实验5  干燥速率曲线测定实验

    一、实验目的

⒈ 掌握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。

⒊ 加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。

⒋ 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。

⒌ 学习用误差分析方法对实验结果进行误差估算。

    二、实验内容

    ⒈ 每组在某固定的空气流量和某固定的空气温度下测量一种物料干燥曲线、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

    当湿物料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（等于热空气湿球温度），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

                                                           （7-1）

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

                                                                （7-2）

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

                                               （7-3）

                                                                （7-4）

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·s）；

      —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：

                                                     （7-5）

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，℃。

                                        （7-6）

                                                  （7-7）

式中：C₀—流量计流量系数，C₀=0.65

 A₀—节流孔开孔面积，m²；

 d₀—节流孔开孔直径， d₀=0.0400 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、实验装置

干燥器类型：洞道干燥器  

洞道尺寸： 长1.10米、宽0.150米、高0.200米；

鼓风机：最大出口风压1.7kPa；

空气预热器加热功率：450w—1350w；

重量变送器：量程（0-200g），精度0.1级；

温度显示仪：输入Pt100，量程（-50-150℃）；

孔板流量计压差变送器和显示仪：量程（0-10Kpa），精度0.5级；

  

  

五、操作方法

    ⒈ 将干燥物料（帆布）放入水中浸湿。

⒉ 调节送风机吸入口的蝶阀12到全开的位置后启动风机。

⒊ 用废气排出阀10和废气循环阀11调节到指定的流量后，开启加热电源。在智能仪表中设定干球温度，仪表自动调节到指定的温度。

⒋ 在空气温度、流量稳定的条件下，用重量传感器测定支架的重量并记录下来。

⒌ 把充分浸湿的干燥物料（帆布）5固定在重量传感器4上并与气流平行放置。

⒍ 在稳定的条件下，记录干燥时间每隔2分钟干燥物料减轻的重量。直至干燥物料的重量不再明显减轻为止。

⒎ 关闭加热电源，待干球温度降至常温后关闭风机电源和总电源。

8. 实验完毕，一切复原。

    六、注意事项

    ⒈ 重量传感器的量程为（0--200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。

　　⒉ 干燥器内必须有空气流过才能开启加热，防止干烧损坏加热器，出现事故。

　　⒊ 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。

　　⒋ 实验中不要改变智能仪表的设置。

    七、报告内容

    ⒈ 根据实验结果绘制出干燥曲线、干燥速率曲线，并得出恒定干燥速率、临界含水量、平衡含水量。

　　⒉ 计算出恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。

    ⒊试分析空气流量或温度对恒定干燥速率、临界含水量的影响。

实验数据表

备注：数据量多请自行续表，实验完成需要老师签字。

第二篇：干燥速率曲线的测定实验

化 工 原 理 实 验 报 告

 

实  验  名  称：    干燥速率曲线的测定实验   

                                                                                                                                               

学          院：        化学工程学院          

专          业：       化学工程与工艺         

班          级：        化工09－3班          

姓          名：   曾学礼  学  号 09402010337

同 组 者 姓 名：       周锃     刘翰卿        

指  导  教  师：           张亚静             

   日          期：       20##年10月18日       

                                        

一、    实验目的

1.熟悉常压洞道式（厢式）干燥器的构造和操作；

2.测定在恒定干燥条件（即热空气温度、湿度、流速不变，物料与气流的接触方式不变）下的湿物料干燥曲线和干燥速率曲线；

3.测定该物料的临界湿含量X₀；

4.掌握有关测量和控制仪器的使用方法。

二、    实验原理

当湿物料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，干燥过程可以分为两个阶段，恒速干燥阶段和降速干燥阶段。

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毛毡物料进行干燥；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。

1.      干燥速率测定：U=dW`/Sdτ≈△W`/S△τ

U------干燥速率，kg/（m².h）

S------干燥面积，m²

△τ ------时间间隔，h

△W`------△τ时间间隔内干燥气化的水分量，kg

2.      物料干基含水量：X=（G`-Gc`）/ Gc`  

X------物料干基含水量，kg水/kg绝干物料

G`------固体湿物料的量，kg

Gc`------绝干物料量，kg

3.      恒速干燥阶段，物料表面与空气之间对流传热系数的测定

Uc= dW`/Sdτ=dQ`/r_twSdτ=α（t-t_w）/r_tw

α= Uc r_tw /（t-t_w）

α------恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传热系数，W/( m².℃)

Uc -------恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m².s）

t_w -------干燥器内空气的湿球温度，℃

t-------干燥器内空气的干球温度，℃

r_tw ------ t_w℃下水的气化热，j/kg

4.      干燥器内空气实际体积流量的计算

V_t=V_t0×（273+t）/（273+ t₀）

V_t------干燥器内空气实际流量，m³/ s；

       t₀------流量计处空气的温度，℃；

V_t0------常压下t₀℃时空气的流量，m3/ s；

t-------干燥器内空气的温度，℃。

V_t0=C₀×A₀×(2×△p/ρ)^0.5

A₀=πd²₀/4

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， 第1—4套d₀=0.0500 m，第5-8套d0=0.0450 m；

   ΔP-------节流孔上下游两侧压力差，Pa；

ρ------孔板流量计处t₀时空气的密度，kg/m³。

三、    实验装置流程示意图

1.      装置流程

空气用风机送入电加热器，经加热的空气流入干燥室，加热干燥室中的湿毛毡后，经排出管道排入大气中。随着干燥过程的进行，物料失去的水分量由称重传感器和智能数显仪表记录下来。装置图如下

图1干燥装置图

1．风机；2．管道；3．孔板流量计；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．仪控柜；11．蝶阀

2.      主要设备及仪器

（1）    鼓风机：MY250W,250W

（2）    电加热器：4.5KW

（3）    干燥室：180mm×180mm×1250mm

（4）    干燥物料：湿毛毡

（5）    称重传感器：YZ108A型，0~300g

四、    实验步骤

1.      打开仪表控制柜上的仪表电源开关，开启仪表。

2.      打开仪表控制柜上的风机电源开关，开启风机，这时加热管停止按钮灯亮。

3.      按下加热管启动按钮，启动加热管电源，刚开始加热时，打开加热管电源开关，可通过仪表实现自动控制及调节旋钮实现手动控制干球温度。其方法是：（1）手动控制时，将手动切换开关打到手动位置，通过调节手动旋钮即可对加热管电压实现控制，从而控制干球温度；（2）自动控制时，将手自动切换开关打到自动位置，这时可通过仪表对加热管的电压进行控制，从而也实现了对干球温度的控制。干燥室温度要求恒定在70℃。

4.      将毛毡加入一定量的水并使其湿润均匀，注意水量不能过多或过少。

5.      当干燥室温度恒定在70℃时，将毛毡十分小心的悬挂于称重传感器下的托盘上。放置时要特别小心不能下拉，因为传感器非常精密的仪器，其测量上限为300g。

6.      记录时间，毛毡和剩余水的重量，每分钟记录一次数据；每两分钟记录一次干球温度和湿球温度。

7.      待毛毡恒重时，即为实验终了，按下停止按钮，停止加热，注意称重传感器小心取下毛毡。

8.      等干球温度下降到30℃左右时关闭风机电源，关闭仪表电源，清理实验设备。

五、    实验注意事项

1.      必须先开风机，后开加热器，否则加热管可能会被烧坏。

2.      特别注意传感器是非常精密的仪器，且其负荷量仅为300g，防取毛毡是必须十分小心，绝对不能下拉或用力上提，否则会完全损坏称重传感器导致不能使用。

3.      风量不得低于50m³/h，否则会因为风量过小而导致烧坏加热管。

六、    原始实验数据  

表6—(1)

七、    数据处理

1、干球、湿球温度见原始数据表格；

2、Gc`=11.9g   S=273.78cm² =0.027378m²   △τ=2min   托盘质量30.6g

3、失水量与时间关系表格

时间------τ（min），毛毡、铁架和剩余水质量-----G(g)，毛毡和剩余水质量------G`（g），干燥汽化水总量------W（g），△W`为△τ时间间隔内干燥气化的水分量，                               X--物料干基含水量（kg水/kg绝干物料），U------干燥速率（kg/（m².h））.

干燥速率          基含水量  

依次计算得下表：

表7—(1)

4、图表制作

?根据上表以总质量X为纵坐标，以τ为横坐标，可以作得干燥曲线图

?根据上表以X为横坐标，以U为纵坐标可作得干燥速率曲线，可得到如下曲线图               

?读取物料的临界湿含量

由上图可知，物料的临界湿含量X₀=0.51

八、    实验结果分析与讨论

由干燥曲线图可以看出总体干燥过程还是比较理想的。再结合图表可看出几组数据仍存在较大的误差，甚至出现总质量回升情况。因此经分析得可能引起误差的原因有：

1.系统误差，此实验的实验仪器精密度不高。

2.计算误差，在分析时如对毛毡的表面积测量时，可能会存在一定的人为读取误差，在计算时，由于小数点的取舍等都对实验结果有一定的影响。

3.在从电脑上读取数据时，由于数据有时候会存在波动，导致不能准确读取，也给实验带来了一定的影响。

同时，在进行实验时，我们也需要注意一些问题，特别注意传感器是非常精密的仪器，且其负荷量仅为300克，放取毛毡时必须十分小心，绝对不能下拉或用力上提，否则会完全损坏称重传感器导致不能再使用。

尽管实验误差难以避免，但在今后的实际操作过程中，我们也应该尽量小心细致，努力将误差降到最低。

九、    思考题解答

1. 毛毡含水是什么性质的水分？

答：毛毡所含水属于自由水。

2. 实验过程中干湿球温度计是否变化？为什么？

答：干湿球温度计稍有变化，但变化不大，围绕某个数值上下波动。因为此实验室是恒定干燥条件，所以理论上温度是不变的，但由于仪器精密度不够，会导致温度忽高忽低。

3. 恒定干燥条件是指什么？

答：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。

4. 如何判断实验已经结束？

答：称重传感器读数不再下降或者有略微上升时可以停止实验。