化工原理實(shí)驗(yàn)一干燥實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)八干燥實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解洞道式循環(huán)干燥器的基本流程、工作原理和操作技術(shù)。2 .掌握恒定條件下物料干燥速率曲線的測(cè)定方法。3 .測(cè)定濕物料的臨界含水量XC,加深對(duì)其概念及影響因素的理解。4 .熟悉恒速階段傳質(zhì)系數(shù)KH、物料與空氣之間的對(duì)流傳熱系數(shù) a 的測(cè)定方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .在空氣流量、溫度不變的情況下，測(cè)定物料的干燥速率曲線和臨界含水量，并了解其影響因素。2 .測(cè)定恒速階段物料與空氣之間的對(duì)流傳熱系數(shù)流口傳質(zhì)系數(shù)KH。三、基本原理干燥操作是采用某種方式將熱量傳給濕物料，使?jié)裎锪现兴终舭l(fā)分離的操作。干燥操作同時(shí)伴有傳熱和傳質(zhì)，而且涉及到濕分以氣態(tài)或液態(tài)的形式自物料內(nèi)部向表面?zhèn)?/p>

2、質(zhì)的機(jī)理。由于物料含水性質(zhì)和物料形狀上的差異，水分傳遞速率的大小差別很大。概括起來(lái)說(shuō)，影響傳遞速率的因素主要有：固體物料的種類(lèi)、含水量、含水性質(zhì)；固體物料層的厚度或顆粒的大?。粺峥諝獾臏囟?、濕度和流速；熱空氣與固體物料間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式。目前尚無(wú)法利用理論方法來(lái)計(jì)算干燥速率（除了絕對(duì)不吸水物質(zhì)外），因此研究干燥速率大多采用實(shí)驗(yàn)的方法。干燥實(shí)驗(yàn)的目的是用來(lái)測(cè)定干燥曲線和干燥速率曲線。為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)的影響因素，干燥實(shí)驗(yàn)是在恒定的干燥條件下進(jìn)行的，即實(shí)驗(yàn)為間歇操作，采用大量空氣干燥少量的物料，且空氣進(jìn)出干燥器時(shí)的狀態(tài)如溫度、濕度、氣速以及空氣與物料之間的流動(dòng)方式均恒定不變。本實(shí)驗(yàn)以熱空氣為加熱介質(zhì)，甘蔗渣

3、濾餅為被干燥物。測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)濕物料的質(zhì)量變化，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到物料質(zhì)量基本恒定為止。物料的含水量常用相對(duì)與物料總量的水分含量，即以濕物料為基準(zhǔn)的水分含量，用。冰表示。但因干燥時(shí)物料總量在變化，所以采用以干基料為基準(zhǔn)的含水量X 表示更為方便。3 與 X 的關(guān)系為：COX=1（81）式中：X-干基含水量 kg 水/kg 絕干料；伯一濕基含水量 kg 水/kg 濕物料。物料的絕干質(zhì)量GC是指在指定溫度下物料放在恒溫干燥箱中干燥到恒重時(shí)的質(zhì)量。干燥曲線即物料的干基含水量 X 與干燥時(shí)間用 J 關(guān)系曲線，它說(shuō)明物料在干燥過(guò)程中，干基含水量隨干燥時(shí)間變化的關(guān)系。物料的干燥曲線的具體形狀因物料性質(zhì)及干燥條件而變

4、，但是曲線的一般形狀，如圖（81）所示，開(kāi)始的一小段為持續(xù)時(shí)間很短、斜率較小的直線段 AB 段；隨后為持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、斜率較大的直線BC;段以后的一段為曲線CD 段。直線與曲線的交接點(diǎn) C 為臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)時(shí)物料的含水量為臨界含水量XC。干燥速率是指單位時(shí)間內(nèi)被干燥物料的單位汽化面積上所汽化的水分量。干燥速率曲線是指干燥速率 U 對(duì)物料干基含水量 X 的關(guān)系曲線。如圖（82）所示。干燥速率的大小不僅與空氣的性質(zhì)和操作條件有關(guān)，而且還與物料的結(jié)構(gòu)及所含水分的性質(zhì)有關(guān)，因此干燥曲線只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得。從圖（82）的干燥速率曲線可以明顯看出，干燥過(guò)程可分為三個(gè)階段：物料的預(yù)熱階段（AB 段）、恒速干燥階段

5、（BC 段）和降速干燥階段（CD 段）。每一階段都有不同的特點(diǎn)。濕物料因其有液態(tài)水的存在，將其置于恒定干燥條件下，則其表面溫度逐步上升直到近似等于熱空氣的濕球溫度 tw,到達(dá)此溫度之前的階段稱(chēng)為預(yù)熱階段。預(yù)熱階段持續(xù)的時(shí)間最短。在隨后的第二階段中，由于表面存有液態(tài)水，且內(nèi)部的水分迅速的到達(dá)物料表面，物料的溫度約均等于空氣的濕球溫度 tw。這時(shí)，熱空氣傳給濕物料的熱量全部用于水分的氣化，蒸發(fā)的水量隨時(shí)間成比例增加，干燥速率恒定不變。此階段也稱(chēng)為表面氣化控制階段。在降速階段中，物料表面已無(wú)液態(tài)水的存在，物料內(nèi)部水分的傳遞速率低于物料表面水分的氣化速率，物料表面變干，溫度開(kāi)始上升，傳入的熱量因此而減

6、少，且傳入的熱量部分消耗于加熱物料，因此干燥速率很快降低，最后達(dá)到平衡含水量為止。在此階段中，干燥速率為水分在物料內(nèi)部的傳遞速率所控制，又稱(chēng)之為內(nèi)部遷移控制階段。其中恒速階段和降速階段的交點(diǎn)為臨界點(diǎn) C,此時(shí)的對(duì)應(yīng)含水量為臨界含水量XC。 影響恒速階段的干燥速率UC和臨界含水量XC的因素很多。 測(cè)定干燥速率曲線的目的是掌握恒速階段干燥速率和臨界含水量的測(cè)定方法及其影響因素。1.干燥速率U根據(jù)干燥速率的定義：dwwU=一sds式中 U干燥速率S 一干燥面積2、U(kg 水/ms)圖（81）干燥曲線圖（82）干燥速率曲線(82)kg 水/(m2h);2m,s;kg。X（kg 水/kg 絕干料）X*

7、XCX（kg 水/kg 絕干料）區(qū)一時(shí)間間隔Aw一5時(shí)間間隔內(nèi)汽化水分的質(zhì)量2 .物料的干基含水量 XGC一絕干物料的質(zhì)量 kg;一一一一一一一一G固體濕物料的質(zhì)重 kg。從式（83）可以看出，干燥速率 U 為上時(shí)間內(nèi)的平均干燥速率，故其對(duì)應(yīng)的物料含水量也為舊時(shí)間內(nèi)的平土 I!含水量 X 平,X 平=(Xi+Xi+1)/2(84)X 平一區(qū)時(shí)間間隔內(nèi)的平均含水量kg 水/kg 絕 T 料；Xi區(qū)時(shí)間間隔開(kāi)始時(shí)刻濕物料的含水量kg 水/kg 絕 T 料；Xi+1a時(shí)間間隔終了時(shí)刻濕物料的含水量kg 水/kg 絕 T 料。3.恒速階段傳質(zhì)系數(shù)KH的求取傳熱速率dQ/.、=:(t-tw)sd(85)

8、傳質(zhì)速率dw一、=KH(HS,twH)sd(86)上 兩 式中:Q-熱空氣傳給濕物料的熱量kJ;L 干燥時(shí)間s;S 一干燥面積2m;w 一由濕物料汽化至空氣中的水分質(zhì)量kg;口一空氣與物料表面間的對(duì)流傳熱系數(shù),2-kw/mJt空氣溫度c；KH一以溫度差為推動(dòng)力的傳質(zhì)系數(shù)kg/(m2,s 胃 I);tw一濕物料的表向溫度（即空氣的濕球溫度）K；H 一空氣的濕度kg/kg 絕干空氣；HS,twtw下的空氣飽和濕度kg/kg 絕干空氣；恒 速 階段,傳質(zhì)速率等于干燥速率，即UcKH=（87）Hs,tw-H,式中：UC臨界干燥速率，亦為恒速階段干燥速率，kg/（m2s）o4.恒速階段物料表面與空氣之間

9、的對(duì)流傳熱系數(shù)：恒速階段由傳熱速率與傳質(zhì)速率之間的關(guān)系得：Uc6：=t一tw式中：rtwtw下水的汽化潛熱，kJ/kg。X=G-GcGc(83)式中 X 一物料的干基含水量kg 水/kg 絕干料;(88)(89)用式（88）求出的 a 為實(shí)驗(yàn)測(cè)量值，訓(xùn)計(jì)算值可用對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式估算:0=0.0143(L)0.8式中：L空氣的質(zhì)量流速，kg/m2s。應(yīng)用條件：物料靜止，空氣流動(dòng)方向平行于物料的表面。L 的范圍為 0.78.5kg/m2-s,空氣溫度為 45c150C。質(zhì)量流速 L 可通過(guò)孔板與單管壓差計(jì)來(lái)測(cè)量，空氣的體積流量VS由下式計(jì)算：C0一管內(nèi)徑 Di=106mm,00=0.6805;管

10、內(nèi)徑 Di=100mm,C0=0.6655;ki一粘度校正系數(shù)，取 k=1.014;k2管壁粗糙度校正系數(shù)，k2=1.009;A0一孔截面積，A0=3.681X10-3m2；R單管壓差計(jì)的垂直指示值，mm;以一壓差計(jì)指示?密度，kg/m3;20C,695mmHg時(shí)，水的密度為 998.5kg/m3;3R壓差計(jì)指木液上部的空氣密度，kg/m;20C,695mmHg時(shí)，空氣的密度H1293，0-，經(jīng)=1.1kg/m3；760TA 流經(jīng)孔板的空氣密度，kg/m3;通常以風(fēng)機(jī)的出口狀態(tài)計(jì)。風(fēng)機(jī)的出口狀態(tài)為 4mmHg（表壓），風(fēng)機(jī)的出口溫度為 T。當(dāng)大氣壓等于 695mmHg時(shí)，日293.6空=擎（k

11、g/m3）（8-11）760TT式中：T風(fēng)機(jī)的出口溫度，Ko當(dāng) 00=0.6805 時(shí)，VS=0.000638RT當(dāng) 00=0.6655 時(shí)，VS=0.000616斥B-VSP空氣的質(zhì)量流速 L=（812）A式中：L空氣的質(zhì)量流速，kg/（m2s）;2A 一干燥室流通截面積，m。_當(dāng) A=0.15X0.2=0.03m2,00=0.6805 時(shí),L=6.91（R；當(dāng) A=0.15X0.2=0.03m2,四、實(shí)驗(yàn)裝置與流程1 .實(shí)驗(yàn)流程本實(shí)驗(yàn)采用洞道式循環(huán)干燥器，流程示意圖如圖 83 所示?？諝庥娠L(fēng)機(jī)輸送，經(jīng)孔板流量計(jì)、電加熱室流入干燥室，然后返回風(fēng)機(jī)循環(huán)使用。由風(fēng)機(jī)的電機(jī)與管路進(jìn)口管的式中:Vs

12、=Co.ki,k2A02gR/103(810)vS-流徑孔板的空氣體積流量，m3/s；00=0.6655 時(shí)，L=6.6r1洞道式干燥器流程圖1,加熱室 2.壓差計(jì) 3.銅電阻 4.干燥室前溫度計(jì) 5.濕球溫度計(jì) 6.干燥室 7.電子天平 8.物料架 9.干燥室后溫度計(jì) 10.儀表箱 11.控溫儀 12.蝶閥 13.風(fēng)機(jī) 14.放氣閥 15 風(fēng)機(jī)出口溫度計(jì) 16.孔板流量計(jì)縫隙補(bǔ)充一部分新鮮空氣，由風(fēng)機(jī)出口管上的放氣閥 3 放空一部分循環(huán)空氣以保持系統(tǒng)濕度恒定。電加熱室由銅電阻及智能程序控溫儀來(lái)控制溫度，使進(jìn)入干燥室的空氣的溫度恒定。干燥室前方裝有干、濕球溫度計(jì)，風(fēng)機(jī)出口及干燥室后也裝有溫度計(jì)

13、，用以確定干燥室內(nèi)的空氣狀態(tài)?？諝饬魉儆傻y來(lái)調(diào)節(jié)。注意任何時(shí)候該閥都不能全關(guān)，避免空氣不流通而燒壞電加熱器。2 .主要設(shè)備尺寸該裝置共四套：(1)孔板 1#3#管內(nèi)徑 D=106mm,孔徑 d0=68.46mm,孔流系數(shù) 00=0.6805;4#管內(nèi)徑 D=100mm,孔徑 d0=68.46mm,孔流系數(shù) 00=0.6805;(2)干燥室尺寸：0.15mm0.20m(3)電加熱室共有三組電加熱器，每一組功率為 1000w。其中一組與熱電阻、數(shù)顯控溫儀相連來(lái)控制溫度。另兩組通過(guò)開(kāi)關(guān)手動(dòng)控制，此兩組并配有 5A 的電流表，以監(jiān)檢測(cè)電加熱器是否正常工作。(4)電子天平：型號(hào)為 JY6001,量程為

14、 0600g,感量為 0.19g。五、實(shí)驗(yàn)步驟1 .按通電源，開(kāi)啟電子天平。預(yù)熱 30 分鐘，調(diào)零備用。2 .將烘箱烘干的試樣置于電子天平上稱(chēng)量，記下該絕干物的質(zhì)量GC。3 .用鋼尺量取物料的長(zhǎng)度、寬度和厚度。4 .將物料加水均勻潤(rùn)濕，使用水量約為 2.5 倍絕干物質(zhì)量GC。5 .開(kāi)啟風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)蝶閥至預(yù)定風(fēng)速值，調(diào)節(jié)程序控溫儀約為 85C,而后打開(kāi)加熱棒開(kāi)關(guān)(三組全開(kāi))。待溫度接近于設(shè)定溫度，視情況加減工作電熱棒數(shù)目。待穩(wěn)定后，讓其自行運(yùn)行。6 .調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量的多少，并適當(dāng)開(kāi)啟排氣閥，用以維持實(shí)驗(yàn)過(guò)程濕球溫度計(jì)指示值基本不變。觀察水分蒸發(fā)情況，及時(shí)向濕球溫度計(jì)補(bǔ)充水。7 .待各溫度計(jì)溫度指示值穩(wěn)定一段時(shí)間后，將濕物料放入干燥室內(nèi)，記錄起始濕物料質(zhì)量，同時(shí)啟動(dòng)秒表開(kāi)始記時(shí)。8 .每隔 2 分鐘記錄一個(gè)質(zhì)量，直到蒸發(fā)的水量非均勻的下降，改為 2.5 分鐘記錄一個(gè)質(zhì)量，記錄約23 個(gè)數(shù)據(jù)。以后約 3 分鐘記錄一個(gè)質(zhì)量，直到試樣幾乎不在失重為止，表明此時(shí)所含水分為平衡水分。9 .實(shí)驗(yàn)結(jié)束，依次關(guān)閉電子天平、加熱棒、風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)。10 .取出物料，整理好物品，做好清潔衛(wèi)生工作。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、繪制干燥速率曲線(UX);2 .確定物料的臨界含水量XC及平衡含水量 X*;3 .