1、實驗11：干燥實驗一、實驗原理1、干燥特性曲線： 若將濕物料于一定的干燥條件下，例如一定的溫度、濕度和速度的空氣流中，測定被干燥物料的重量和溫度隨時間的變化關系，則得下圖所示曲線，即物料含水量-時間曲線及物料溫度-時間曲線。干燥過程分為三個階段：、物料預熱階段；、恒速干燥階段和、降速干燥階段，圖中AB段處于預熱階段，空氣中部分熱量用來加熱物料，故物料含水量隨時間變化不大。在隨后的第階段BC，由于物料表面存有自由水分，物料表面溫度等于空氣濕球溫度tw，傳入的熱量只用來蒸發物料表面的水分，物料含水量隨時間成比例減少，干燥速率恒定且較大。 到了第階段，物料中含水量減少到某一臨界含水量時，由于物料內部

2、水分的擴散慢于物料表面的蒸發，不足以維持物料表面保持潤濕，則物料表面將形成干區，干燥速率開始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲線CD逐漸達到平衡含水量X*而終止。在降速階段，隨著水分汽化量的減少，傳入的濕熱較汽化帶出的潛熱為多，熱空氣中部分熱量用于加熱物料。物料溫度開始上升，與交點處的含水量稱為物料的臨界含水量Xo，在上圖中物料含水量曲線對時間的斜率就是干燥速率u 。 若干燥速率u對物料含水量x進行標繪可得如圖所示的干燥速率曲線。 干燥速率曲線只能通過實驗測得，因為干燥速率不僅取決于空氣的性質和操作條件，而且還受物料性質結構以及所含水份性質的影響。 干燥速率u為單位時間在單位干燥面積上汽化的水

3、分量W，用微分式表示為： 式中：u干燥速率 kg / m2·sA干燥表面積 m2d相應的干燥時間 sdw汽化的水分量 kg。 本實驗裝置近似于工業上的廂式洞道式干燥器，計算的是達到一定干燥要求所需時間。而工業上連續操作的干燥器如氣流干燥器、沸騰床干燥器。物料連續進入，干燥條件隨過程不斷變化，往往計算的是完成一定處理能力、一定干燥要求所需設備尺寸，同樣需要測定干燥速率曲線，只是測定的方法和實驗裝置不同。 圖的橫座標x為相應于某干燥速率下的物料的平均含水量式中：x平某干燥速率下濕物料的平均含水量 kgGsi,Gsi+1分別為時間間隔內開始和終了時濕物料重量 kg。Gc濕物料中絕對干物料的

4、重量 kg。2、傳質系數的求?。?）恒速階段：恒速階段的干燥速率u僅由外部干燥條件決定，物料表面溫度近于空氣濕球溫度tw。在恒定的干燥條件下，物料表面與空氣之間的傳熱和傳質速率分別用于下面式子表示：式中：Q空氣傳給物料的熱量 KJ；干燥時間 SA干燥面積 m2空氣至物料表面的傳熱膜系數 KW/m2·kt空氣溫度 k；tw濕物料表面溫度（即空氣的濕球溫度）K；W由物料汽化至空氣中的水分 kg；KH以濕度差為推動力的傳質系數 kg/m2·sH；H空氣的濕度 kg水/kg干空氣；（2）降速階段：降速干燥階段中干燥速率曲線的形狀隨物料內部結構以及所含水分性質不同而異，因而干燥曲線只

5、能通過實驗得到，降速階段干燥時間的計算可以根據速率曲線數據圖解求得，當降速階段的干燥速率近似看作與物料的自由含水量（x-x*）成正比時干燥速率曲線可簡化為直線。即為： u=kx(x-x*)kx=u / (x-x*)式中：kx以含水量差x為推動力的比例系數 kg/m2·s·x；u物料含水量為x時的干燥速率 kg/m2·s；x在時的物料含水量 kg/kg絕干物料；x*物料的平衡含水量 kg/kg絕干物料； 由實驗得到的物料臨界含水量x0對于干燥裝置的設計十分重要，不僅對于計算干燥速率，干燥時間以及干燥器的尺寸必不可少，而且由于影響二個干燥階段干燥速率的因素不同因而確定

6、x0值對于如何強化具體干燥過程也有重要意義。 二、實驗裝置及流程簡介 主要設備規格： 孔板流量計：管徑D=106mm，孔徑d=孔流系數 C0 干燥室尺寸：0.15m×0.20m實驗流程： 空氣由風機，經孔板流量計，電加熱器送入干燥室，然后返回風機，循環使用，由吸氣口吸入一部分空氣，由排氣口排出一部分空氣，以保持系統濕度恒定，由蝶型閥控制空氣流量。電加熱器由繼電器控制，使進入干燥室空氣的溫度恒定，干燥室前方裝有干、濕球溫度計，風機出口及干燥室后也裝有溫度計，都用以確定干燥室的空氣狀態。三、實驗步驟第一步：啟動風機 鼠標左鍵點擊風機電源開關的綠色鍵，接通電源，啟動風機。 鼠標左鍵點擊斜管

7、壓差計可以看到放大的畫面，然后可以調節蝶型閥的開度的來調節風量。 注意：禁止在啟動風機以前加熱，這樣會燒壞加熱器第二步：開始加熱開啟風機后，鼠標左鍵點擊繼電器的開關，可以看到開始加熱，溫度升高?？梢杂脺囟日{節按鈕調節加熱溫度，左邊的鍵增加，右邊的減小。達到要求的溫度后，繼電器會自動保持給定的溫度，然后進行下一步。第三步：進行干燥實驗 實驗開始時，在溫度達到要求后，干燥室內掛一張充分潤濕的紙板，上面與天平的一個托盤下部相連，另一個托盤放砝碼。先使天平平衡，然后減去一定質量的砝碼，平衡被破壞，但隨著紙片被熱風干燥，質量減少，當干燥的水分質量與減去的砝碼質量相同時，天平會恢復平衡，然后向另一端傾斜，這時記下所用的時間，就可以計算出干燥速率。不斷減去砝碼，記錄時間就可以計算并描繪出干燥速率曲線。 真實的實驗操作，應由三個人分工協作，一個人減砝碼，一個人計時，一個人記錄數據。為了在計算機上操作簡便，作了簡化，只需一個人點擊一個按鈕就可以完成三個人的工作，因此本實驗的自動記錄功能是打開的。 在實驗主窗口干燥室的天平上點擊鼠標左鍵，即可調出天平畫面，如圖所示： 實驗中，第一次按鍵向干燥室內掛好紙片，這時天平會傾斜，待天平再次平衡后按鍵記錄下時間同時自動減去1克砝碼，天平再次傾斜，重復上述步驟。當單位計時超過360秒時，可結束實驗，進入數據