過熱蒸汽干燥物料臨界含水率的試驗研究

1、農(nóng)機與食品機械1999年第3期總第261期試驗與設(shè)計過熱蒸汽干燥物料臨界含水率的試驗研究連政國王延耀蔣金琳李考年姜學(xué)東萊陽農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)工程系2試驗數(shù)據(jù)的處理試驗中,試驗室不具備連續(xù)稱重測量設(shè)備,況且過熱蒸汽干燥試驗條件惡劣,只能是采用間歇稱重測量法,即試驗中將物料干燥到一定時間后,從干燥室中取出,用電子天平快速稱重后,再放入干燥室中繼續(xù)干燥,這樣重復(fù)直到干燥過程結(jié)束,這種辦法在一定條件下不會影響干燥過程。,干燥速度快,很明,對臨界含,二者的要求正好相反。,在試驗中采取了等稱重間隔、初始起點不同的方法,使干燥過程平均的取數(shù)點的時間間隔相對縮小。具體講就是開始稱重起始時間不同。例如,試驗中,除了第一

2、次稱重外,其余的稱重時間間隔為4min,第一組數(shù)據(jù)的采集時間是1,5,9,13,17min測量,第二組的測量是在2,6,10,14,18min進行,以次類推,至少作四組試驗,這樣每一時刻均有試驗數(shù)據(jù),將得到的數(shù)據(jù)在時間間隔段內(nèi)取平均,然后對每個時間中相同時刻的數(shù)據(jù)相加求平均,即得到對應(yīng)時刻的干燥速度;也可以將不同時刻所有的數(shù)據(jù)累加用減法得到在不同干燥時刻、統(tǒng)一時間間隔段的干燥速度,經(jīng)計算顯示這兩種方法結(jié)果相差不大。該試驗中的曲線是用第一種方法繪制的。通過這種數(shù)據(jù)處理方法得到的結(jié)果,雖然稱重時間間隔為4min,但數(shù)據(jù)點可縮短到每分鐘描點,可使干燥臨界點出現(xiàn)的時刻較為明顯。因此,該法既不使稱重對干

3、燥過程產(chǎn)生較大的影響,也不會由于稱重時間間隔過長而影響干燥曲線上臨界點的真實位置。摘要:對影響物料臨界含水率的因素進行了系統(tǒng)的分析,試驗研究了熱風(fēng)、過熱蒸汽干燥物料臨界含水率。過熱蒸汽干燥與熱風(fēng)干燥相比,在介質(zhì)的條件相同時,有較低的臨界含水率。隨著溫度的升高這兩種干燥介質(zhì)的臨界含水率差值進一步加大。對過熱蒸汽來說,隨著溫度和風(fēng)速的提高,臨界含水率也提高。敘詞:過熱蒸汽干燥物臨界含水率過熱蒸汽干燥是指利用過熱蒸汽直接與被干燥物料接觸而去除水分的一種干燥方式,與傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥相比,具有節(jié)能效果顯著、傳熱系數(shù)大、熱效率高、干后產(chǎn)品品質(zhì)好、無爆炸和失火的危險及有利于保護環(huán)境等特點。近年來倍受國內(nèi)外學(xué)者

4、注意。另一方面過熱蒸汽,規(guī)律,、過熱蒸汽。1影響臨界含水率的因素分析臨界含水率指的是物料干燥時恒速干燥段與降速干燥段水分的界點,它標(biāo)志著干燥行為的轉(zhuǎn)變,是高濕物料干燥中的一個重要的參數(shù)。過熱蒸汽干燥的臨界含水率可由干燥速度曲線確定。影響物料臨界含水率的因素很多,分析表明:物料的形狀、結(jié)構(gòu)、大小、厚度不同,水分具有不同的遷移速度,而干燥介質(zhì)的不同條件使水分具有不同的表面汽化速率。因此,在熱風(fēng)干燥中諸如物料的種類、水分與物料的結(jié)合方式、干燥介質(zhì)的流量、干燥介質(zhì)的溫度、干燥介質(zhì)的相對濕度等等,都是影響物料臨界含水率的因素。關(guān)于農(nóng)產(chǎn)物料過熱蒸汽干燥的臨界含水率的研究未見報道。由于眾多因素對臨界含水率產(chǎn)

5、生影響,關(guān)于臨界含水率,尚只有用試驗的手段求得。本研究,主要目的是將過熱蒸汽干燥物料的臨界含水率與熱風(fēng)干燥的數(shù)據(jù)相比。我們試驗在相同的溫度和質(zhì)量流量下,對相同的物料條件,在試驗臺上進行對比試驗。這樣可以最大限度的消除其它因素對干燥過程的影響。收稿日期:1998-12-291999No133試驗結(jié)果與分析311熱風(fēng)和過熱蒸汽干燥臨界含水率的比較圖1、圖2為相同質(zhì)量流量兩種不同溫度條件下的過熱蒸汽和熱風(fēng)的干燥速度曲線。試驗條件:過熱蒸汽和熱風(fēng)的質(zhì)量流量均為4kg/h,溫度分別為165,185。從前面的分析可知,影響物料干燥臨界含水率的因素較多。對于不同的干燥介質(zhì),干燥過程臨界含水率的比較應(yīng)基于在相

6、同的干燥速度下進行,5連政國王延耀蔣金琳等把介質(zhì)參數(shù)的綜合影響體現(xiàn)在干燥速度上。選定這兩種溫度條件主要是基于在這個溫度范圍內(nèi),熱風(fēng)和過熱蒸汽干燥會出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)點。因而使兩種干燥介質(zhì)臨界含水率的比較基本在同一干燥速度下進行,數(shù)據(jù)更加具有可比性。過熱蒸汽干燥物料臨界含水率的試驗研究分?jǐn)U散速度減慢。在熱風(fēng)和過熱蒸汽干燥中,二者在恒速段物料表面溫度是不同的,熱風(fēng)干燥時物料的溫度為介質(zhì)對應(yīng)的濕球溫度,而在過熱蒸汽中干燥恒速段物料溫度為蒸汽在操作壓力下對應(yīng)的沸點溫度,熱風(fēng)中干燥時物料溫度要比在常壓下水的沸點溫度低很多,正是由于這一點,使過熱蒸汽干燥時物料內(nèi)部的水分遷移速度比熱風(fēng)中干燥要快。在其它的條件相同時,

7、過熱蒸汽干燥與熱風(fēng)干燥相比,其臨界含水率要低,這與熱質(zhì)傳遞規(guī)律相同。312過熱蒸汽參數(shù)對物料臨界含水率的影響圖3、圖4是過熱蒸汽干燥酒糟的臨界含水率變化規(guī)圖1165酒糟熱風(fēng)、蒸汽干燥速度曲線圖1恒速段干燥速度熱風(fēng)比過熱蒸汽略快,圖2過熱蒸汽的干燥速度比熱風(fēng)略快。圖33811kg/h;圖4是臨界含水率隨,蒸汽的溫度為145。圖2185、表1是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)整理的臨界含水率的數(shù)值,表中,熱風(fēng)干燥與過熱蒸汽干燥相比,兩種溫度條件下過熱蒸汽干燥的臨界含水率比熱風(fēng)干燥要低。較低溫度下二者的差值小,而在較高溫度下差別變大。在165的溫度條件下過熱蒸汽干燥臨界含水率比熱風(fēng)低3148%(濕基),而在185的條件

8、下,二者的差值達到5135%。表1過熱蒸汽與熱風(fēng)干燥的臨界含水率(wb)溫度(熱風(fēng))(過熱蒸汽)185(熱風(fēng))(過熱蒸汽)臨界含水率36102321563918234147圖4酒糟臨界水分與介質(zhì)流量的關(guān)系從圖3中可以看出,其它條件相同時,隨著進口溫度升高,物料臨界含水率顯著升高;同樣,圖4中在其它條件相同時,隨著介質(zhì)質(zhì)量流量的加大,物料的臨界含水率上升。因此可以得出這樣的結(jié)論,即無論是進口溫度的升高,使物料臨界含水率升高,還是干燥介質(zhì)質(zhì)量流量的加大,使物料臨界含水率升高,其實際上都可以理解成是恒速干燥速度提高的結(jié)果。因為,隨著溫度的上升及干燥介質(zhì)質(zhì)量流量的增大都會使干燥過程干燥速度加快;試驗中

9、得到溫度是影響干燥速度的主要因素,從圖3和圖4中同樣得出溫度對臨界含水率的影響要比質(zhì)量流量的影響大的結(jié)論。從這里作者認(rèn)為干燥過程對于不同干燥介質(zhì),干燥參數(shù)對臨界含水率的比較應(yīng)在相同的干燥速度下進行。研究表明,對被干燥物料來說,干燥過程中兩個實際干燥指標(biāo)反映干燥過程的實際效果。第一是物料的臨界含水率;第二是恒速干燥階段的干燥速度。很明顯,對于必(下轉(zhuǎn)第8頁)需干燥到較低含水率的物料來說,臨界1999No13同種干燥介質(zhì),隨著溫度的升高臨界含水率也升高。過熱蒸汽為干燥介質(zhì)時,165時臨界含水率比185時低兩個百分點。熱風(fēng)干燥時,同樣的溫差,臨界含水率差別接近4個百分點。溫度的變化對熱風(fēng)干燥臨界含水

10、率的影響比過熱蒸汽干燥的影響要大。在過熱蒸汽干燥條件下,物料的臨界含水率比在相同條件下的熱風(fēng)中干燥要低,在宏觀上可以這樣進行解釋。在一定的溫度下,干燥介質(zhì)的相對濕度越小,其水蒸汽的分壓也越小,有利于物料表面水分的蒸發(fā),但是,在相同的溫度條件下,干燥介質(zhì)的相對濕度越小,其相應(yīng)的濕球溫度越低,這樣物料的表面溫度越低,因而使物料內(nèi)部水6許建軍張書斌劉志達313刀片的切土范圍=h2-h1一種倒錐立式耕耙犁碎土器的設(shè)計刀片排列方式采用等距交錯排列,刀片間距為60mm(見圖4)。要達到全層碎土,須使hb,經(jīng)試驗取h=300mm、h1=70mm,則h2=h+h1=370mm(見圖1)。314犁壁的切除部位為

11、防止碰撞和漏垡,犁壁與刀端的間隙采用上下等隙,間隙量為10mm。4碎土器轉(zhuǎn)速n的計算刀片的運動是機組前進運動和刀軸回轉(zhuǎn)運動的合成,刀片上任一點的運動軌跡是一擺線。機組工作時,為了使刀桿不頂土,必須滿足S=16667Vm/nZL刀,S刀組每轉(zhuǎn)1/Z轉(zhuǎn)時,機組前進距離,mmVm機組前進速度,km/hZ裝刀板個數(shù),本機設(shè)計Z=3n刀軸轉(zhuǎn)速,r/minL刀刀片側(cè)刃長,mm,本機設(shè)計,L刀=60mm圖4刀片排列方式(展開圖)6性能測定與分析近年來,1LBF-40型和1LBF-20定,經(jīng)試驗表明,90%左右,而土塊,大小均勻,這樣的土層十分適合種子生長。覆蓋性能。經(jīng)多次生產(chǎn)試驗測定,覆蓋率都在95%左右,

12、工作中能將前茬作物的莖根及雜草破碎并覆蓋,不僅可以滅茬,還可提高土壤肥力。土壤膨松度。由于耕耙犁具有較好的碎土性能,所以土壤的膨松度比鏵式犁小,經(jīng)測定膨松度在30%左右。地表平整度。由于耙刀的碎土和拋土作用,耕后的地表較平整,比鏵式犁好,經(jīng)實測耕后地表平整度為20mm左右。該碎土器安全、可靠,性能穩(wěn)定。作者提出對不同干燥介質(zhì)其它條件相同時,干燥物料臨界含水率的比較應(yīng)基于在相同的干燥速度下進行。系統(tǒng)研究了熱風(fēng)、過熱蒸汽干燥物料臨界含水率。過熱蒸汽干燥與熱風(fēng)干燥相比,在介質(zhì)的條件相同時,過熱蒸汽干燥有較低的臨界含水率。隨著溫度的升高這兩種干燥介質(zhì)的臨界含水率差值進一步加大。隨著溫度和風(fēng)速的提高,臨

13、界含水率也提高。參考文獻1MujumdarAS.Techno-economicassessmentofpotentialsuper2heatedsteamdryingapplicationinCanada.Reports1994.2TarnawskiWZ,MiteraJ,BorowskiP,Klepaczka.Energyanaly2sisonuseofairandsuperheatedsteamasdryingmediaDryingTechnologyVol.14No.78p173317501996.代入數(shù)據(jù)解得n550r/min。這個轉(zhuǎn)速應(yīng)為碎土器正常工作的最小轉(zhuǎn)速,但在實際工作中機組前進的速度總比理論速度小,所以取n=550r/min。5刀片形狀及排列方式刀片形狀采用直刀片,(見圖3)圖3刀片工作圖(上接第6頁)含水率降低,意味著縮短干燥時間,這是由于此時干燥過程在恒速段進行的時間相對加長,對恒速段去水占主要