Transcript 洞道干燥曲线测定实验指导教师

洞道干燥曲线
测定实验
指导教师：
干燥概述
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干燥方法是物料除湿的一种常用方法，即利用
热能，使湿物料中的湿分气化而去湿的方法。
该方法耗能较大，工业上往往将机械分离法和
干燥法联合起来除湿，即先用机械方法尽可能
除去湿物料中的大部分湿分，然后再利用干燥
方法继续除湿。
分类（按照热能供给湿物料的方式）：1.传导干燥；2.对
流干燥；3.辐射干燥；4.介电加热干燥等。
应用：在化工、食品、制药、纺织、采矿、农
产品加工等行业，湿固体物料中的湿分去除。
实验目的
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1、学习干燥曲线和干燥速率曲线及临界湿含
量的实验测定方法，加深对干燥操作过程及其
机理的理解；
2、学习干、湿球温度计的使用方法，学习被
干燥物料与热空气之间对流传热系数的测定方
法；
3、通过实物了解干燥操作中废气循环的流程
和概念；
4、掌握由气体流量计读数求指定界面处气体
流速的计算方法。
实验原理（1）
由于干燥过程既涉及传热过程又涉及传质过程，其机理
比较复杂。一般干燥实验是在恒定的干燥条件下进行的，即
实验采用大量的空气干燥少量的湿物料，因此干燥介质（热
空气）进出干燥器的温度、湿度、气速以及与物料的接触方
式在整个干燥过程中都保持恒定。在干燥过程中，定时测定
物料的质量变化，并记录每一时间间隔内物料的质量变化及
物料的表面温度，直至物料的质量恒定为止，此时物料与空
气达到平衡状态，物料中所含水分即该条件下的平衡水分。
然后再将物料放到电烘箱内烘干到恒重为止，即可测得绝干
物料的质量。上述实验数据经整理后可分别绘出物料的干燥
曲线和干燥速率曲线。
实验原理（2）
物料干燥过程分三个阶段：第一阶段为物料的
预热段，此时空气中的部分热量用于加热物料，物
料的含水量及温度均随时间变化不大；第二阶段为
恒速段，此阶段内空气传给物料的显热恰好等于水
分从物料中汽化所需的潜热，而物料表面的温度等
于热空气的湿球温度；第三阶段为降速段，进入该
阶段后，物料开始升温，热空气中部分热量用于加
热物料，另一部分热量用于汽化水分，直至物料中
所含水分降到平衡含水量为止，干燥过程即终止。
1.干燥曲线
以物料含水量
与干燥时间、物料
表面温度与干燥时
间的关系曲线，均
称为干燥曲线，如
图8-1所示。
2.干燥速率曲线
干燥速率曲线是干燥速
率随物料平均干基含水量的
变化曲线图。其具体形状与
物料性质及干燥条件有关，
比较典型的如图8--2所示。
恒速干燥阶段的干燥速率大
小决定于物料外部的干燥条
件，而降速干燥速率的大小
主要取决于物料本身结构、
形状和尺寸，而与外部的干
燥条件关系不大。
恒速阶段的干燥速率和临界含水
量是干燥过程研究和干燥器设计的重
要数据，本实验在恒定干燥条件下对
浸透水的帆布进行干燥，测定干燥曲
线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速
段干燥速率和临界含水量的测定方法
及其影响因素。
(1).干燥速率(U)
即水分汽化速率，可用单位时间内从被
干燥物料的单位面积上汽化的水分质量表示
（kg/m2·s），在较小范围内，可按下式计算：
U
W GC  X

S
S  
---干燥速率（kg/m2.s）
S ---干燥面积（m2）
 ---时间间隔（s）
GC ---绝干物料量（kg）
 X ---时间间隔内干燥气化的干基含水量
式中： U
(2).被干燥物料的重量 G
G  GT  GD
式中：GT ---被干燥物料和支撑架的总质量（kg）
G D ---式样支撑架的质量（kg）
(3).物料的干基含水量
G  GC
X 
GC
与干燥速率相对应的湿物料含水量（物
料平均干基含水量）X 
X i  X i 1
X 
2
/
i
式中： X i ---第i次测定的湿物料干基含水量(kg水/kg绝干料)；
X i1---第i+1次测定的湿物料干基含水量(kg水/kg绝干料)。
(4).恒速阶段
对流传热系数  与传质系数 K H
在恒速干燥阶段，物料在恒定的干燥条件下进行干燥
时，物料表面与空气间的传热过程和传质过程分别用下
式表示，
传热过程：
dQ
  (t  t w )
S
dW
 K H (HW  H )
S
传质过程：
式中： ---空气至物料表面的传热膜系数（KW/m2·K）；
H、t---空气的湿度（kg水/kg绝干料）和温度（K）；
HW、tw ---湿球温度下空气的饱和湿度（kg水/kg绝干料）和湿物
料表面温度（即空气的湿球温度）（K）；
KH---以湿度基ΔH为推动力的传质系数（kg/m2·s·ΔH）。

在恒速干燥阶段中，空气传给物料之显
热恰等于水分从物料汽化所需的潜热，即：
dQ  rw dW
式中：rw ---湿球温度下水的汽化潜热（kJ/kg）。
即
dW
dQ


 K H ( H w  H )  (t  t w )
S rw S
rw
则传质系数

t  tw
KH  
rw H w  H
当空气平行流过静止的物料层表面时，
对流传热系数
  0.0204( L) 0.8
---湿空气的质量流速（kg/m2·h）；其中L 
式中：L
 t ---温度为t℃时，空气的密度（kg/m3）；
A---干燥器洞道流通面积（m2）。
Vt   t
A
(5).空气体积流量Vt 的计算
由节流式流量计的流量公式和理想气
体的状态方程式可推导出：
Vt  V20 
273 t 0
273 t

273 20 273 t 0
式中： Vt — 试样放置处空气体积流量（m2/h）；
V20 — 常压下20℃时空气体积流量（m2/h）；
由U形管压差计读数和校正曲线查得；
t0 — 流量计处空气温度（℃）；
t — 干燥器内空气的温度（℃）；
实
验
装
置
及
流
程
实验装置的主要技术参数
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1.洞道干燥器:其规格为120×120×1200mm；
2.鼓风机为XGB--2型漩涡气泵:最大流量为50（m3/h）；
3.称重传感器:最大量程为300g；
4.孔板流量计:不锈钢制品，配Ｕ形管压差计，自行设计、
标定。
5.温度计:干球温度为铂电阻，湿球温度为铂电阻外包纱布。
6.加热器:二组电阻丝加热，每组2.0kw，控温精度小于
±1.0℃。
7.湿物料:帆布。
8.流量与压差关系: V0  2.12R 0.51 (m3 / h) 适用范围15~50m3/h，
R—mmH20(标准温度0℃)
实验步骤
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1、实验前的准备工作
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2、实验方法
1、实验前的准备工作(1)
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（1）按流程及板面布置、电器线路示意图检查设
备及仪器、仪表是否齐全，完好。熟悉装置上各
个设备、仪表和部件使用方法，了解有关注意事
项。
（2）检查湿球温度测量铂电阻包装、安装是否正
确，并向湿球温度计的蓄水池中加水。
（3）将物料试样事前称准绝干料质量（放在烘箱
内，在80℃下烘烤，用精密天平称量，几次称量
值相同后，视为绝干料重），也可由指导教师提
供该值。之后，将要干燥的物料试样在水中进行
充分浸泡。
1、实验前的准备工作(2)
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（4）将被干燥物料的空支架安装在洞道内，令天
平处在自由摆动的平衡状态，记录整个支架和托
盘的重量。
（5）熟悉秒表使用方法。
（6）全开新鲜空气进口阀和废气排出阀，全关废
气循环阀。
（7）将空气流量调节阀全开，以启动时保护电机。
（8）将空气预热器加热电压调节旋钮拧至全关状
态。防止启动时功率过大，烧坏加热器。
2、实验方法(1)
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（1）打开风机电源（插座），调节流量，设定加热温度，
调节控温电流3—4A，并调节常热电流1—2A。
（2）当温度稳定后，注意观察重量显示仪读数是否稳定，
当读数稳定后，再调节零点电位器至零。
（3）当零点值和湿球温度读数稳定后，记下流量和各点
温度值。将准备好的湿物料试样放入干燥器内（注意手
不能按称重传感器上托架）。记下湿物料试样的初重。
（4）用秒表在一定时间间隔内（如1min）记下称重传感
器显示的质量值。连续测试，直至物料质量保持不变为
止。
2、实验方法(2)
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（5）在记时过程中随时注意控温点的干球温度和湿球温
度的显示值，整个操作过程中湿球温度值基本不变（维持
在0.5℃内变化）。否则就是系统未达到稳定或湿球计内缺
水或物料已烘干。
（6）停止加热，风机继续运转几分钟，待温度降低后再
停风机，然后取出试样，一切复原。
注意：最后若发现时间已过去很长，而减少的重量还达不
到所要求的克数，则可立即人为使天平处于平衡状态，并
同时记录数据。
实验原始记录与数据处理结果
试样物料:
；试样编号:
；试样尺寸:长 宽 厚 （mm）；
干燥面积S=
m2；试样绝干质量:Gc=
g；有风时物料架质量=
g
干燥实验原始数据记录
序
号
1
2
3
4
…
风机出 干燥室 湿球 干燥室
湿样品 干燥时间
流量计示
间隔
前温度 温度 后温度
质量g Δτ/min
值R/mmH2O 口温度
/℃
/℃
/℃
/℃
干燥实验数据处理结果
湿料含水量
序
与U对应的湿料含水量
干燥速率
号 X/（kg水分/kg绝干料） X/（kg水/kg绝干料） U×103/(kg/m2.s)
1
2
3
4
…
计算与实验结果
项
目
空气平均温度tm ℃
空气湿球温度tw ℃
空气体积流量Vt m3/h
物料受热面积S m2
tw 下水的气化热γtw kJ/kg
干燥器洞道流通面积F m2
空气的质量速度L kg/m2.h
干燥曲线
干燥速率曲线
临界含水量XC
平衡含水量X*
恒速段干燥速率UC kg/m2.h
恒速段对流传热系数α W/m2.℃
按α值估计的UC计 kg/m2.h
试样001
试样002
实验报告要求
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1.对实验结果进行数据处理，并写出一组数
据的计算示例；
2.绘制干燥曲线图和干燥速率曲线图；
3.计算对流传热系数α，并由α值估计恒速
干燥速率，并与实测值比较，分析误差原因。
实验注意事项(1)
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1、实验过程中，始终都要使天平能够自由摆动，
这是实验成功的关键。
2、为了设备的安全，开车时，一定要先开风机后
开空气预热器。停车时则相反。
3、物料干燥前应测定好绝干料重和有关尺寸。实
验操作前必须先将物料充分湿透，但放入干燥器
内时以不带水为准。
4、准确安装湿球温度计，并保证玻璃球内有足够
量的水。
实验注意事项(2)
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5、流量不宜过大，防止噪音大，且标定流量计时，
流量计算式应在一定读数范围内适用。
6、加热器电流不宜过大，否则使控温精度降低。
7、称重传感器属贵重仪表且极易损坏。零点受温
度影响较大，使用时一定不能超重，严禁用手按
压。
*打开加热管段处的法兰，即可更换加热用的电阻
丝。
实验思考题(1)
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1.如何恒定干燥条件？
2.若提高空气的温度或增加空气的流量，干燥速
率曲线、恒速干燥速率、临界含水量、平衡含水
量有何变化？
3.若被干燥介质（如黄沙）的厚度增加，其干燥
速率曲线、临界含水量、平衡含水量有何变化？
4.相对而言空气循环式和废气排放式各有什么特
点？
5.在70--80℃的空气气流中干燥经过相当长的时
间，能否得到绝对干料？
实验思考题(2)
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6.有一些物料在热气流中干燥，希望热气流相对
湿度要小，而有一些物料则要在相对湿度较大些
的热气流中干燥，这是为什么？
7.为什么在操作中要先开鼓风机送气，而后再通
电加热？
8.测定干燥速率曲线必须在恒定条件下进行，恒
定条件是什么？
9.当空气的干燥温度、流速改变时，试推测干燥
速率曲线的变化？
10.测定干燥速率曲线有何意义？