干燥特性曲线测定实验
一、实验目的
1．了解洞道式干燥装置的结构及其操作方法；
2．了解无纸记录仪及重量、温度、流量等传感器的使用方法；
3．测定物料在恒定干燥条件下的干燥特性，作出干燥特性曲线(X～τ，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；
4．改变气温或气速等操作条件，测定不同空气参数下的干燥特性曲线，求出各自的临界含水量、平衡含水量及恒速阶段的干燥速度。
二、实验装置与流程
实验装置如图1所示，由离心风机、孔板流量计、温度控制单元、干燥室、重量测量单元、空气流量组合调节阀和不锈钢进、出管道等组成。
1－离心风机； 2－孔板流量计； 3－孔板流量计处温度； 4－预热室； 5－干燥室； 6－重量传感器；7－物料干燥盘； 8－干燥室进口干球温度； 9－干燥室进口湿球温度； 10－干燥室出口干球温度； 11－废气排放阀；12－废气循环阀； 13－空气补充阀
图1 干燥特性曲线测定实验装置流程示意图
空气从离心风机1吸入，经孔板流量计2计量、在预热室4处经电加热到设定温度T1后，进入干燥室，将热能供给干燥物料，完成干燥过程，然后一部分空气通过废气排放阀11直接排放至大气，另一部分空气通过废气循环阀12作循环使用，通过调节空气补充阀13可改变干燥介质空气中新鲜空气所占的比例。在干燥室的进、出口处分别装有空气进口干球温度8、空气进口湿球温度9和空气出口干球温度10。装在干燥室下方的重量传感器6和装在干燥室内的物料干燥盘7直接相连，可以实时测定干燥物料在干燥过程中的重量变化；空气流量由孔板流量计2测量，并通过废气排放阀11、循环空气控制阀12和新鲜空气补充阀13的组合调节来改变流量，空气进口温度可通过手动的方式在温控仪上自行设定而由温度控制器自动控制。实验装置的干燥室面积为0.17×0.1 m2，待测的空气温度、流量和物料的重量均可在无纸记录仪或计算机上读取。
三、、原理和方法
当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始汽化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为以下两个阶段:
恒速干燥阶段：在过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部的水分能迅速地到达物料表面，因此，干燥速率为物料表面上水分的汽化速率所控制，故此阶段亦称为表面汽化控制阶段，在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的汽化，物料表面的温度维持恒定（等于热空气湿球温度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。
降速干燥阶段：当物料湿含量降到临界湿含量Xc以下后，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汽化速率，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，直至物料含水量达到该空气状态下的物料平衡含水量X*。
影响恒速阶段干燥速率和临界含水量的因素很多，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。为了减少影响因素，我们将湿物料在恒定干燥条件下（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）来进行干燥，实验中，通过测定干燥物料的重量随干燥时间的变化过程，即可求得物料湿含量X与干燥时间τ的关系，将数据加以整理可得物料的干燥速率曲线U～X。
1．干燥速率的测定
干燥速度定义为单位时间、单位干燥表面积所干燥除去的水分重量，以U代表之，故
（1）
即：
（2）
式中：U—干燥速度，kg/（m2·s）；
W—汽化的水分量，kg；
S—干燥面积，m2；
τ—干燥时间，s；
GC—物料绝干重量，kg；
X—物料干基含水量，kg水／kg绝干物料。
2．物料干基含水量的测定
物料干基含水量指的是绝对干物料中所含有的水量。根据物料干基含水量的定义，不同时刻物料的干基含水量Xi为：
（3）
式中：Xi—物料在τi时刻的含水量，㎏水／㎏绝干物料；
Gi—τi时刻对应的物料重量(不包括附件重)，㎏。
根据实验测出不同时刻物料重量与时间的关系曲线Gi～τi，按（3）式可得τi时刻所对应的Xi值，据此即可在直角坐标纸上作出干燥曲线X～τ；在X～τ曲线上再取若干代表性的点，
根据X～τ曲线的拟合曲线方程，求出这些点所对应的斜率
，按（2）式即可计算出这些点
对应的干燥速度Ui，然后根据Ui和Xi的值，在直角坐标纸上绘出干燥速率曲线U～X，从U～X图中可以直接读出恒定干燥速度U恒速、临界含水量Xc以及平衡含水量X*。
四、实验操作步骤和注意事项
1． 将干燥物料放入水中完全浸湿。
2． 调节废气循环阀12到全开的位置后，将离心风机吸入口的蝶阀13和废气排出阀11调到合适的开度（一般均选择在中间档）。
3． 开启仪表柜上的电源总开关和无纸记录仪的电源开关，再开启温控仪电源开关，温控仪上电后，上显示窗显示干球当前温度值，下显示窗显示干球温度设定值，如需改变干球温度设定值，按“▲”键约3秒钟，温控仪上显示窗显示设定值符号“SP”，下显示窗显示当前设定值，此时分别按移位键?、增加键▲、减小键▼来改变设定值，调好后按SET键保存数据，本设定值即为控制干球温度的目标值。待在下面的操作步骤中打开离心风机开关和加热管开关后，仪表便自动将干球温度控制到设定的温度。
4． 打开离心风机开关和加热管开关。
5． 打开计算机，运行上位监控工程软件，当出现“干燥特性曲线测定实验”进入实验画面后，点击“进入实验”按钮。
6． 点击“进入实验”按钮后，进入实验流程图界面，在本界面上可监视温度、流量和物料重量等过程变量值。
7． 当温控仪上的空气温度稳定在设定值的±3.0℃以内时,可认为系统已达稳定，用重量传感器测定出支架的重量并记录之，同时将干燥室内湿球温度计下方的水杯加满水，注意加水时，不要碰到干燥盘，以便损坏重量传感器。
8． 把充分浸湿的干燥物料放置在与重量传感器相连的物料干燥盘上,并保持与气流平行。
9． 由于干燥物在干燥过程中的某些时段质量变化非常微小，加上干燥室内干燥空气流动对干燥物质量测量有影响，为了尽量消除或减少各种外界因素的干扰，在干燥物质量测量信号的传输线路和软件数据处理上都对信号采取了一定的滤波措施，考虑到滤波后数据结果显示有一定的滞后性，因此当干燥物料放入干燥室约1分钟后待干燥物质量信号稳定后，再点击实验流程图界面中的“干燥开始”按钮，此时计算机开始记录干燥实验数据。
10． 实验过程中，点击实验流程图界面中的“报表浏览”按钮，计算机转到实验数据报表浏览界面
11． 在报表浏览页面，可输入采样时间间隔，输入时间范围为90~240秒，推荐值为180秒。点击“返回”按钮，计算机又转到实验流程图界面，实验过程中，通过点击“报表浏览” 按钮和“返回”按钮，可实现两界面的切换。
12． 当实验流程图界面中右边的干燥物料重量不再随时间变化而趋于一条直线时（如下图示），表示该实验条件下的干燥过程已结束。
13． 点击“报表浏览”按钮，进入报表浏览界面，点击其中的“导出到EXCEL表格”按钮，再根据计算机屏幕的提示，取好待保存的EXCEL文件的文件名，就可将本次测到的所有实验数据导出到EXCEL表格中保存起来，供实验结束后进行实验数据处理时引用。
14． 点击“返回”按钮，将计算机转到实验流程图界面，点击“干燥结束”按钮，表示该实验条件下的干燥实验已告结束。
15． 取出干燥物料，将干燥物料重新放入水中浸湿。改变温控仪上的空气温度的设定值（一般改变幅度在10℃左右），当温控仪上的空气温度又重新稳定在新设定值的±3.0℃以内时，可认为系统已稳定，重复实验步骤7～14，进行另一实验条件下的干燥实验。
16． 实验结束后，点击“退出实验”按钮，再依次关闭加热管开关、温控仪开关，待干燥室内的空气温度下降到60℃以下时，关闭离心风机开关，再关闭计算机和仪表柜上所有仪表电源和电源总开关。
注意事项
1．重量传感器的量程为（0～300克），精度较高。在放置干燥物料时务必要轻拿轻放，以免损坏仪表。
2．干燥器内必须有空气流过时才能开启加热，否则有可能干烧，损坏加热器，出现事故。
3．干燥物料要充分浸湿，但不能有水滴自由滴下，否则将影响实验数据的正确性。
4．实验过程中，不要改变温控仪、无纸记录仪等仪表的设置。
5．注意给湿球温度计的水杯加水时，不要碰到干燥盘，以免损坏重量传感器。
五、实验数据处理
考虑到本实验采集的数据量较多，因此本装置专门配备了干燥实验数据处理模板，下面介绍该数据处理模板的使用方法。
1．打开干燥实验过程中导出的保存有实验数据的EXCEL文件
2．选中打开的EXCEL表中的B、C两列的实验数据，如下图示，同时按“Ctrl”和“C”键，将选中的该两列实验数据拷贝下来。
3．打开干燥实验数据处理模板文件
4．用鼠标点击干燥时间列中的第一单元格（即B列第5行，简称B5单元格，以下同。），同时按“Ctrl”和“V”键，将前面拷贝下来的实验数据粘贴上去
5．按住鼠标左键，同时选中D5、E5、F5三个单元格
6．放开左键，将鼠标的光标移到选中的D5、E5、F5三个单元格的右下角，这时鼠标变成一个黑的“十”字型，按住鼠标左键，同时将鼠标拖到与左边的原始数据（刚拷贝进来的干燥时间和物料重量）齐平，再放开鼠标的左键
7．点击干燥曲线X～τ关系图中的拟合公式
8．选中公式框中的3次方系数，同时按“Ctrl”和“C”键，将该3次方系数拷贝下来。
9．用鼠标点击H4单元格，同时按“Ctrl”和“V”键，将该3次方系数粘贴上去，同理，将拟合公式里2次方和1次方的系数也分别粘贴到I4和J4单元格中
10．至此，整个干燥实验数据处理模板操作过程即告结束，计算机将实验数据的处理结果包括干燥曲线（X~τ）和干燥速率曲线（U~X）显示在屏幕上，从屏幕上可知道整个干燥实验的结果。
注意：目前该实验数据处理模板设置的每次最多可处理50个实验点。
六、实验数据记录
专业 姓名 学号
日期 地点 装置号
同组同学
物料绝干重量Gc 物料干燥面积S
八、实验报告
1．根据实验数据记录表，用列表法列出本次实验在某一实验条件下的τ、X和U的各计算值；
2．列出一组完整的计算示例；
3．根据实验结果，在不同的直角坐标纸上绘制出干燥曲线X～τ和干燥速率曲线U～X，并得出恒定干燥速率U恒速、临界含水量Xc、平衡含水量X*；
4．对得到的实验结果进行分析讨论。
九、思考题
1．在其他条件不变的情况下，增加风速，干燥速率曲线如何变化？
2．试分析空气流量或温度的改变对临界含水量的影响。
3．什么是恒定干燥条件？本实验装置中采取了那些措施来保持干燥过程在恒定干燥条件下进行？
第二篇：干燥特性曲线测定实验
浙江科技学院
实验报告
一、 实验课程名称：化工原理
二、实验项目名称：干燥特性曲线测定实验
三、实验目的和要求：
1. 了解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。
四、实验内容和原理
实验内容：测定时间与物料质量的变化关系，计算含水量、干燥速度，绘制干燥曲线与干燥速率曲线。
实验原理：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，
－干燥速率，又称干燥通量，kg/（m2s）；
－干燥表面积，m2；
－汽化的湿分量，kg； 
－干燥时间，s；
－绝干物料的质量，kg；
－物料湿含量，kg湿分/kg干物料，负号表示随干燥时间的增加而减少。
2. 干燥速率的测定方法
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
，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*。再将物料烘干后称重得到绝干物料重，则物料中瞬间含水率为
（2）
计算出每一时刻的瞬间含水率，然后将对干燥时间作图，如图1，即为干燥曲线。
图1恒定干燥条件下的干燥曲线
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下的斜率
，再由式（1）计算得到干燥速率，将对作图，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
3. 干燥过程分析
预热段 见图1、2中的AB段或AB’段。物料在预热段中，含水率略有下降，温度则升至湿球温度tW,干燥速率可能呈上升趋势变化，也可能呈下降趋势变化。预热段经历的时间很短，通常在干燥计算中忽略不计，有些干燥过程甚至没有预热段。本实验中也没有预热段。
恒速干燥阶段 见图1、2中的BC段。该段物料水分不断汽化，含水率不断下降。但由于这一阶段去除的是物料表面附着的非结合水分，水分去除的机理与纯水的相同，故在恒定干燥条件下，物料表面始终保持为湿球温度tW，传质推动力保持不变，因而干燥速率也不变。于是，在图2中，BC段为水平线。
只要物料表面保持足够湿润，物料的干燥过程中总有恒速阶段。而该段的干燥速率大小取决于物料表面水分的汽化速率，亦即决定于物料外部的空气干燥条件，故该阶段又称为表面汽化控制阶段。
降速干燥阶段 随着干燥过程的进行，物料内部水分移动到表面的速度赶不上表面水分的气化速率，物料表面局部出现“干区”，尽管这时物料其余表面的平衡蒸汽压仍与纯水的饱和蒸汽压相同、传质推动力也仍为湿度差，但以物料全部外表面计算的干燥速率因“干区”的出现而降低，此时物料中的的含水率称为临界含水率，用
表示，对应图2中的C点，称为临界点。过C点以后，干燥速率逐渐降低至D点，C至D阶段称为降速第一阶段。
干燥到点D时，物料全部表面都成为干区，汽化面逐渐向物料内部移动，汽化所需的热量必须通过已被干燥的固体层才能传递到汽化面；从物料中汽化的水分也必须通过这层干燥层才能传递到空气主流中。干燥速率因热、质传递的途径加长而下降。此外，在点D以后，物料中的非结合水分已被除尽。接下去所汽化的是各种形式的结合水，因而，平衡蒸汽压将逐渐下降，传质推动力减小，干燥速率也随之较快降低，直至到达点E时，速率降为零。这一阶段称为降速第二阶段。
降速阶段干燥速率曲线的形状随物料内部的结构而异，不一定都呈现前面所述的曲线CDE形状。对于某些多孔性物料，可能降速两个阶段的界限不是很明显，曲线好像只有CD段；对于某些无孔性吸水物料，汽化只在表面进行，干燥速率取决于固体内部水分的扩散速率，故降速阶段只有类似DE段的曲线。
与恒速阶段相比，降速阶段从物料中除去的水分量相对少许多，但所需的干燥时间却长得多。总之，降速阶段的干燥速率取决与物料本身结构、形状和尺寸，而与干燥介质状况关系不大，故降速阶段又称物料内部迁移控制阶段。
[u1] 五、主要仪器设备
1．装置流程
本装置流程如图3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
2．主要设备及仪器
（1）鼓风机：BYF7122,370W； （2）电加热器：额定功率4.5KW；
（3）干燥室：180mm×180mm×1250mm； （4）干燥物料：湿毛毡或湿砂；
（5）称重传感器：CZ500型，0～300g。
六、操作方法与实验步骤
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（根据实验室温和实验讲解时间长短）。在U型湿漏斗中加入一定水量，并关注干球温度，干燥室温度（干球温度）要求达到恒定温度（例如70℃）。
（3）将毛毡加入一定量的水并使其润湿均匀，注意水量不能过多或过少。
（4）当干燥室温度恒定在70℃时, 将湿毛毡十分小心地放置于称重传感器上。放置毛毡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。
（5）记录时间和脱水量，每分钟记录一次重量数据；每两分钟记录一次干球温度和湿球温度。
（6）待毛毡恒重时，即为实验终了时，关闭仪表电源，注意保护称重传感器，非常小心地取下毛毡。
（7）关闭风机，切断总电源，清理实验设备。
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，放取毛毡时必须十分小心，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。
七、实验数据记录与处理
实验原始数据记录表，相关数据计算。
实验 九 干燥特性曲线测定
实验原始数据记录表
专业化工 班级 化工111 第 5 组，实验日期 20##/11/28
同组实验者 杨眯眯 张涛
毛毡（干燥）面积： 0.0109 m2。（按长方形计）
毛毡吸水后质量： 21.6 g ,干燥平衡后的质量： 10.7 g , 绝干质量： 10.6 g。
（干燥平衡后的毛毡质量再减0.1g作为绝干质量，当显示质量保持3分钟仍不变，即可认为达到平衡。）
注意：毛毡吸水后，待其渗透均匀，尽量压干，再开始干燥，放置和取下时要轻取轻放！采用减重法计时间，可以用式 
或
求干燥速率。
计算实例（以第一组数据为例）
X=（G-Gc）/Gc=(21.6-10.6)/10.6= 1.037736 
=0.3/(0.0109*32.14)=0.856345 g/(m2.s)
八、实验结果与分析
1. 绘制干燥曲线（Xi~关系曲线）；
2. 根据干燥曲线作干燥速率曲线；
3. 读取物料的临界湿含量，在图上标出XC，写出其值；
见上图
4. 对实验结果进行分析讨论。
由Xi~ 关系曲线可以看出，物料瞬间含水率随干燥时间t的增大而减小；干燥速率呈现恒速阶段（Xc点之后）和降速阶段（Xc点之前），本实验结果，预热段没有体现。实验测得临界含水率Xc=0.55。
误差分析：（1）系统误差：干燥器本身存在的系统误差。 （2）读数时带来的误差，实验过程中数据有时有波动，导致读数偏差。（3）物料带来的误差：物料表面不均匀，造成速率波动 （4）物料时刻与空气进行热交换，而实验是由测得的数值来计算，该数值与物料实际含水量存在偏差，以及绝干物料的值也是近似取得的。（5）实验环境的温度、湿度等因素造成实验误差。
九、讨论、心得
思考题
1. 什么是恒定干燥条件？本实验装置中采用了哪些措施来保持干燥过程在恒定干燥条件下进行？
答：恒定干燥条件指干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，都在整个干燥过程中均保持恒定。本实验中，固定蝶阀使流速固定在120m3/h；密封干燥厢并利用加热保持温度恒定在75℃；湿料铺平湿毛毡后，干燥介质与湿料的接触方式也恒定。
2. 控制恒速干燥阶段速率的因素是什么？控制降速干燥阶段干燥速率的因素又是什么？
答：恒速干燥阶段的干燥速率的大小取决于物料表面水分的汽化速率，亦取决定于物料外部的干燥条件，所以恒定干燥阶段又称为表面汽化控制阶段。降速阶段的干燥速率取决于物料本身结构、形状和尺寸，而与干燥介质的状态参数关系不大，故降速阶段又称物料内部迁移控制阶段。
3. 为什么要先启动风机，再启动加热器？实验过程中干、湿球温度计是否变化？为什么？如何判断实验已经结束？
答：让加热器通过风冷慢慢加热，避免损坏加热器，反之如果先启动加热器，通过风机的吹风会出现急冷，高温极冷，损坏加热器。理论上干、湿球温度是不变的，但实验过程中干球温度不变，但湿球温度缓慢上升，估计是因为干燥的速率不断降低，使得气体湿度降低，从而温度变化。湿毛毡恒重时，即为实验结束。
3. 若加大热空气流量，干燥速率曲线有何变化？恒速干燥速率、临界湿含量又如何变化？为什么？
答：若加大热空气流量，干燥曲线的起始点将上升，下降幅度变大，并且到达临界点的时间缩短，临界湿含量降低。这是因为风速增加后，加快了热空气的排湿能力。
心得：
每次做化工原理实验都有这样一个感觉，对着这么大一台仪器，看看实验报告，好复杂啊。可是经过老师的实验前的讲解，基本都能了解到实验的原理，最重要的是知道每一步为什么要这么做。所以当我们自己开始实验的时候并没有感到很复杂很难，一切都很顺利，唯一要做的就是要等。实验中我们组3个成员分工合作，每人负责一个任务，我们自我感觉实验做得挺好的，但是结果数据误差有点儿偏大，我们分析后觉得可能是一些细节做得还不够吧，所以以后做实验我一定会再认真一点。
[u1]实验报告该部分可省略！！