化工原理實(shí)驗(yàn)一

化工原理實(shí)驗(yàn)一-干燥實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)八干燥實(shí)驗(yàn)一描洞道式循環(huán)干燥器的基本流程、工作原理和操作技術(shù)。2.掌握恒定條件下物料干燥速率曲線的測定方法。三」3.測定濕物料的臨界含水量三」3.測定濕物料的臨界含水量XC，加深對其概念i==i及影響因素的理解。4.熟悉恒速階段傳質(zhì)系數(shù)Kh物料與空氣之間的對流傳熱系數(shù)的測定方法。a二、在空氣流量、溫度不變的情況下，測定物料的干燥速率曲線和臨界含水量，并了解其影響因素。2.測定恒速階段物料與空氣之間的對流傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)Kt。

aH三干燥操理作是采用某種方式將熱量傳給濕物料，使?jié)裎锪现兴终舭l(fā)分離的操作。干燥操作同1^1時伴有傳熱和傳質(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。由于物料含水性質(zhì)和物料形狀上的差異，水分傳遞速率的大小差別很大。概括起來說，影響傳

遞速率的因素主要有：固體物料的種類、含水量、含水性質(zhì)；固體物料層的厚度或顆粒的大??；熱空氣的溫度、濕度和流速；熱空氣與固體物料間的相對運(yùn)動方式。目前尚無法利用理論方法來計(jì)算干燥速率（除了絕對不吸水物質(zhì)外），因此研究干燥速率大多采用實(shí)驗(yàn)的方法。使?jié)裎锪现兴终舭l(fā)分離的操作。干燥操作同1^1l=Jl=J

IW干燥實(shí)驗(yàn)的目的是用來測定干燥曲線和干燥速率曲線。為簡化實(shí)驗(yàn)的影響因素，干燥實(shí)驗(yàn)是在恒定的干燥條件下進(jìn)行的，即實(shí)驗(yàn)為間歇操作，采用大量空氣干燥少量的物料，且空氣進(jìn)出干燥器時的狀態(tài)如溫度、濕度、氣速以及空氣與物料之間的流動方式均恒定不變。l=Jl=J

IW本實(shí)驗(yàn)以熱空氣為加熱介質(zhì)，甘蔗渣濾餅為被干燥物。測定單位時間內(nèi)濕物料的質(zhì)量變化，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到物料質(zhì)量基本恒定為止。物料的含水量常用相對與物料總量的水分含量，即以濕物料為基準(zhǔn)的水分含量，用來表示。但因干燥O時物料總量在變化，所以采用以干基料為基準(zhǔn)的含水量X表示更為方便。與X的關(guān)系為：?（8—1）式中：X—干基含水量X=-^-1一①kg水/kg絕

干料；—濕基含水量?物料。kg水/kg濕物料的絕干質(zhì)量GC是指在指定溫度下物料C^放在恒溫干燥箱中干燥到恒重時的質(zhì)量。干燥III曲線即物料的干基含水量X與干燥時間的關(guān)系T曲線，它說明物料在干燥過程中，干基含水量隨干燥時間變化的關(guān)系。物料的干燥曲線的具體形狀因物料性質(zhì)及干燥條件而變，但是曲線（8—1）式中：X—干基含水量X=-^-1一①kg水/kg絕干料；—濕基含水量?物料。kg水/kg濕物料的絕干質(zhì)量GC是指在指定溫度下物料C^放在恒溫干燥箱中干燥到恒重時的質(zhì)量。干燥III干燥速率是指單位時間內(nèi)被干燥物料的單位汽化面積上所汽化的水分量。干燥速率曲線是指干燥速率U對物料干基含水量X的關(guān)系曲線。如圖（8—2）所示。干燥速率的大小不僅與空氣的性質(zhì)和操作條件有關(guān)，而且還與物料的結(jié)構(gòu)及所含水分的性質(zhì)有關(guān)，因此干燥曲線只能通過實(shí)驗(yàn)測得。從圖（8—2）的干燥速率曲線可以明顯看出，干燥過程可分為三個階段:物料的預(yù)熱階段（AB段）、恒速干燥階段（BC

Illl=J

IW=J三」段）和降速干燥階段（CD段）。每一階段都有不同的特點(diǎn)。濕物料因其有液態(tài)水的存在，將其置于恒定干燥條件下，則其表面溫度逐步上升直到近似等于熱空氣的濕球溫度tw，到達(dá)此溫度之前的階段稱為預(yù)熱階段。預(yù)熱階段持續(xù)的時間最短。在隨后的第二階段中，由于表面存有液態(tài)水，且內(nèi)部的水分迅速的到達(dá)物料表面，物料的溫度約均等于空氣的濕球溫度tw。這時，熱空氣傳給濕物料的熱量全部用于水分的氣化，蒸發(fā)的水量隨時間成比例增加，干燥速率恒定不變。此階段也稱為表面氣化控制階段。在降速階段中，物料表面已無液態(tài)水的存在，物料內(nèi)部水分的傳遞速率低于物料表面水分的氣化速率，物料表面變干，溫度開始上升，傳入的熱量因此而減少，且傳入的熱量部分消耗于加熱物料，因此干燥速率很快降低，最后達(dá)到平衡含水量為止。在此階段中，干燥速率為水分在物料內(nèi)部的傳遞速率所控制，又稱之為內(nèi)部遷移控制階段。其中恒速階段和降速階段的交點(diǎn)為臨界點(diǎn)C，此時的對應(yīng)含水量為臨界含水量xc。影響恒速階段的干燥速率uc和臨界含水量XCIlll=J

IW=J三」X(kg水/kgU(kjg水/m2?s)\bC^~A、的測定方法及其影響因素。1.干燥速率U(8—2)式中kg水/(m2?h)；S—干m2；—時U=dw'AwrsdTsAU—干燥速率燥面積s；Aw'—蜃時間間隔內(nèi)汽化水分的質(zhì)量kg。2.物料的干基含水量XX=G'—GcGc(8—3)式中X—物料的干基含水量kg水/kg絕干料；GC—絕干物料的質(zhì)量kg。從式(8—3)可以看出，干燥速率U為時間At內(nèi)的平均干燥速率，故其對應(yīng)的物料含水量也為&時間內(nèi)的平均含水量X平kg。從式(8—3)可以看出，干燥速率U為時間At內(nèi)的平均干燥速率，故其對應(yīng)的物料含水量也為&時間內(nèi)的平均含水量X平，Xl=JX—時間間隔內(nèi)的平均含水量平Atkg水/kg絕干料；X—時間間隔開始時刻濕物料1At的含水量kg水/kg絕干料；X.—時間間隔終了時刻濕物料1+1At的含水量kg水/kg絕干料。dQ,、-^-=a(t-1)sd氣dQ,、-^-=a(t-1)sd氣w半=W’tw—H)sdT半=W’tw—H)sdT(8—6)上兩式中:kJ;s；m2；i=j

iw傳熱系數(shù)t—度質(zhì)系數(shù)氣的濕球溫度)—干燥時間TS—干燥面積—由濕物料汽化至空氣中wkg；—空氣與物料表面間的對流akw/m2?空“氣溫°C；A—以溫度差為推動力的傳kg/(m2?s?ah)；t—濕物料的表面溫度(即空wK；H—空氣的濕度kg/kg絕干空氣；H^—t下的空氣飽和濕度s,twwkg/kg絕干空氣；恒速階段，傳質(zhì)速率等于干燥速率，即Uc(8—7)式中：UC—臨界干燥速率，亦為恒速階段干燥速率，kg/(m2?s)o4.恒速階段物料表面與空氣之間的對流傳熱系數(shù)aUc-rwt—tw的計(jì)算a恒速階段由傳熱速率與傳質(zhì)速率之間的關(guān)系得：(8—8)式中：rtw—tw下水的汽化潛熱，kJ/kgUc-rwt—tw的計(jì)算a=0.0143(L)a0.8(8—9)式中：L—空氣的質(zhì)量流速，kg/m2?so應(yīng)用條件：物料靜止，空氣流動方向平行于物料的表面。L的范圍為0.7~8.5kg/m2?s,空氣溫度為45°C?150°C。質(zhì)量流速L可通過孔板與單管壓差計(jì)來測量，空氣的體積流量V由下式計(jì)算：SVS=C0蟄蟲2,A0EET（8—10）p式中：Vl流徑孔板的空氣體積流S量，m3/s；C0—管內(nèi)徑Dj=106mm,C0=0.6805；管內(nèi)徑D\=100mm,C’0=0.6655；k1—'粘度校正系數(shù)，取k1=1.014；k2—管壁粗糙度校正系數(shù)，k2=1.009；A?！捉孛娣e，A°=3.681X10-3m2；R—單管壓差計(jì)的垂直指示值，mm；A—壓差計(jì)指示液密度，PAkg/m3；20°C,695mmHg時，水的密度為998.5kg/m3；8L壓差計(jì)指示液上部的空氣P1密度，kg/m3；20C,695mmHg時，空氣的密度=129"273=1.1kg/m3；p1293?—a?一p760T、.>、—流經(jīng)孔板的空氣密度，P

kg/m3kg/m3；通常以風(fēng)機(jī)的出口狀態(tài)計(jì)。liiJ風(fēng)機(jī)的出口狀態(tài)為4mmHg（表壓），風(fēng)機(jī)的出口溫度為T。當(dāng)大氣壓等于695mmHg時，=i“q695+4273=325（kg/m3）P1293P760TT（8—11）式中:inT—風(fēng)機(jī)的出口溫度，K。當(dāng)Co=0.6805時，VS=0.000638布當(dāng)C’0=0.6655時，VS=0.000616；i=j空氣的質(zhì)量流速L=七xpA（8—12）L—空氣的質(zhì)量流速，式中:ini=jL—空氣的質(zhì)量流速，kg/(m2?s)；A—干燥室流通截面積，m2。當(dāng)A=0.15X0.2=0.03m2,C0=0.6805時L=6.91R；當(dāng)A=0.15X0.2=0.03m2,C'°=0.6655時，L’=6.67R。頃流程本實(shí)驗(yàn)采用洞道式循環(huán)干燥器，流程示意圖如圖8—3所示?？諝庥娠L(fēng)機(jī)輸送，經(jīng)孔板流量計(jì)、電加熱室流入干燥室，然后返回風(fēng)機(jī)循環(huán)使用。由風(fēng)機(jī)的電機(jī)與管路進(jìn)口管的

洞道式干燥器流程圖?加熱室2.壓差計(jì)3.銅電阻4.干燥室前溫度計(jì)5.濕球溫度計(jì)6.干燥室7.電子天平后溫度計(jì)10.儀表箱11.控溫儀12.蝶閥13.風(fēng)機(jī)14.放氣閥15風(fēng)機(jī)出口溫度計(jì)縫隙補(bǔ)充一部分新鮮空氣，由風(fēng)機(jī)出口管上的放氣閥3放空一部分循環(huán)空氣以保持系統(tǒng)濕度恒定。電加熱室由銅電阻及智能程序控溫儀來控制前方裝有干、濕球溫度計(jì)，風(fēng)機(jī)出口及干燥室后也裝有溫度計(jì)，用以確定干燥室內(nèi)的空氣狀態(tài)?？諝饬魉儆傻y來調(diào)節(jié)。注意任何時候該閥都不能全關(guān)，避免空氣不流通而燒壞電加熱器。溫度，使進(jìn)入干燥室的空氣的溫度恒定。干燥室III主要設(shè)備尺寸溫度，使進(jìn)入干燥室的空氣的溫度恒定。干燥室III該裝置共四套：孔板1#~3#：管內(nèi)徑D=106mm,孔徑d0=68.46mm,孔流系數(shù)C0=0.6805；4#:管內(nèi)徑D=100mm,孔徑d0=68.46mm,孔流系數(shù)C0=0.6805；干燥室尺寸：0.15m0.20m電加熱室共有三組電加熱器，每一組功率為1000W。其中一組與熱電阻、數(shù)顯控溫儀相連來控制溫度。另兩組通過開關(guān)手動控制，此兩組并配有5A的電流表，以監(jiān)檢測電加熱器是否正常工作。(4)電子天平：型號為JY600-1,量程為0?600g,感量為0.19g。五、實(shí)驗(yàn)步驟

按通電源，開啟電子天平。預(yù)熱30分鐘，調(diào)零備用。將烘箱烘干的試樣置于電子天平上稱量，記下該絕干物的質(zhì)量GC。用鋼尺量取物料的長度、寬度和厚度。將物料加水均勻潤濕，使用水量約為2.5倍絕干物質(zhì)量GC。開啟風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)蝶閥至預(yù)定風(fēng)速值，調(diào)節(jié)程序控溫儀約為85°C,而后打開加熱棒開關(guān)（三組全開）全開）。待溫度接近于設(shè)定溫度，視情況加減III工作電熱棒數(shù)目。待穩(wěn)定后，讓其自行運(yùn)行。調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量的多少，并適當(dāng)開啟排氣閥，用以維持實(shí)驗(yàn)過程濕球溫度計(jì)指示值基本不變。觀察水分蒸發(fā)情況，及時向濕球溫度計(jì)補(bǔ)充水。待各溫度計(jì)溫度指示值穩(wěn)定一段時間后，將濕物料放入干燥室內(nèi)，記錄起始濕物料質(zhì)量，同時啟動秒表開始記時。每隔2分鐘記錄一個質(zhì)量,直到蒸發(fā)的水量非均勻的下降，改為2.5分鐘記錄一個質(zhì)量，記|三」錄約2—3個數(shù)據(jù)。以后約3分鐘記錄一個質(zhì)量，直到試樣幾乎不在失重為止，表明此時所含水分為平衡水分。均勻的下降，改為2.5分鐘記錄一個質(zhì)量，記|三」實(shí)驗(yàn)結(jié)束，依次關(guān)閉電子天平、加熱棒、風(fēng)機(jī)

開關(guān)。取出物料，整理好物品，做好清潔衛(wèi)生工作。六.、根驗(yàn)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、繪制干燥速率曲線(U—X)；確定物料的臨界