干燥特性曲線的測(cè)定

1、專業(yè)：姓名：實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)號(hào)： 日期： 地點(diǎn)：課程名稱： 過程工程原理實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師： 成績(jī)：_ 實(shí)驗(yàn)名稱： 干燥實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)類型 同組學(xué)生姓名：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ū靥睿?二、實(shí)驗(yàn)儀器與裝置（必填）三、實(shí)驗(yàn)原理（必填） 四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、數(shù)據(jù)記錄和處理 六、結(jié)果與分析（必填）七、討論與心得一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解洞道式干燥裝置的結(jié)構(gòu)、流程和及其操作方法。2、作出物料在恒定干燥條件下的干燥特性曲線（X ，UX），并求出臨界含水量XC、平衡含水量X*及恒速階段的干燥速度U恒速。3、求出恒速階段的傳質(zhì)系數(shù)KH和傳熱系數(shù)a。4、改變氣溫或氣速等操作條件，作出不同空氣參數(shù)下的干燥特性曲線，同時(shí)求出各自的臨界

2、含水量、平衡含水量以及恒速階段的干燥速度、傳質(zhì)系數(shù)和傳熱系數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)儀器與裝置實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。1風(fēng)機(jī) 2孔板流量計(jì) 3壓差變送器 4電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 5加熱器6溫控系統(tǒng) 7濕球溫度計(jì) 8、10干球溫度計(jì) 9重量傳感器 11干燥物料圖1 干燥實(shí)驗(yàn)裝置流程圖風(fēng)機(jī)將空氣送入預(yù)熱室進(jìn)行預(yù)熱，冷空氣經(jīng)電加熱器加熱到T1溫度后，進(jìn)入干燥室將熱能供給物料，然后直接排放入大氣?？諝獾牧髁坑煽装辶髁坑?jì)測(cè)量，孔板兩端差壓利用差壓變送器測(cè)量，其中孔板的孔徑為34mm,風(fēng)管內(nèi)徑為68mm，干燥室截面積0.1*0.1m2，空氣流量由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥經(jīng)計(jì)算機(jī)在線控制調(diào)節(jié)。系統(tǒng)內(nèi)空氣溫度由銅-康銅熱電偶測(cè)定，干燥室內(nèi)空氣入口及出

3、口的干球溫度由傳感器8,10測(cè)量，溫度傳感器7測(cè)量干燥室出口的濕球溫度?？諝膺M(jìn)口溫度T1采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。物料重量變化由重量傳感器測(cè)量并由計(jì)算機(jī)檢測(cè)顯示。三、實(shí)驗(yàn)原理干燥是利用熱量去濕的一種方法，它不僅涉及到氣、固兩相間的傳熱與傳質(zhì)，而且涉及到濕分以氣態(tài)或液態(tài)的形式自物料內(nèi)部向表面?zhèn)髻|(zhì)的機(jī)理。由于物料的含水性質(zhì)和物料形狀的差異，水分傳遞速率的大小差別很大，概括起來，它受到物料及其含水性質(zhì)，干燥介質(zhì)的性質(zhì)、流速，干燥介質(zhì)與濕物料接觸方式等各種因素的影響。目前對(duì)干燥機(jī)理的研究尚不夠充分，干燥速度的數(shù)據(jù)還主要依靠實(shí)驗(yàn)。若將濕物料置于一定的干燥條件下（即干燥介質(zhì)空氣的溫度，濕度，速度以及與物料接觸的

4、方式均維持恒定）進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)，測(cè)定被干燥物料的重量隨時(shí)間的變化關(guān)系，將數(shù)據(jù)加以整理可得物料的干燥曲線X-和干燥速率曲線U-X。干燥過程中，根據(jù)其不同時(shí)期的特點(diǎn)，可分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段為恒速干燥階段。過程開始時(shí)，由于整個(gè)物料的濕含量較大，其內(nèi)部水分能迅速地達(dá)到物料表面，因此干燥速率為物料表面上水分的氣化速率所控制。在此階段，干燥介質(zhì)傳給物料的熱量全部用于水分的氣化，物料表面的溫度維持恒定，物料表面處的水蒸汽分壓也維持恒定，故干燥速率恒定不變。第二個(gè)階段為降速干燥階段。當(dāng)物料被干燥達(dá)到臨界濕含量后，水分子物料內(nèi)部向表面?zhèn)鬟f的速率低于物料表面水分的汽化速率，干燥速率為水分在物料內(nèi)部的傳遞速率所控

5、制。隨著物料濕含量逐漸減少，物料內(nèi)部水分的遷移速率也逐漸減小，故干燥速率不斷下降。臨界濕含量Xc，即為恒速與降速階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，臨界濕含量對(duì)于干燥過程研究和干燥器的設(shè)計(jì)都是十分重要的。1、干燥干燥特性曲線的求取干燥速率的定義為單位時(shí)間、單位干燥面積所除去的濕分質(zhì)量。U=dWAd2=-GcdXAd （1） 式中 U-干燥速率， kg/m·s；A-干燥面積，m2；W-汽化的濕分量，kg；-干燥時(shí)間，s；Gc-絕干物料的質(zhì)量，kg；X-物料干基濕含量，kg水/kg干料。根據(jù)計(jì)算機(jī)和重量傳感器測(cè)出的不同時(shí)刻物料重量與時(shí)間的關(guān)系曲線G，可得不同時(shí)刻物料的干基濕含量Xi：Xi=Gi-Gc （2）

6、Gc式中： Xi-物料干基含水量，kg水/kg絕干物料；Gi-固體物料量(包括附件重)，kg；Gc-絕干物料量(包括附件重)，kg。按（2）式可得i時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的Xi值，據(jù)此即可作出干燥曲線X，從X曲線圖中可找出，再在X曲線上取代表性的點(diǎn)作圖求出dX / d，再按（1）式可計(jì)算出干。 燥速率Ui，然后繪出干燥速率曲線UX，從UX圖中可以找出和2、恒速干燥階段傳質(zhì)系數(shù)與傳熱系數(shù)的測(cè)定根據(jù)傳質(zhì)速率方程，在恒速干燥階段：U恒速=kH(HW-H)U恒速HW-H （3） 即kH= （4）根據(jù)“汽化所需熱量等于空氣與濕物料間的對(duì)流傳熱量”這一熱量衡算關(guān)系，即于是即 a=U恒速rwt-tw=kHrwt-twU

7、恒速rw=a(t-tw) （5） a(t-tw)=U恒速rw=kH(Hw-H)rw (6) (Hw-H) （7）式中：-恒速干燥階段的干燥速率，kg/(m2.s)；-恒速干燥階段的傳質(zhì)系數(shù)，kg/(m2.s.H)；H-空氣濕度，kg水/kg干空氣；-濕球溫度tw下空氣的飽和濕度，kg水/kg干空氣；-干燥器內(nèi)的空氣濕球溫度，；t -干燥器內(nèi)的空氣的干球溫度，；-濕球溫度tw 下的水的汽化潛熱，J/kg。和在本實(shí)驗(yàn)中，測(cè)出物料濕與時(shí)間的關(guān)系，即可得X，UX曲線，進(jìn)而求出,，并最終求出恒速干燥階段的傳質(zhì)系數(shù)和傳熱系數(shù)a。四、操作步驟1.打開計(jì)算機(jī)，運(yùn)行干燥實(shí)驗(yàn)客戶端程序，進(jìn)入干燥實(shí)驗(yàn)操作控制界面。

8、2.點(diǎn)擊電源開關(guān)和開始試驗(yàn)按鈕，先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，全開電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，將風(fēng)量調(diào)到最大，設(shè)置空氣入口溫度，待空氣溫度在計(jì)算機(jī)上顯示為一條直線時(shí)，可采樣進(jìn)行穩(wěn)定分析，當(dāng)計(jì)算機(jī)判斷為穩(wěn)定后，可對(duì)物料進(jìn)行加水浸濕，同時(shí)對(duì)濕球溫度計(jì)進(jìn)行加水，加水結(jié)束后，干燥即自動(dòng)開始。3.當(dāng)干燥物料的重量不再明顯減輕時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)提醒實(shí)驗(yàn)者此燥條件下的干燥實(shí)驗(yàn)已結(jié)束，實(shí)驗(yàn)者可將此條件下的數(shù)據(jù)進(jìn)行取點(diǎn)保存，一般取20-30個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。4.保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。5.關(guān)閉加熱電源，全開空氣流量調(diào)節(jié)閥，待空氣進(jìn)口溫度降至50以下后，依次關(guān)閉空氣流量調(diào)節(jié)閥、風(fēng)機(jī)電源和總電源。 6.實(shí)驗(yàn)完畢，實(shí)驗(yàn)裝置恢復(fù)至原狀。五、數(shù)據(jù)記錄和處理1

9、、 實(shí)驗(yàn)參數(shù)管道直徑D：0.068m，物料絕干重量GC：11.1g，干燥面積A：43.7088cm。 2、數(shù)據(jù)記錄和處理表2Xit (s)圖2 X-曲線X-擬合曲線的方程為:X=0.53147-1.072E-4*,(1671s<<3895s)X=1.18141-4.426E-4*+4.313E-8*2, (3895s<<5208s)0.00050.00040.0003U(kg/m.s)20.00020.00010.00000.00.10.20.30.4x圖3 U-X關(guān)系曲線U-X關(guān)系曲線方程恒速段：U=2.722E-4，(0.1133<X<0.3481）降速

10、段： ，(0.0458<X<0.1133)六、結(jié)果與分析1、求出臨界含水量XC、平衡含水量X*及恒速階段的干燥速度U恒速。由U-X關(guān)系曲線圖可知，臨界含水量Xc=0.1133，平衡含水量X*=0.0458，恒速階段Uc=2.722E-4Kg/(m2.s)。2、恒速階段的傳質(zhì)系數(shù)KH和傳熱系數(shù)。恒速階段為1671s-3895s，濕球溫度、風(fēng)機(jī)出口溫度、進(jìn)出口干球溫度均為恒速階段的加權(quán)平均值，其中濕球溫度tw=26.12，風(fēng)機(jī)出口溫度t0=15.46,進(jìn)口干球溫度t1=49.61，出口干球溫度44.69，進(jìn)出口干球平均溫度t=47.15。查馮霄、何洪潮主編的化工原理下232頁（第二版，

11、科學(xué)出版社）101.3KPa下空氣t-H圖，得Hw=0.022kg/kg干空氣， H=0.011kg/kg干空氣。kH=U恒速HW-H =0.02474kg/(m.s) 2查馮霄、何潮洪主編的化工原理上315頁（第二版，科學(xué)出版社）飽和水蒸汽物性，得Rw=2432.8KJ/Kg由=UCrWt-tW得，傳熱系數(shù)=31.27W/(m2.)3、誤差分析、在測(cè)量過程中，觀察到懸掛的物料受空氣流體的作用，做有規(guī)律的小角度擺動(dòng)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得物料重量存在一定的誤差。、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用分段擬合，擬合曲線可以減少偶然誤差，能較好的反映實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)，但是擬合曲線的選取也仍然存在著一定的誤差。、本實(shí)驗(yàn)全部由計(jì)算機(jī)控制，參數(shù)的設(shè)定和精度的設(shè)定都影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，由于參數(shù)設(shè)置需根據(jù)設(shè)備性能確定，老師已根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給定，數(shù)據(jù)的精度也比較高，誤差比較小。七、思考題1、 本實(shí)驗(yàn)中通過控制空氣流量不變，加熱器功率恒定來確定恒定干燥2、實(shí)驗(yàn)中求得了t和H=0.622psP-pStWps，總壓不變，可查得同溫度下的，進(jìn)而通過公式可以得到H和HW3、 如果氣流速度增大，會(huì)使臨界含水量增大，平衡濕含量增大；如果溫度增大，會(huì)使臨街含水量減小，平衡濕含量減?。环粗嗳?。4、 空氣循環(huán)式 優(yōu)點(diǎn)：氣體利用率高、能耗低缺點(diǎn)：干燥速度慢廢氣排放式 優(yōu)點(diǎn)：可保證空氣濕度