干燥曲線的測定第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四一、實驗目的1.了解常壓洞道式干燥裝置的基本結構、工藝流程和操作方法。2.學習測定物料在恒定干燥條件下干燥特性的實驗方法。3.掌握根據實驗干燥曲線求取干燥速率曲線以及恒速階段干燥速率、臨界含水量、平衡含水量的實驗分析方法。4.實驗研究干燥條件對于干燥過程特性的影響。第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四二、基本原理在設計干燥器的尺寸或確定干燥器的生產能力時，被干燥物料在給定干燥條件下的干燥速率、臨界濕含量和平衡濕含量等干燥特性數據是最基本的技術依據參數。由于實際生產中的被干燥物料的性質千變萬化，因此對于大多數具體的被干燥物料而言，其干燥特性數據常常需要通過實驗測定。第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四按干燥過程中空氣狀態參數是否變化，將干燥過程分為恒定干燥條件操作和非恒定干燥條件操作兩大類。若用大量空氣干燥少量物料，則可以認為濕空氣在干燥過程中溫度、濕度均不變，再加上氣流速度、與物料的接觸方式不變，則稱這種操作為恒定干燥條件下的干燥操作。第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四1.干燥速率的定義干燥速率的定義為單位干燥面積（提供濕分汽化的面積）、單位時間內所除去的濕分質量。即

式中，－干燥速率，又稱干燥通量，kg/（m2·s）；A－干燥表面積，m2；W－汽化的濕分量，kg；－干燥時間，s；－絕干物料的質量，kg；－物料濕含量，kg濕分/kg干物料，負號表示隨干燥時間的增加而減少。第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.干燥速率的測定方法將濕物料試樣置于恒定空氣流中進行干燥實驗，隨著干燥時間的延長，水分不斷汽化，濕物料質量減少。記錄物料不同時間下質量，直到物料質量不變為止，也就是物料在該條件下達到干燥極限為止，此時留在物料中的水分就是平衡水分。再將物料烘干后稱重得到絕干物料重，則物料中瞬間含水率為：第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四計算出每一時刻的瞬間含水率，然后將對干燥時間作圖，即為干燥曲線。第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四上述干燥曲線還可以變換得到干燥速率曲線。由已測得的干燥曲線求出不同下的斜率，再由干燥速率方程計算得到干燥速率，將對作圖，就是干燥速率曲線。第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3.干燥過程分析預熱段：

見上述兩圖中的AB段或A’B段。物料在預熱段中，含水率略有下降，溫度則升至濕球溫度tW，干燥速率可能呈上升趨勢變化，也可能呈下降趨勢變化。預熱段經歷的時間很短，通常在干燥計算中忽略不計，有些干燥過程甚至沒有預熱段。第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四恒速干燥階段：見上述兩圖中的BC段。該段物料水分不斷汽化，含水率不斷下降。但由于這一階段去除的是物料表面附著的非結合水分，水分去除的機理與純水的相同，故在恒定干燥條件下，物料表面始終保持為濕球溫度tW，傳質推動力保持不變，因而干燥速率也不變。于是在第二個圖中，BC段為水平線。第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四只要物料表面保持足夠濕潤，物料的干燥過程中總有恒速階段。而該段的干燥速率大小取決于物料表面水分的汽化速率，亦即決定于物料外部的空氣干燥條件，故該階段又稱為表面汽化控制階段。第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四降速干燥階段隨著干燥過程的進行，物料內部水分移動到表面的速度趕不上表面水分的氣化速率，物料表面局部出現“干區”，盡管這時物料其余表面的平衡蒸汽壓仍與純水的飽和蒸汽壓相同、傳質推動力也仍為濕度差，但以物料全部外表面計算的干燥速率因“干區”的出現而降低，此時物料中的的含水率稱為臨界含水率，用Xc表示，對應第二個圖中的C點，稱為臨界點。過C點以后，干燥速率逐漸降低至D點，C至D階段稱為降速第一階段。第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四干燥到點D時，物料全部表面都成為干區，汽化面逐漸向物料內部移動，汽化所需的熱量必須通過已被干燥的固體層才能傳遞到汽化面；從物料中汽化的水分也必須通過這層干燥層才能傳遞到空氣主流中。干燥速率因熱、質傳遞的途徑加長而下降。此外，在點D以后，物料中的非結合水分已被除盡，接下去所汽化的是各種形式的結合水，因而，平衡蒸汽壓將逐漸下降，傳質推動力減小，干燥速率也隨之較快降低，直至到達點E時，速率降為零。這一階段稱為降速第二階段。第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四降速階段干燥速率曲線的形狀隨物料內部的結構而異，不一定都呈現前面所述的曲線CDE形狀。對于某些多孔性物料，可能降速兩個階段的界限不是很明顯，曲線好像只有CD段；對于某些無孔性吸水物料，汽化只在表面進行，干燥速率取決于固體內部水分的擴散速率，故降速階段只有類似DE段的曲線。第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四與恒速階段相比，降速階段從物料中除去的水分量相對少許多，但所需的干燥時間卻長得多。總之，降速階段的干燥速率取決于物料本身結構、形狀和尺寸，而與干燥介質狀況關系不大，故降速階段又稱物料內部遷移控制階段。第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四三、實驗裝置1．裝置流程本裝置流程如圖所示。空氣由鼓風機輸送，流經孔板流量計后送入電加熱器，經加熱后進入干燥室，加熱干燥室中的濕物料后，經排出管道通入大氣中。隨著干燥過程的進行，物料失去的水分量由稱重傳感器轉化為電信號，并顯示在智能數顯儀表上，固定間隔時間讀取濕物料的重量。第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四四、實驗步驟與注意事項1．實驗步驟（1）實驗前應秤量，記錄絕干物料的重量。(室溫下的平衡重量)（2）開啟總電源，開啟風機電源。（3）打開儀表電源開關，加熱器通電加熱，旋轉加熱按鈕至適當加熱電壓。在U型濕漏斗中加入一定水量，并用潤濕的棉花包住濕球溫度計，干燥室溫度（干球溫度）要求達到恒定溫度（80℃-90℃之間）。第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（4）將紙板加入一定量的水并使其潤濕均勻，注意水量不能過多或過少。（5）當干燥室溫度達到恒定值時,將濕紙板十分小心地放置于稱重傳感器上。放置紙板時應特別注意不能用力下壓，因稱重傳感器的測量上限僅為200克，用力過大容易損壞稱重傳感器。（6）記錄時間、紙板重量以及干球溫度和濕球溫度，每分鐘或者每兩分鐘記錄一次數據。第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（7）待紙板恒重時，即為實驗終了時，關閉加熱電源，小心地取下紙板，注意保護稱重傳感器。（8）待干球溫度降至室溫，關閉風機，切斷總電源，清理實驗設備。第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.注意事項（1）必須先開風機，后開加熱器，否則加熱管可能會被燒壞。（2）特別注意傳感器的負荷量僅為200克，放取紙板時必須十分小心，絕對不能下壓，以免損壞稱重傳感器。（3）實驗過程中，不要拍打、碰扣裝置面板，以免引起傳感器晃動，影響結果。第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四五、實驗報告1.繪制干燥曲線（瞬間含水率～時間關系曲線）；2.根據干燥曲線作干燥速率曲線；3.讀取物料的臨界濕含量；4.對實驗結果進行分析討論。第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四六、思考題1.什么是恒定干燥條件？本實驗裝置中采用了哪些措施來保持干燥過程在恒定干燥條件下進行？2.控制恒速干燥階段速率的因素是什么？控制降速干燥階段干燥速率的因素又是什么？3.為什么要先啟動風機，再啟動加熱器？實驗過程中干、濕球溫度計是否變化？為什么？如何判斷實驗已經結束？4.若加大熱空氣流量，干燥速率曲線有何變化？恒速干燥速率、臨界濕含量又如何變化？為什么？第22頁，共23頁，2023年