干燥速率速率曲線的測(cè)定實(shí)驗(yàn)

1、實(shí) 驗(yàn) 名 稱：學(xué) 院：專 業(yè)：班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：同組者姓名：指 導(dǎo) 教 師：日 期：干燥速率曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn) 化學(xué)工程與工藝 化工 班 序號(hào)：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉常壓洞道式（廂式）干燥器的構(gòu)造和操作；2測(cè)定在恒定干燥條件（即熱空氣溫度、濕度、流速不變，物料與氣流的接觸方式不變）下的濕物料干燥曲線和干燥速率曲線； 3測(cè)定該物料的臨界濕含量X 0； 4掌握有關(guān)測(cè)量和控制儀器的使用方法。二、基本原理當(dāng)濕物料與干燥介質(zhì)相接觸時(shí)，物料表面的水分開始?xì)饣?，并向周圍介質(zhì)傳遞。根據(jù)干燥過程中不同期間的特點(diǎn)，干燥過程可分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段為恒速干燥階段。在過程開始時(shí)，由于整個(gè)物料的濕含量較大，其內(nèi)部的水分

2、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，故此階段亦稱為表面氣化控制階段。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（等于熱空氣濕球溫度），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，便進(jìn)入降速干燥階段。此時(shí)，物料中所含水分較少，水分自物料內(nèi)部向表面?zhèn)鬟f的速率低于物料表面水分的氣化速率，干燥速率為水分在物料內(nèi)部的傳遞速率所控制。故此階段亦稱為內(nèi)部遷移控制階段。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。 恒速段的干燥速率和臨界含水量的影

3、響因素主要有：固體物料的種類和性質(zhì)；固體物料層的厚度或顆粒大小；空氣的溫度、濕度和流速；空氣與固體物料間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式。 恒速段的干燥速率和臨界含水量是干燥過程研究和干燥器設(shè)計(jì)的重要數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)在恒定干燥條件下對(duì)毛氈物料進(jìn)行干燥，測(cè)定干燥曲線和干燥速率曲線，目的是掌握恒速段干燥速率和臨界含水量的測(cè)定方法及其影響因素。 干燥速率的測(cè)定U =式中：U 干燥速率，kg /（m 2·h ）；Sd W ' S d W ' S （7-1）干燥面積，m 2，（實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)提供）；時(shí)間間隔，h ；時(shí)間間隔內(nèi)干燥氣化的水分量，kg 。W ' 物料干基含水量X =G ' -

4、Gc ' （7-2）Gc '式中：X 物料干基含水量，kg 水/ kg絕干物料； G ' 固體濕物料的量，kg ；Gc ' 絕干物料量，kg 。 恒速干燥階段，物料表面與空氣之間對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定 Uc =dW ' dQ ' -t w Sd =r =(t tw Sd r tw=Uc r tw t -t w式中：恒速干燥階段物料表面與空氣之間的對(duì)流傳熱系數(shù)，W/（m 2·）；Uc恒速干燥階段的干燥速率，kg/（m 2·s ）；t w 干燥器內(nèi)空氣的濕球溫度，； t 干燥器內(nèi)空氣的干球溫度，； r tw t w 下水的氣化熱，J/

5、 kg。 干燥器內(nèi)空氣實(shí)際體積流量的計(jì)算由節(jié)流式流量計(jì)的流量公式和理想氣體的狀態(tài)方程式可推導(dǎo)出：V 73+t t =V t2273+t 0式中：V t 干燥器內(nèi)空氣實(shí)際流量，m 3/ s； t 0流量計(jì)處空氣的溫度，；V t常壓下t 0時(shí)空氣的流量，m 3/ s；t干燥器內(nèi)空氣的溫度，。V t =C 0A 02PA 20=4d 0 式中：C 0流量計(jì)流量系數(shù)，C 0=0.677-3）7-4）7-5）7-6）7-7）（ （ （ （ （A 0節(jié)流孔開孔面積，m ； d 0節(jié)流孔開孔直徑， d 0=0.050 m； P節(jié)流孔上下游兩側(cè)壓力差，Pa ； 孔板流量計(jì)處t 0時(shí)空氣的密度，kg/m。32三

6、、實(shí)驗(yàn)裝置1裝置流程空氣用風(fēng)機(jī)送入電加熱器，經(jīng)加熱的空氣流入干燥室，加熱干燥室中的濕毛氈后，經(jīng)排出管道排入大氣中。隨著干燥過程的進(jìn)行，物料失去的水分量由稱重傳感器和智能數(shù)顯儀表記錄下來。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。 圖1 干燥裝置圖1-風(fēng)機(jī) 2-可移動(dòng)實(shí)驗(yàn)框架 3-旁路閥 4-氣路管道 5-差壓傳感器 6-不銹鋼孔板流量計(jì)7-電加熱管 8-風(fēng)量均布器 9-支桿 10、11-濕球、干球溫度傳感器 12-可視門 13-精密稱重傳感器 14-蝶閥3 15-蝶閥2 16-蝶閥1 17-總電源空氣開關(guān) 18-儀表電源開關(guān) 19-變頻器電源開關(guān) 20-風(fēng)機(jī)電源切換開關(guān) 21-電加熱管停止按鈕 22-干球溫度手自動(dòng)

7、切換開關(guān)及手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕 23-干球溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)儀 24-指示燈 25-電加熱管啟動(dòng)按鈕 26-加熱管電壓指示 27-智能風(fēng)量控制儀 28-智能多路液晶顯示儀 29-變頻器（1）風(fēng)機(jī)電源切換開關(guān)：有三個(gè)位：直接、停止、變頻分別為風(fēng)機(jī)電源由電網(wǎng)直接提供、風(fēng)機(jī)停止和風(fēng)機(jī)電源由變頻器提供。（2）智能多路液晶顯示儀的13通道分別為：空氣流量、濕球溫度、稱重重量。 （3）風(fēng)機(jī)電源切換開關(guān)：為3位開關(guān)，當(dāng)開關(guān)打到左邊位置時(shí)為直接電源給風(fēng)機(jī)供電；當(dāng)開關(guān)打到中間位置時(shí)為停止位置；當(dāng)開關(guān)打到右邊位置時(shí)為變頻器輸出電源給風(fēng)機(jī)供電。相應(yīng)上面的指示燈指示的是直接風(fēng)機(jī)供電時(shí)的風(fēng)機(jī)電源指示。（4）風(fēng)量控制：可通過儀表實(shí)現(xiàn)自

8、動(dòng)控制及調(diào)節(jié)旋鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)風(fēng)量控制，但風(fēng)量不得低于50m /h，否則會(huì)因?yàn)轱L(fēng)量過小而使燒壞加熱管?？刂品椒ㄊ牵?）手動(dòng)控制時(shí)，將風(fēng)量手自動(dòng)切換開關(guān)打到手動(dòng)位置，通過調(diào)節(jié)手動(dòng)旋鈕即可對(duì)變頻器輸出控制，從而控制風(fēng)機(jī)風(fēng)量；2）自動(dòng)控制時(shí)，將手自動(dòng)切換開關(guān)打到自動(dòng)位置，這時(shí)可通過儀表對(duì)變頻器輸出控制，從而也實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的控制。 2主要設(shè)備及儀器（1） 鼓風(fēng)機(jī)：MY250W ，250W （2） 電加熱器：4.5KW（3） 干燥室：180mm×180mm×1250mm （4） 干燥物料：濕毛氈（5） 稱重傳感器：YZ108A 型，0300g 。3四、實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)步驟1）

9、打開儀表控制柜上的儀表電源開關(guān)，開啟儀表。2）打開儀表控制柜上的風(fēng)機(jī)電源開關(guān)，開啟風(fēng)機(jī)，這時(shí)加熱管停止按鈕燈亮。 3）按下加熱管啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)加熱管電源，剛開始加熱時(shí)，打開加熱管電源開關(guān)，可通過儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及調(diào)節(jié)旋鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制干球溫度。其方法是：（1）手動(dòng)控制時(shí)，將手自動(dòng)切換開關(guān)打到手動(dòng)位置，通過調(diào)節(jié)手動(dòng)旋鈕即可對(duì)加熱管電壓實(shí)現(xiàn)控制，從而控制干球溫度；（2）自動(dòng)控制時(shí)，將手自動(dòng)切換開關(guān)打到自動(dòng)位置，這時(shí)可通過儀表對(duì)加熱管的電壓進(jìn)行控制，從而也實(shí)現(xiàn)了對(duì)干球溫度的控制。干燥室溫度（干球溫度）要求恒定在70。4）將毛氈加入一定量的水并使其潤濕均勻，注意水量不能過多或過少。5）當(dāng)干燥室溫度恒定在

10、70時(shí)， 一定在老師的指導(dǎo)下或由老師將濕毛氈十分小心地懸掛于稱重傳感器下的托盤上。放置毛氈時(shí)應(yīng)特別注意不能用力下拉，因稱重傳感器是非常精密的儀器，且其測(cè)量上限僅為300克，稍微的力均會(huì)完全損壞稱重傳感器導(dǎo)致不能再使用。6）記錄時(shí)間、毛氈和剩余水的重量（即為重量顯示儀的讀數(shù)），每分鐘記錄一次數(shù)據(jù)；每兩分鐘記錄一次干球溫度和濕球溫度。7）待毛氈恒重時(shí)，即為實(shí)驗(yàn)終了時(shí)，按下停止按鈕，停止加熱，注意保護(hù)稱重傳感器，一定在老師的指導(dǎo)下或由老師非常小心地取下毛氈。8）等20分鐘后，當(dāng)干球溫度降到30度左右時(shí)關(guān)閉風(fēng)機(jī)電源、關(guān)閉儀表電源，清理實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 2、注意事項(xiàng)1）必須先開風(fēng)機(jī)，后開加熱器，否則加熱管可能

11、會(huì)被燒壞。2）特別注意傳感器是非常精密的儀器，且其負(fù)荷量僅為300克，放取毛氈時(shí)必須十分小心，絕對(duì)不能下拉或用力上提，否則會(huì)完全損壞稱重傳感器導(dǎo)致不能再使用。 3）風(fēng)量不得低于50m 3/h，否則會(huì)因?yàn)轱L(fēng)量過小而燒壞加熱管。五. 原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（附頁）六數(shù)據(jù)處理本實(shí)驗(yàn)中：托盤質(zhì)量m 1=28.6g 毛氈絕干質(zhì)量Gc =12.70g 毛氈干燥面積S=287.84 m2 以時(shí)間t=2min時(shí)為例計(jì)算：固體濕物料的量G =（82.0-28.6）g=53.4g=0.0534kg物料干基含水量X=（G- Gc）/ Gc=(0.0534-0.0127/0.0127=3.205kgW =0.0545-0.05

12、34=0.0011kg干燥速率U=W /（S*t ）=0.0011/(287.84*10-4*1/60=2.293 kg /（m 2·h ） 以此方法計(jì)算得到下表： 2. 圖表制作根據(jù)上表以干基含水量X 為縱坐標(biāo)，以t/min為橫坐標(biāo)，可得到如下曲線圖可以作得干燥曲線圖 :根據(jù)上表以X 為橫坐標(biāo)，以U 為縱坐標(biāo)可作得干燥速率曲線： 由上圖可知，物料的臨界濕含量X 0=1.10七、結(jié)果分析與討論由圖可以看出，實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果不是很理想，主要原因可能是實(shí)驗(yàn)儀器自動(dòng)加熱裝置存在損壞，所以使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定的誤差。八、思考題解答1. 毛氈含水是什么性質(zhì)的水分？答：毛氈含水有自由水和平衡水，其中干燥除去的為自由水。 2. 實(shí)驗(yàn)過程中干、濕球溫度計(jì)是否變化？為什么？答：干球溫度是變化的。干球溫度是指