洞道干燥实验计算示例

时间:2024.3.23

                     

干燥特性曲线测定实验计算示例

1.干燥实验条件:干燥室温度(干球温度)t=70

2. 干燥参数:干燥面积为:、绝干物料:

初始湿物料重量:左右

最终湿物料重量:左右

(一)实验数据:

(二)根据干燥速率公式:,和物料含水量公式

得到干燥速率和物料含水率的一系列数据如下表:

(三)实验曲线:

(1)作物料湿含量和干燥时间曲线得到干燥曲线,结果如图1-1:

图1-1 干燥曲线图

(2)作物料湿含量和干燥速率的关系曲线得到干燥速率曲线,如图1-2

图1-2 干燥速率曲线图

最后根据干燥速率曲线可以得到临界含水率Xc= 2.06526(kg/kg)

(四)计算示例:

 

 

(五)思考题1、2、3

图3   干燥装置流程图

1-风机; 2-管道;  3-进风口; 4-加热器; 5-厢式干燥器; 6-气流均布器;  7-称重传感器; 8-湿毛毡; 9-玻璃视镜门; 10,11,12-蝶阀


第二篇:洞道干燥实验


洞道干燥实验(数字型)

一、 实验目的:

1.  了解常压干燥设备的构造,基本流程和操作;

2.  测定物料干燥速率曲线及传质系数;

3.  研究气流速度对干燥速率曲线的影响;(选作)

4.  研究气流温度对干燥速率曲线的影响。(选作)

二、 实验原理及说明:

1、干燥曲线

干燥曲线即物料的干基含水量x与干燥时间θ的关系曲线。它说明物料在干燥过程中,干基含水量随干燥时间的变化关系:

x=F(θ)                                   (1)

典型的干燥曲线如图3-11所示。

实验过程中,在衡定的干燥条件下,测定物料总质量随时间的变化,直到物料的质量恒定为止。此时物料与空气间达到平衡状态,物料中所含水分即为该空气条件下的平衡水分。然后将物料的绝干质量,则物料的瞬间干基含水量为:

(Kg水/kg绝干物料)                (2)

式中:W——物料的瞬间质量(kg)

WC——物料的绝干质量(kg)

将X对θ进行标绘,就得到如下图所示的干燥曲线。

图1、 干燥曲线和干燥速率曲线

干燥曲线的形状由物料性质和干燥条件决定。

2、干燥速率曲线

干燥速率曲线是指在单位时间内,单位干燥面积上气化的水分质量。

A——干燥面积(m2

W——从被干燥物料中除去的水分质量(kg) 

干燥面积和绝干物料的质量均可测得,为了方便起见,可近似用下式计算干燥速率:

  [kg/m2s] 或 [g/m2s]                    (4)

本实验是通过测出每挥发一定量的水分(Δw)所需要的时间(Δθ)来实现测定干燥速率的。

影响干燥速率的因素很多,它与物料性质和干燥介质(空气)的情况有关。在干燥条件下不变的情况下,对同类物料,当厚度和形状一定时,速率Na是物料干基含水量的函数。Na = f(X)                           (5)

3、传质系数(恒速干燥阶段)

干燥时在恒速干燥阶段,物料表面与空气之间的传热速率和传质速率可分别以下面两式表示:

                              (6)

                          (7)

——由空气传给物料的热量(KJ)

α——对流传热系数(Kw/m2℃)

t、tw——空气的干、湿球温度(℃)

KH——以湿度差为推动力的传质系数(kg/m2s△H)

Hw、H——与t、tw相对应的空气的湿度(kg/kg干空气)

当物料一定,干燥条件恒定时,α,KH的值也保持恒定。在恒速干燥阶段物料表面保持足够润湿,干燥速率由表面水分汽化速率所控制。若忽略以辐射及传导方式传递给物料的热量,则物料表面水分汽化所需要的潜热全部由空气以对流的方式供给,此时物料表面温度即空气的湿球温度tw,水分汽化所需热量等于空气传入的热量,即:

     rw—tw时水的 汽化潜热(KJ/Kg)  (8)

因此有:

即:                                                (9)

                               (10)

对于水—空气干燥传质系统,当被测气流的温度不太高,流速>5m/s时,上式(10)又可简化为:

                                                   (11)

 KH的计算:

(1)查H、Hw

由干湿球温度t、tw,根据湿焓图或计算出相应的H,Hw

(2)计算流量计处的空气性质:

因为从流量计到干燥室虽然空气的温度、相对湿度发生变化,但其湿度未变。因此,我们可以利用干燥室处的H来计算流量计处的物性。已知测得孔板流量计前气温是tL,则:

流量计处湿空气的比体积:vH=(2.83×10-3+4.56×10-3H)(t+273)  [kg/m3干气]

流量计处湿空气的密度是:ρ=(1+H)/vH                   [kg/m3湿气]

(3)计算流量计处的质量流量m[kg/s]:

测得孔板流量计的压差计读数为ΔP [Pa]:

流量计的孔流速度:  [m/s]    C0见P9

流量计处的质量流量:m=u0×A0×ρ    [kg/s]    A0为孔板孔面积

(4)干燥室的质量流速G[kg/m2s]:

虽然从流量计到干燥室空气的温度、相对湿度、压力、流速等均发生变化,但两个截面的湿度H和质量流量m却一样。因此,我们可以利用流量计处的m来计算干燥室处的质量流速G:

干燥室的质量流速为:G=m/A   [kg/m2s]     A为干燥室的横截面积

(5)传热系数α的计算:

干燥介质(空气)流过物料表面可以是平行的,也可以是垂直的,也可以是倾斜的。实践证明,只有空气平行物料表面流动时,其对流传热系数最大,干燥最快最经济。因此将干燥物料做成薄板状,其平行气流的干燥面最大,而在计算传热系数时,因为两个垂直面面积较小、传热系数也远远小于平行流动的传热系数,所以其两个横向面积的影响可忽略。

采用教材中P336中(14—22)式可知其α经验式:对水-空气系统,当空气流动方向与物料表面平行,其质量流速G=0.68~8.14kg/m2s;t=45~150℃。

   [kw/m2℃]                                        (12)

(6)计算KH

由(12)计算出α代入(11)式即可用式计算出传质系数KH


三、实验装置

本装置由离心式风机送风,先经过一圆管经孔板流量计测风量,经电加热室加热后,进入方形风道,流入干燥室,再经方变圆管流入蝶阀可手动调节流量(本实验装置可由调节风机的频率来调节风量,实验时蝶阀处于全开状态),流入风机进口,形成循环风洞干燥。

为防止循环风的湿度增加,保证恒定的干燥条件,在风机进出口分别装有两个阀门,风机出口不断排放出废气,风气进口不断流入新鲜气,以保证循环风湿度不变。

为保证进入干燥室的风温恒定,保证恒定的干燥条件,电加热的二组电热丝采用自动控温,具体温度可人为设定。

本实验有三个计算温度,一是进干燥室的干球温度(为设定的仪表读数),二是进干燥室的湿球温度,三是流入流量计处用于计算风量的温度,其位置如图所示。

本装置管道系统均由不锈钢板加工,电加热和风道采用保温。

有关参数:

        中压风机:全风压2KPa, 风量22m3/min ,750w

        圆管内径:73.6 mm

      方管尺寸:150×200 mm (宽×高)

        孔板流量计:全不锈钢,环隙取压,孔径57.01mm,m=0.6  C0=0.74

        电加热:二组2×1.5 Kw,自动控温

        压差传感器:无锡梅园WMF—2000,0~1200 Pa

        压差显示仪表:宇电501

        热电阻传感器:Pt100

        温度数显仪表:宇电501

        温度控制器:宇电518

        称重传感器:北京正开MCL—L ,0—1000g

        称重显示仪表:北京正开MCK—ZS

        干燥湿物料:羊毛毡,尺寸为130×80×10(长×宽×厚),绝干重21克

        本实验消耗和自备设施:

        电负荷:3+0.75Kw

        

四、实验步骤:

1、    将待干燥试样浸水,使试样含有适量水分约70克左右(不能滴水),以备干燥实验用。

2、    检查风机进出口放空阀应处于开启状态;往湿球温度计小杯中加水;

3、    检查电源相电指示灯是否全亮(若不全亮首先检查指示灯是否损坏,若没有损坏,确认若是缺相,切记不要进行以下操作,而应检查)。开启仪表上电开关。启动风机开关,并调节阀门达到预定的风速值,一般风速调节到600~900Pa;

4、    风速调好后,通过温控器仪表手动调节干燥介质的控制温度(一般在80—95℃之间)。开启加热开关,温控器开始自动控制电热丝的电流进行自动控温,逐渐达到设定温度。

5、    放置物料前调节称重显示仪表显示回零。

6、    状态稳定后(干、湿球温度不再变化),将试样放入干燥室架子上,等约2分种,开始读取物料重量(最好从整克数据开始记录),记录下试样质量每减少3克时所需时间,直至时间间隔超过6分钟左右时停止记录;

7、    取出被干燥的试样,先关闭加热开关。当干球温度降到60℃以下时,关闭风机的开关,关闭仪表上电开关,最后关闭总电源开关。

友情提示

1、干球温度一般控制在80—95℃之间。

2、放物料时,手要用水淋湿以免烫手;放好物料时检查物料是否与风向平行。

注意事项

1、在总电源接通前,应检查相电是否正常,严禁缺相操作。

2、不要将湿球温度计内的湿棉纱弄脱落,调试好湿球温度后,最好不要让学生乱动。

3、所有仪表按键最好由老师提前设定或调节好,学生不要乱动。

4、开加热电压前必须开启风机,并且必须调节有一定风量,关闭风机前必须先关闭电加热,且在温度降低到60℃以下时再停风机。本装置在设计时,加热开关在风机通电开关下游,只有开启风机开关才能开电加热,若关闭风机,则电加热也会关闭。虽然有这样的保护设计,但是我们还是希望用户在操作时按照说明书进行。

称重传感器可选用以下两种仪表测定:

1、808称重仪表调零方法

本称重系统出厂时已进行过调零,如物料杆和物料夹子的重量为120克,这部分重量并不是干燥物料的重量而对计算会造成不便,仪表应该显示实际物料重。仪表零点设置内让其向下设置为120克,即-120克,这样仪表显示为零。

但由于工作环境和仪表本身的零点漂移,会造成零点漂移。当系统加热到设定温度后,在放物料之前称重仪表显示超过±5.0克时,应对称重仪表进行调零,先记下仪表显示值如6.2克。

按下键约两秒钟进入系统设置一级菜单,每按一次键选定一项参数。当切换到LOC项参数,在下窗口输入808,按确认进入系统设置二级菜单,按键切换到Scb参数项,把下显示窗参数原来的-120克调整为-126.2克,停止仪表操作,几秒种后显示会回到测量主界面,仪表显示为0,仪表调零结束。键用于改变数据位置,键用于加减数据。

2、北京正开称重传感器(MCL—L ,0—1000g)调零方法

由于工作环境和仪表本身的零点漂移,会造成零点漂移。当系统加热到设定温度后,在放物料之前(包含物料夹子),按下仪表O键,此时显示为0。然后取下夹子,夹住物料后放入,此时显示的即为物料重量。

五、调试记录与计算示例

本实验在厂内经过调试数据见附页,现以第1组数据为计算示例:

1、干燥速率曲线

   干基湿含量:

   干燥速率:

           式中:物料表面积A=2(0.13*0.08+0.08*0.01+0.13*0.01)=0.0250 m2

2、KH的计算:

(1)计算H、Hw

查得湿球温度tw下:饱和蒸汽压Ps= 7113 [Pa]  汽化潜热rw=2402 [KJ/Kg]

(2)计算流量计处的空气性质:

流量计处湿空气的比体积:

    流量计处湿空气的密度是:ρ=(1+H)/vH =(1+0.02)/1.041=0.980   [kg/m3湿气]

(3)计算流量计处的质量流量m[kg/s]:

流量计的孔流速度:

    式中:

流量计处的质量流量:m=q×ρ=0.08528×0.980=0.08357    [kg/s]

(4)干燥室的质量流速G[kg/m2s]:

干燥室的质量流速为:G=m/A=0.08357/0.03=2.786 [kg/m2s]   A=0.15×0.2=0.03  m2

     干燥室的流速为:u=q/A=0.08528/0.03=2.843    [kg/m2s]

(5)传热系数α的计算:

   [kw/m2℃]

(6)计算KH

           

3、实测恒速干燥阶段的传质系数

   从干燥速率曲线图中可得恒速阶段的平均干燥速率:Na=0.72 [g/m2S]

   实测传质系数为:

数据记录表格1:设备物料有关恒定数据

数据记录表格2:测量过程有关恒定数据

数据记录表格3:测量过程有关数据

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