化工原理試驗(yàn)一-干燥試驗(yàn)

1、化工原理實(shí)驗(yàn)一 干燥實(shí)驗(yàn)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L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。5 .測(cè)定恒速階段物料與空氣之間的對(duì)流傳熱系 數(shù)a和傳質(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

2、態(tài)的形式自物料內(nèi)部向表面?zhèn)髻|(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 懸、含水性質(zhì)；固體物料層的厚度或顆粒的大 ??；熱空氣的溫度、濕度和流速；熱空氣與 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)

3、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”來(lái)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。與X的關(guān)系為:% = -co(81)式中：X干基含水量kg水/kg絕干料;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)間的關(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

4、線的具體形狀因物料性質(zhì)及干燥條件而變，但是曲線的一般形狀，如圖（8 1）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X C。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（8 2）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（8 2）的干燥速率曲線可以明顯看出，干燥過(guò)程可分為三個(gè)

5、階段：物料的預(yù)熱階段（ AB 段） 、 恒速干燥階段（ 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

6、速率，物料表面變干，溫度開(kāi)始上升，傳入的熱量因此而減少，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Xco影響恒速階段的干燥速率 Uc和臨界含水量X C 的因素很多。測(cè)定干燥速率曲線/kg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：(82)式中kg 水/(m2 , h);S一干m2;一時(shí)U=dwwsdsU 一干燥速率燥面積間間隔s;w'一時(shí)間間

7、隔內(nèi)汽化水分的質(zhì)量 kg。2 .物料的干基含水量XX=G' GcGc(83)式中X物料的干基含水量kg水/kg絕干料；Gc一絕干物料的質(zhì)量 kg；G一固體濕物料的質(zhì)量kg o從式(83)可以看出，干燥速率U為時(shí)間 內(nèi)的平均干燥速率，故其對(duì)應(yīng)的物料含水量也 為時(shí)間內(nèi)的平均含水量X平，X 平=(Xi+Xi+i)/2(84)式中X平一時(shí)間間隔內(nèi)的平均含水量kg水/kg絕干料；Xi 一時(shí)間間隔開(kāi)始時(shí)刻濕物料的含水量 kg水/kg絕干料；Xi+i一 時(shí)間間隔終了時(shí)刻濕物料的含水量 kg水/kg絕干料。3 ,恒速階段傳質(zhì)系數(shù)Kh的求取傳熱速率半(t tw)sd(85)dwsdKH（Hs,twH）Q

8、熱空氣傳給濕物料的熱量傳質(zhì)速率(86)上兩式中：kJ ;s；m2;的水分質(zhì)量傳熱系數(shù)t 一度質(zhì)系數(shù)氣的濕球溫度)kg/kg絕干空氣;一干燥時(shí)間S一干燥面積w-由濕物料汽化至空氣中kg；一空氣與物料表面間的對(duì)流kw/m 2 c；空 氣 溫；Kh 一以溫度差為推動(dòng)力的傳kg/(m2 s );tw一濕物料的表面溫度(即空K；H 一 空氣的濕度kg/kg絕干空氣;Hs,twtw下的空氣飽和濕度恒速階段，傳質(zhì)速率等于干燥速率，即Kh =UcHs,tw H,(87)式中：Uc臨界干燥速率，亦為恒速階段干燥 速率)kg/ (m2 s)。4 ,恒速階段物料表面與空氣之間的對(duì)流傳熱 系數(shù)恒速階段由傳熱速率與傳質(zhì)

9、速率之間的關(guān)系得：=Uc/=t tw(88)式中：rtwtw下水的汽化潛熱，kJ/kg。用式(88)求出的為實(shí)驗(yàn)測(cè)量值，的計(jì)算 值可用對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式估算：=0.0143 (L)0.8(89)式中：L 空氣的質(zhì)量流速)kg/m2So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/m2s,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：Vs=Co ,ki ,k2 A。 2g R/103 A 1（810）II式中：Vs一流徑孔板的空氣體積流量）m3/s;Co 管內(nèi)徑 Di=106mm ）_ _ _ _ _z-k

10、z_k r 八_ ' _ _ _ _ _Co=0.6805;管內(nèi)徑 Di =100mm, C。=0.6655;k1粘度校正系數(shù)，取k1二1.014;k2管壁粗糙度校正系數(shù)， k2=1.009;A。一孔截面積）A0=3.681 X10-3m2R一單管壓差計(jì)的垂直指示 值）mm;A壓差計(jì)指示液密度， kg/m3;20 C, 695mmHg 時(shí)，水 的密度為998.5kg/m3;1-壓差計(jì)指示液上部的空氣密度）kg/m3;20 C, 695mmHg 時(shí)，空氣的密度=1293 魯 273=1.1kg/m3；760 T一流經(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4m

11、mHg (表壓)，風(fēng)機(jī)的 出口溫度為T(mén)o當(dāng)大氣壓等于695mmHg時(shí)，二1293 695，273 = 325 (kg/m3)760 T T(811)式中：T一風(fēng)機(jī)的出口溫度，Ko當(dāng) Co=O.68O5 時(shí)，Vs=0.000638赤T當(dāng) C 0=0.6655 時(shí)，Vs=0.000616病空氣的質(zhì)量流速L二一A(812)式中：L空氣的質(zhì)量流速，kg/(m2 , s);A干燥室流通截面積，m2。當(dāng) A=O.15 X O.2=O.O3m2, Co=O.68O5 時(shí)， L=6.91 匡 當(dāng) A=O.15XO.2=O.O3m2, C'o=O.6655T '時(shí)，L' =6.67R。四

12、、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

13、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)，用以確定干燥室內(nèi)的空氣狀態(tài)。空氣流速由蝶閥來(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do=68.46mm, 孔流系數(shù) Co=0.6805;4#:管內(nèi)徑 D=100mm)孔徑 do=68.46mm, 孔流系數(shù) C0=0.6805;(2)干燥室尺寸：0.15m 0.20m(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

14、是否正常工作。(4)電子天平：型號(hào)為 JY6001,量程為0 600g,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85，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 2 3 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 (U X)；2 .確定物料的臨界含水量X c及平衡含水量X *;3