實(shí)驗(yàn)11：干燥實(shí)驗(yàn) - 華僑大學(xué)

1、實(shí)驗(yàn)11：干燥實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)原理1、干燥特性曲線(xiàn)： 若將濕物料于一定的干燥條件下，例如一定的溫度、濕度和速度的空氣流中，測(cè)定被干燥物料的重量和溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系，則得下圖所示曲線(xiàn)，即物料含水量-時(shí)間曲線(xiàn)及物料溫度-時(shí)間曲線(xiàn)。干燥過(guò)程分為三個(gè)階段：、物料預(yù)熱階段；、恒速干燥階段和、降速干燥階段，圖中AB段處于預(yù)熱階段，空氣中部分熱量用來(lái)加熱物料，故物料含水量隨時(shí)間變化不大。在隨后的第階段BC，由于物料表面存有自由水分，物料表面溫度等于空氣濕球溫度tw，傳入的熱量只用來(lái)蒸發(fā)物料表面的水分，物料含水量隨時(shí)間成比例減少，干燥速率恒定且較大。 到了第階段，物料中含水量減少到某一臨界含水量時(shí)，由于物料內(nèi)部

2、水分的擴(kuò)散慢于物料表面的蒸發(fā)，不足以維持物料表面保持潤(rùn)濕，則物料表面將形成干區(qū)，干燥速率開(kāi)始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲線(xiàn)CD逐漸達(dá)到平衡含水量X*而終止。在降速階段，隨著水分汽化量的減少，傳入的濕熱較汽化帶出的潛熱為多，熱空氣中部分熱量用于加熱物料。物料溫度開(kāi)始上升，與交點(diǎn)處的含水量稱(chēng)為物料的臨界含水量Xo，在上圖中物料含水量曲線(xiàn)對(duì)時(shí)間的斜率就是干燥速率u 。 若干燥速率u對(duì)物料含水量x進(jìn)行標(biāo)繪可得如圖所示的干燥速率曲線(xiàn)。 干燥速率曲線(xiàn)只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，因?yàn)楦稍锼俾什粌H取決于空氣的性質(zhì)和操作條件，而且還受物料性質(zhì)結(jié)構(gòu)以及所含水份性質(zhì)的影響。 干燥速率u為單位時(shí)間在單位干燥面積上汽化的水

3、分量W，用微分式表示為： 式中：u干燥速率 kg / m2·sA干燥表面積 m2d相應(yīng)的干燥時(shí)間 sdw汽化的水分量 kg。 本實(shí)驗(yàn)裝置近似于工業(yè)上的廂式洞道式干燥器，計(jì)算的是達(dá)到一定干燥要求所需時(shí)間。而工業(yè)上連續(xù)操作的干燥器如氣流干燥器、沸騰床干燥器。物料連續(xù)進(jìn)入，干燥條件隨過(guò)程不斷變化，往往計(jì)算的是完成一定處理能力、一定干燥要求所需設(shè)備尺寸，同樣需要測(cè)定干燥速率曲線(xiàn)，只是測(cè)定的方法和實(shí)驗(yàn)裝置不同。 圖的橫座標(biāo)x為相應(yīng)于某干燥速率下的物料的平均含水量式中：x平某干燥速率下濕物料的平均含水量 kgGsi,Gsi+1分別為時(shí)間間隔內(nèi)開(kāi)始和終了時(shí)濕物料重量 kg。Gc濕物料中絕對(duì)干物料的

4、重量 kg。2、傳質(zhì)系數(shù)的求?。?）恒速階段：恒速階段的干燥速率u僅由外部干燥條件決定，物料表面溫度近于空氣濕球溫度tw。在恒定的干燥條件下，物料表面與空氣之間的傳熱和傳質(zhì)速率分別用于下面式子表示：式中：Q空氣傳給物料的熱量 KJ；干燥時(shí)間 SA干燥面積 m2空氣至物料表面的傳熱膜系數(shù) KW/m2·kt空氣溫度 k；tw濕物料表面溫度（即空氣的濕球溫度）K；W由物料汽化至空氣中的水分 kg；KH以濕度差為推動(dòng)力的傳質(zhì)系數(shù) kg/m2·sH；H空氣的濕度 kg水/kg干空氣；（2）降速階段：降速干燥階段中干燥速率曲線(xiàn)的形狀隨物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及所含水分性質(zhì)不同而異，因而干燥曲線(xiàn)只

5、能通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，降速階段干燥時(shí)間的計(jì)算可以根據(jù)速率曲線(xiàn)數(shù)據(jù)圖解求得，當(dāng)降速階段的干燥速率近似看作與物料的自由含水量（x-x*）成正比時(shí)干燥速率曲線(xiàn)可簡(jiǎn)化為直線(xiàn)。即為： u=kx(x-x*)kx=u / (x-x*)式中：kx以含水量差x為推動(dòng)力的比例系數(shù) kg/m2·s·x；u物料含水量為x時(shí)的干燥速率 kg/m2·s；x在時(shí)的物料含水量 kg/kg絕干物料；x*物料的平衡含水量 kg/kg絕干物料； 由實(shí)驗(yàn)得到的物料臨界含水量x0對(duì)于干燥裝置的設(shè)計(jì)十分重要，不僅對(duì)于計(jì)算干燥速率，干燥時(shí)間以及干燥器的尺寸必不可少，而且由于影響二個(gè)干燥階段干燥速率的因素不同因而確定

6、x0值對(duì)于如何強(qiáng)化具體干燥過(guò)程也有重要意義。 二、實(shí)驗(yàn)裝置及流程簡(jiǎn)介 主要設(shè)備規(guī)格： 孔板流量計(jì)：管徑D=106mm，孔徑d=孔流系數(shù) C0 干燥室尺寸：0.15m×0.20m實(shí)驗(yàn)流程： 空氣由風(fēng)機(jī)，經(jīng)孔板流量計(jì)，電加熱器送入干燥室，然后返回風(fēng)機(jī)，循環(huán)使用，由吸氣口吸入一部分空氣，由排氣口排出一部分空氣，以保持系統(tǒng)濕度恒定，由蝶型閥控制空氣流量。電加熱器由繼電器控制，使進(jìn)入干燥室空氣的溫度恒定，干燥室前方裝有干、濕球溫度計(jì)，風(fēng)機(jī)出口及干燥室后也裝有溫度計(jì)，都用以確定干燥室的空氣狀態(tài)。三、實(shí)驗(yàn)步驟第一步：?jiǎn)?dòng)風(fēng)機(jī) 鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊風(fēng)機(jī)電源開(kāi)關(guān)的綠色鍵，接通電源，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。 鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊斜管

7、壓差計(jì)可以看到放大的畫(huà)面，然后可以調(diào)節(jié)蝶型閥的開(kāi)度的來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量。 注意：禁止在啟動(dòng)風(fēng)機(jī)以前加熱，這樣會(huì)燒壞加熱器第二步：開(kāi)始加熱開(kāi)啟風(fēng)機(jī)后，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊繼電器的開(kāi)關(guān)，可以看到開(kāi)始加熱，溫度升高?？梢杂脺囟日{(diào)節(jié)按鈕調(diào)節(jié)加熱溫度，左邊的鍵增加，右邊的減小。達(dá)到要求的溫度后，繼電器會(huì)自動(dòng)保持給定的溫度，然后進(jìn)行下一步。第三步：進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，在溫度達(dá)到要求后，干燥室內(nèi)掛一張充分潤(rùn)濕的紙板，上面與天平的一個(gè)托盤(pán)下部相連，另一個(gè)托盤(pán)放砝碼。先使天平平衡，然后減去一定質(zhì)量的砝碼，平衡被破壞，但隨著紙片被熱風(fēng)干燥，質(zhì)量減少，當(dāng)干燥的水分質(zhì)量與減去的砝碼質(zhì)量相同時(shí)，天平會(huì)恢復(fù)平衡，然后向另一端傾斜，這時(shí)記下所用的時(shí)間，就可以計(jì)算出干燥速率。不斷減去砝碼，記錄時(shí)間就可以計(jì)算并描繪出干燥速率曲線(xiàn)。 真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作，應(yīng)由三個(gè)人分工協(xié)作，一個(gè)人減砝碼，一個(gè)人計(jì)時(shí)，一個(gè)人記錄數(shù)據(jù)。為了在計(jì)算機(jī)上操作簡(jiǎn)便，作了簡(jiǎn)化，只需一個(gè)人點(diǎn)擊一個(gè)按鈕就可以完成三個(gè)人的工作，因此本實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)記錄功能是打開(kāi)的。 在實(shí)驗(yàn)主窗口干燥室的天平上點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，即可調(diào)出天平畫(huà)面，如圖所示： 實(shí)驗(yàn)中，第一次按鍵向干燥室內(nèi)掛好紙片，這時(shí)天平會(huì)傾斜，待天平再次平衡后按鍵記錄下時(shí)間同時(shí)自動(dòng)減去1克砝碼，天平再次傾斜，重復(fù)上述步驟。當(dāng)單位計(jì)時(shí)超過(guò)360秒時(shí)，可結(jié)束實(shí)驗(yàn)，進(jìn)入數(shù)據(jù)