计算机远程控制干燥实验(5500字)

发表于:2020.8.31来自:www.fanwen118.com字数:5500 手机看范文

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课程名称: 过程工程原理实验(甲) 指导老师: 成绩:_________________

实验名称: 干燥特性曲线测定 实验类型 同组学生姓名: 实验报告

一、实验目的(必填) 二、实验仪器与装置(必填)

三、实验原理(必填) 四、操作方法和实验步骤

五、数据记录和处理 六、结果与分析(必填)

七、讨论与心得

一、 实验目的

1、了解洞道式干燥装置的结构、流程及其操作方法。

2、作出物料在恒定干燥条件下的干燥特性曲线(X~?,U~X),并求出临界含水量XC、平衡含水量X*及恒速阶段的干燥速度U恒速。

3、求出恒速阶段的传质系数KH和传热系数a。

4、改变气温或气速等操作条件,作出不同空气参数下的干燥特性曲线,同时求出各自的临界含水量、平衡含水量以及恒速阶段的干燥速度、传质系数和传热系数。

二、实验仪器与装置

实验装置如下图所示。

1——风机 2——孔板流量计 3——压差变送器 4——电动调节阀 5——加热器

6——温控系统 7——湿球温度计 8、10——干球温度计 9——重量传感器 11——干燥物料

图1 干燥实验装置流程图

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风机将空气送入预热室进行预热,冷空气经电加热器加热到T1温度后,进入干燥室将热能供给物料,然后直接排放入大气。

空气的流量由孔板流量计测量,孔板两端差压利用差压变送器测量,其中孔板的孔径为34mm,风管内径

2为68mm,干燥室截面积0.1*0.1m,空气流量由电动调节阀经计算机在线控制调节。

系统内空气温度由铜-康铜热电偶测定,干燥室内空气入口及出口的干球温度由传感器8,10测量,温度传感器7测量干燥室出口的湿球温度。空气进口温度T1采用计算机自动控制。

物料重量变化由重量传感器测量并由计算机检测显示。

三、实验原理

干燥是利用热量去湿的一种方法,它不仅涉及到气、固两相间的传热与传质,而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的机理。由于物料的含水性质和物料形状的差异,水分传递速率的大小差别很大,概括起来,它受到物料及其含水性质,干燥介质的性质、流速,干燥介质与湿物料接触方式等各种因素的影响。目前对干燥机理的研究尚不够充分,干燥速度的数据还主要依靠实验。

若将湿物料置于一定的干燥条件下(即干燥介质空气的温度、湿度、速度以及与物料接触的方式均维持恒定)进行干燥实验,测定被干燥物料的重量随时间的变化关系,将数据加以整理可得物料的干燥曲线X-τ和干燥速率曲线U-X。

干燥过程中,根据其不同时期的特点,可分为两个阶段:

第一个阶段为恒速干燥阶段。过程开始时,由于整个物料的湿含量较大,其内部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。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且表面温度亦为该空气状态下的湿球温度tw,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,水分子物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的汽化速率,干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。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小,故干燥速率不断下降。直至物料含水量达到该空气状态下的物料平衡含水量X?。

临界湿含量Xc,即为恒速与降速阶段的转折点,临界湿含量对于干燥过程研究和干燥器的设计都是十分重要的。

1、干燥干燥特性曲线的求取

干燥速率的定义为单位时间、单位干燥面积所除去的湿分质量。

U?

2GdX dW??cAd?Ad? (1) 式中 U---干燥速率, kg/m·s;

2 A---干燥面积,m;

W---汽化的湿分量,kg;

τ---干燥时间,s;

Gc---绝干物料的质量,kg;

X---物料干基湿含量,kg水/kg干料。

根据计算机和重量传感器测出的不同时刻物料重量与时间的关系曲线G~?,可得不同时刻物料的干基湿含量Xi:

Xi?Gi?Gc (2)

Gc

式中: Xi---物料干基含水量,kg水/kg绝干物料;

2 / 11

Gi---固体物料量(包括附件重),kg;

Gc---绝干物料量(包括附件重),kg。

按(2)式可得τi时刻所对应的Xi值,据此即可作出干燥曲线X~τ,从X~τ曲线图中可找出XC,再在X~τ曲线上取代表性的点作图求出1)式可计算出干燥速率Ui,然后绘出干燥速率曲线U~X,dτdX

从U~X图中可以找出X?和U恒速。

2、恒速干燥阶段传质系数与传热系数的测定

根据传质速率方程,在恒速干燥阶段:

U恒速?kH(HW?H) (3)

U恒速 k?H 即HW?H (4)

根据“汽化所需热量等于空气与湿物料间的对流传热量”这一热量衡算关系,即

于是

即 U恒速rw=a?t?tw? (5) a?t?tw??U恒速rw?kH?Hw?H?rw

U恒速?rwkHrw??Hw?H? t?twt?tw

2 (6) a? (7) 2式中: U恒速 ---恒速干燥阶段的干燥速率,kg/(m.s); KH ---恒速干燥阶段的传质系数,kg/(m.s.△H);

H---空气湿度,kg水/kg干空气;

HW---湿球温度tw下空气的饱和湿度,kg水/kg干空气;

tw ---干燥器内的空气湿球温度,℃;

t ---干燥器内的空气的干球温度,℃;

rw ---湿球温度tw 下的水的汽化潜热,J/kg。

α——恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传质系数,W/(m2?℃)

在本实验中,测出物料湿与时间的关系,即可得X~τ,U~X曲线,进而求出XC,X? 和 U恒速,并最终求出恒速干燥阶段的传质系数KH和传热系数α。

四、操作步骤

1.打开计算机,运行干燥实验客户端程序,进入干燥实验操作控制界面。

2.点击电源开关和开始试验按钮,先启动风机,全开电动调节阀的开度,将风量调到最大,设置空气入口温度,待空气温度在计算机上显示为一条直线时,可采样进行稳定分析,当计算机判断为稳定后,可对物料进行加水浸湿,同时对湿球温度计进行加水,加水结束后,干燥即自动开始。

3.当干燥物料的重量不再明显减轻时,计算机会自动提醒实验者此燥条件下的干燥实验已结束,实验者可将此条件下的数据进行取点保存。

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4.改变空气流量或温度,重复上述实验。

5.实验测试完毕后,先将实验数据保存再结束实验。

6.关闭加热电源,全开空气流量调节阀,待空气进口温度降至50℃以下后,依次关闭空气流量调节阀、风机电源和总电源。

7.实验完毕,实验装置恢复至原状。

五、数据记录和处理

1、 实验参数

2 物料绝干重量GC:12.683g,干燥面积A:43.709cm。

2、数据记录和处理表

(一)实验条件:干燥室进口温度75℃,空气0.024kg/s,实验数据如下表所示。

表格 1

计算机远程控制干燥实验

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计算机远程控制干燥实验

计算机远程控制干燥实验

(1)做出该恒定干燥条件下的干燥特性曲线X-τ曲线,如图1所示。

0.35

0.30

0.25

0.20

X

0.150.100.050.00

t (s)

图 1干燥室进口温度为75℃时的X-τ曲线

由曲线可得,当t=800s时,曲线斜率开始减小,故Xc=0.11267。

X-t方程用origin8.0软件对曲线进行拟合可得: 当t<800s时,X=-2.2221*10^-4t+0.3119,r2=0.9773;

当800s<t<1200s时X= 6*10^-7*t2 - 0.0014*t + 0.907,R? = 0.9139

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GdX可得U-t方程为: (2)计算X-t曲线的斜率,由U?dW??c

Ad?Ad?

当t<800时,U=6.448*10^-4;

当800s<t<1200s时,U=-3.482*10^-6*t+4.062*10^-3

由此计算出对应X之下的U,做出U-X曲线,如下图所示:

计算机远程控制干燥实验

0.0007

0.00060.0005

0.0004

0.0003U

0.0002

0.0001

0.0000

-0.0001

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X

图 2 U-X曲线

由U-X曲线可得平衡含水量X*为0.055kg/kg干料,U恒速为0.000645kg/(m^2*s)

(3)湿球温度34.65℃,干燥室进出口平均温度为t=73.46℃由常压下空气的湿度图可得Hw=0.036kg/kg干空气,查水蒸气物性表可得tw下水的气化潜热rw=2412.4kJ/kg,

故H=Hw-1.09*(t-tw)/rw=0.036-1.09*(73.46-34.65)/ 2412.4=0.0185kg/kg干空气,

故kH=U恒速/(Hw-H)= 0.000645/(0.036-0.0185)=0.0369 kg/(m^2*s)

α=

U恒速rwt?tw2*℃)

6 / 11

(二)实验条件:

将干燥室进口温度改为60℃,实验数据如下表格2所示。 表格 2

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8 / 11

计算机远程控制干燥实验

(1)做X-t曲线如图3所示

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0.30

0.250.20

X0.15

0.10

0.05

0.00

计算机远程控制干燥实验

t/s

图 3 X-t曲线

由曲线可得,当t=1200s时,曲线斜率开始减小,故Xc= 0.09572 kg/kg干料

X-t方程用origin8.0软件对曲线进行拟合可得:

当t<1200s时,X=-1.7322*10^-4*t+0.3006,R? = 0.99202

当1200s<t<1800s时X=1*10^-7t2 - 0.0005t+ 0.4683,R? = 0.9431

GdX可得U-t方程为: (2)计算X-t曲线的斜率,由U?dW??c

Ad?Ad?

当t<800时,U=5.026*10^-4;

当800s<t<1200s时,U=-5.804*10^-7*t+1.451*10^-3

由此计算出对应X之下的U,做出U-X曲线如下图所示

9 / 11

0.0005

0.00040.0003

U

0.0002

0.0001

0.0000

计算机远程控制干燥实验

X

图 4 U-X曲线

由U-X曲线可得平衡含水量X*为0.055kg/kg干料,U恒速为0.000503kg/(m^2*s)

(3)湿球温度31.64℃,干燥室进出口平均温度为t=59.17℃,由常压下空气的湿度图可得Hw=0.030kg/kg干空气,由水蒸气物性表得rw=2420.0kJ/kg,

故H=Hw-1.09*(t-tw)/rw=0.030-1.09*(59.17-31.64)/ 2420.0=0.0176kg/kg干空气,

故kH=U恒速/(Hw-H)= 0.000503/(0.030-0.0176)=0.0406kg/(m^2*s)

α=U恒速rw

t?tw2*℃)

六、结果与分析

1、改变实验条件,当进口空气温度降低时,临界含水量Xc降低,平衡含水量变化不明显,恒速阶段干燥速度U恒速减小。

2、实验误差分析

(1)物料质量测量有波动,且由于实验时一开始物料未放正,质量传感器测量波动偏大。

(2)由于实验测量值有波动,做出的X-t曲线也有波动,且斜率转折点Xc并不明显,在拟合曲线时存在误差,使得之后由曲线斜率得出U值也有误差。

(3)Hw是通过读图得到的,而H的计算由tw=t-kH*rw*(Hw-H)/α得到,计算时将α/kH视为常熟,约等于1.09kJ/(kg*K),所以H、Hw的数值存在误差。

七、思考题

1、本实验如何做到恒定条件干燥?

答:通过控制风机转速使得空气流量不变,控制加热器功率恒定使得空气温度大致恒定。

2、实验中空气的湿度H、HW如何求得?

答:由空气进出口温度求得空气温度t,由出口湿球温度得tW,HW可由tw通过查常压下的空气湿度表获得; 10 / 11

计算机远程控制干燥实验

通过查水蒸气性质表得到相应湿球温度下rW,然后通过公式H=Hw-1.09*(t-tw)/rw可以得到H。

3、 改变气流速度或温度,临界湿含量、平衡湿含量如何改变?

答:气流速度增大,则临界含水量增大,平衡湿含量不变;气流温度升高,则临界含水量增大,平衡湿含量减小。

4、空气循环式干燥装置和废气排放式干燥装置各有什么优缺点?

答:空气循环式干燥装置优点是充分利用废气中的热量,热效率较高,能耗降低;缺点是进口空气中的湿度增大,使得干燥速率降低,干燥时间加长。废气排放式干燥装置则相反。

参考资料:冯霄、何潮洪,《化工原理》上下册,北京:科学出版社,2007

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第二篇:计算机远程控制技术的原理与实现(附图)

计算机远程控制技术的原理与实现

计算机远程控制技术的原理与实现

计算机远程控制技术的原理与实现

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计算机远程控制技术的原理与实现

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