一、实验名称：

干燥实验

二、实验目的：

1、了解气流常压干燥设备的流程和工作原理；

2、测定物料的干燥曲线和干燥速率曲线；

3、测定传质系数K_H。

三、实验原理：

干燥实验是在恒定的干燥条件下进行的，即实验操作为间歇式，采用大量的热空气干燥少量的湿物料，空气进出干燥器的温度、湿度、流速及物料的接触方式不变。

干燥曲线是指物料的平均干基湿度和温度随干燥时间而变化的关系曲线。干燥速率曲线则是指干燥速率随平均干基湿度而变化的曲线。

平均干基湿度是指1kg绝干物料中含水分的Kg数。绝干物料是把物料放在烘箱内，保持物性不变的条件下干燥至恒重而得。

1、干燥曲线

如图2-2-8-1所示，AB为预热阶段，BC为恒速阶段，CD为降速阶段。

2、干燥速率曲线

图2-2-8-2称干燥速率曲线，它可由图2-2-8-1干燥的数据整理而得。C点对应的湿度叫临界湿度Xo，E点对应的湿度叫平衡湿度X_P。

     

     图2-2-8-1    干燥曲线

          

         图2-2-8-2     干燥速率曲线

干燥速率曲线的形状随物料内部结构的不同而异。像纸板等多孔吸水性物料，干燥时水分借毛细孔作用由物料内部向表面迁移，干燥过程有恒速和降速两阶段，恒速阶段如图2-2-8-2中BC直线段，降速阶段曲线常似图中CD段。对于沙石类无孔固体，干燥时水分是借扩散作用由物料内部向表面迁移，此类物料的干燥常常不存在恒速阶段，作图时可用一水平虚线表示其恒速干燥过程，而它们的降速干燥阶段常似图中DE段形状。测定不同时间的湿料质量后，可按下列公式计算物料的湿度X和干燥速率u。

                [kg]                                (1)

              [kg水/kg绝干料]                        （2）

                [kg]                          （3）

               [s]                               （4）

                 [kg水/m²·h]                    （5）

式中：Gc——绝干物料质量[kg]

      G_w——干燥过程称得的湿料质量[kg]

      W——干燥过程湿料中尚含有的水分量[kg]

      X——物料的平均干基湿度[kg水/kg绝干料]

      △W——汽化水分量[kg]

      τ_i,τ_i-1——前后二次测定时间[s]

      △τ——汽化△W水分所需要时间[s]

      A——干燥面积[m²]

      u——干燥速率[kg水/m²·h]

式（3）中的负号表示W值随时间增加而减少。

3、恒速阶段传质系数的求取

在恒速阶段干燥过程的质量传递速率可用下式计算：

              [kg水/m²·h]                （6）

式中：u_m——恒速阶段干燥速率平均值，可由作图求得

      K_H——传质系数[kg水/m²·h·△H]

      H_w——空气的饱和湿度[kg水/kg干空气]，可查图表或用下式计算：

                                        （7）

      H——空气的湿度[kg水/kg干空气]，可查图表，若当干球温度为70、80、90℃时也可用下列式子计算：

                            （8）

                            （9）

                           （10）

式中：t——空气干球温度[℃]

      t_w——空气湿球温度[℃]

将以上的查图所得值或计算所得值代入下式便可计算传质系数。

 [kg水/m²·h·△H]           （11）

四、设备流程简介

实验设备如图2-2-8-3所示，空气由风机1输送，经孔板流量计4计量，电热器6加热后进干燥室10，与湿物料12接触，出干燥室后再入风机循环使用。风机出口的温度计3为计算空气流量时的需要而设，斜压压差计5与孔板4配套构成流量计以测定空气流量，电热器6内有三组电热丝，其中一组通过温控器（未画出）与导电温度计7相连，用温度计7可控制空气温度。干球温度8、湿球温度9和干球温度13用于测量热空气进出干燥室的状态参数。天平11左臂吊着湿物料12，在右臂托盘上加砝码即可称得湿物料的相对重量。蝶阀14为调节空气流量用，但只能半关，以免空气断流后电热器6被烧毁。气阀15和气阀2为微调空气进、出量之用。五、实验步骤

    1、熟悉各仪表阀门的使用方法，打开蝶阀4，起动风机和电热器，检查风机和电器仪表是否正常，然后停电停机。

2、将导电温度调至设定值，向湿球温度计9注水，把天平调至平衡，蝶阀开2/3，关闭两气阀。

3、将已知质量的绝干物料加入指定量的水，若是干砂则搅拌均匀，若是纸板则让水扩散均匀，再称湿物料的质量以确定加入水量。

4、把湿物料挂于干燥室内从天平左臂垂下的挂钩上，向右臂托盘上加砝码，称取湿料的相对重量。

5、从右托盘上减去相当于所加入水质量1/10左右的砝码（记下取出砝码质量），此时天平由于物料相对偏重而倾科，起动风机和电热器，同时按下秒表1。

6、待天平恢复平衡即停秒表1，同时按下秒表2，记下秒表1及各仪表读数。再从右盘减去与第一次相同质量的砝码，……，如此重复操作直至物料中95%以上的水分被汽化为止。

7、实验完毕，停电热器和风机，取出干物料称重以核对汽化水分量。

      1、风机      2、排气气阀      3、温度计      4、孔板      5、压差计  

      6、电热器   7、控温器    8、干球温度计   9、湿球温度计   10、干燥室  

      11、天平    12、湿物料    13、温度计     14、蝶阀        15、进气气阀

图2-2-8-3    气流常压干燥实验设备图

六、数据处理表及图

             X~t线                                    U-X线

七、举例计算

八、分析讨论

第二篇：干燥速率曲线实验报告

干燥实验

一、干燥速率曲线的测定

（一）实验目的

1、熟悉常压式干燥器的构造与操作方法；

2、测定物体在恒定干燥条件下的干燥速率曲线。

（二）实验原理

1．干燥速度U等于每秒钟从每单位被干燥物料的面积上除去水份的质量，即：

 

式中：—从被干燥物料中除去的水份质量，kg

      A—干燥面积，m²

      —干燥时间，s

而因=—GcdX（负号表示物料含水量随干燥时间的增加而减少）

G_c—湿物料中绝对干料的质量，kg

X—湿物料含水量，kg_水/kg_干料

2．影响干燥的因素很多，它与物料及干燥介质（空气）的情况都有关系，在干燥条件不变（即空气的温度、湿度及速度恒定）时，对于同类物料，当厚度和形状一定时，u是物料湿含量X的函数。

U=f(X)

表示此函数的曲线，称为干燥速率曲线。

（三）设备和流程

如图4-25，空气由风机输送，经孔板流量计，电加热器流入干燥室，然后入风机，循环使用，电加热器由晶体管继电器控制，使空气温度恒定，干燥室前方，装有干湿球温度计，干燥室后也装有温度计，用以测量干燥室内的空气状况，风机出口端的温度计用于测量流经孔板时的空气温度，这温度是计算流量的一个参数。空气流量由阀4（蝶形阀）调节，任何时候此阀都不允许全关，否则电加热器就会因空气不流动而过热，引起损坏。如果全开了两个片式阀门（14）则除外，风机进口端的片式阀门用以控制系统所吸入的生气量，而出端的片式阀则用于调节系统向外界排出的废气量。如试样数量较多，可适当打开这两个阀门，使系统内空气温度恒定，若试样数量不多，也可以不开启。

（四）实验步骤

1、事行将试样放在电热干燥箱内，用90℃左右的温度烘约2小时，冷却后称量，得出试样绝干质量（G_c）。

2、实验前将试样加水，稍侯片刻，让水分均匀扩散至整个试样，然后称取湿试样质量。

3、检查天平是否灵活，并配平衡，往湿球温度计加水，通电启动风机，调节阀门至预定风速值，开加热器，调节温度至预定值，待温度稳定后，才开干燥室门将湿试样放入。

图4-25   干燥实验流程简图

1—风机  2—孔板流量计  3—孔反压差计  4—风速调节器  5—电加热器

6—干燥室  7—试样  8—天平  9—防护罩  10—干球温度计  11—湿球温度计 

12—导电温度计  13—晶体管继电器  14—片式阀门  15接地保护线

4、立即加砝码使天平接近平衡，但砝码稍轻，待水份干燥至天平指针平衡时开动第一个秒表，并记录空气的干燥温度和倾斜压差计的读数。

5、减去3克砝码，待水份再干燥至天平指针平衡时，停第一个秒表，同时开动第二个秒表。以后再减2克砝码，如此往复进行，至试样接近平衡水份时为止。

6、关闭加热器和风机电门。

（五）实验记录及整理

试样物料：甘蔗渣化学浆板         试样尺寸：         

试样绝干质量：G_c=                开始湿试样质量G_s=         

说明：

（1）与干燥速率相对应的湿物料含水量X应为：

（2）干燥面积A=2[长×宽+（长+宽）×厚]

（六）实验报告

1、将物料湿含量X与干燥速率U在坐标纸上进行标绘。

2、讨论实验结果。

二、流化床干燥实验

一、实验目的

1、 测定流化床的床层压降与流速的关系曲线；

2、 测定被干燥物料的含水量（温度）随时间的变化曲线；

3、测定干燥速率曲线，并确定临界含水量X₀及恒速阶段的传质系数K_H及降速阶段的比例系数K_X。

二、基本原理

高速的气流使湿物处于沸腾状态，通过控制气流的温度、速度等将物料中湿组分汽化除去，这一单元操作过程就是流化干燥。将湿物料置于流化干燥条件下，测定被干燥物料的质量、温度随时间的变化关系，即可确定该物料的干燥特性曲线，其中包括物料含水量（X）与干燥时间（τ）的关系曲线，物料温度（t）与干燥时间（τ）的关系曲线，而物料含水量与时间关系曲线的斜率即为干燥速率（u），将干燥速率（u）对物料平均含水量( )作图，即为干燥速率曲线

三、装置及流程

1、简介

本装置主要包括三部分：流化床干燥设备、调节仪表和控制系统。下面分别加以说明：

本装置的所有设备，除床身筒体一部分采用高温硬质玻璃外，其余均采用不锈钢制造，因此耐用、美观，图1为本装置的流程图。

床身筒体部分由不锈钢段（内径100mm，高100mm）和高温硬质玻璃段（内径100mm，高400mm）组成，顶部有气固分离段（内径150mm，高250mm）。不锈钢段筒体上设有物料取样器、放净口、温度计接口等，分别用于取样、放净和测温。床身顶部气固分离段设有加料口、测压口，分别用于物料加料和测压。

空气加热装置由加热器和控制器组成，加热器为不锈钢盘管式加热器，加热管外壁设有1mm铠装热电偶，它与人工智能仪表、固态继电器等，实现空气介质的温度控制。同时，计算机可实现对仪表的控制。

空气加热装置底部设有空气介质的干球温度和湿球温度接口，以测定空气的干、湿球温度。

本装置的旋风分离器，可除去干燥物料的粉尘。

2、操作要点

（1） 准备工作：

① 将电子天平开启，并处于待用状态；

② 将快速水分测定仪开启，并处于待用状态；

③ 准备一定量的被干燥物料（以绿豆为例，约2kg），取1.5kg左右放入热水（或沸水）中泡数分钟，取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用；

④ 往湿球温度计水筒中补水，但液面不得超过警示值；

图1、沸腾干燥实验装置流程示意图

1、空气加热器    2、放净口   3、不锈钢筒体    4、取样口

5、玻璃筒体   6、气固分离段   7、加料口   8、旋风分离器

9、孔板流量计d₀=20mm    10、风 机   11、湿球温度水筒

⑤ 将电子天平开启，并处于待用状态；

⑥ 将快速水分测定仪开启，并处于待用状态；

⑦ 准备一定量的被干燥物料（以绿豆为例，约2kg），取1.5kg左右放入热水（或沸水）中泡数分钟，取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用；

⑧ 往湿球温度计水筒中补水，但液面不得超过警示值。

（2） 床身预热阶段：

启动风机及加热器，设定进入干燥器的空气温度（在60～80℃范围内）数分钟，并打开进料口，将待干燥物料徐徐倒入，关闭进料口后，确定风速在某一流量下操作。

（3） 测定干燥速率曲线：

① 取样：用取样管（推入或拉出）取样，每隔5～10分钟一次，取出的样品放入小器皿中，并记上编号和取样时间，待分析用。共做8～10组数据，做完后，关闭加热器和风机的电源；

② 记录数据，在每次取样的同时，要记录床层温度、空气干、湿球温度和流量、床层压降等。

（4） 测定流化曲线：

将气量控制阀开至最大，待数分钟后，调节控制阀开度（关小），每次改变开度（改变风速），记录相应的床层压降和空气流量，直至阀门关闭，约8～10组数据。

 3、注意事项

（1） 加料时，要停风机，加料速度不能太快；

（2）   取样时，取样管推拉要快，管槽口要用布覆盖，以免物料喷出；

（3） 湿球温度计补水筒液面不得超过警示值；

（4）电子天平和快速水分测定仪要按使用说明操作。

四、调节仪表

每套装置设有8块仪表：加热器温控、床身温度、空气温度、空气流量、空气压力、床层压降、加热电压及一块多路循环检测表（显示空气的干球和湿球温度，其中红色数字为干球温度，绿色数字为湿球温度）。

五、干燥实验数据采集程序的安装与使用

（一）硬件与系统配制要求

    1.CPU:    奔腾/166以上;

    2.内存:   16兆以上;

    3.显示器: VGA彩显，1024×768像素点;

    4.系统:   WIN98，WINXP

5.通讯口: 1个RS-232串行通讯口。

（二）计算机与仪表间的通讯

AI工业调节器（它是以RS-485方式进行通讯的，所以一个通讯口可以接多块仪表）的17、18号接线柱分别与通讯控制器的端口1或2连接，变频仪的通讯端口与通讯控制器的端口相连接，通讯控制器端口4与计算机的串行通讯口（COM1）相连接，实现数据通讯（见图2）。

图2

（三）软件安装

在WIN98或WINXP系统下运行光盘中“干燥实验”目录下的SETUP.EXE，启动安装向导，安装数据采集程序，安装程序自动在“开始”菜单的“程序”项中建立一个“干燥实验”的快捷方式。点击此快捷方式，便可运行数据采集与控制软件。

（四）实验数据采集系统的运行与使用

当系统安装完毕后，启动程序，此时屏幕上会出现图3:

图3

若用户第一次使用此软件，会出现一窗口，要求用户输入：

孔板流量计的参数C1，C2。

这些参数只需要输入一次，将来运行软件时，若这些参数不需要修改，则不用在输入这些数据了。

1. 数据采集

图4

当选择数据采集项后，程序会要用户输入要保存数据的文件名，当用户输入文件名后，出现一个询问框，询问用户是要做“测定流化曲线”实验，还是“测定干燥速率”实验，当用户选择测定流化曲线后，程序进入主画面（见图4），并开始测定流化曲线实验。当用户选择测定干燥速率后，出现一个“开始实验”按钮，点击此按钮，即开始干燥实验。主画面为实验的流程图，在此图中9个数据显示框,1-床层压降（kPa），2-床层温度（℃），3-空气温度（℃），4-加热器加热温度（℃），5-加热电压（V），6-空气干球温度（℃），7-湿球温度（℃），8-孔板压差（kPa）,9-空气压力（kPa）。

屏幕中有一组红绿色按钮，其中，红色的为关风机按钮，绿色的为开风机按钮。当设备中的变频器被设定为远程控制模式时(变频器的操作见附录四)，按绿按钮即可以启动风机，按红按钮停风机。

在画面上方有一排菜单栏，其分别为:"选择实验"，“实验操作”，"记录数据"，"查看数据"，"退出"。

①  选择实验

选择此功能，出现一下拉菜单，询问用户是要做“流化床实验”，还是“干燥实验”（见图5）。

图5

当用户选择测定流化曲线后，则可开始流化床开始实验。当用户选择测定干燥速率后，屏幕中出现一个“开始实验”按钮，点击此按钮，即开始实验。此时屏幕左上角出现一计时时钟，在取料的同时，点击记录数据，将干燥时间与其它数据记入数据文件中，同时，开始为下组实验计时。

②  实验操作

当选择此项时，会出现一下拉菜单，分别为“改变频率”， “记录数据延时”（见图6）。

图6

当选择“改变频率”时，屏幕中会出现一频率调节框，要求用户调节频率并按确定，当变频器被设定为远程控制模式时，计算机通过通讯系统，调节安装在设备上的变频器的频率值，并通过变频器调节风机电机的频率，以达到实验的要求。

当选择“记录数据延时”时，屏幕中出现一询问框，要求用户输入记录数据的延时时间（程序默认为30秒），单位为秒。当用户输入后（如20），则在流化床实验中，每记录一组数据，需要等待20秒时间。因为在流化床实验中，当物料处于流化状态时，床层压降波动较大，要经过一定时间的延时滤波之后，取得压降的平均值，结果才稳定合理。延时时间越长，记录的数据越准确。

③记录数据

将当前最新的数据存入前面选定的数据文件中。

④查看数据

选此功能时，会拉出一小菜单（见图7）：

图7

若选“实验数据”，画面中出现一列表框，将当时正在做的实验（如“流化曲线”或“干燥速率”实验）中所有记录的数据全部列出来，供用户查看，若用户对某一组数据不满意，可以删除。

若选"实验结果"，如果是正在做“流化曲线”实验，则画面中出现一以床层压降P（kPa）为纵坐标，以流化床中的空气流速u（m/s）为横坐标的双对数坐标系，并将结果在坐标系中绘出。如果是正在做“干燥速率”实验，则因缺少数据而不能使用本功能。

⑤退出

选此按钮时，程序退出采集回到图3画面。

在干燥实验中可采用自动与手动控制加热两种方式，若选择自动加热控制，空气加热器温度由仪表控制，控制温度随仪表中的设定值（SV值）的改变而变，本软件可修改仪表的设定值，具体方法为: 用鼠标指到加热器控温的显示框，此时，鼠标的游标将变成手的形状，点击此显示框，会出现一个询问框，要用户输入相应仪表的SV值，当用户输入该值后，软件通过通讯将相应仪表上的SV值修改。

做“干燥速率”实验时，屏幕的右上角回会显示时钟，当点击记录数据时，会在时钟的下方显示记录本组数据的时间。用户可以根据此时间与时钟来确定记录数据的时间间隔。

2、显示结果

当用户在图3画面中选择"显示结果"时，屏幕中出现图8，此时，除“打开文件”，与“退出”2项外，其他 “删除”，“查看数据”，“实验结果”，“打印数据”等各项，均为暗的，并且不可操作。

图8

选择“打开文件”，屏幕中出现一询问框，要求用户输入要打开的数据文件名。输入文件名并按确定后，不可操作项除“删除”外，全部变亮，并可操作。

图9

选择“查看数据”，出现一下拉菜单，分别为“流化床实验数据”，“干燥实验数据”。当用户选择后，程序会出现一列表框，将相应实验数据列在列表框中（见图9），此时若用户对某一组数据不满意，点击此数据行，然后选择“删除”，可删除此组数据。若要打印数据，点击“打印数据”，则可在打印机中打出此表中的全

部数据。

选择“实验结果”，出现一下拉菜单，分别为“流化床实验”和“干燥实验”。

当选择“流化床实验”时，则在双对数坐标系中画出床层压降与空气流速的关系（见图10）。

当选择“干燥实验”时，屏幕中出现一询问框（见图11），若是第一次查看此数据的实验结果，表中的“湿物料重”与“干物料重”两栏均为空白，需要用户将计量的各个时间的湿物料与干物料的中量输入，输入完毕后按退出，程序进入“干燥曲线”画面（见图12），与此同时，将“湿物料重”与“干物料重”的数据存入数据文件。

图中红色的实验点为物料含水率与干燥时间的关系，蓝点为床层温度与干燥时间的关系。此时若发现有实验点不对，可以选

图10

择屏幕上方的“修改”项，返回图11，查看是否有数据输入错误，并可进行修改。

在图12中有一“打印”选项，当连接有打印机时，选此项，可以将图形在打印机中打印。

当选择“结果”项时，屏幕出现一列表框，将“干燥时间”，“物料含水率”及“床层温度”列出。

在图12的最靠右侧，有一询问框，询问用户“降速阶段从第几点开始，用户可以根据干燥曲线确定降速阶段的起始点，若输入6并按确定，则从第6点开始为降速干燥阶段，6点以前，即为恒速干燥阶段，若用户认为本次实验没有恒速干燥阶段，则输入0。选择“退出”，出现干燥速率曲线图（见图13）。

图13为干燥速率曲线图，即干燥速率与平均含水量的关系，图中有一“后退”选项，若用户认为干燥速率曲线不正确，可以选择此项，退回到“干燥曲线”图形（图12），重新进行选择。

图13中的其他选项与图12中一样，在此就不做进一步的说明了。选择“退出”，程序退回到图8的画面。

图11

3、 修改参数

第一次运行此软件时，既已经将参数输入了，一般情况下，不用选择此项，只有在参数丢失或参数改变时，需要重新输入参数时，才使用此功能。

4、退出

当用户在图三画面中选“退出”时，即结束程序的运行。

图12

图13

附录一、干燥装置各个仪表的单位及参数设定

1．单路AI仪表

*注：

1． AI表的使用，请参阅《AI人工智能工业调节器使用说明书》。

2． 本实验装置中，使用压力传感器测量压力，由于温度及环境对压力传感器有一定的影响，所以压力传感器的0点可能会发生漂移，可以通过调整AI仪表中的SC值来调节0点。如在没有压力时，仪表显示-0.3,则可以将SC值+0.3，将0点调整到0。

2．多路AI仪表

附录二、孔板流量计的计算公式与参数

1． 孔板流量计计算公式

V=C₁ R^C2

V：流量，单位m³/h

R：孔板压差，单位 kPa

2．孔板流量计参数

C₁=26.8           C₂=0.54

附录三、变频器简易操作说明

一、变频器简易操作步骤：

1.   电机的参数已经设入变频器内部的记忆芯片，因此，启动变频器时无须对水泵的参数进行设置。

2.   对于远程控制模式（即通过计算机控制变频器）须将变频器参数P0700 和P1000设为5，具体操作如下：按编程键P，数码管显示r0000，按△键直到显示P0700，按P键显示旧的设定值，按△或▽键直到显示为5，按P键将新的设定值写入变频器，数码管显示P0700，按△键直到显示P1000，按P键显示旧的设定值，按△或▽键直到显示为5，按P键将新的设定值输入，数码管显示P1000，按▽键返回到r0000，按P键退出，即完成设定，可投入运行。

3.   对于手动控制模式（即用变频器的面板按钮进行控制），须将变频器参数P0700 和P1000设为1（设置方法与远程控制模式相同），然后再按动运行键（面板上的绿色按钮），即可启动变频器，按△键可增加频率，按▽键可降低频率，按停止键（面板上的红色按钮）则停止变频器。

二．其他注意事项：

1.   正常运行时P0010应设置为0。

2.   为了防止操作失误，通常应将P0003设为0，但调整参数及改变控制模式时，应将P0003设为2。

3.   其它操作要点及参数说明详见变频器使用说明书。

附录四、变频器在实验中的使用说明

在实验中既可以用阀门改变空气的流量，也可以同过改变变频器的频率改变空气的流量。

若用阀门改变空气的流量，则可以将变频器的频率设定在一固定值上，调节阀门，以达到改变空气流量的目的。若想用变频器改变空气流量，则将阀门固定在一开度上，然后改变变频器的频率，从而达到改变空气流量的目的。

在实验中无论是否使用计算机在线数据采集，都可以使用变频器调节流量。而在计算机在线数据采集时既可以通过计算机远程通讯开关变频器及改变变频器的频率，也可以手动开关变频器及改变变频器的频率。

变频器的开关，调节及设定，见附录三。