洞道干燥实验

一、 实验目的：

1.  了解常压干燥设备的构造，基本流程和操作；

2.  测定物料干燥速率曲线及传质系数；

3.  研究气流速度对恒定干燥速率的影响；（选作）

4.  研究气流温度对恒定干燥速率的影响。（选作）

二、 实验原理及说明：

1、干燥曲线

干燥曲线即物料的干基含水量x与干燥时间θ的关系曲线。它说明物料在干燥过程中，干基含水量随干燥时间的变化关系：

x=F(θ)                                   （1）

典型的干燥曲线如图3-11所示。

实验过程中，在衡定的干燥条件下，测定物料总质量随时间的变化，直到物料的质量恒定为止。此时物料与空气间达到平衡状态，物料中所含水分即为该空气条件下的平衡水分。然后将物料的绝干质量，则物料的瞬间干基含水量为：

（Kg水/kg绝干物料）                （2）

式中：W——物料的瞬间质量（kg）

W_C——物料的绝干质量（kg）

将X对θ进行标绘，就得到如下图所示的干燥曲线。

图1、 干燥曲线和干燥速率曲线

干燥曲线的形状由物料性质和干燥条件决定。

2、干燥速率曲线

干燥速率曲线是指在单位时间内，单位干燥面积上气化的水分质量。

A——干燥面积（物料的表面积）（m²）

W——从被干燥物料中除去的水分质量（kg） 

干燥面积和绝干物料的质量均可测得，为了方便起见，可近似用下式计算干燥速率：

  [kg/m²s] 或 [g/m²s]                    （4）

本实验是通过测出每挥发一定量的水分（Δw）所需要的时间（Δθ）来实现测定干燥速率的。

影响干燥速率的因素很多，它与物料性质和干燥介质（空气）的情况有关。在干燥条件不变的情况下，对同类物料，当厚度和形状一定时，速率Na是物料干基含水量的函数。Na = f(X)                          （5）

3、传质系数(恒速干燥阶段)

干燥时在恒速干燥阶段，物料表面与空气之间的传热速率和传质速率可分别以下面两式表示：

                              （6）

                          （7）

——由空气传给物料的热量（KJ）

α——对流传热系数（Kw/m²℃）

t、t_w——空气的干、湿球温度（℃）

K_H——以湿度差为推动力的传质系数（kg/m²s△H）

H、H_w——与t、t_w相对应的空气的湿度（kg/kg干空气）

当物料一定，干燥条件恒定时，α，K_H的值也保持恒定。在恒速干燥阶段物料表面保持足够润湿，干燥速率由表面水分汽化速率所控制。若忽略以辐射及传导方式传递给物料的热量，则物料表面水分汽化所需要的潜热全部由空气以对流的方式供给，此时物料表面温度即空气的湿球温度t_w,水分汽化所需热量等于空气传入的热量，即：

     r_w—t_w时水的 汽化潜热（KJ/Kg）  （8）

因此有：

即：                                                （9）

                               （10）

对于水—空气干燥传质系统，当被测气流的温度不太高，流速＞5m/s时，上式（10）又可简化为：

                                                   （11）

 K_H的计算：

（1）查H、H_w ：

由干、湿球温度t、t_w，根据湿焓图或计算出相应的H，H_w；

（2）计算流量计处的空气性质：

因为从流量计到干燥室虽然空气的温度、相对湿度发生变化，但其湿度未变。因此，我们可以利用干燥室处的H来计算流量计处的物性。已知测得孔板流量计前气温是t_L，则：

流量计处湿空气的比体积：v_H=(2.83×10^-3+4.56×10^-3H)(t+273)  [kg_水/m³_干气]

流量计处湿空气的密度是：ρ=（1+H）/v_H                   [kg/m³_湿气]

（3）计算流量计处的质量流量m[kg/s]：

测得孔板流量计的压差计读数为ΔP [Pa]：

流量计的孔流速度：  [m/s]    本实验C₀=0.74。

流量计处的质量流量：m=u₀×A₀×ρ    [kg/s]    A₀为孔板孔面积

（4）干燥室的质量流速G[kg/m²s]：

虽然从流量计到干燥室空气的温度、相对湿度、压力、流速等均发生变化，但两个截面的湿度H和质量流量m却一样。因此，我们可以利用流量计处的m来计算干燥室处的质量流速G：

干燥室的质量流速为：G=m/A   [kg/m²s]     A为干燥室的横截面积

（5）传热系数α的计算：

干燥介质（空气）流过物料表面可以是平行的，也可以是垂直的，也可以是倾斜的。实践证明，只有空气平行物料表面流动时，其对流传热系数最大，干燥最快最经济。因此将干燥物料做成薄板状，其平行气流的干燥面最大，而在计算传热系数时，因为两个垂直面面积较小、传热系数也远远小于平行流动的传热系数，所以其两个横向面积的影响可忽略。

根据α经验式：对水-空气系统，当空气流动方向与物料表面平行，其质量流速G=0.68~8.14kg/m²s；t=45~150℃。

   [kw/m²℃]                                        （12）

（6）计算K_H：

由（12）计算出α代入（11）式即可用式计算出传质系数K_H。

三、实验装置

本装置由离心式风机送风，先经过一圆管经孔板流量计测风量，经电加热室加热后，进入方形风道，流入干燥室，再经方变圆管流入蝶阀可手动调节流量（本实验装置可由调节风机的频率来调节风量，实验时蝶阀处于全开状态），流入风机进口，形成循环风洞干燥。

为防止循环风的湿度增加，保证恒定的干燥条件，在风机进出口分别装有两个阀门，风机出口不断排放出废气，风气进口不断流入新鲜气，以保证循环风湿度不变。

为保证进入干燥室的风温恒定，保证恒定的干燥条件，电加热的二组电热丝采用自动控温，具体温度可人为设定。

本实验有三个计算温度，一是进干燥室的干球温度（为设定的仪表读数），二是进干燥室的湿球温度，三是流入流量计处用于计算风量的温度，其位置如图所示。

本装置管道系统均由不锈钢板加工，电加热和风道采用保温。

有关参数：

        中压风机：全风压2KPa， 风量22m³/min ，750w

        圆管内径：73.6 mm

　　    方管尺寸：150×200 mm （宽×高）

        孔板流量计：全不锈钢，环隙取压，孔径57.01mm，m=0.6  C₀=0.74

        电加热：二组2×1.5 Kw，自动控温

        压差传感器：无锡梅园WMF—2000，0～5000 Pa

        压差显示仪表：宇电501

        热电阻传感器：Pt100

        温度数显仪表：宇电501

        温度控制器：宇电518

        称重传感器：北京正开MCL—L ，0—1000g

        称重显示仪表：北京正开MCK—ZS

        干燥湿物料：羊毛毡，尺寸为130×80×10（长×宽×厚），绝干重21克

        本实验消耗和自备设施：

        电负荷：3+0.75Kw

        

四、实验步骤：

1、    将待干燥试样浸水，使试样含有适量水分约70克左右（不能滴水），以备干燥实验用。

2、    检查风机进出口放空阀应处于开启状态；往湿球温度计小杯中加水；

3、    检查电源连接，开启仪控柜总电源。启动风机开关，并调节阀门，使仪表达到预定的风速值，一般风速调节到600～900Pa；

4、    风速调好后，通过温控器仪表手动调节干燥介质的控制温度（一般在80—95℃之间）。开启加热开关，温控器开始自动控制电热丝的电流进行自动控温，逐渐达到设定温度。

5、    放置物料前调节称重显示仪表显示回零。

6、    状态稳定后（干、湿球温度不再变化），将试样放入干燥室架子上，等约2分种，开始读取物料重量（最好从整克数据开始记录），记录下试样质量每减少3克时所需时间，直至时间间隔超过6分钟左右时停止记录；

7、    取出被干燥的试样，先关闭加热开关。当干球温度降到60℃以下时，关闭风机的开关，关闭仪表上电开关。

友情提示

1、干球温度一般控制在80—95℃之间。

2、放物料时，手要用水淋湿以免烫手；放好物料时检查物料是否与风向平行。

注意事项

1、在总电源接通前，应检查相电是否正常，严禁缺相操作。

2、不要将湿球温度计内的湿棉纱弄脱落，调试好湿球温度后，最好不要让学生乱动。

3、所有仪表按键最好由老师提前设定或调节好，学生不要乱动。

4、开加热电压前必须开启风机，并且必须调节变频器有一定风量，关闭风机前必须先关闭电加热，且在温度降低到60℃以下时再停风机。本装置在设计时，加热开关在风机通电开关下游，只有开启风机开关才能开电加热，若关闭风机，则电加热也会关闭。虽然有这样的保护设计，但是我们还是希望用户在操作时按照说明书进行。

五、调试记录与计算示例

本实验在厂内经过调试数据见附页，现以第1组数据为计算示例：

1、干燥速率曲线

   干基湿含量：

   干燥速率：

           式中：物料表面积A=2（0.13*0.08+0.08*0.01+0.13*0.01）=0.0250 m²

2、K_H的计算：

（1）计算H、H_w ：

查得湿球温度t_w下：水的饱和蒸汽压Ps= 7113 [Pa]  水的汽化潜热r_w=2402 [KJ/Kg]

（2）计算流量计处的空气性质：

流量计处湿空气的比体积：

    流量计处湿空气的密度是：ρ=（1+H）/v_H =(1+0.02)/1.041=0.980   [kg/m³_湿气]

（3）计算流量计处的质量流量m[kg/s]：

流量计的孔流速度：

    式中：

流量计处的质量流量：m=q×ρ=0.08528×0.980=0.08357    [kg/s]

（4）干燥室的质量流速G[kg/m²s]：

干燥室的质量流速为：G=m/A=0.08357/0.03=2.786 [kg/m²s]   A=0.15×0.2=0.03  m²

     干燥室的流速为：u=q/A=0.08528/0.03=2.843    [kg/m²s]

（5）传热系数α的计算：

   [kw/m²℃]

（6）计算K_H：

            

3、实测恒速干燥阶段的传质系数

   从干燥速率曲线图中可得恒速阶段的平均干燥速率：Na=0.72 [g/m²S]

   实测传质系数为：

数据记录表格1：设备物料有关恒定数据

数据记录表格2：测量过程有关恒定数据

数据记录表格3：测量过程有关数据

实验报告要求：

绘制干燥速率曲线图，研究气流速度和气流温度与恒定干燥速率的关系（绘制成两条曲线），确定最佳干燥条件。

思考题：

1.影响干燥速率的因素有哪些？

2.干燥必要的条件是什么 ？

3.对流干燥过程的特点是什么？

4.空气的湿度是如何定义的

5.相对湿度是如何定义的？

6.湿球温度是指什么温度？跟什么有关？

7.湿空气的比容如何定义的？计算式是什么？

8.什么是临界含水量？它与那些因素有关？

9.干燥过程中，产生降速干燥的原因是什么？

 

第二篇：洞道干燥(1)

116.3-95.3=21g2

空气的湿度H:0.0137kg水/kg干气

湿球温度30℃时： 查到空气的饱和湿度：HS,Tw为0.018kg水/kg干气每人用一个干燥速率U代入公式求传质系数kH

因为α/KH=1.09kJ/(kg干气*℃），求出传热系数α

平均含水量X

0.79290.77620.75950.73570.71900.70000.67140.65240.63330.60710.58100.55480.53330.51430.49050.4714

0.45710.43810.41900.40000.37860.36190.35000.33330.31430.29760.28570.26900.25000.23330.21430.20000.18810.16670.13810.1167

0.10000.08100.06430.05000.03810.03100.01900.00710.0024