干燥综合实验
一、实验目的
1. 了解流化床干燥装置及洞道式干燥装置的基本结构、工艺流程和操作方法
2. 学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法
3. 掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速阶段干燥速率、临界含水量、平
衡含水量的实验分析方法
4. 实验研究干燥条件对于干燥过程特性的影响。
5. 学会分析两种不同干燥方式的性能优劣
二、基本原理
在设计干燥器的尺寸或确定干燥器的生产能力时，被干燥物料在给定干燥条件下的干燥速率、临界湿含量和平衡湿含量等干燥特性数据是最基本的技术依据参数。由于实际生产中的被干燥物料的性质千变万化，因此对于大多数具体的被干燥物料而言，其干燥特性数据常常需要通过实验测定。
按干燥过程中空气状态参数是否变化，可将干燥过程分为恒定干燥条件操作和非恒定干燥条件操作两大类。若用大量空气干燥少量物料，则可以认为湿空气在干燥过程中温度、湿度均不变，再加上气流速度、与物料的接触方式不变，则称这种操作为恒定干燥条件下的干燥操作。
1 干燥速率的定义
干燥速率的定义为单位干燥面积（提供湿分汽化的面积）、单位时间内所除去的湿分质量。即
(1)
式中，U－干燥速率，又称干燥通量，kg/（m2s）；
A－干燥表面积，m2；
W－汽化的湿分量，kg；
τ－干燥时间，s；
Gc－绝干物料的质量，kg；
X－物料湿含量，kg湿分/kg干物料，负号表示X随干燥时间的增加而减少。
2 干燥速率的测定方法
2.1 流化床干燥
利用床层的压降来测定干燥过程的失水量。
（1）将0.5kg的湿物料（如取0.5kg的黄豆放入水中泡8h，取出，晾干表面水分，待用。
（2）开启风机，调节风量至100m3/h，打开加热器加热。待热风温度恒定后（通常设
定在75℃），将湿物料加入流化床中，干燥τ时间后取少量样品进行称量得到Gi，将该样品于烘箱中进行干燥恒重到Gc，则物料的瞬时含水率为
X i= 
（2）
式中Gc为相应样品恒重后的绝干物料。
2.2 洞道式干燥
将湿物料试样置于恒定空气流中进行干燥实验，随着干燥时间的延长，水分不断汽化，湿物料质量减少。若记录物料不同时间下质量G，直到物料质量不变为止，也就是物料在该条件下达到干燥极限为止，此时留在物料中的水分就是平衡水分X*
（3） 计算出每一时刻的瞬间含水率X，然后将X对干燥时间τ作图，如图1，即为干燥曲线。
图1 恒定干燥下的干燥曲线
上述干燥曲线还可以变换得到干燥速率曲线。由已测得的干燥曲线求出不同X下的斜率dX/dτ，再由式（10－1）计算得到干燥速率U，将U对X作图，就是干燥速率曲线，如图2所示。
图2恒定干燥条件下的干燥速率曲线
三、实验装置与步骤
1 流化床干燥
1.1装置流程
图3 流化床干燥实验装置流程图
1－加料斗；2－床层（可视部分）；3－床层测温点；4－取样口；5－出加热器热风测温点； 6－风加热器；7－转子流量计；8－风机；9－排灰口；10－旋风分离器；11－风机出口测点（双金属温度计）；12－床层出口气体温度测点（双金属温度计）。
1.2 实验步骤
（1）开启风机。
（2） 打开仪表控制柜电源开关，加热器通电加热，床层进口温度要求恒定在75℃左右。
（3）将准备好的黄豆湿料加入流化床进行实验。
（4）每隔一定时间段取1克左右样品（大概4颗）进行质量分析，并进行干燥恒重（105℃烘箱），实验开始时采样时间点密集，再慢慢延长采样时间，取8～10点即可。
（5）干燥时间1h左右，取得足够样品后停止实验，关闭仪表电源。
（6）关闭加热电源。
（7）关闭风机，切断总电源，清理实验设备。
1.3 注意事项
必须先开风机，后开加热器，否则加热管可能会被烧坏，破坏实验装置。
2 洞道干燥
2.1 装置流程
如图4所示。空气由鼓风机送入电加热器，经加热后流入干燥室，加热干燥室料盘中的湿物料后，经排出管道通入大气中。随着干燥过程的进行，物料失去的水分量由称重传感器转化为电信号，并由智能数显仪表记录下来（或通过固定间隔时间，读取该时刻的湿物料重量）。
图4 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；13－风机入口温度计。
2.1实验步骤
（1）放置托盘，开启总电源，开启风机电源。
（2）打开仪表电源开关，加热器通电加热，旋转加热按钮至适当加热电压，在U型管中加入一定水量，并关注干球温度，干燥室温度（干球温度）要求达到恒定温度75℃一段时间后（5min），这时仪器工作状态已稳定，读取干燥容器的质量。
（3）将待干燥物料黄豆加进干燥容器中，刚好铺满一层即可。将容器小心地放置于称重传感器上。放置待容器时应特别注意不能用力下压，因称重传感器的测量上限仅为300克，用力过大容易损坏称重传感器。
（4）记录时间和脱水量，间隔一定时间记录一次重量数据，并记录干球温度和湿球温度，实验开始时采集数据尽可能密集些。
（5）等待干燥物料恒重时，一般每分钟失水小于0.1g，即为实验终了时，关闭仪表电源，注意保护称重传感器，非常小心地取下干燥物料。
（6）关闭风机，切断总电源，清理实验设备。
2.2 注意事项
（1）必须先开风机，后开加热器，否则加热管可能会被烧坏。
（2）特别注意传感器的负荷量仅为300克，放取待干燥物料时必须十分小心，绝对不能下压，以免损坏称重传感器。
（3）实验过程中，不要拍打、碰扣装置面板，以免引起料盘晃动，影响结果
四、数据处理
表2 洞道干燥实验数据
表3 流化床干燥实验数据
图5洞道干燥实验曲线组 图6 流化床干燥实验曲线组
五、分析讨论
1．从实验数据表格及干燥速率U与含水率X曲线可以粗略估算，洞道干燥实验黄豆的临界含水量X为0.68，流化床干燥实验黄豆的临界含水量X为0.59，洞道干燥恒速阶段干燥速率比流化床干燥的大，对应的临界含水量也大。临界含水量受环境影响较大，其中包括温度、干燥方式、填堆方式等。从干燥时间上看，流化床的较早进入恒速阶段。
2. 干燥速率U与含水率X曲线图上两种干燥方式测定的恒速阶段不明显，曲线不能很好地反应湿料干燥过程速率的一般规律，并且实验开始前几分钟干燥速率都偏大，可能原因是黄豆晾干不充分，表面残留一定的凝结水汽，导致热风一吹便汽化，质量差也增大。
3．实验误差主要来源：仪器误差，风速和温度不能保持完全一致，反应滞后；实验员读数计时造成的误差；物料均匀性误差，物料本身结构、形状和尺寸不同。
第二篇：化工原理——干燥题
化工原理
第十章 干燥
【考纲要求】
1.了解去湿的方法和干燥的分类；
2.掌握湿空气的性质和干球温度、湿球温度、绝热饱和温度的概念和有关计算，理解湿空气的H-I图的应用；
3.掌握干燥器的物料衡算公式及有关计算，了解热量衡算公式；
4.了解干燥速度和干燥时间；
5.理解干燥器的结构和特点；
6.掌握干燥操作条件的确定和流化床干燥器的基本操作。
【基本知识点】
一、概述
1.去湿的方法
(1)
(2)
(3)
干燥：
干燥的目的：
2.干燥的种类：
（1） 按照热能传给湿物料的方式，干燥可分为
（2） 按照操作的总压力的大小，干燥可分为
（3） 按照操作的方式，干燥可分为
3.干燥的特点及干燥条件
干燥特点：
干燥过程进行的条件是：
二、湿空气的性质和湿度图
（一）、湿空气的性质
湿空气：周围大气中干空气和水蒸气的混合物，称为“湿空气”
1.湿空气的压力
（1）定义：
（2）符号：
（3）表达式：
（4）说明：
2.湿度
（1）定义：
（2）符号：
（3）表达式：
（4）说明：
3.相对湿度
（1）定义：
（2）符号：
（3）表达式：
（4）说明：
4.湿空气的比体积
（1）定义：
（2）符号：
（3）表达式：
（4）说明：
5.湿空气的比热容
（1）定义：
（2）符号：
（3）表达式：
（4）说明：
6.湿空气的焓
（1）定义：
（2）符号：
（3）表达式：
（4）说明：
7.露点
（1）定义：
（2）符号：
（3）表达式：
（4）说明：
总结、说明：湿度和相对湿度的关系与区别：
8.干球温度、湿球温度和绝热饱和温度
（二）、湿空气的湿度图
1、湿度图的坐标及做法
2、湿度图的组成
（1）、等湿度线
（2）、等焓线
（3）、等相对湿度线
（4）、等干球温度线
（5）、蒸汽分压线
3、湿度图的应用
湿空气的两个相对独立的参数为：
三、干燥器的物料衡算
物料衡算要解决的问题是：
（1）、
（2）、
1、物料含水量的表示方法
2、水分蒸发量
水分蒸发量的三种不同形式的表达式分别为：
（1）
（2）
（3）
3.空气消耗量
空气消耗量的计算公式为：
说明：
（1）、
（2）、
（3）、
四、干燥速率和干燥时间
1、物料中所含的水分
（1）
吸附水分
毛细管水分
溶胀水分
（2）
平衡水分
自由水分
（3）
结合水分
非结合水分
这几种水分之间的关系如何？用图示的形式表示：
2、干燥速率及其影响因素
（1）干燥速率
A.定义：
B.符号：
C.表达式：
（2）干燥速率曲线
由干燥速率曲线可知：
A.
B.
C.
D.
E
(3)影响干燥速率的因素
影响因素有：
A.
B.
C.
D.
E.
F.
3.干燥时间
在恒定干燥条件下，物料从最初含水量X1,干燥到最终含水量X2所需要的时间为：
其中，等速干燥阶段的干燥时间为：
降速干燥的干燥时间为：
五、干燥器
1、工业生产对干燥器的一般要求是：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
2.干燥器的分类
3.干燥器的结构和特点
4.流化床干燥器的基本操作
【经典习题】
1.已知湿空气的总压pt=101.3kPa，相对湿度
=0.6，干球温度t=30℃。试求：
①湿度H；②露点td；③绝热饱和温度；④将上述状况的空气在预热器中加热至100℃所需的热量。已知空气质量流量为100kg（以绝干空气计）/h；⑤送入预热器的湿空气体积流量，m3/h。
2.已知湿空气的总压为101.3kPa相对湿度为50%，干球温度为20℃。试用I-H图求解：
（a）水气分压p；
（b）湿度H；
（c）焓I；
（d）露点td；
（e）湿球温度tW；
（f）如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117℃，求所需热量Q。
3.今有一干燥器，湿物料处理量为800kg/h。要求物料干燥后含水量由30%减至4%（均为湿基）。干燥介质为空气，初温15℃，相对湿度为50%，经预热器加热至120℃进入干燥器，出干燥器时降温至45℃，相对湿度为80%。
试求：（a）水分蒸发量W；
（b）空气消耗量L、单位空气消耗量
；
（c）如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量V。
4.有一间歇操作干燥器，有一批物料的干燥速率曲线如图7-15所示。若将该物料由含水量w1=27%干燥到w2=5%（均为湿基），湿物料的质量为200kg，干燥表面积为0.025m2/kg干物料，装卸时间τ′=1h，试确定每批物料的干燥周期。
5.湿空气在总压101.3KPa、温度60℃下，湿度为0.03kg水汽/kg干气。试计算：
（1）、该湿空气的相对湿度及容纳水分的最大能力；
（2）、若总压不变，而将空气冷却至40℃，则相对湿度及容纳水分的最大能力有何变化？
（3）、若总压不变，而空气冷却至20℃，计算每千克干空气所析出水分量；
（4）、若温度仍为60℃，而将系统总压提高到150KPa，则相对湿度及容纳水分的最大能力又有何变化？
（5）、若温度仍为60℃，而将系统总压提高到600KPa，计算每千克干空气所析出的水分量。
【真题拾贝】
1.有一干燥器用空气作为介质干燥盐类结晶，每小时处理湿物料2000kg，干燥操作使物料的湿基含水量由40%减至5%，在这一过程中水分的蒸发量为（ ）
A.0.205kg/s B.0.205kg/h C.0.324kg/s D.0.324kg/h
2.下列关于流化床干燥器操作错误的是（ ）
A.开炉前首先检查送风机和引风机
B.投料前应先开大蒸汽阀门进行烤炉
C.根据进料量调节风量和热风温度
D.经常检查风机的轴承温度，机身有无振动以及风道有无漏风
3.下列关于干燥的说法正确的是（ ）
A.热空气作为对流干燥介质既是载热体又是载湿体
B.辐射干燥产品干燥均匀而洁净，电能消耗也少
C.目前工业上应用最普遍的传导干燥
D.常压干燥适用于干燥易氧化的物料
4.干球温度和湿球温度的差别越大，说明（ ）
A.湿空气的吸湿能力越弱 B.湿空气的吸湿能力越强
C.湿空气的绝对湿度越大 D.湿空气的相对湿度越大
5.选择干燥器主要根据物料的性质，下列选择错误的是（ ）
A.选用转筒式干燥器干燥散粒状物料
B.选用厢式干燥器干燥颗粒易破碎的物料
C.选用流化床干燥器干燥块状物料
D选用喷雾干燥器干燥牛奶、蛋粉、医药品等热敏性物料
6.对于不饱和湿空气，干球温度t，湿球温度tw和露点td，这三者的关系是（ ）
A.t<tw<td B.t>tw>td C.td<t<tw D.td>t>tw
7.绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和，则空气的温度不再下降。此温度等于循环水的温度，称为该空气的（ ）
A.湿球温度 B.干球温度 C.平衡温度 D.绝热饱和温度
8.适用于沸腾床干燥的物料状态是（ ）
A.浆状 B.膏状 C.粉粒状 D.片状
9.干燥操作时，鼓风机的送风量与空气的温度和湿度有关，选定鼓风机依据的季节是（ ）
A.春 B.夏 C.秋 D.冬
10、湿物料在指定的空气条件下被干燥的极限含水量称为( )。
A. 结合水； B. 平衡含水量； C. 临界含水量；D. 自由含水量
11、大量空气和少量水长期接触后水面的温度等于空气的（ ）。
A. 干球温度； B. 湿球温度； C. 绝热饱和温度；D. 露点温度
12、干燥操作的经济性主要取决于（ ）
A.能耗和干燥速率； B.能耗和热量的利用率；C. 干燥速率； D. 干燥介质。
13、空气的湿含量一定时，其温度愈高，则它的相对湿度（ ）。
A. 愈低、 B. 愈高； C. 不变
14、已知湿空气的总压为101.3kPa,相对湿度为70%，干球温度为20℃。试求：
（1）湿度H；（2）水蒸气分压p；（3）焓I；（4）如将空气预热到97℃进入干燥器，对于每小时100kg干空气，所需热量为多少？（5）每小时送入预热器的湿空气体积。
（水在20℃时的饱和蒸汽压2.32kPa）
15、某化工厂有一干燥器，湿物料处理量为1000kg/h。要求物料干燥后含水量由30%减至4%（均为湿基）。干燥介质为空气，初温15℃，湿度为0.005kg水/kg干气，经预热器加热至120℃进入干燥器，出干燥器时降温至45℃，湿度为0.052kg水/kg干气，风机装在预热器前。试求：
（1）水分蒸发量，kg/h；
（2）干气消耗量，kg干气/h；
风机的风量，m3/h
【习题巩固】
一.填空题
1.干燥进行的必要条件是物料表面所产生的水汽（或其它蒸汽）压力__________________。
2.干燥这一单元操作，既属于传热过程，又属______________。
3.相对湿度φ值可以反映湿空气吸收水汽能力的大小，当φ值大时，表示该湿空气的吸收水汽的能力_________;当φ=0时。表示该空气为___________。
4.在一定空气状态下干燥某物料，能用干燥方法除去的水分为__________；首先除去的水分为____________；不能用干燥方法除的水分为__________。
5.已知某物料含水量X=0.4kg水.kg-1绝干料，从该物料干燥速率曲线可知：临界含水量Xc=0.25kg水.kg-1绝干料，平衡含水量X*=0.05kg水.kg-1绝干料，则物料的非结合水分为__________，结合水分为__________，自由水分为___________，可除去的结合水分为________。
6.在等速干燥阶段，干燥速率____________，物料表面始终保持被润湿，物料表面的温度等于________________，而在干燥的降速阶段物料的温度_________________。
7.固体物料的干燥是属于______________过程，干燥过程得以进行的条件是物料表面所产生的水汽（或其它蒸汽）压力____________________________。
8.固体物料的干燥，一般分为_________________两个阶段。
9.对于不饱和空气，表示该空气的三个温度，即：干球温度t，湿球温度tw和露点td间的关系是______________。
10.由干燥速率曲线可知恒速干燥阶段所除去的水分是__________，降速干燥阶段除去的水分是_______________。
11.等速干燥阶段物料表面的温度等于__________________。
12.对高温下不太敏感的块状和散粒状的物料的干燥，通常可采用__________干燥器，当干燥液状或浆状的物料时，常采用______________干燥器。
13.恒速干燥与降速干燥阶段的分界点，称为______________；其对应的物料含水量称为_____________________。
14.物料的临界含水量的大小与______________________________________
_________________等因素有关。
15. 1kg绝干空气及_____________________所具有的焓，称为湿空气的焓。
16.在一定干燥条件下，物料厚度增加，物料的临界含水量会_________，而干燥所需的时间会____________。
二.选择题
1.干燥是（ ）过程。
A.传质； B.传热； C.传热和传质。
2.空气的湿含量一定时，其温度愈高，则它的相对温度（ ）。
A.愈低、 B.愈高； C.不变
3.当空气的t=tw=td时，说明空气的相对湿度φ（ ）。
A. =100%； B.＞100%； C.＜100%
4.湿空气经预热后，空气的焓增大，而（ ）。
A. H，φ都升高； B. H不变φ降低； C. H，φ都降低
5.作为干燥介质的热空气，一般应是（ ）的空气。
A.饱和； B.不饱和； C.过饱和
6.在一定空气状态下，用对流干燥方法干燥湿物料时，能除去的水分为（ ），不能除去水分为（ ）。
A.结合水分； B.非结合水分；
C.平衡水分； D.自由水分。
7.恒速干燥阶段，物料的表面温度等于空气的（ ）。
A.干球温度； B.湿球温度； C.露点
8.影响恒速干燥速率的主要因素是（ ）。
A.物料的性质； B.物料的含水量； C.空气的状态
9.影响降速干燥阶段干燥速率的主要因素是（ ）。
A.空气的状态； B.空气的流速和流向；
C.物料性质与形状。
10.将不饱和的空气在总压和湿度不变的情况下进行冷却而达到饱和时的温度，称为湿空气的（ ）。
A.湿球温度； B.绝热饱和温度； C.露点
11.在干燥流程中，湿空气经预热器预热后，其温度（ ），相对湿度（ ）。
A.升高； B.降低； C.不变
12.物料中非结合水分的特点之一是其产生的水蒸汽压（ ）同温度下纯水的饱和蒸汽压。
A.大于； B.小于； C.等于
13.实验结果表明：对于空气一水蒸汽系统，当空气流速较大时，其绝热饱和温度（ ）湿球温度。
A.大于； B.等于； C.小于； D.近似等于
14.对不饱和的湿空气，其露点（ ）湿球温度（ ）干球温度。
A.大于； B.等于； C.小于
15.在一定的干燥条件下，物料厚度增加，物料的临界含水量XC（ ），而干燥所需的时间（ ）。
A.增加； B.减少； C.不变
16.若离开干燥器的空气温度（t）降低而湿度（H）提高，则干燥器的热效率会（ ），而空气消耗量会（ ）。
A.减少； B.不变； C.增加