实验四  干燥速率曲线的测定实验

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、基本原理

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=0.67

 A₀—节流孔开孔面积，m²；

 d₀—节流孔开孔直径， d₀=0.050 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。

三、实验装置

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。实验装置如图1所示。

图1 干燥装置流程图

              1-风机 2-可移动实验框架  3-旁路阀  4-气路管道  5-差压传感器  6-不锈钢孔板流量计  7-电加热管  8-风量均布器  9-支杆  10、11-干球、湿球温度传感器  12-可视门  13-精密称重传感器  14-蝶阀3  15-蝶阀2  16-蝶阀1  17-总电源空气开关  18-仪表电源开关  19-变频器电源开关    20-风机电源切换开关  21-电加热管停止按钮  22-干球温度手自动切换开关及手动调节旋钮  23-干球温度自动调节仪  24-指示灯  25-电加热管启动按钮  26-加热管电压指示  27-智能风量控制仪  28-智能多路液晶显示仪  29-变频器

（1）风机电源切换开关：有三个位：直接、停止、变频分别为风机电源由电网直接提供、风机停止和风机电源由变频器提供。

（2）智能多路液晶显示仪的1~3通道分别为：空气流量、湿球温度、称重重量。

  （3）风机电源切换开关：为3位开关，当开关打到左边位置时为直接电源给风机供电；当开关打到中间位置时为停止位置；当开关打到右边位置时为变频器输出电源给风机供电。相应上面的指示灯指示的是直接风机供电时的风机电源指示。

（4）风量控制：可通过仪表实现自动控制及调节旋钮实现手动风量控制，但风量不得低于50m3/h，否则会因为风量过小而使烧坏加热管。控制方法是：1）手动控制时，将风量手自动切换开关打到手动位置，通过调节手动旋钮即可对变频器输出控制，从而控制风机风量；2）自动控制时，将手自动切换开关打到自动位置，这时可通过仪表对变频器输出控制，从而也实现了对从而控制风机风量。

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。

（6）       洞道干燥干燥面积＝0.03588m²和 0.03497m²

（7）       洞道干燥控制仪表（AI－518）控制参数

M5＝100  P＝8 T＝200 CTRL＝4 CTL＝1

四、实验步骤与注意事项

（一）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，将手自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（干球温度）要求恒定在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, 一定在老师的指导下或由老师将湿毛毡十分小心地悬挂于称重传感器下的托盘上。放置毛毡时应特别注意不能用力下拉，因称重传感器是非常精密的仪器，且其测量上限仅为300克，稍微的力均会完全损坏称重传感器导致不能再使用。

5．记录时间和毛毡和剩余水的重量，即为重量显示仪的读数，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。

6．待毛毡恒重时，即为实验终了时，按下停止按钮，停止加热，注意保护称重传感器，一定在老师的指导下或由老师非常小心地取下毛毡。

7．等20分钟后，当干球温度降到30度左右时关闭风机电源、关闭仪表电源，清理实验设备。

（二）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。但目前该问题已从电路上解决。

2．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，一定要在老师的指导或由老师轻拿轻放，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。

3．风量不得低于50m3/h，否则会因为风量过小而使烧坏加热管。

六、思考题（百度均可搜到题目的相关知识）

1．毛毡含水是什么性质的水分？

2．实验过程中干、湿球温度计是否变化？为什么？

3．恒定干燥条件是指什么？

4．如何判断实验已经结束？

第二篇：干燥实验实验报告

江  苏  大  学

实 验 报 告

系别食品科学与工程  班级食品1002   姓名 周婧  学号3100901032

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曲线或曲线。

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，当干燥面积一定是，干燥速度是物料湿含量的函数，表示此函数关系的曲线成为干燥速度曲线。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。出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截面，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20500。

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），；（2）干燥塔塔体，

质高温玻璃；（3）加水器，；（4）气体转子流量计，LZB-25，，（5）流量调节阀；（6）温度计，，铜电阻；（7）温度计，，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，水；（11）电加热器，3KW。另有实验用电子天平、微波炉和烘箱。

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，接通电源，在智能温度调节仪AI-708上设定控制温度（由老师操作，防止破坏已经设定好的程序），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min，天平1/1000精度。

5.取样器的样品槽，在试验中应开口向下。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，写下袋滤器后可加入。

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：7℃                            （2）室内相对湿度：0.52

（3）气体流量：12m³／h                    （4）热空气温度：104.2℃

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。

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：通过各个时间段内失水量求出干燥速度再结合干基含水量，取点连线即可得到所需曲线。

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水含量间的关系曲线，即干燥速率曲线。速率曲线中分为恒速阶段和降速阶段，两个交接处就是临界含水量点。从而我们可以从干燥速率曲线上可以更加清楚的知道干燥的速度变化。

4.流化床干燥器有什么优点和缺点？

答：优点：流化床干燥器、物料受热均匀，热交换充分，干燥强度高，运转平衡、维修方便、  噪音低、寿命长，流态化稳，无死角和吹穿现象。可调性好，适应面宽，对物料表面损伤小。可用于易碎的干燥，物料颗粒不规则时亦不影响工作效果。采用全封闭式的结构，有效的防止了物料与空气间交叉污染，作业环境清洁。

缺点：是易产生腾涌和沟涌。