度不变C．所需传质单元数减少，填料层高度降低D．所需传质单元数减少，填料层高度不变【答案】A【解析】传质单元数只与物质的相平衡及进出口浓度条件有关，这些条件固定，则传质单元数不变，选用性能优良的填料，传质单元高度减小，又传质单元数不变，则填料层高度减小。
二、填空题1．在填料塔中用清水吸收混合气中氨，当水泵发生故障上水量减少时，气相总传质单元数将______。
[华南理工大学2012研]【答案】增加【解析】S＝mV/L，当L减小，则S增大，N OG增大。
参数S反映吸收推动力的大小，S增大，吸收推动力变小，N OG必然增大。
10.2 课后习题详解（一）习题板式塔10-1 某筛板塔在常压下以苯-甲苯为试验物系，在全回流下操作以测定板效率。
今测得由第9、第10两块板（自上向下数）下降的液相组成分别为0.652与0.489（均为苯的摩尔分数）。
试求第10块板的默弗里湿板效率。
解：已知：常压苯-甲苯系统，，求：第十块板的默弗里板效率E MV全回流下，y n＋1＝x n∴y11＝x10＝0.489 y10＝x9＝0.653苯-甲苯系统α＝2.4810-2 甲醇-水精馏塔在设计时规定原料组成X F＝0.40，塔顶产品组成为0.90，塔釜残液组成为0.05（均为甲醇的摩尔分数），常压操作。
试用0’connell关联图估计精馏塔的总塔效率。
解：已知：常压，甲醇-水系统，x f＝0.4，x D＝0.9，x w＝0.05，求：用O´connell关联图估计E T由教材附录相平衡数据查得再查t＝80℃时，汽液共存查O，connell关联图得10-3 一板式吸收塔用NaOH水溶液吸收氯气。
氯气的摩尔分数为2％，要求出塔摩尔分数低于0.002％。
各块塔板的默弗里板效率均为50％，不计液沫夹带，求此塔应有多少块实际板。
NaOH溶液与氯气发生不可逆化学反应，可设相平衡常数m＝0。
解：已知：求：∵m＝0每板逐推得实际板数为10。
10-4 某厂常压操作下的甲苯-邻二甲苯精馏塔拟采用筛板塔。
经工艺计算知某塔板的气相流量为2900m3/h，液相流量为9.2m3/h。
试用弗尔的泛点关联图以估计塔径。
有关物性数据：气相密度为3.85kg/m3，液相密度为770kg/m3．液体的表面张力为17.5mN/m。
根据经验选取板间距为450mm、泛点百分率为80％，单流型塔板，溢流堰长度为75％塔径。
解：已知：P＝101.3kPa，甲苯-邻二甲苯系统，，求：用弗尔泛点关联图估计塔径查弗尔泛点关联图，得由教材图10-40查得圆整取D＝1.2m此时泛点半分率填料塔10-5 某填料精馏塔用以分离氯仿-1，1-二氯乙烷，在全回流下测得回流液组成x D＝8.05×10-3，残液组成x w＝8.65×10-4（均为1，1-二氯乙烷的摩尔分数）。
第八章气体吸收问题1. 吸收的目的和基本依据是什么? 吸收的主要操作费用花费在哪?答1．吸收的目的是分离气体混合物。
基本依据是气体混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。
操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。
问题2. 选择吸收溶剂的主要依据是什么? 什么是溶剂的选择性?答2．溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。
溶剂对溶质溶解度大，对其他组份溶解度小。
问题3. E, m, H 三者各自与温度、总压有何关系?答3．m=E/P=HC M/P，m、E、H均随温度上升而增大，E、H基本上与总压无关，m反比于总压。
问题4. 工业吸收过程气液接触的方式有哪两种?答4．级式接触和微分接触。
问题5. 扩散流J A , 净物流N, 主体流动N M , 传递速率N A 相互之间有什么联系和区别?答5．N=N M+J A+J B, N A=J A+N M C A/C M。
J A、J B浓度梯度引起；N M微压力差引起；N A溶质传递，考察所需。
问题6. 漂流因子有什么含义? 等分子反向扩散时有无漂流因子? 为什么？答6．P/P Bm 表示了主体流动对传质的贡献。
无漂流因子。
因为没有主体流动。
问题7. 气体分子扩散系数与温度、压力有何关系? 液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系?答7．D气∝T1.81/P，D液∝T/μ。
问题8. 修伍德数、施密特数的物理含义是什么?答8．Sh=kd/D表征对流传质速率与扩散传质速率之比。
Sc=μ/ρD表征动量扩散系数与分子扩散系数之比。
问题9. 传质理论中，有效膜理论与表面更新理论有何主要区别?答9．表面更新理论考虑到微元传质的非定态性，从k∝D推进到k∝ D0.5。
问题10. 传质过程中，什么时侯气相阻力控制? 什么时侯液相阻力控制?答10．mky<<kx时，气相阻力控制；mky>>kx时，液相阻力控制。
问题11. 低浓度气体吸收有哪些特点? 数学描述中为什么没有总物料的衡算式?答11．①G、L为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变。
7.1 复习笔记一、概述1．蒸发操作的目的和方法含不挥发性溶质（如盐类）的溶液在沸腾条件下受热，使部分溶剂汽化为蒸气的操作称为蒸发。
化工生产中蒸发操作的目的是：（1）获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品；（2）借蒸发以脱除溶剂，将溶液增浓至饱和状态，随后加以冷却，析出固体产物，即采用蒸发、结晶的联合操作以获得固体溶质；（3）脱除杂质，制取纯净的溶剂。
单效蒸发：用来自锅炉的蒸汽（加热蒸汽）作加热剂使溶液受热沸腾。
蒸发出的蒸汽（二次蒸汽）如不再利用，应将其在冷凝器中加以冷凝。
这种蒸发装置称为单效蒸发。
蒸发操作可连续或间歇地进行，工业上大量物料的蒸发通常是连续的定态过程。
2．蒸发操作的特点尽管蒸发操作的目的是物质的分离，但其过程的实质是热量传递而不是物质传递，溶剂汽化的速率取决于传热速率。
因此，蒸发操作应属于传热过程，但它具有某些不同于一般传热过程的特殊性。
（1）溶液在沸腾汽化过程中常在加热表面上析出溶质而形成垢层，使传热过程恶化。
因此，蒸发器结构的设计应设法延缓垢层的生成并易于清理。
（2）溶液的物性对蒸发器的设计和操作有重要影响。
（3）溶剂汽化需吸收大量汽化热蒸发操作是大量耗热的过程，节能是蒸发操作应予考虑的重要问题。
蒸汽温位降低的主要原因有两个：①传热需要有一定的温度差为推动力，所以汽化温度必低于加热蒸汽的温度；②在指定外压下，由于溶质的存在造成溶液的沸点升高。
由此可知，蒸发操作是高温位的蒸汽向低温位转化．较低温位的二次蒸汽的利用必在很大程度上决定了蒸发操作的经济性。
二、蒸发设备1．各种蒸发器针对各种物料不同的物性，研制了各种不同结构的蒸发器。
它们均由加热室、流动（或循环）通道、气液分离空间这三部分所组成。
（1）循环型蒸发器①垂直短管式；②外加热式；③强制循环蒸发器。
（2）单程型蒸发器单程型蒸发器中，物料单程通过加热室后蒸发达到指定浓度。
器内液体滞留量少，物料的受热时间大为缩短，所以对热敏物料特别适宜。
10.1 复习笔记一、板式塔1．概述（1）板式塔的功能①在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接触，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触表面，减小传质阻力；②在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最大的传质推动力。
板式塔的设计意图是，在塔内造成一个对传质过程最有利的理想流动条件，即在总体上使两相呈逆流流动，而在每一块塔板上两相呈均匀的错流接触。
（2）筛孔塔板的构造①塔板上的气体通道——筛孔为保证气液两相在塔板上能够充分接触并在总体上实现两相逆流。
塔板上均匀地开有一定数量的供气体自下而上流动的通道。
图10-1 板式塔结构简图筛孔塔板的气体通道最为简单，它是在塔板上均匀地冲出或钻出许多圆形小孔供气体上升之用。
这些圆形小孔称为筛孔。
上升的气体经筛孔分散后穿过板上液层，造成两相间的密切接触与传质。
筛孔的直径通常是3～8mm，但直径为12～25mm的大孔径筛板也应用得相当普遍。
②溢流堰为保证气液两相在塔板上有足够的接触表面，塔板上必须贮有一定量的液体。
为此，在塔板的出口端设有溢流堰。
③降液管作为液体自上层塔板流至下层塔板的通道，每块塔板通常附有一个降液管。
图10-2 筛板塔的构造在塔板上的流动更为均匀，当采用圆形溢流管时，仍需设置平直溢流堰。
同理，在圆形降液管的出口附近也应设置堰板，称为入口堰。
2．筛板上的气液接触状态实验观察发现，气体通过筛孔的速度不同，两相在塔板上的接触状态亦不同。
如图10-3所示，气液两相在塔板上的接触情况可大致分为三种状态。
图10-3 塔板上的气液接触状态（1）鼓泡接触状态当孔速很低时，通过筛孔的气流断裂成气泡在板上液层中浮升，塔板上两相呈鼓泡接触状态。
（2）泡沫接触状态随着孔速的增加，气泡数量急剧增加，气泡表面连成一片并且不断发生合并与破裂。
此时，板上液体大部分是以液膜的形式存在于气泡之间，仅在靠近塔板表面处才能看到少许清液。
这种接触状况称为泡沫接触状态。
在泡沫接触状态，液体仍为连续相，而气体仍为分散相。
2.3 名校考研真题详解一、选择题1．在一定的管路输送系统，将两个相同的泵串联操作，工作点压头（），并联操作，工作点流量：（）。
[华南理工大学2011研]A．等于单台泵工作时的两倍B．小于单台泵工作时的两倍C．大于单台泵工作时的两倍D．不确定【答案】B；B【解析】因为泵串联后一方面扬程的增加大于管路阻力的增加，致使富余的扬程促使流量增加，另一方面流量的增加又使阻力增加，抑制了总扬程的升高。
串联性能曲线相当于单泵性能曲线的流量在扬程相等的情况下迭加起来。
并联工作点A的流量和扬程均比单泵工作点的大，但考虑管阻因素，同样达不到单泵时的2倍。
2．某泵在运行一年后发现有气缚现象，应（）。
出现气蚀现象，应（）。
[华南理工大学2011研]A．升高泵的安装高度B．缩小进口管路直径C．检查进出口管路有否泄漏现象D．检查核算进口管路阻力是否过大【答案】C；D【解析】气缚应检查进出口管路有无泄漏，而气蚀则应降低离心泵的安装高度或检查进口管路阻力是否过大。
二、填空题1．将含晶体10%的悬浮液送往料槽宜选用______泵；该泵在运行过程中发现有气缚现象，应该采取的措施是：______。
（写出一种措施）[浙江大学2011研]【答案】离心泵，停泵，关闭出口阀向泵内充满液体。
【解析】离心泵适用于输送腐蚀性或含有悬浮物的液体，所以将晶体10%的悬浮液送往料槽宜选用离心泵。
气缚现象是由于离心泵启动前泵内存有空气，由于空气的密度很小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将储槽内的液体吸入泵内。
因此当发生气缚现象时，要停泵然后关闭出口阀再向泵内充满液体。
2．往复泵的流量取决于______，而压头取决于______。
[北京化工大学2012研]【答案】泵的几何尺寸与活塞的往复次数；管路特性【解析】往复泵的流量只与泵的几何尺寸和活塞的往复次数有关，而压头与管路特性有关。
3．离心泵的性能参数是：______，______，______，______，特性曲线是：______，______，______。
化⼯原理第三版（陈敏恒）课后思考题答案（全）第⼀章流体流动1、什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?连续性假设：假定流体是由⼤量质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质。
质点指的是⼀个含有⼤量分⼦的流体微团，其尺⼨远⼩于设备尺⼨，但⽐分⼦⾃由程却要⼤得多。
2、描述流体运动的拉格朗⽇法和欧拉法有什么不同点?拉格朗⽇法描述的是同⼀质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。
3、粘性的物理本质是什么?为什么温度上升,⽓体粘度上升,⽽液体粘度下降? 粘性的物理本质是分⼦间的引⼒和分⼦的运动与碰撞。
通常⽓体的粘度随温度上升⽽增⼤，因为⽓体分⼦间距离较⼤，以分⼦的热运动为主，温度上升，热运动加剧，粘度上升。
液体的粘度随温度增加⽽减⼩，因为液体分⼦间距离较⼩，以分⼦间的引⼒为主，温度上升，分⼦间的引⼒下降，粘度下降。
4、静压强有什么特性?①静⽌流体中，任意界⾯上只受到⼤⼩相等、⽅向相反、垂直于作⽤⾯的压⼒；②作⽤于某⼀点不同⽅向上的静压强在数值上是相等的；③压强各向传递。
7、为什么⾼烟囱⽐低烟囱拔烟效果好?由静⼒学⽅程可以导出)g -H(p 热冷ρρ=?，所以H 增加，压差增加，拔风量⼤。
8、什么叫均匀分布?什么叫均匀流段?均匀分布指速度分布⼤⼩均匀；均匀流段指速度⽅向平⾏、⽆迁移加速度。
9、伯努利⽅程的应⽤条件有哪些?重⼒场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同⼀流线上的流体间能量的关系。
12、层流与湍流的本质区别是什么?区别是否存在流体速度u 、压强p 的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
13、雷诺数的物理意义是什么?物理意义是它表征了流动流体惯性⼒与粘性⼒之⽐。
14、何谓泊谡叶⽅程?其应⽤条件有哪些?232d lu µ?=?应⽤条件：不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻⼒损失计算。
15、何谓⽔⼒光滑管?何谓完全湍流粗糙管?当壁⾯凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻⼒损失的影响时，称为⽔⼒光滑管。
13.2 课后习题详解
（一）习题
过程的方向和极限
13-1 温度为30℃、水汽分压为2kPa的湿空气吹过如表13-1所示三种状态的水的表面时，试用箭头表示传热和传质的方向。
表13-1
解：已知：t＝30℃，P＝2kPa，与三种状态水接触。
求：传热、传质方向（用箭头表示）
查水的饱和蒸汽压
以Δt为传热条件，为传质条件，得：
表13-2
13-2 在常压下一无限高的填料塔中，空气与水逆流接触。
入塔空气的温度为25℃、湿球温度为20℃。
水的入塔温度为40℃。
试求：气、液相下列情况时被加工的极限。
（1）大量空气，少量水在塔底被加工的极限温度；（2）大量水，少量空气在塔顶被加工的极限温度和湿度。
解：已知：P＝101.3kPa，，逆流接触。
求：
（1）大量空气，少量水，（2）大量水，少量空气，
（1）大量空气处理少量水的极限温度为空气的湿球温度
（2）大量水处理少量空气的极限温度为水的温度
且湿度为
查40℃下，
过程的计算
13-3 总压力为320kPa的含水湿氢气干球温度t＝30℃，湿球温度为t w＝24℃。
求湿氢气的湿度H（kg水/kg干氢气）。
已知氢-水系统的α/k H≈17.4kJ/（kg·℃）。
解：已知：P＝320kPa，t＝30℃，氢水-水系统，
求：H（kg水/kg干氢气）
查得24℃下，
13-4 常压下气温30℃、湿球温度28℃的湿空气在淋水室中与大量冷水充分接触后，被冷却成10℃的饱和空气，试求：（1）每千克干气中的水分减少了多少？（2）若将离开
淋水室的气体再加热至30℃，此时空气的湿球温度是多少？
图13-1
解：已知：P＝101.3 kPa，求：（1）析出的水分W（kg水/kg干气）
（1）查水的饱和蒸汽压
（2）
设查得
与所设基本相符，
13-5 在t1＝60℃，H1＝0.02kg/kg的常压空气中喷水增湿，每千克的干空气的喷水量为0.006kg，这些水在气流中全部汽化。
若不计喷入的水本身所具有的热焓，求增湿后的气体状态（温度t2和湿度H2）。
解：已知：常量，喷水量W＝0.006kg水/kg干气，等焓过程。
求：
＝
即
13-6 今有CO2-水蒸气混合物2000kg/h，其中水蒸气质量分数为70％，在操作压强（表压）0.3MPa下将该混合物的温度下降至80℃，试问冷凝下的水量为多少kg/h？
解：已知：-水蒸气，V＝2000kg/h，水蒸气占70％（质），P＝0.3MPa（表），，求：W（冷凝下的温度）
查得80℃时，水的饱和蒸汽压，则
13-7 氮和苯蒸气的混合气体在297K时含苯蒸气分压为7.32kPa，总压为l02.4kPa。
现采用加压冷却的方法以回收混合气中的苯，问须将混合气加压至多大的压强并冷却至283K，才能回收75％的苯。
（已知283K时苯的饱和蒸气压为6.05kPa）。
解：已知：氮-苯混合气
求：
故
解得
13-8 拟在一填料式凉水塔中用空气将水从34℃冷却至20℃，两者作逆流接触。
水的流率为2.71×10-2kg/（s·m2），空气的流率为4×10-2kg/（s·m2），空气入塔温度为20℃，湿度为0.004kg/kg，当地大气压为100kPa。
已知设备的容积系数k H a＝1.6×10-3kg/（s·m3），并鉴于凉水塔内水温度变化范围不大，试以焓差为推动力法估算凉水塔的高度。
解：已知：填料式凉水塔，
求：塔高Z
查得
∵水温变化不大，可近似认为即为直线关系。
（二）思考题
13-1 热、质同时传递的过程可分为哪两类？
答：热、质同时传递的过程可分为：（1）以传热为目的，伴有传质的过程；（2）以传质为目的，伴有传热的过程。
13-2 传质方向或传热方向发生逆转的原因和条件是什么？
答：在热、质同时进行传递的过程中，造成传递方向逆转的根本原因在于：液体的平衡分压（即水的饱和蒸汽压p s）是由液温唯一决定的，而未饱和气体的温度t与水蒸气分压p
则是两个独立的变量。
因此，当气体温度t等于液体温度θ而使传递过程达到瞬时平衡水汽
时，则未饱和气体中的水汽分压p水汽必低于同温度下水的饱和蒸汽压p s，此时必然发生传质，即水的汽化。
同理，当气体中的水汽分压p水汽等于水温θ下的饱和蒸汽压p s时，传质。
