本　科　實(shí)　習(xí)　報(bào)　告

學(xué)　　院

化學(xué)工程

學(xué)生姓名

?！　I(yè)

化學(xué)工程與工藝

學(xué)　　號

年　　級

指導(dǎo)教師

教務(wù)處制表

二ΟΟ六

年

X

月

X日

對流干燥實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解洞道式循環(huán)干燥器的基本流程、工作原理和操作方法。

（2）掌握物料干燥曲線的測定方法。

（3）測定濕物料的臨界含水量XC。

（4）加強(qiáng)對干燥原理的理解，掌握影響干燥速率的因素。

二、實(shí)驗(yàn)原理

干燥是以熱能為動力，利用分子濃度不同所帶來的擴(kuò)散性去除固體物料中濕份的操作。干燥過程中，物料首先被空氣預(yù)熱，溫度上升到空氣的濕球溫度，干燥速率上升，隨后保持平衡，溫度不變，干燥速率恒定。當(dāng)物料中的自由水被干燥完全后，干燥速率下降，最后至為0，到達(dá)水分的平衡。實(shí)際過程中，物料的預(yù)熱時(shí)間很短，可以被忽略。

（1）干燥曲線。

干燥曲線是物料的濕含量X與干燥時(shí)間的關(guān)系曲線。它反映了物料在干燥過程中濕含量隨干燥時(shí)間的變化關(guān)系，其具體形狀因物料性質(zhì)及干燥條件而有所不同，干燥曲線的基本變化趨勢如圖3-15所示。干燥曲線中BC段為直線，CD段為曲線，直線和曲線的交點(diǎn)為臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)的物料濕含量為臨界濕含量XC。

（2）干燥速率曲線。

干燥速率曲線是干燥速率與物料濕含量的關(guān)系曲線。它反映了物料干燥過程的基本規(guī)律，如圖所示。從圖中可以明顯看出，濕物料在干燥過程中經(jīng)歷了三個(gè)階段：物料預(yù)熱升溫段、恒速干燥段和降速干燥段。常常采用實(shí)驗(yàn)的方法來測定干燥速率曲線。干燥速率曲線是工業(yè)干燥器設(shè)計(jì)的依據(jù)，因而具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

干燥速率是以單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上所汽化的水分量來表示，其數(shù)學(xué)式為

（3-36）

式中：u——干燥速率，；

圖3-16干燥速率曲線

W——汽化水分量，kg；

GC——絕干物料量，kg；

X——濕物料的干基含濕量，kg水/kg絕干物料；

A——干燥面積，m2；

——干燥時(shí)間，S。

實(shí)驗(yàn)中干燥速率可按下式近似計(jì)算：

（3-37）

式中：——干燥進(jìn)行時(shí)間，S；

——在時(shí)間內(nèi)濕物料汽化的水分量，kg。

干燥速率受到干燥介質(zhì)的溫度、濕度與流動狀態(tài)、物料的性質(zhì)與尺寸以及物料與介質(zhì)的接觸方式等多種因素的影響，若這些因素均保持相對恒定，則物料的濕含量將只隨干燥時(shí)間而降低，據(jù)此可作出：濕含量與干燥時(shí)間關(guān)系的干燥曲線；干燥速率與物料濕含量關(guān)系的干燥速率曲線。

本實(shí)驗(yàn)在洞道式循環(huán)干燥器內(nèi)進(jìn)行，以熱空氣為干燥介質(zhì)來加熱濕物料，干燥是物料靜止、熱空氣強(qiáng)制對流傳熱情況下的傳質(zhì)過程。用電子稱重傳感器與秒表配合，測定物料每失重一定量所需的時(shí)間，即可求出該時(shí)段內(nèi)濕分汽化量和干燥速率。

三.實(shí)驗(yàn)流程及設(shè)備

（1）氣流干燥實(shí)驗(yàn)流程。

本干燥實(shí)驗(yàn)裝置為洞道式循環(huán)干燥器。空氣由風(fēng)機(jī)送出，經(jīng)電加熱器加熱變成熱空氣，通過孔板流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)人干燥箱體內(nèi)與濕物料進(jìn)行熱量傳遞和質(zhì)量傳遞，然后返回風(fēng)機(jī)，循環(huán)使用。濕物料由稱重傳感器測其隨時(shí)間的重量變化，其流程示意如圖3-17所示。

圖3-17

對流干燥實(shí)驗(yàn)裝置流程

球閥；2-蝶閥；3、11-熱電偶；4、9-重量巡檢儀；5、10-稱重傳感器；6-風(fēng)機(jī)

7-加熱器；8-巡檢儀；12、13-干燥物料；14-孔板流量計(jì)

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀表。

干燥箱體：尺寸為，材質(zhì)為不銹鋼。

風(fēng)機(jī)：Y9US-2.其他儀表儀器：高精度數(shù)字顯示儀DWI-D，稱重傳感器C1Y3、孔板流量計(jì)；巡檢儀F&B、熱電偶WZC-333、電子表。

四.實(shí)驗(yàn)操作步驟

（1）理清流程，熟悉測試儀表的使用。

（2）蝶閥2全開，打開控制箱，依次開啟總電源、風(fēng)機(jī)、電加熱器和儀表按鈕，讓空氣進(jìn)人電加熱器7，預(yù)熱空氣后進(jìn)人干燥箱體。

（3）預(yù)熱空氣升溫至50℃以上，調(diào)節(jié)閥門1，保持溫度恒定后，放人濕物料進(jìn)入干燥箱內(nèi)，記錄其總重量，同時(shí)計(jì)時(shí)。

（4）每失重0.5g，記錄一次干燥時(shí)間，共采集數(shù)據(jù)13組到15組。

（5）所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完后，經(jīng)指導(dǎo)教師同意，關(guān)閉電加熱器、關(guān)閉風(fēng)機(jī)和總電源。

（6）在實(shí)驗(yàn)操作過程中，注意用電的安全。

五．實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄

干燥箱內(nèi)溫度：55℃

物料尺寸：86*108*2mm

濕物料起始量：46g

絕干物料質(zhì)量：18.2g

45.6

40.8

9＇04

36.0

5＇16

31.2

18＇50

26.4

22＇11

45.2

1＇23

40.4

9＇55

35.6

6＇17

30.8

1＇08

26.0

25＇26

44.8

1＇51

40.0

10＇48

35.2

7＇21

30.4

2＇40

25.6

28＇48

44.4

2＇20

39.6

11＇46

34.8

8＇31

30.0

3＇52

25.2

32＇4

44.0

3＇01

39.2

12＇37

34.4

9＇27

29.6

5＇25

24.8

37＇35

43.6

3＇44

38.8

13＇28

34.0

10＇32

29.2

7＇03

24.4

5＇23

43.2

4＇30

38.4

14＇22

33.6

11＇42

28.8

8＇46

24.0

10＇41

42.8

5＇13

38.0

34.0

33.2

12＇44

28.4

10＇42

23.6

17＇08

42.4

5＇54

37.6

1＇27

32.8

13＇55

28.0

12＇17

23.2

24＇48

42.0

6＇47

37.2

2＇22

32.4

15＇05

27.6

14＇23

22.8

33＇59

41.6

7＇33

36.8

3＇20

32.0

16＇23

27.2

16＇45

22.4

45＇07

41.2

8＇23

36.4

4＇19

31.6

17＇34

26.8

19＇12

質(zhì)量/g

時(shí)間’

表3-18

物料質(zhì)量隨時(shí)間變化關(guān)系

六．試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

1、干燥曲線

濕含量

X=(G-Gc)/Gc

以第一組數(shù)據(jù)為例：X1=(46-18.2)/18.2=152.75%

濕含量X%

時(shí)間

t/s

濕含量X%

時(shí)間

t/s

濕含量X%

時(shí)間

t/s

濕含量X%

時(shí)間

t/s

濕含量X%

時(shí)間

t/s

152.75

0

126.37

503

100.00

1121

73.63

1916

47.25

3144

150.55

124.18

544

97.80

1178

71.43

1992

45.05

3323

148.35

121.98

595

95.60

1239

69.23

2060

42.86

3518

146.15

119.78

648

93.41

1303

67.03

2152

40.66

3720

143.96

140

117.58

706

91.21

1373

64.84

2224

38.46

3916

141.76

181

115.38

757

89.01

1429

62.64

2317

36.26

4247

139.56

224

113.19

808

86.81

1494

60.44

2415

34.07

4570

137.36

270

110.99

862

84.62

1564

58.24

2518

31.87

4888

135.16

313

108.79

896

82.42

1626

56.04

2634

29.67

5275

132.97

354

106.59

949

80.22

1697

53.85

2729

27.47

5735

130.77

407

104.40

1004

78.02

1767

51.65

2835

25.27

6286

128.57

453

102.20

1062

75.82

1845

49.45

2997

23.08

6954

表3-19

濕含量-累計(jì)時(shí)間

根據(jù)表3-19繪制干燥曲線如下

圖3-20

干燥曲線

2、干燥速率曲線

干燥速率

以第一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例：

A=2*(86*108+86*2+108*2)mm2=19352mm2=0.019352m2

濕份X/%

速率u*104

126.37

4.5979

100.00

3.5068

73.63

2.9141

47.25

1.4075

150.55

5.0464

124.18

4.4022

97.80

3.6299

71.43

2.7224

45.05

1.1559

148.35

4.9263

121.98

4.0569

95.60

3.3919

69.23

3.1349

42.86

1.0610

146.15

4.9263

119.78

3.9038

93.41

3.2329

67.03

2.8737

40.66

1.0243

143.96

5.1726

117.58

3.9789

91.21

2.9558

64.84

2.8737

38.46

1.0556

141.76

5.0464

115.38

4.0569

89.01

3.6947

62.64

2.2248

36.26

0.6251

139.56

4.8117

113.19

4.0569

86.81

3.1831

60.44

2.1113

34.07

0.6406

137.36

4.4979

110.99

3.8315

84.62

2.9558

58.24

2.0088

31.87

0.6506

135.16

4.8117

108.79

3.8315

82.42

3.3372

56.04

1.7837

29.67

0.5346

132.97

5.0464

106.59

3.7619

80.22

2.9141

53.85

2.1779

27.47

0.4498

130.77

4.7024

104.40

3.7619

78.02

2.9558

51.65

1.9519

25.27

0.3755

128.57

4.4979

102.20

3.5673

75.82

2.6526

49.45

1.2772

23.08

0.3097

表3-21

濕份-干燥速率對應(yīng)表

圖3-22

干燥速率曲線

七．結(jié)果與分析

通過圖3-15和3-20對比可以看出，實(shí)驗(yàn)測定的干燥曲線與理想的干燥曲線較為吻合，實(shí)驗(yàn)曲線出現(xiàn)了明顯的恒速干燥段BC和降速干燥段CD，未出現(xiàn)AB段的原因可能是物料加熱速度太快，很快就加熱到了恒速段，因此AB段不明顯。

而圖3-22干燥速率曲線總體趨勢與圖3-16理想干燥速率曲線相符合，干燥速率先是在BC段保持平衡，當(dāng)物料濕含量降到臨界濕含量后干燥速率隨濕含量降低而降低。但是圖3-22受測量誤差干擾很大，波動太大。去掉一些誤差大的點(diǎn)，可以得到新的平穩(wěn)的干燥速率曲線：

圖3-23

處理后的干燥速率曲線

通過圖3-23可以得到，物料的臨界濕含量Xc=132%左右。當(dāng)濕含量大于臨界濕含量時(shí)，干燥處于恒速段，濕含量小于臨界含量時(shí)，速率隨濕含量降低而降低。

八．實(shí)驗(yàn)思考與討論

1、分析影響干燥速率的因素有哪些？

答：影響干燥速率的因素主要有內(nèi)因和外因。外因有：干燥氣溫度，風(fēng)速大小，干燥氣與物料的接觸面積，干燥器的·相對濕度等，干燥氣溫度越高，風(fēng)速越大，相對濕度越小，接觸面積越大干燥速率越大。內(nèi)因與物料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)性質(zhì)，與水的結(jié)合力，作用力強(qiáng)弱有關(guān)。在恒速干燥段，外因起主導(dǎo)作用，降速干燥段，內(nèi)因起主要作用。

2、為什么在干燥操作中要先開風(fēng)機(jī)，而后再通加熱？

答：（1）如果先開加熱，靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)很低，導(dǎo)致熱量無法散出，容易燒徽設(shè)備。（2）風(fēng)機(jī)啟動需要很大的電流，如果這時(shí)候加熱開著容易造成電路過載。

3、在干燥箱內(nèi)物料干燥相當(dāng)長的時(shí)間后能否得到絕干物料？

答：不能。只有使用絕干空氣對物料進(jìn)行干燥才能得到絕干物料，干燥箱內(nèi)的空氣不是絕干空氣，物料只能干燥到相應(yīng)的平衡水分。

4、實(shí)驗(yàn)中的平衡水分為多少？臨界干燥速度是多少？

答：當(dāng)物料干燥至平衡水分時(shí)，干燥速率為零，根據(jù)圖3-23估計(jì)，當(dāng)u=0時(shí)，X=6%。

臨界干燥速率即臨界濕含量時(shí)的干燥速率，通過圖3-23可以讀出，在Xc=132%時(shí)，干燥速率uc=5*10-4kg/(m2*s)