浙大干燥特性曲線的測定(計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制干燥實(shí)驗(yàn)).

1、專業(yè)：化學(xué)工程與工藝姓名：學(xué)號：日期：地點(diǎn)：課程名稱：過程工程原理實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師：楊國成 成績： 實(shí)驗(yàn)名稱：干燥特性曲線測定 實(shí)驗(yàn)類型 同組學(xué)生姓名：教十2203實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、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

2、燥特性曲線，同時(shí)求 出各自的臨界含水量、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。空氣的流量由孔板流量計(jì)測量，孔板兩端差壓利用差壓變送器測量，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

3、測定，干燥室內(nèi)空氣入口及出口的干球溫度由傳 感器8,10測量，溫度傳感器7測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量并由計(jì)算機(jī)檢測顯示。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

4、介質(zhì)空氣的溫度，濕度，速度以及與 物料接觸的方式均維持恒定）進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)，測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- T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

5、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=2GdX dW=- cAd t Ad( 1)式中 U-干燥速率，kg/m s；2 A-干燥面積，m；W-汽化的濕分量，kg;T-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)和重量傳感器測出的不同時(shí)刻物料重量與時(shí)間的關(guān)系

6、曲線Gt,可得不同時(shí)刻物料的干基濕含量Xi:Xi=Gi-Gc (2)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t時(shí)刻所對應(yīng)的Xi值，據(jù)此即可作出干燥曲線 Xt,從Xt曲線 圖中可找出，再在Xt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)的測定根據(jù)傳質(zhì)速率方程，在恒速干燥階段：U 恒速=kH(HW-H)即 kH= (3) U 恒速 HW-H (4)根據(jù)汽化所需熱量等于空氣與濕物料間的

7、對流傳熱量”這一熱量衡算關(guān)系，即 于是即 U 恒速 rw=a(t-tw) (5) a(t-tw)=U 恒速 rw=kH(Hw-H)rwU恒速？ rwt-twkHrw=(Hw-H) t-tw (6) a=式中：(7)-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.A H)；H-空氣濕度，kg水/kg干空氣；Pw-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，C；t -干燥器內(nèi)的空氣的干球溫度，C；-濕球溫度tw下的水的汽化潛熱，J/kg。,和，并最終在本實(shí)驗(yàn)中，測出物料濕與時(shí)間的關(guān)系，即可得XT，ux曲線，進(jìn)而求出求出恒速干

8、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。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，可對物料進(jìn)行加水浸濕，同時(shí)對濕球 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)

9、口溫度降至50C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、實(shí)驗(yàn)參數(shù)2管道直徑D: 0.068m，物料絕干重量GC: 11.769g,干燥面積A: 43.71cm。2、數(shù)據(jù)記錄和處理表（為減少數(shù)據(jù)處理量，舍棄了部分干燥達(dá)到平衡后的數(shù) 據(jù)）時(shí)同“1燥鐵出口沏坤觸叩TT ® 屮.411T 爆 V IS nttJMTC肚機(jī)出UiUJ4/r咿 st駅 處bM骨水lii W016 0SM16疵頌謝TW與前J0.06903M6015.7V18 «359 b71337"5和0.0680317120bOO；7133

10、7q /w0.Q6B0 018015. «1?21.14L60 21271 4429-8310.D&9O.MO240li.09621.792bO. 231715379.926Q.O&B0 283)001<9WJJ 15760.011H.l/89.9260.0680回36014.61522.5«70711DG2aoeB074；14 45522.n、m他70 )»4.42G0.069n.2i«4S011.B422.9J2刈70S/034b10.42dxS0 1054014.0»11 08刈仍Nlui1D.G20.0690.19

11、36W11-7821MS459 8170 1111顧ON66013.62223.32560.02170.&10 02D.0G80.13?no1159/214066D 126JQ &DS10 02D O&80 13A78013.269214M70. Sit ns0.067O.U784013他1J 4S7呦亦10 1150.069Q.llfr馬0011141&0 U 670791lo.ni0 06B0.1U96013.34121.648bO 21270.29110.115DJJ69(LIU3、恒定干燥條件下的干燥特性曲線 X- t （經(jīng)過平滑處理），U-X Xt圖2

12、 X-工曲線X-甘擬合曲線的方程為：t + 0.3631 (0s< t <6724*10 t 0.0008 t + 0.514 (600s< t <1080s)-6 t +0.00215 0< t <600 = t <960UX圖3 U-X關(guān)系曲線六、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。*2由U-X關(guān)系曲線圖可知，臨界含水量 Xc=0.171，平衡含水量X=0.116,恒速階段 Uc=0.00081Kg/(m?s)o2、 恒速階段的傳質(zhì)系數(shù)KH和傳熱系數(shù)a恒速階段為0-600S,濕球溫度、風(fēng)機(jī)出口溫度、進(jìn)出口干球

13、溫度均為恒速階段的 加權(quán)平均值，其中濕球溫度tw=21.34C，風(fēng)機(jī)出口溫度t0=9.88C,進(jìn)口干球溫度 t1=70.88C，出口干球溫度t1=59.83C，進(jìn)出口干球平均溫度 t=65.36C。查馮霄、何洪潮主編的化工原理下 232頁(第二版，科學(xué)出版社)101.3KPa 下空氣t-H圖，得tw=21.34C下，Hw=0.018kg水/kg干空氣，干燥室內(nèi)出口空氣 濕度H=0.00088kg水/kg干空氣。*kH=U 恒速 HW-H =0.0473kg/(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=2450.1KJ/Kg =0.045

14、1 kW/(m2 G)=45.1 W/(m2?°C)3、誤差分析 在測量過程中，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)測得物料重量總是有小幅抖動(dòng)，因此存在一定的誤差。 由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的波動(dòng)比較厲害，無法判斷恒速段和降速段的分界點(diǎn)，因此在做 XT曲線時(shí)，對所得曲線進(jìn)行了平滑處理，恒速段和降速段的方程也是根據(jù)平滑 處理后的曲線擬合的，故會(huì)有一定誤差。 計(jì)算時(shí)用到的HW和rW分別是通過讀濕度圖和查睡得汽化潛熱表并用插補(bǔ)法 估算得到的，故都存在一定誤差。七、思考題1、本實(shí)驗(yàn)如何做到恒定條件干燥？答：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條件。2、實(shí)驗(yàn)中空氣的濕度H、HW如何求得？答：實(shí)驗(yàn)中求得了 t和tW，HW可通過查常壓下的濕度表獲得，然后通過查水的 汽化潛熱表得到相應(yīng)濕球溫度下rW，進(jìn)而通過公式 可以得到H。3、改變氣流速度或