1、干 燥 實(shí)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) ：的測(cè)定方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.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。2.測(cè)定恒速階段物料與空氣之間的對(duì)流傳熱系數(shù)和M專(zhuān)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)或液態(tài)的形式自物料內(nèi)部 向表面?zhèn)髻|(zhì)的機(jī)理。

2、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 量、含水性質(zhì)；固體物料層的厚度或顆粒的大?。粺峥諝獾臏囟取穸群土魉伲?熱空氣與固體物料間的相對(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)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

3、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：oX（8 1）1灼式中：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。物料的干燥曲線的具體形狀因物料性質(zhì)及干燥條件而變，但是

4、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 Xc。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岀，干燥過(guò)程可分為三個(gè)階段：物料的預(yù)熱階段（AB 段）、恒速干

5、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(chēng)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(chēng)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速率，物料表面變干，溫度 開(kāi)始上升，傳入的熱

6、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(chēng)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Xc。影響恒速階段的干燥速率 Uc和臨界含水量 Xc的因素很多。測(cè)定干燥速率曲線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：dwwU=-(8 2)sdSL?式中U干燥速率kg 水 /(m2 h)；s干燥面積2m ；:時(shí)間間隔s；帥 ?時(shí)間間隔內(nèi)汽化水分的質(zhì)量kg。2 物料的干基含水量 XGYcX=

7、（ 8 3）Gc式中X物料的干基含水量kg 水/kg 絕干料;Gc絕干物料的質(zhì)量kg;G固體濕物料的質(zhì)量kg。從式（8 3）可以看岀，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:時(shí)間間隔內(nèi)的平均含水量kg 水/kg 絕干料；Xi: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+r: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dQ= -(tw) sd(8 5)傳質(zhì)速率dwKH(HS,twH)sd(8 6)上兩式中:Q熱空氣傳給濕物料的熱

8、量kJ；干燥時(shí)間s；S干燥面積2m ；w由濕物料汽化至空氣中的水分質(zhì)量kg ；空氣與物料表面間的對(duì)流傳熱系數(shù)kw/m c；X（kg 水/kg 絕干料）t空氣溫度c；KH以溫度差為推動(dòng)力的傳質(zhì)系數(shù)kg/(m2-s ；tw濕物料的表面溫度(即空氣的濕球溫度)H空氣的濕度Hs,tw tw下的空氣飽和濕度恒速階段，傳質(zhì)速率等于干燥速率，即K ；kg/kg 絕干空氣；kg/kg 絕干空氣;UcKH=HS,tw -H式中：Uc臨界干燥速率，亦為恒速階段干燥速率，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)速率之間的關(guān)系得：Uc rtw式中：rtw tw下水的汽化潛熱，kJ/kg。

9、用式(8 8)求岀的 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 8=0.0143 ( L).(8 9)2kg/m s。kg/ (m29-s)。(8 7)(8 8)式中：L 空氣的質(zhì)量流速,應(yīng)用條件：45C150C。質(zhì)量流速物料靜止，空氣流動(dòng)方向平行于物料的表面。L 的范圍為 0.78.5kg/m2 s,空氣溫度為式中:式中:式中: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:3p _ pVs=C0k1k2 A02g R/103 A 1PVS流徑孔板的空氣體積流量，m3/s；C0管內(nèi)徑 Di=106mm , 6=0.6805 ;管內(nèi)徑 Di=100mm , k1粘度

10、校正系數(shù)，取 k1=1.014 ；k2管壁粗糙度校正系數(shù)，k2=1.009 ；32A0孔截面積， A0=3.681X10 m ；R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；20C,695mmHg時(shí)，水的密度為；壓差計(jì)指示液上部的空氣密度，20C,695mmHg時(shí)，空氣的密度b 流經(jīng)孔板的空氣密度,風(fēng)機(jī)的岀口狀態(tài)為 4mmHg(表壓)ccc 695 + 4=1293 -760T 風(fēng)機(jī)的岀口溫度， K?？諝獾馁|(zhì)量流速(8 10)C0=0.6655 ;998.5kg/m3；kg/m3；=1293 -Pa-7602733=1.1kg/mT,kg/m3；通常以風(fēng)機(jī)的岀口狀態(tài)計(jì)。，

11、風(fēng)機(jī)的岀口溫度為 T。當(dāng)大氣壓等于 695mmHg時(shí),73 3253、=(kg/m3)T T當(dāng) C0=0.6805 時(shí)，VS=0.000638RT當(dāng) C0=0.6655 時(shí)，Vs=0.000616RTVsx PL=S-AL 空氣的質(zhì)量流速，A干燥室流通截面積,2kg/(m s)；2m。當(dāng) A=0.15X0.2=0.03m2，C=0.6805 時(shí),L=6.91(811)(8 12)R;當(dāng) A=0.15X0.2=0.03m2，C0=0.6655 時(shí),RL =6.67T。四、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8 3 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

12、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6洞道式干燥器流程圖1.加熱室2 2壓差計(jì) 3 3銅電阻 4 4.干燥室前溫度計(jì)5 5 濕球溫度計(jì)6 6 干燥室7 7 電子天平8 8 物料架 9 9干燥室后溫度計(jì) 1010.儀表箱 1111.控溫儀 1212.蝶閥 1313.風(fēng)機(jī) 1414.放氣閥 1515 風(fēng)機(jī)出口溫度計(jì) 1616.孔板流量計(jì)縫隙補(bǔ)充一部分新鮮空氣，由風(fēng)機(jī)岀口管上的放氣閥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 室前方裝有干、濕球溫度計(jì)，風(fēng)機(jī)岀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

13、狀 態(tài)?？諝饬魉儆傻y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as2主要設(shè)備尺寸 該裝置共四套：孔板1#3#:管內(nèi)徑 D=106mm，孔徑 d=68.46mm，孔流系數(shù) Co=O.68O5 ;4#:管內(nèi)徑 D=100mm，孔徑 d=68.46mm，孔流系數(shù) Co=0.6805 ;(2) 干燥室尺寸： 0.15m0.20m(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)電加熱器是否正常工作。電子天平：型號(hào)為 JY600 1,量程為 0600g，感量為 0.19g

14、。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(chēng)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85C，而后打開(kāi)加熱棒開(kāi)關(guān)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，1錄約 23 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(UX)；2.確定物料的臨界含水量XC及平衡含水量 X;