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洞道干燥曲线 测定实验 指导教师:. 干燥概述 干燥方法是物料除湿的一种常用方法,即利用 热能,使湿物料中的湿分气化而去湿的方法。 该方法耗能较大,工业上往往将机械分离法和 干燥法联合起来除湿,即先用机械方法尽可能 除去湿物料中的大部分湿分,然后再利用干燥 方法继续除湿。 分类 (按照热能供给湿物料的方式)

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Παρουσίαση με θέμα: "洞道干燥曲线 测定实验 指导教师:. 干燥概述 干燥方法是物料除湿的一种常用方法,即利用 热能,使湿物料中的湿分气化而去湿的方法。 该方法耗能较大,工业上往往将机械分离法和 干燥法联合起来除湿,即先用机械方法尽可能 除去湿物料中的大部分湿分,然后再利用干燥 方法继续除湿。 分类 (按照热能供给湿物料的方式)"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 洞道干燥曲线 测定实验 指导教师:

2 干燥概述 干燥方法是物料除湿的一种常用方法,即利用 热能,使湿物料中的湿分气化而去湿的方法。 该方法耗能较大,工业上往往将机械分离法和 干燥法联合起来除湿,即先用机械方法尽可能 除去湿物料中的大部分湿分,然后再利用干燥 方法继续除湿。 分类 (按照热能供给湿物料的方式) : 1. 传导干燥; 2. 对 流干燥; 3. 辐射干燥; 4. 介电加热干燥等。 应用:在化工、食品、制药、纺织、采矿、农 产品加工等行业,湿固体物料中的湿分去除。

3 实验目的 1 、学习干燥曲线和干燥速率曲线及临界湿含 量的实验测定方法,加深对干燥操作过程及其 机理的理解; 2 、学习干、湿球温度计的使用方法,学习被 干燥物料与热空气之间对流传热系数的测定方 法; 3 、通过实物了解干燥操作中废气循环的流程 和概念; 4 、掌握由气体流量计读数求指定界面处气体 流速的计算方法。

4 实验原理( 1 ) 由于干燥过程既涉及传热过程又涉及传质过程,其机理 比较复杂。一般干燥实验是在恒定的干燥条件下进行的,即 实验采用大量的空气干燥少量的湿物料,因此干燥介质(热 空气)进出干燥器的温度、湿度、气速以及与物料的接触方 式在整个干燥过程中都保持恒定。在干燥过程中,定时测定 物料的质量变化,并记录每一时间间隔内物料的质量变化及 物料的表面温度,直至物料的质量恒定为止,此时物料与空 气达到平衡状态,物料中所含水分即该条件下的平衡水分。 然后再将物料放到电烘箱内烘干到恒重为止,即可测得绝干 物料的质量。上述实验数据经整理后可分别绘出物料的干燥 曲线和干燥速率曲线。

5 实验原理( 2 ) 物料干燥过程分三个阶段:第一阶段为物料的 预热段,此时空气中的部分热量用于加热物料,物 料的含水量及温度均随时间变化不大;第二阶段为 恒速段,此阶段内空气传给物料的显热恰好等于水 分从物料中汽化所需的潜热,而物料表面的温度等 于热空气的湿球温度;第三阶段为降速段,进入该 阶段后,物料开始升温,热空气中部分热量用于加 热物料,另一部分热量用于汽化水分,直至物料中 所含水分降到平衡含水量为止,干燥过程即终止。

6 1. 干燥曲线 以物料含水量 与干燥时间、物料 表面温度与干燥时 间的关系曲线,均 称为干燥曲线,如 图 8-1 所示。

7 2. 干燥速率曲线 干燥速率曲线是干燥速 率随物料平均干基含水量的 变化曲线图。其具体形状与 物料性质及干燥条件有关, 比较典型的如图 8--2 所示。 恒速干燥阶段的干燥速率大 小决定于物料外部的干燥条 件,而降速干燥速率的大小 主要取决于物料本身结构、 形状和尺寸,而与外部的干 燥条件关系不大。

8 恒速阶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 浸透水的帆布进行干燥,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。

9 (1). 干燥速率 (U) 即水分汽化速率,可用单位时间内从被 干燥物料的单位面积上汽化的水分质量表示 ( kg/m 2 · s ),在较小范围内,可按下式计算: 式中: --- 干燥速率( kg/m 2.s ) --- 干燥面积( m 2 ) --- 时间间隔( s ) --- 绝干物料量( kg ) --- 时间间隔内干燥气化的干基含水量

10 (2). 被干燥物料的重量 式中: --- 被干燥物料和支撑架的总质量( kg ) --- 式样支撑架的质量( kg )

11 (3). 物料的干基含水量 与干燥速率相对应的湿物料含水量(物 料平均干基含水量) 式中: --- 第 i 次测定的湿物料干基含水量 (kg 水 /kg 绝干料 ) ; --- 第 i+1 次测定的湿物料干基含水量 (kg 水 /kg 绝干料 ) 。

12 (4). 恒速阶段 对流传热系数 与传质系数 在恒速干燥阶段,物料在恒定的干燥条件下进行干燥 时,物料表面与空气间的传热过程和传质过程分别用下 式表示, 传热过程: 传质过程: 式中: --- 空气至物料表面的传热膜系数( KW/m 2 · K ); H 、 t--- 空气的湿度( kg 水 /kg 绝干料)和温度( K ); H W 、 t w --- 湿球温度下空气的饱和湿度( kg 水 /kg 绝干料)和湿物 料表面温度(即空气的湿球温度)( K ); K H --- 以湿度基 ΔH 为推动力的传质系数( kg/m 2 · s · ΔH )。

13 在恒速干燥阶段中,空气传给物料之显 热恰等于水分从物料汽化所需的潜热,即: 式中: --- 湿球温度下水的汽化潜热( kJ/kg )。 即 则传质系数

14 当空气平行流过静止的物料层表面时, 对流传热系数 式中: L --- 湿空气的质量流速( kg/m 2 · h );其中 --- 温度为 t ℃时,空气的密度( kg/m 3 ); A--- 干燥器洞道流通面积( m 2 )。

15 (5). 空气体积流量 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: 式中: — 试样放置处空气体积流量( m 2 /h ); V 20 — 常压下 20 ℃时空气体积流量( m 2 /h ); 由 U 形管压差计读数和校正曲线查得; t 0 — 流量计处空气温度(℃); t — 干燥器内空气的温度(℃);

16 实验装置及流程实验装置及流程

17 实验装置的主要技术参数 1. 洞道干燥器 : 其规格为 120×120×1200mm ; 2. 鼓风机为 XGB--2 型漩涡气泵 : 最大流量为 50 ( m 3 /h ); 3. 称重传感器 : 最大量程为 300g ; 4. 孔板流量计 : 不锈钢制品,配U形管压差计,自行设计、标 定。 5. 温度计 : 干球温度为铂电阻,湿球温度为铂电阻外包纱布。 6. 加热器 : 二组电阻丝加热,每组 2.0kw ,控温精度小于 ±1.0 ℃。 7. 湿物料 : 帆布。 8. 流量与压差关系 : 适用范围 15 ~ 50m 3 /h , R— mmH20( 标准温度 0 ℃ )

18 实验步骤 1 、实验前的准备工作实验前的准备工作 2 、实验方法实验方法

19 1 、实验前的准备工作 (1) ( 1 )按流程及板面布置、电器线路示意图检查设 备及仪器、仪表是否齐全,完好。熟悉装置上各 个设备、仪表和部件使用方法,了解有关注意事 项。 ( 2 )检查湿球温度测量铂电阻包装、安装是否正 确,并向湿球温度计的蓄水池中加水。 ( 3 )将物料试样事前称准绝干料质量(放在烘箱 内,在 80 ℃下烘烤,用精密天平称量,几次称量 值相同后,视为绝干料重),也可由指导教师提 供该值。之后,将要干燥的物料试样在水中进行 充分浸泡。

20 1 、实验前的准备工作 (2) ( 4 )将被干燥物料的空支架安装在洞道内,令天 平处在自由摆动的平衡状态,记录整个支架和托 盘的重量。 ( 5 )熟悉秒表使用方法。 ( 6 )全开新鲜空气进口阀和废气排出阀,全关废 气循环阀。 ( 7 )将空气流量调节阀全开,以启动时保护电机。 ( 8 )将空气预热器加热电压调节旋钮拧至全关状 态。防止启动时功率过大,烧坏加热器。

21 2 、实验方法 (1) ( 1 )打开风机电源(插座),调节流量,设定加热温度, 调节控温电流 3 — 4A ,并调节常热电流 1 — 2A 。 ( 2 )当温度稳定后,注意观察重量显示仪读数是否稳定, 当读数稳定后,再调节零点电位器至零。 ( 3 )当零点值和湿球温度读数稳定后,记下流量和各点 温度值。将准备好的湿物料试样放入干燥器内(注意手 不能按称重传感器上托架)。记下湿物料试样的初重。 ( 4 )用秒表在一定时间间隔内(如 1min )记下称重传感 器显示的质量值。连续测试,直至物料质量保持不变为 止。

22 2 、实验方法 (2) ( 5 )在记时过程中随时注意控温点的干球温度和湿球温 度的显示值,整个操作过程中湿球温度值基本不变(维持 在 0.5 ℃内变化)。否则就是系统未达到稳定或湿球计内缺 水或物料已烘干。 ( 6 )停止加热,风机继续运转几分钟,待温度降低后再 停风机,然后取出试样,一切复原。 注意:最后若发现时间已过去很长,而减少的重量还达不 到所要求的克数,则可立即人为使天平处于平衡状态,并 同时记录数据。

23 实验原始记录与数据处理结果 试样物料 : ;试样编号 : ;试样尺寸 : 长 宽 厚 ( mm ); 干燥面积 S= m 2 ;试样绝干质量 :Gc= g ;有风时物料架质量 = g 干燥实验原始数据记录 序号序号 湿样品 质量 g 干燥时间 间隔 Δτ/min 流量计示 值 R/mmH 2 O 风机出 口温度 / ℃ 干燥室 前温度 / ℃ 湿球 温度 / ℃ 干燥室 后温度 / ℃ …

24 干燥实验数据处理结果 序号序号 湿料含水量 X/ ( kg 水分 /kg 绝干料) 与 U 对应的湿料含水量 X/ ( kg 水 /kg 绝干料) 干燥速率 U×10 3 /(kg/m 2.s) …

25 计算与实验结果 项 目 试样 001 试样 002 空气平均温度 t m ℃ 空气湿球温度 t w ℃ 空气体积流量 V t m 3 /h 物料受热面积 S m 2 t w 下水的气化热 γ tw kJ/kg 干燥器洞道流通面积 F m 2 空气的质量速度 L kg/m 2.h 干燥曲线 干燥速率曲线 临界含水量 X C 平衡含水量 X * 恒速段干燥速率 U C kg/m 2.h 恒速段对流传热系数 α W/m 2. ℃ 按 α 值估计的 U C 计 kg/m 2.h

26 实验报告要求 1. 对实验结果进行数据处理,并写出一组数据 的计算示例; 2. 绘制干燥曲线图和干燥速率曲线图; 3. 计算对流传热系数 α ,并由 α 值估计恒速干 燥速率,并与实测值比较,分析误差原因。

27 实验注意事项 (1) 1 、实验过程中,始终都要使天平能够自由摆动, 这是实验成功的关键。 2 、为了设备的安全,开车时,一定要先开风机后 开空气预热器。停车时则相反。 3 、物料干燥前应测定好绝干料重和有关尺寸。实 验操作前必须先将物料充分湿透,但放入干燥器 内时以不带水为准。 4 、准确安装湿球温度计,并保证玻璃球内有足够 量的水。

28 实验注意事项 (2) 5 、流量不宜过大,防止噪音大,且标定流量计时, 流量计算式应在一定读数范围内适用。 6 、加热器电流不宜过大,否则使控温精度降低。 7 、称重传感器属贵重仪表且极易损坏。零点受温 度影响较大,使用时一定不能超重,严禁用手按 压。 * 打开加热管段处的法兰,即可更换加热用的电阻 丝。

29 实验思考题 (1) 1.如何恒定干燥条件? 2.若提高空气的温度或增加空气的流量,干燥速 率曲线、恒速干燥速率、临界含水量、平衡含水 量有何变化? 3.若被干燥介质(如黄沙)的厚度增加,其干燥 速率曲线、临界含水量、平衡含水量有何变化? 4.相对而言空气循环式和废气排放式各有什么特 点? 5.在70--80℃的空气气流中干燥经过相当长的时 间,能否得到绝对干料?

30 实验思考题 (2) 6.有一些物料在热气流中干燥,希望热气流相对 湿度要小,而有一些物料则要在相对湿度较大些 的热气流中干燥,这是为什么? 7.为什么在操作中要先开鼓风机送气,而后再通 电加热? 8.测定干燥速率曲线必须在恒定条件下进行,恒 定条件是什么? 9.当空气的干燥温度、流速改变时,试推测干燥 速率曲线的变化? 10.测定干燥速率曲线有何意义?


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