实验四 干燥操作及干燥速率曲线的测定
一、实验目的
1. 了解厢式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作方法。
2. 掌握物料干燥曲线的测定方法。
3. 测定湿物料的临界含水量XC。
二、基本原理
干燥曲线即物料的自由含水量X与干燥时间τ的关系曲线，它反映了物料在干燥过程中，自由含水量随干燥时间变化的关系。物料干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而有所不同，其基本变化趋势如图1(a)所示。干燥曲线中BC段为直线，随后的一段CD为曲线，直线和曲线的交接点为
2. 干燥速率曲线
干燥速率曲线是干燥速率NA与物料的自由含水量Xc的关系曲线。因为干燥速率不仅取决于空气的性质和操作条件，而且还与物料的结构及所含水份的性质有关，所以干燥速率曲线只能通过实验测得。干燥速率由恒速阶段转为降速阶段时的含水量称为临界含水量，用Xc表示。此点称临界点。
干燥速率是指单位时间内从被干燥物料的单位汽化面积上所汽化的水分量，用微分式表示，即为：
（1）
式中NA：干燥速率, kg/m2? s；
A：被干燥物料的汽化面积, m2；
d：干燥进行时间, s；
dW：在dτ时间内从被干燥物料中汽化的水份量, kg。
实验可按下式作近似计算
（2）
式中：τ：干燥进行时间, s；
dW：在τ时间内从被干燥物料中汽化的水份量, kg。
从（2）式可以看出，干燥速率NA为Δ区间内的平均干燥速率，故其所对应的物料含水量X为某一干燥速率下的物料平均含水量X平。
（3）
式中：X平：某一干燥速率下，湿物料的平均含水量，kg水/kg绝干物料；
Gi, Gi+1：分别为Δτ时间间隔内开始和终了时湿物料的量, kg；
GC：湿物料中绝干物料的量, kg。
由X平~τ、NA ~X平作图可分别得到干燥曲线和干燥速率曲线。
三、实验装置流程及主要设备
1. 实验装置流程
干燥实验装置流程示意图如图所示。空气由风机1输送，经孔板流量计4，空气加热器6，流入干燥室8，然后返回风机，循环使用。由风机出口管上的气阀15放空一部分循环空气，以保持系统湿度恒定。空气加热器由控温仪11控制，使进入干燥室的空气的温度恒定。干燥室前方装有干、湿球温度计，风机出口以及干燥室后也装有温度计，都用以确定干燥室内的空气状态。空气流速由蝶阀10调节。操作时注意任何时候该阀都不允许全关，否则空气加热器就会因空气不流动而过热，引起损坏。
图2 干燥实验装置流程图
注：1.风机 2.风道 3.温度计 4.孔板流量计 5.加热室 6.空气加热器 7.湿球温度计 8.干燥室 9.试料10.蝶阀 11.热流温度控制显示仪 12.室前温度显示仪 13.电子天平 14.室后温度显示仪 15.气阀 16.压差计
2. 主要设备
（1）孔板流量计：管径D＝144mm，孔径d0=68.46mm，孔截面积A0=3.68? l0-3m2；
（2）空气加热器：共有三组电热丝，每组功率1000W；
（3）湿球温度计1套；
（4）电子天平1台。
四、实验步骤
1. 将待测样品在烘箱中干燥至恒重，记录绝干试样的质量。
2. 将绝干试样放入水中浸湿，拿出稍候片刻，让水份均匀扩散至整个试样，然后称取湿试样质量。
3. 开启风机，调节蝶阀至预定风速，适当打开阀15。调节控温仪至预定温度（70℃）。
4. 往湿球温度计中加水。注意加水量不能过多，以避免溢流进入风道内。在实验过程中应注意观察蒸发情况，及时向湿球温度计中补水。
5. 检查天平是否正常(实验过程中一定要有专人负责固定支架，防止试验料传动丝挂到器壁，影响天平读书的精确性)。
6. 待空气状态稳定后，打开干燥室门将湿试样放入。
7. 开动秒表，每隔一定时间记录一次干燥时间、试样质量、湿球温度、室前温度、室后温度至试样接近平衡水份为止。
8. 实验结束，检查合格后先关加热器，再关风机，卸下试样并收拾整理现场。
五、数据记录与处理
绝干物料重 ：70.67-44.79=25.88 g 湿物料初始质量：93.5-44.79=48.71g
干球温度(t ) ： 95℃ 湿球温度(tW)： 52.8℃ 干 燥 风 速：中高档恒定
计算举例：
干燥数据处理（以第三组为例）
以此类推汇总数据见附表
六、实验结果与讨论
由上述数据作U~X图所得：作U~X图得：
（1）由X~τ图可见，随着时间延长，干燥物料水平含量呈逐渐下降趋势。
（2）由v~X图可知，干燥速率曲线呈现升速，恒速和降速三个阶段，其特征很明显。
（3）对吸水硅胶而言，临界含水率Xc=0.467,平衡含水率X*=0.08。
实验讨论：
（1）实验数据呈上下跳跃现象，并非严格在一条趋势线上，这主要是由于物料称量传动金属丝靠坒的阻尼及机械装置强烈震动对称量秤的干扰所致。但从流计数据其规律还是能清晰所致，而且水分含量较低时，线性降速规律较明显。
（2）提交实验精度的方法。实验过程中尽量用手扶住称量架，减轻震荡强度，提高称量读数的稳定性，再次密切观察金属传动丝的位置，及时调整，使其在整个实验过程中不靠壁，减少对称量值的干扰。
（3）本实验在中间缺少一部分数据，是因为在此期间，金属丝靠壁了，称量读值明显不对，称量中断所致。
七、思考题
1.测定干燥速度曲线的意义何在？
2.干燥曲线必须在恒定干燥条件下测定，所谓恒定的干燥条件是指哪些条件要恒定？完成本实验要测取哪些数据？为什么要测这些数据？
3.为什么在操作中要先开风机送气而后再通电加热？
4. 如果气流温度不同时，干燥速率曲线有何变化？
5. 试分析在实验装置中，将废气全部循环可能出现的后果。
第二篇：实验七 干燥实验
实验七干燥实验
一、实验目的
1.学习流化床的操作，掌握流化床的一些基本概念。
2.测定流化干燥速率曲线。
3.研究热空气流速对干燥速率的影响（选做）。
4.研究热空气温度对干燥速率的影响（选做）。
5.测定流体通过颗粒层的压降（选做）。
二、实验原理
在干燥设备的设计计算中，往往要了解物料由初始含水量降到最终含水量时，物料应在干燥器内的停留时间，然后就可计算各种干燥器的工艺尺寸。由于干燥过程是一热质同时传递过程，机理复杂，一般先通过间歇干燥实验获得干燥速率的资料。
通过测定干燥过程中物料的含水量或物料的表面温度与干燥时间的关系可以得到干燥曲线，即X～τ曲线或θ～τ曲线。
干燥速度u 等于单位时间从单位被干燥物料的面积上除去的水分重量，即
只要测出各个时间段内物料的失水量就可以计算物料的干燥速度。干燥速度受很多因素的影响，它与物料及干燥介质都有关系。在干燥条件不变的情况下，对于同类的物料，当干燥面积一定时，干燥速度是物料湿含量的函数，表示此函数关系的曲线称为干燥速度曲线。干燥速度曲线也可由干燥曲线求出。
流化操作状态因为具有较好的传热传质效果，在工业中得到广泛应用。流化床干燥器是工业中常见的干燥器。流体自下而上通过固体颗粒床层时，当流体的流速增大至一定程度时，全部颗粒刚好悬浮于向上流动的流体中而能作随机运动，床层处于起始流化状态或临界流化状态。随后，流体流速增大，颗粒床层空隙率增大，但流体的实际流速等于颗粒的沉降速度，流化床原则上有一个明显的上界面。当流体的实际速度超过颗粒的沉降速度时，达到气流输送状态。流化可分为散式流化和聚式流化。
聚式流化的特点为：床层分为乳化相和气泡相。乳化相为固体浓度大的气固均匀混合物，是连续相。气泡相为气泡和可能夹带的少量固体颗粒，是分散相。由于气泡在上界面处破裂，所以上界面是以某种频率上下波动的不稳定界面，床层压降也随之波动。聚式流化见于大多数气—固系统。散式流化的特点为：流体为连续相，固体颗粒均匀分散在流体中，床层没有气泡产生，有一稳定的上界面。通常两相密度差小的系统趋向散式流化，如大多数液—固系统。
流化床的不正常操作状态有腾涌和沟流。腾涌是由于小气泡合并成大气泡并将床层分成几段。气泡到达上部破裂后颗粒分散落下。沟流是由于床层有短路，流体不与颗粒均匀接触
通过沟道穿过。能够进行良好流化的颗粒的直径为20～500μm。
三、实验流程及设备
1.流化干燥试验流程
流化干燥试验的流程如图所示。
2.实验设备
实验设备有：（1）除尘器(袋滤器)，φ130×120mm；（2）干燥塔塔体，φ146×8优质高温玻璃； （3）加水器，0～400mL；（4）气体转子流量计，LZB-25，0～25
；（5）流量调节阀；（6）温度计，0～150℃，Cu50 铜电阻；（7）温度计，0～150℃，Cu50 铜电阻；（8）固体物料取样器；2.3 克/次；（9）实验用干燥物料，30—40 目变色硅胶；（10）压差计，±50cm水；（11）电加热器，3kW。
另有实验用电子天平、微波炉或烘箱。
四、实验步骤及操作要点
1.打开空气旁路阀，接通气源并缓慢调节风量（调节旁路阀），使干燥塔中颗粒物料处于良好的流化状态(注意压差计读数，勿使测压指示液冲出)，观察整个过程物料的状态和测压计读数的变化。
2.向加水器中加入适量的水，调节加水器下部铜旋塞，勿使注入干燥塔的水流速度过大。
加水时应使取样器保持拉出位置，同时塔内处于流化状态。
3.开通风源，打开阀5，调节空气流量为10～12m3/h，接通电源，在智能温度调节仪AI-708 上设定控制温度95～100℃（由老师操作，防止破坏已经设定好的控制程序），加热时注意安全。
4.在气体的流量和温度维持稳定的条件下，每隔一定时间（10min）记录床层温度，并取样分析固体物料的含水量，烘箱温度105℃烘1h，或微波炉干燥1～2min，天平1/1000 精度。
5.取样器的样品槽，在实验中应开口向下。取样时转向上，水平拉出，然后，转动拉杆，倒出样品，拉杆复位。颗粒需回收使用。
6.实验进行直至物料温度明显升高，温度大于61℃，硅胶变蓝即可停止。
7.实验停止步骤：切断电源，待空气进口温度低于 50℃后，然后停止送风。
8.当塔中需要补充硅胶物料时，卸下袋滤器后可加入。
9.当更换硅胶物料时，可用吸尘器的皮管伸入塔体内即可全部吸出。
五、实验数据记录及处理
实验条件：
（1）室温： 13℃ （2）室内相对湿度： 50％
（3）气体流量：
（4）热空气温度： 105℃
数据记录与处理表格
根据实验数据绘出流化干燥曲线。
图一：物料干燥曲线
图二：干燥速率曲线
六、实验结论及讨论
1.绘出实验物料在实验条件下的干燥曲线。
答：如上页图一所示。以序号1为例数据的计算过程：
湿料质量=湿料与容器质量-容器质量=33.58-26.58=7.00g
干料质量 =干料与容器质量-容器质量=32.86-26.58=6.28g
除去水分质量=湿料质量-干料质量=7.00-6.28=0.72g
干基含水量=水分质量/干料质量=0.72/6.28=0.1146kg水/kg干料
2.若要绘出实验物料在实验条件下的干燥速度曲线，如何做？
答：如上页图二所示。根据物料失水量求出干燥速率，以干燥速率与干基含水量作图，得干燥速率曲线。
3.测定干燥速度曲线的意义何在？
答：为了进一步研究干燥速度的变化规律，将干燥曲线中的数据整理成干燥速度与干基含水量间的关系曲线，即干燥速率曲线。该曲线扥为恒速阶段和降速阶段，两个交接处即为临界含水量点，从干燥速率曲线上可更加清楚知道干燥的速率变化。
4.流化床干燥器有什么优点和缺点？
答：优点：物料受热均匀，热交换均匀，干燥强度高，维修方便，噪音低，流态化稳定，无死角和吹穿现象，适应面广，可适用于易碎的干燥。采用全封闭式的结构，有效防止了无聊与空气间的交叉污染，作业环境清洁。缺点：干燥时易产生腾涌和沟涌现象。