干燥特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)

1、浙江科技學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告   課程名稱：化 工 原 理實(shí)驗(yàn)名稱：干燥特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)學(xué) 院： 生物與化學(xué)工程學(xué)院專 業(yè) 班：化工111姓 名：王建福學(xué) 號(hào)：5110420016 同組人員：楊瞇瞇  張濤 實(shí)驗(yàn)時(shí)間: 2013 年 11 月 28 日指導(dǎo)教師： 諸 愛 士一、 實(shí)驗(yàn)課程名稱：化工原理二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：干燥特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅?. 了解洞道式干燥裝置的基本結(jié)構(gòu)、工藝流程和操作方法。2. 學(xué)習(xí)測(cè)定物料在恒定干燥條件下干燥特性的實(shí)驗(yàn)方法。3. 掌握根據(jù)實(shí)驗(yàn)干燥曲線求取干燥速率曲線以及恒速階段干燥速率、臨界

2、含水量、平衡含水量的實(shí)驗(yàn)分析方法。4. 實(shí)驗(yàn)研究干燥條件對(duì)于干燥過(guò)程特性的影響。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：測(cè)定時(shí)間與物料質(zhì)量的變化關(guān)系，計(jì)算含水量、干燥速度，繪制干燥曲線與干燥速率曲線。實(shí)驗(yàn)原理：在設(shè)計(jì)干燥器的尺寸或確定干燥器的生產(chǎn)能力時(shí)，被干燥物料在給定干燥條件下的干燥速率、臨界濕含量和平衡濕含量等干燥特性數(shù)據(jù)是最基本的技術(shù)依據(jù)參數(shù)。由于實(shí)際生產(chǎn)中的被干燥物料的性質(zhì)千變?nèi)f化，因此對(duì)于大多數(shù)具體的被干燥物料而言，其干燥特性數(shù)據(jù)常常需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。按干燥過(guò)程中空氣狀態(tài)參數(shù)是否變化，可將干燥過(guò)程分為恒定干燥條件操作和非恒定干燥條件操作兩大類。若用大量空氣干燥少量物料，則可以認(rèn)為濕空氣在干燥過(guò)程

3、中溫度、濕度均不變，再加上氣流速度、與物料的接觸方式不變，則稱這種操作為恒定干燥條件下的干燥操作。1. 干燥速率的定義干燥速率的定義為單位干燥面積（提供濕分汽化的面積）、單位時(shí)間內(nèi)所除去的濕分質(zhì)量。即 (1)式中，干燥速率，又稱干燥通量，kg/（m2s）；干燥表面積，m2；汽化的濕分量，kg； 干燥時(shí)間，s； 絕干物料的質(zhì)量，kg；物料濕含量，kg濕分/kg干物料，負(fù)號(hào)表示隨干燥時(shí)間的增加而減少。2. 干燥速率的測(cè)定方法將濕物料試樣置于恒定空氣流中進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，水分不斷汽化，濕物料質(zhì)量減少。若記錄物料不同時(shí)間下質(zhì)量，直到物料質(zhì)量不變?yōu)橹?，也就是物料在該條件下達(dá)到干燥極限為止

4、，此時(shí)留在物料中的水分就是平衡水分*。再將物料烘干后稱重得到絕干物料重，則物料中瞬間含水率為 （2）計(jì)算出每一時(shí)刻的瞬間含水率，然后將對(duì)干燥時(shí)間作圖，如圖1，即為干燥曲線。 圖1恒定干燥條件下的干燥曲線上述干燥曲線還可以變換得到干燥速率曲線。由已測(cè)得的干燥曲線求出不同下的斜率，再由式（1）計(jì)算得到干燥速率，將對(duì)作圖，就是干燥速率曲線，如圖2所示。圖2恒定干燥條件下的干燥速率曲線3. 干燥過(guò)程分析預(yù)熱段 見圖1、2中的AB段或AB段。物料在預(yù)熱段中，含水率略有下降，溫度則升至濕球溫度tW ,干燥速率可能呈上升趨勢(shì)變化，也可能呈下降趨勢(shì)變化。預(yù)熱段經(jīng)歷的時(shí)間很短，通常在干燥計(jì)算中忽略不計(jì)，有些干燥

5、過(guò)程甚至沒有預(yù)熱段。本實(shí)驗(yàn)中也沒有預(yù)熱段。恒速干燥階段 見圖1、2中的BC段。該段物料水分不斷汽化，含水率不斷下降。但由于這一階段去除的是物料表面附著的非結(jié)合水分，水分去除的機(jī)理與純水的相同，故在恒定干燥條件下，物料表面始終保持為濕球溫度tW，傳質(zhì)推動(dòng)力保持不變，因而干燥速率也不變。于是，在圖2中，BC段為水平線。只要物料表面保持足夠濕潤(rùn)，物料的干燥過(guò)程中總有恒速階段。而該段的干燥速率大小取決于物料表面水分的汽化速率，亦即決定于物料外部的空氣干燥條件，故該階段又稱為表面汽化控制階段。降速干燥階段 隨著干燥過(guò)程的進(jìn)行，物料內(nèi)部水分移動(dòng)到表面的速度趕不上表面水分的氣化速率，物料表面局部出現(xiàn)“干區(qū)”

6、，盡管這時(shí)物料其余表面的平衡蒸汽壓仍與純水的飽和蒸汽壓相同、傳質(zhì)推動(dòng)力也仍為濕度差，但以物料全部外表面計(jì)算的干燥速率因“干區(qū)”的出現(xiàn)而降低，此時(shí)物料中的的含水率稱為臨界含水率，用表示，對(duì)應(yīng)圖2中的C點(diǎn)，稱為臨界點(diǎn)。過(guò)C點(diǎn)以后，干燥速率逐漸降低至D點(diǎn)，C至D階段稱為降速第一階段。干燥到點(diǎn)D時(shí)，物料全部表面都成為干區(qū)，汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動(dòng)，汽化所需的熱量必須通過(guò)已被干燥的固體層才能傳遞到汽化面；從物料中汽化的水分也必須通過(guò)這層干燥層才能傳遞到空氣主流中。干燥速率因熱、質(zhì)傳遞的途徑加長(zhǎng)而下降。此外，在點(diǎn)D以后，物料中的非結(jié)合水分已被除盡。接下去所汽化的是各種形式的結(jié)合水，因而，平衡蒸汽壓將逐漸下

7、降，傳質(zhì)推動(dòng)力減小，干燥速率也隨之較快降低，直至到達(dá)點(diǎn)E時(shí)，速率降為零。這一階段稱為降速第二階段。降速階段干燥速率曲線的形狀隨物料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而異，不一定都呈現(xiàn)前面所述的曲線CDE形狀。對(duì)于某些多孔性物料，可能降速兩個(gè)階段的界限不是很明顯，曲線好像只有CD段；對(duì)于某些無(wú)孔性吸水物料，汽化只在表面進(jìn)行，干燥速率取決于固體內(nèi)部水分的擴(kuò)散速率，故降速階段只有類似DE段的曲線。與恒速階段相比，降速階段從物料中除去的水分量相對(duì)少許多，但所需的干燥時(shí)間卻長(zhǎng)得多。總之，降速階段的干燥速率取決與物料本身結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與干燥介質(zhì)狀況關(guān)系不大，故降速階段又稱物料內(nèi)部遷移控制階段。實(shí)驗(yàn)報(bào)告該部分可省略！五、主要

8、儀器設(shè)備1裝置流程本裝置流程如圖3所示?？諝庥晒娘L(fēng)機(jī)送入電加熱器，經(jīng)加熱后流入干燥室，加熱干燥室料盤中的濕物料后，經(jīng)排出管道通入大氣中。隨著干燥過(guò)程的進(jìn)行，物料失去的水分量由稱重傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并由智能數(shù)顯儀表記錄下來(lái)（或通過(guò)固定間隔時(shí)間，讀取該時(shí)刻的濕物料重量）。圖3干燥裝置流程圖1風(fēng)機(jī)； 2管道； 3進(jìn)風(fēng)口； 4加熱器； 5廂式干燥器； 6氣流均布器； 7稱重傳感器； 8濕毛氈； 9玻璃視鏡門； 10，11，12蝶閥2主要設(shè)備及儀器（1）鼓風(fēng)機(jī)：BYF7122,370W； （2）電加熱器：額定功率4.5KW；（3）干燥室：180mm×180mm×1250mm； （4

9、）干燥物料：濕毛氈或濕砂；（5）稱重傳感器：CZ500型，0300g。六、操作方法與實(shí)驗(yàn)步驟1實(shí)驗(yàn)步驟（1）放置托盤，開啟總電源，開啟風(fēng)機(jī)電源。（2）打開儀表電源開關(guān)，加熱器通電加熱，旋轉(zhuǎn)加熱按鈕至適當(dāng)加熱電壓（根據(jù)實(shí)驗(yàn)室溫和實(shí)驗(yàn)講解時(shí)間長(zhǎng)短）。在U型濕漏斗中加入一定水量，并關(guān)注干球溫度，干燥室溫度（干球溫度）要求達(dá)到恒定溫度（例如70）。（3）將毛氈加入一定量的水并使其潤(rùn)濕均勻，注意水量不能過(guò)多或過(guò)少。（4）當(dāng)干燥室溫度恒定在70時(shí), 將濕毛氈十分小心地放置于稱重傳感器上。放置毛氈時(shí)應(yīng)特別注意不能用力下壓，因稱重傳感器的測(cè)量上限僅為300克，用力過(guò)大容易損壞稱重傳感器。（5）記錄時(shí)間和脫水量

10、，每分鐘記錄一次重量數(shù)據(jù)；每?jī)煞昼娪涗浺淮胃汕驕囟群蜐袂驕囟取＃?）待毛氈恒重時(shí)，即為實(shí)驗(yàn)終了時(shí)，關(guān)閉儀表電源，注意保護(hù)稱重傳感器，非常小心地取下毛氈。（7）關(guān)閉風(fēng)機(jī)，切斷總電源，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，否則加熱管可能會(huì)被燒壞。（2）特別注意傳感器的負(fù)荷量?jī)H為300克，放取毛氈時(shí)必須十分小心，絕對(duì)不能下壓，以免損壞稱重傳感器。（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不要拍打、碰扣裝置面板，以免引起料盤晃動(dòng)，影響結(jié)果。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表，相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算。實(shí)驗(yàn) 九 干燥特性曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表專業(yè) 化工 班級(jí) 化工111 第 5 組，實(shí)驗(yàn)日期 2013/11

11、/28 同組實(shí)驗(yàn)者 楊瞇瞇 張濤 毛氈（干燥）面積： 0.0109 m2。（按長(zhǎng)方形計(jì)） 毛氈吸水后質(zhì)量： 21.6 g ,干燥平衡后的質(zhì)量： 10.7 g , 絕干質(zhì)量： 10.6 g。（干燥平衡后的毛氈質(zhì)量再減0.1g作為絕干質(zhì)量，當(dāng)顯示質(zhì)量保持3分鐘仍不變，即可認(rèn)為達(dá)到平衡。）注意：毛氈吸水后，待其滲透均勻，盡量壓干，再開始干燥，放置和取下時(shí)要輕取輕放！采用減重法計(jì)時(shí)間，可以用式 或求干燥速率。風(fēng)量 m3/h98.798.798.798.798.798.798.798.798.798.798.798.798.7干球溫度79.879.879.879.879.879.879.879.879.

12、879.879.879.879.8濕球溫度52.452.452.452.452.452.452.452.452.452.452.452.452.4質(zhì)量 g21.621.32120.720.420.119.819.519.218.918.618.318干燥時(shí)間 s32.1437.1337.2136.0631.820.3233.7932.0426.7541.0431.5925.8335.92Xi Kg水/kg干1.0377361.0094340.9811320.952830.9245280.8962260.8679250.8396230.8113210.7830190.7547170.726415

13、0.698113Ui g/(m2.s)0.8563450.7412590.7396650.7632540.8655011.3544750.8145290.8590181.0288950.6706370.8712551.0655410.766229風(fēng)量 m3/h98.798.798.798.798.798.798.798.798.798.798.798.798.7干球溫度79.879.879.879.879.879.879.879.879.879.879.879.879.8濕球溫度52.452.452.452.452.452.452.452.452.452.452.452.452.4質(zhì)量 g17

14、.717.417.116.816.516.215.915.615.31514.714.414.1干燥時(shí)間 s31.9829.836.4229.8238.335.4144.4642.5539.5229.4841.9241.5948.19Xi Kg水/kg干0.6698110.6415090.6132080.5849060.5566040.5283020.50.4716980.4433960.4150940.3867920.3584910.330189Ui g/(m2.s)0.860630.9235880.7557090.9229690.7186150.7772640.6190490.646838

15、0.6964310.9336140.6565590.6617680.571134風(fēng)量 m3/h98.798.798.798.798.798.798.798.798.7干球溫度79.879.879.879.879.879.879.879.879.8濕球溫度52.452.452.452.452.452.452.452.452.4質(zhì)量 g13.813.513.212.912.612.31211.711.4干燥時(shí)間 s46.5347.7443.661.6956.0175.0494.4970.22145.12Xi Kg水/kg干0.3018870.2735850.2452830.2169810.1886

16、790.1603770.1320750.1037740.075472Ui g/(m2.s)0.5915090.5765170.631260.4461490.4913930.3667770.2912790.3919530.189656計(jì)算實(shí)例（以第一組數(shù)據(jù)為例）X=（G-Gc）/Gc=(21.6-10.6)/10.6= 1.037736 =0.3/(0.0109*32.14)=0.856345 g/(m2.s)八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1. 繪制干燥曲線（Xi關(guān)系曲線）；2. 根據(jù)干燥曲線作干燥速率曲線；3. 讀取物料的臨界濕含量，在圖上標(biāo)出XC，寫出其值； 見上圖4. 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。由Xi

17、關(guān)系曲線可以看出，物料瞬間含水率隨干燥時(shí)間t的增大而減?。桓稍锼俾食尸F(xiàn)恒速階段（Xc點(diǎn)之后）和降速階段（Xc點(diǎn)之前），本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，預(yù)熱段沒有體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得臨界含水率Xc=0.55。誤差分析：（1）系統(tǒng)誤差：干燥器本身存在的系統(tǒng)誤差。 （2）讀數(shù)時(shí)帶來(lái)的誤差，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中數(shù)據(jù)有時(shí)有波動(dòng)，導(dǎo)致讀數(shù)偏差。（3）物料帶來(lái)的誤差：物料表面不均勻，造成速率波動(dòng) （4）物料時(shí)刻與空氣進(jìn)行熱交換，而實(shí)驗(yàn)是由測(cè)得的數(shù)值來(lái)計(jì)算，該數(shù)值與物料實(shí)際含水量存在偏差，以及絕干物料的值也是近似取得的。（5）實(shí)驗(yàn)環(huán)境的溫度、濕度等因素造成實(shí)驗(yàn)誤差。九、討論、心得思考題1. 什么是恒定干燥條件？本實(shí)驗(yàn)裝置中采用了哪些措施來(lái)保持干

18、燥過(guò)程在恒定干燥條件下進(jìn)行？答：恒定干燥條件指干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流速及與物料的接觸方式，都在整個(gè)干燥過(guò)程中均保持恒定。本實(shí)驗(yàn)中，固定蝶閥使流速固定在120m3/h；密封干燥廂并利用加熱保持溫度恒定在75；濕料鋪平濕毛氈后，干燥介質(zhì)與濕料的接觸方式也恒定。2. 控制恒速干燥階段速率的因素是什么？控制降速干燥階段干燥速率的因素又是什么？ 答：恒速干燥階段的干燥速率的大小取決于物料表面水分的汽化速率，亦取決定于物料外部的干燥條件，所以恒定干燥階段又稱為表面汽化控制階段。降速階段的干燥速率取決于物料本身結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與干燥介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)關(guān)系不大，故降速階段又稱物料內(nèi)部遷移控制階段。3. 為什么要先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，再啟動(dòng)加熱器？實(shí)驗(yàn)過(guò)程中干、濕球溫度計(jì)是否變化？為什么？如何判斷實(shí)驗(yàn)已經(jīng)結(jié)束？ 答：讓加熱器通過(guò)風(fēng)冷慢慢加熱，避免損壞加熱器，反之如果先啟動(dòng)加熱器，通過(guò)風(fēng)機(jī)的吹風(fēng)會(huì)出現(xiàn)急冷，高溫極冷，損壞加熱器。理論上干、濕球溫度是不變的，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中干球溫度不變，但濕球溫度緩慢上升，估計(jì)是因?yàn)楦稍锏乃俾什粩嘟档停沟脷怏w濕度降低，從而溫度變化。濕毛氈恒重時(shí)，即為實(shí)驗(yàn)結(jié)束。3. 若加大熱空氣流量，干燥速率曲線有何變化？恒速干燥速率、臨界濕含量又如何變化？為什么？