实验十 干燥实验
一、实验目的
⒈ 了解实验室干燥设备的基本构造与工作原理，掌握恒定干燥条件下物料的干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。
⒉ 学习物料含水量的测定方法。加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。
3. 学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。
二、实验内容
⒈ 每组在空气流量和温度不变的条件下，测量一种物料的干燥曲线、干燥速率曲线和临界含水量。
⒉ 测定恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。
三、实验原理
对于一定的湿物料在恒定的干燥条件下（温度、湿度、风速、接触方式不变）与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为两个阶段。
第一个阶段为恒速干燥阶段。在此阶段，由于整个物料中的含水量较大，其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定（为空气的湿球温度），物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。
第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。
恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对帆布物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。
⒈ 干燥速率的测定
（10－1）
式中：
—干燥速率，kg /（m2·h）；
—干燥面积，m2，（实验室现场提供）；
—时间间隔，h；
—时间间隔内干燥气化的水分量，kg。
⒉ 物料干基含水量
（10－2）
式中：
—物料干基含水量，kg水/ kg绝干物料；
—固体湿物料的量，kg；
—绝干物料量，kg。
⒊ 恒速干燥阶段，物料表面与空气之间对流传热系数的测定
（10－3）
（10－4）
式中：
—恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传热系数，W/（m2·℃）；
—恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m2·h）；
—干燥器内空气的湿球温度，℃；
—干燥器内空气的干球温度，℃；
—℃下水的气化热，J/ kg。
⒋ 干燥器内空气实际体积流量的计算
由节流式流量计的流量公式和理想气体的状态方程式可推导出：
（10－5）
式中：
—干燥器内空气实际流量，m3/ s；
—流量计处空气的温度，℃；
—常压下t0℃时空气的流量，m3/ s；
—干燥器内空气的温度，℃。
（10－6）
（10－7）
式中：C0—流量计流量系数，C0=0.67
A0—节流孔开孔面积，m2；
d0—节流孔开孔直径， d0=0.050 m；
ΔP—节流孔上下游两侧压力差，Pa；
ρ—孔板流量计处时空气的密度，kg/m3。
四、实验流程及主要设备参数:
1、 实验流程：
2、主要设备参数：
干燥器类型：洞道
洞道尺寸：长1.10米、宽0.125米、高0.180米；
加热功率：500w—1500w； 空气流量：1-5m3/min；
干燥温度：4 0--120℃
重量传感器显示仪：量程（0-200g），精度0.2级；
干球温度计、湿球温度计显示仪：量程（0-150℃），精度0.5级；
孔板流量计处温度计显示仪：量程（0-100℃），精度0.5级；
孔板流量计压差变送器和显示仪：量程（0-4Kpa），精度0.5级；
被干燥物料为工业呢，每一套装置绝干物料量可能稍有差别。
第一套：支架重量 77.9g、物料绝干质量 21.1g、物料面积 0.024992m2、洞道面积 0.03m2
第二套：支架重量 71.9g、物料绝干质量 20.1g、物料面积 0.024000m2、洞道面积 0.03m2
五、实验操作方法：
(一)实验前的准备
1. 将被干燥物料试样进行充分的浸泡。
2. 向湿球温度湿度计的附加蓄水池内，补充适量的水， 使池内水面上升至适当位置。
3. 将被干燥物料的空支架安装在洞道内。
4. 调节新空气入口阀到全开的位置。
(二) 实验操作方法：
A、手动操作：
1. 打开总电源，开动风机。
2. 调节三个蝶阀到适当的位置，将空气流量调至指定读数。
3. 在温度显示控制仪表上，按住[set]键2、3秒钟，直至sv窗口显示[SU]，此时pv窗口所显示的即为干燥器的干球温度所要达到的指定值，可通过仪表上的上移、左移键改变指定值，指定值设定好后按一下[set]键，改变到下一参数的设定（此后的参数不需改变），然后按一下[A/M]键回到仪表控制状态。按下加热开关，让电热器通电。
4. 干燥器的流量和干球温度恒定达5分钟之后并且数字显示仪显示的数字不再增长，即可开始实验。此时，读取数字显示仪的读数作为试样支撑架的重量(GD)。
5. 将被干燥物料试样从水盆内取出，控去浮挂在其表面上的水份(使用呢子物料时，最好用力挤去所含的水分，以免干燥时间过长。将支架从干燥器内取出，再将支架插入试样内直至尽头)。
6. 将支架连同试样放入洞道内，并安插在其支撑杆上。注意:不能用力过大，使传感器受损。
7. 记录此时物料和支架的重量，并开始计时。当重量值减少1克时停止第一块秒表，同时开启第二块秒表计时。此时第一块秒表的时间实际上是该干燥状态下干燥掉1克水所用时间。如此重复，到每克水的干燥时间超过七分钟，即可停止实验。
B、计算机自动操作：
1． 启动计算机，进入操作界面后按键启动风机。
2． 按键启动加热，根据提示给定温度。
3． 手动调节蝶阀至所需空气流量。
4． 待温度、流量都达到设定值并稳定以后，按键开始实验。
5． 根据提示输入绝干物料量、被干燥面积、数据采集频率。
6． 根据提示读取操作条件。
7． 将浸泡好的物料安放在洞道干燥器内，并按键开始实验。
8． 此后计算机自动采集数据，根据计算机采集的数据判断实验到达终点后，按键停止采集，计算机自动回归数据。
9． 按键停止加热，稍后按键停止风机，一切复原。
六、实验设备注意事项：
1．在安装试样时，一定要小心保护传感器，以免用力过大使传感器造成机械性损伤。
2．在设定温度给定值时，不要改动其它仪表参数，以免影响控温效果。
3．为了设备的安全，开车时，一定要先开风机后开空气预热器的电热器。停车时则反之。
4．突然断电后，在次开启实验时，检查风机开关、加热器开关是否已被按下，如果被按下，请再按一下使其弹起，不再处于导通状态。
七、实验报告要求
1．原始数据和实验结果用表格的形式列出，并用一组数据作计算示例。
2．根据实验结果绘出U－X曲线图，明确注明干燥时的条件。
附表：实验记录表格
基本数据：
试样物料： 试样绝干质量： 室温：
试样尺寸： 开始时湿试样的质量： 大气压：
第二篇：喷雾干燥实验讲义
第三部分 一、实验目的 喷雾干燥实验
（1） 掌握喷雾干燥的原理、流程和设备。
（2） 熟悉喷雾干燥的特点及应用范围。
（3） 了解喷雾干燥的关键部件——雾化器的基本形式及选择原则。
（4） 掌握根据物料的特性选择合适的喷雾干燥工艺条件，获得合格的产品。
二、实验任务
（1） 测定进风温度与产品含水量的关系。
（2） 测定进料量与产品含水量的关系。
（3） 测定进风量与产品含水量的关系。
（4） 测定雾化空气流量与产品含水量的关系。
三、实验原理
喷雾干燥是将物料（溶液、浆液、乳浊液或悬浮液）通过雾化装置喷雾成细 小的液滴，与干燥介质（热风）接触进行热量、质量交换，使雾状液滴中的溶剂 （水）迅速汽化并被干燥介质带走，从而获得粉状或颗粒状成品的干燥过程。
喷雾干燥不需要将物料预先进行机械分离，而直接将物料液雾化成几十微米 的小液滴，直径为 10~60μm，通常 1kg 料液雾化后表面积可达 100~600m2，这
样热交换非常迅速，水分汽化极快，干燥时间很短，仅为 5~30s，得到粒径为 30~50 μm 质量较好的产品。
喷雾干燥器一般根据其雾化机理分为气流式喷雾干燥、压力式喷雾干燥和离 心式喷雾干燥三种。
喷雾干燥的形式主要有：（a）并流式、（b）逆流式、（c）组合式和（d）旋
转式四种，流程图如图 1 所示。 图 1 (a) (b) (c)
(d)
122 喷雾干燥形式
（a） 并流式：被喷雾的物料和热空气按同一方向通过干燥室，在干燥室里，经
过喷嘴雾化
后的物料和热空气进行接触，最后干燥成产品。
（b） 逆流式：被喷雾的物料和热空气以相反方向通过干燥室，热空气向上流动，
而产品向下通过热空气进入产品收集罐。湿气被蒸发掉，产品变得很热， 这种方法适合于热稳定性的产品。
（c） 组合式：把并流式和逆流式两种方法的优点组合起来，物料向上喷射，仅
仅在热带区停留在很短的时间来蒸发水分，在重力的作用下，产品很快进 入冷却区。
（d） 旋转式：物料流经高速旋转的雾化器时，被雾化成很细的颗粒，和热空
气同一方向流动，产品的干燥方式和并流式比较相似。 四、喷雾干燥的特点及应用
喷雾干燥技术及设备之所以在众多的干燥器中占有重要的位置，是因为它有 着其他干燥器无法比拟的优点:
(1)瞬间干燥。料液经雾化器雾化后，其比表面积瞬间增大若干倍，与热空 气的接触面积增大，雾滴内部水分向外迁移的路径大大缩短，提高了传热传质速 率，干燥时间 5~35 秒左右，已蒸发掉 95~90%的水分
(2)物料本身不承受高温。虽然喷雾干燥的热风温度比较高，但在接触雾滴 时，大部分热量都用于水分的蒸发，所以尾气温度并不高，绝大多数操作尾气温 度都在 70 一 110℃之间，物料温度也不会超过周围热空气的湿球温度，对于一 些热敏性物料也能保证其产品质量。
(3)产品质量好。如果对产品有特殊需要，还可以在干燥的同时制成微粒产 品，即所谓的喷雾造粒。能够提高分散性、流动性和溶解性，还具有防尘作用， 如果芯材和壁材选择得当，在干燥的同时能制成微胶囊，保证被干燥物料原有的 风味和特色，还能提高储存性能。
(4)减少公害，保护环境。对于一些可能产生公害物料的干燥，可以在封闭 的系统中进行干燥，在干燥的同时可将有霉、有味、污染性物质焚烧掉，防止污 染环境。
(5)生产控制方便。喷雾干燥系统可以实现自动化操作，消除人为因素，使 产品质量稳定。
喷雾干燥技术广泛用于奶制品、蛋类、饮料、香料、植物蛋白质、水果、蔬 菜、碳水化合物的生产。而且，在喷雾干燥技术基础上发展起来的喷雾干燥微胶
囊化、食品的泡沫喷雾干燥、咖啡喷雾冷冻干燥技术使喷雾干燥技术又上了一个
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新的台阶。
五、实验装置
喷雾干燥器系统由三部分组成，如图 2 所示。
（1） 由空气过滤器、加热器和风机所组成的干燥介质（空气）的加热和输送系
统；
（2） 由雾化器和干燥室组成的喷雾干燥器‘
（3） 由旋风分离器和袋滤器等组成的气固分离系统。
1—空气过滤器
机
气调节器 9 11 12 2 6 10 1 7 3 5 4 图 2 B—290 型喷雾干燥器流程 2—加热器 3—喷雾干燥室 4—旋风分离器 11—进料蠕动泵 12—料液瓶 8 5—离心风 6—入口温度传感器 10—雾化器 7—出口温度传感器 8—产品收集器 9—压缩空
压缩机提供的压缩空气经调节器 9 进入雾化器 10。料液由进料蠕动泵控制 进入雾化器 10，雾化器在压缩空气的作用下将料液雾化进入干燥室 3.空气经滤 后，在加热器 2 加热至预定的温度后，进入干燥器 5，与雾滴并流向下运动时， 发生干燥，将雾滴中的湿分去掉，湿分进入热空气中。干燥后的产品被热空气流 带入旋风分离器 4 进行气—固分离。排出的气流再进入袋滤器，进一步分离气流
中的细小颗粒。
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六、 实验方法
1. 料液的配置
用电子天平称取一定量干的粉状固体物 m 克，用量筒量取 n 毫升清水，将 m 克固体倒入 n 毫升清水中，配置成一定浓度的料液。一般固含量在 20~30%之 间比较合适。
2. 实验数据的读取
空气进口、出口温度、离心风机流量和蠕动泵的流量直接在控制面板上读取，雾 化空气流量由转子流量计读取。
3. 产品含水量的测定
将收集到的产品称重得 W 克后，放入恒温干燥箱，在 95℃左右温度下干燥 12 小时后，等到绝干产品量 Wc 克，产品含水率为
ω=（W-Wc）/W×100%
七、实验操作
①打开主机电源，主机自检，正常后显示实际的温度、风机的开度、进料的大小 等。
②启动风机，把风机的开度调为 100%。
③根据物料的特性和含固量的多少，设定进口温度，启动加热器进行预热。
④当进口温度达到设定值时，调节风机的开度，打开压缩空气的阀门，通过转子 流量计调节压缩空气的流量。
⑤当进出口温度都稳定后，设定喷嘴的清洗次数，一般设为 3 次；启动蠕动泵， 观察物料雾化的状态、粘壁的程度和出口温度的变化情况。各种物料的进、出口 温度应根据其工艺特性决定，也与物料的浓度、粘度、相对密度等有关。
⑥根据物料的干燥情况，调整进口温度、进料量、风机的开度，注意观察系统的 真空度，当真空度小于 70mbar 时，应停机，更换滤布。
⑦干燥完成后，先停止蠕动泵和加热，等进出口温度低于 60℃后，才能停风机， 卸下收集器，取出物料。
⑧以上工作完成后，将雾化器、旋风分离器、收集器和干燥室清洗干净，关掉压 缩机和主机电源。