洞道式干燥實驗

洞道式干燥實驗第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日一實驗?zāi)康亩嶒炄蝿?wù)三實驗原理四實驗流程五操作要點六數(shù)據(jù)處理七報告要求八方案設(shè)計實驗七洞道式干燥實驗福州大學(xué)化工原理實驗室第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日了解洞道式循環(huán)干燥器的結(jié)構(gòu)、基本流程和操作方法。掌握物料干燥速率曲線的測定方法及在工業(yè)干燥設(shè)計中的意義。根據(jù)實驗任務(wù)，按論文格式撰寫實驗報告。一、實驗?zāi)康牡?頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日二、實驗任務(wù)干燥條件對干燥特性曲線的影響研究利用實驗室洞道式干燥器，完成濕含量、干燥面積、絕干質(zhì)量一定的紙漿板在不同干燥條件下的恒定干燥速率的比較實驗，進(jìn)行不同干燥條件對干燥特性曲線的影響研究。任務(wù)要求（1）在相同介質(zhì)流速、不同介質(zhì)溫度（兩種溫度）下，測定恒定干燥速率曲線。（2）在相同介質(zhì)溫度、不同介質(zhì)流速（兩種流速）下，測定恒定干燥速率曲線。第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日（3）改變紙漿板厚度，在一定的介質(zhì)溫度、介質(zhì)流速下，測定恒定干燥速率曲線。（4）每個實驗小組選擇其中一個實驗條件，并綜合4個小組的實驗結(jié)果，將4條恒定干燥速率曲線標(biāo)繪在同一直角坐標(biāo)紙上。（5）根據(jù)實驗結(jié)果探討不同干燥條件下，對恒速干燥速率、降速干燥速率以及臨界濕含量和平衡濕含量等干燥特性參數(shù)的影響，以及測定干燥速率曲線的工程意義。二、實驗任務(wù)干燥條件對干燥特性曲線的影響研究（續(xù)）第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日二、實驗任務(wù)恒定干燥條件下干燥時間的確定某造紙廠欲在洞道干燥器中干燥每批質(zhì)量為200kg的紙漿板，濕含量由1.76kg[水/kg絕干]干燥至0.22[kg水/kg絕干]，干燥表面積為0.025[m2/kg絕干]。經(jīng)生產(chǎn)現(xiàn)場測定，洞道中的氣速為2.6[m/s]，溫度為75℃。實驗室現(xiàn)有該紙漿板的試樣，試?yán)眯⌒投吹栏稍锲骷捌渌嚓P(guān)測試儀器儀表，測定該物料的恒定干燥特性參數(shù)以確定生產(chǎn)中每批紙漿板停留在洞道中所需要的時間。第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日二、實驗任務(wù)恒定干燥條件下干燥時間的確定（續(xù)）任務(wù)要求（1）制定出實驗方案，包括實驗設(shè)計思路、所需的儀器儀表、操作步驟等。（2）利用實驗所測數(shù)據(jù)，用公式、圖表等說明你如何確定干燥時間。（3）對實驗結(jié)果進(jìn)行討論。第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日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)還主要依靠實驗。

三、實驗原理第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日

若將濕物料置于一定的干燥條件下，如一定的溫度、濕度和氣速的空氣流中，測定被干燥物料的質(zhì)量和溫度隨時間的變化關(guān)系，則得圖1所示的曲線，即物料含水量—時間曲線和物料溫度—時間曲線。干燥過程分為3個階段：Ⅰ物料預(yù)熱階段,Ⅱ恒速干燥階段,Ⅲ降速干燥階段。圖中AB段處于預(yù)熱階段，空氣中部分熱量用來加熱物料，故物料含水量和溫度均隨時間變化不大。三、實驗原理第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日在隨后的第Ⅱ階段BC，由于物料表面存在自由水分，物料表面溫度等于空氣的濕球溫度，傳入的熱量只用來蒸發(fā)物料表面的水分，物料含水量隨時間成比例減少，干燥速率恒定且較大。到了第Ⅲ階段，物料中含水量減少到某一臨界含水量時，由于物料內(nèi)部水分的擴(kuò)散慢于物料表面的蒸發(fā)，不足以維持物料表面保持潤濕，則物料表面將形成干區(qū)，干燥速率開始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲線CD逐漸達(dá)到平衡含水量而終止。三、實驗原理第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日

在降速階段，隨著水分汽化量的減少，傳入的顯熱較汽化帶出的潛熱為多，熱空氣中部分熱量用于加熱物料。物料溫度開始上升，Ⅱ與Ⅲ交點處的含水量稱為物料的臨界含水量，在圖1中物料含水量曲線對時間的斜率就是干燥速率，若干燥速率對物料含水量進(jìn)行標(biāo)繪可得圖2所示的干燥速率曲線。三、實驗原理第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日圖1干燥曲線

圖2干燥速率曲線

干燥速率曲線只能通過實驗測得，因為干燥速率不僅取決于空氣的性質(zhì)和操作條件，而且還受物料性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及所含水分性質(zhì)的影響。三、實驗原理第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日123456789101211131-風(fēng)機(jī)，2-片式閥門（排出空氣），3-入口溫度計，4-孔板流量計，5-電加熱器，6-電器面板，7-干球溫度計，8-濕球溫度計，9-電子天平，10-干燥室，11-出口溫度計，12-風(fēng)速調(diào)節(jié)閥，13-片式閥門（吸入空氣）四、實驗流程圖第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日空氣由風(fēng)機(jī)輸送，經(jīng)孔板流量計、再經(jīng)電加熱器后流過干燥室，然后回入風(fēng)機(jī)循環(huán)使用，空氣流動方向如上頁圖中箭頭所示。電加熱器由智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀設(shè)定操作溫度，并使實驗的空氣溫度恒定。智能數(shù)顯儀表可以以直觀的操作及顯示實驗過程中的濕球溫度，干燥室前、后的溫度及孔板流量計入口的空氣溫度。裝在風(fēng)機(jī)出口端的熱電阻探頭用于測量流經(jīng)孔板時的空氣溫度（入口溫度），這溫度是計算流量的一個參數(shù)。四、實驗流程圖第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日空氣流速由風(fēng)速調(diào)節(jié)閥12(碟形閥)調(diào)節(jié)。任何時候這個閥都不允許全關(guān)，否則電熱器就會因為空氣不流動而過熱，引起損壞，除非兩個片閥2和13全開。風(fēng)機(jī)進(jìn)口端的片式閥門13用于控制系統(tǒng)所吸入的空氣量，而出口端的片閥2則用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)的熱氣濕度。

本實驗設(shè)備還可以使用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理，其操作過程如下頁所述。四、實驗流程圖第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日操作方法開動干燥設(shè)備，啟動計算機(jī)，雙擊桌面上的“干燥實驗”圖標(biāo)，按計算機(jī)的提示操作并輸入資料，即可開始實驗。同時計算機(jī)會實時顯示溫度和干燥曲線。數(shù)據(jù)采集與處理第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日干燥室及試樣的準(zhǔn)備試樣天平試樣架重量傳感器實驗前將已知絕干質(zhì)量的試樣放入水中浸泡片刻，讓水分均勻擴(kuò)散至整個試樣，然后稱取濕試樣質(zhì)量（約吸水60g）。待干燥系統(tǒng)溫度穩(wěn)定后，打開干燥室的門將濕試樣放入。第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日加熱2加熱1儀表電源風(fēng)機(jī)開關(guān)入口溫度出口溫度總電源開關(guān)干球溫度濕球溫度孔板壓差電流表電器面板及加熱控制依次開啟電源總開關(guān)、儀表電源和風(fēng)機(jī)開關(guān)，在干球溫度顯示面板上設(shè)定實驗所需的溫度值。按下加熱1和加熱2開關(guān)，開始加熱。第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日電器面板及加熱控制加熱1由智能數(shù)顯調(diào)節(jié)儀控制，加熱2通過組合開關(guān)由手動控制，用作起動或冬季輔助加熱。當(dāng)干球溫度計顯示值接近設(shè)定值時，關(guān)閉加熱2，使加熱溫度平穩(wěn)，如果加熱2關(guān)閉后長期達(dá)不到控制溫度(欠溫控制)則應(yīng)重開加熱2。相反如果超溫失控，則應(yīng)關(guān)去加熱2乃至加熱1。第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日濕球溫度計本裝置是利用干燥室內(nèi)的正壓，使空氣按圖中箭頭方向向外排出，以獲得較高流速，同時濕氣往外排出也可避免系統(tǒng)內(nèi)濕度增加。濕球濕度計示意圖濕度計安裝前應(yīng)檢查圖中A處是否暢通；水從喇叭口加入，注意加至剛到U形管下端頂部為止，不要過多，以避免流入風(fēng)道內(nèi)。實驗過程，視蒸發(fā)情況，中途加水一、二次。

第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日（1）實驗前量取試樣尺寸（長、寬、高），并記錄絕干試樣的質(zhì)量。（2）將已知絕干質(zhì)量的試樣放入水中浸泡片刻，讓水分均勻擴(kuò)散至整個試樣，然后取出稱取濕試樣質(zhì)量。（3）檢查電子天平是否靈活，并復(fù)零位。（4）往濕球溫度計內(nèi)入適量的加水。（5）依次開啟電源總開關(guān)、儀表電源和風(fēng)機(jī)開關(guān)，調(diào)節(jié)蝶形閥12至預(yù)定風(fēng)速值。適當(dāng)打開片閥2和13。（6）在干球溫度顯示面板上設(shè)定實驗所需的溫度值。按下加熱1和加熱2開關(guān)，開始加熱。待溫度接近預(yù)定溫五、實驗操作要點第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日度時，視情況增減輔助加熱器，避免“超溫失控”或“欠溫失控”，直至確信控制正常后，才讓其自動運行。（7）待空氣狀態(tài)穩(wěn)定后，打開干燥室門，將濕試樣放到支架上，關(guān)好干燥室的門。待天平顯示一個整數(shù)值時，立刻開動第1只秒表（實驗用2只秒表）。（8）待水分失去3g后，停第一只秒表，與此同時開動第2只秒表。記下干燥時間。以后每失去3g水，均記下其干燥時間。如此反復(fù)進(jìn)行，直至試樣接近平衡水分為止。（9）實驗結(jié)束，先關(guān)電加熱器，使系統(tǒng)冷卻后再關(guān)風(fēng)機(jī)，卸下試樣，并收拾整理現(xiàn)場。五、實驗操作要點（續(xù)）第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日六、實驗數(shù)據(jù)處理(kg/m2·s)式中： ——干燥速率，kg/（m2·s）；A

——干燥表面(m2)；——相應(yīng)的干燥時間(s)；——汽化的水分量，kg。第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日式中：——濕物料中絕干物料的質(zhì)量，kg；

——濕物料含水量，kg水／kg絕干料。負(fù)號表示物料含水量隨干燥時間的增加而減少。、——分別為時間間隔內(nèi)開始和終了時濕物料的質(zhì)量[kg]第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日橫坐標(biāo)為相應(yīng)于某干燥速率下的物料的平均含水量。以為縱坐標(biāo)，某干燥速率下的濕物料的平均含水量為橫坐標(biāo)，即可繪出干燥速率曲線。六、實驗數(shù)據(jù)處理第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日六、實驗數(shù)據(jù)處理－風(fēng)速的計算1、計算體積流量：式中：——流經(jīng)孔板的空氣體積流量，m3/s；（表壓強(qiáng)約544Pa，溫度與空氣入口溫度一致）?！獕翰钣嬍局?，Pa；

——流經(jīng)孔板的空氣密度，kg/m3，狀態(tài)和狀態(tài)相同。其中——空氣入口溫度，K。第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日六、實驗數(shù)據(jù)處理－風(fēng)速的計算2、計算平均風(fēng)速U：如果孔板流量計的壓差示值Pa，平均風(fēng)速可按下式計算：式中：U——按流量計算的平均風(fēng)速，m/s；S2——干燥室流通截面積，S2=0.15×0.2=0.03m2；T，T1—空氣入口溫度和干燥室前溫度，K。第27頁，共29頁，2023年，2月20日，星期日

實驗報告按小論文格式撰寫。報告要有封面和實驗任務(wù)書。報告在實驗結(jié)束一周內(nèi)交。報告應(yīng)包括如下幾個方面：

論文題目摘要關(guān)鍵詞前言實驗方法實驗數(shù)據(jù)處理實驗結(jié)果與討論參考文獻(xiàn)具體要求同以前的實驗要求。七