洞道干燥实验

洞道干燥实验一、实验目的1、熟悉并掌握洞道干燥仪器的原理及操作步骤。2、掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。3、学习物料含水量的测定方法。4、加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。5、计算恒速阶段的干燥速率以及降速阶段干燥速率线斜率。6、学习用误差分析方法对实验结果进行误差估算。二、实验原理物料在恒定干燥条件下的干燥过程分为三个阶段：Ⅰ物料预热阶段；Ⅱ恒速干燥阶段；Ⅲ降速阶段图2。图中AB段处于预热阶段，空气中部分热量用来加热物料。在随后的第Ⅱ阶段BC，由于物料表面存在自由水分，物料表面温度等于空气的湿球温度tw，传入的热量只用来蒸发物料表面的水分，物料含水量随时间成比例减少，干燥速率恒定且较大。到了第Ⅲ阶段，物料中含水量减少到某一临界含水量时，由于物料内部水分的扩散慢于物料表面的蒸发，不足以维持物料表面保持润湿，则物料表面将形成干区，干燥速率开始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲线CD逐渐达到平衡含水量X*而终止。干燥速率曲线只能通过实验测得，因为干燥速率不仅取决于空气的性质和操作条件，而且还受物料性质、结构以及所含水分的性质的影响。干燥速率为单位时间内在单位面积上汽化的水分质量，用微分式表示，则为3(kg/m)(1)dwusAd式中：u——干燥速率[kg/m2s]A——干燥表面[m2]d——相应的干燥时间[s]dw——汽化的水分量[kg]图1干燥速率曲线因为dxGdwc所以式（1）可改写为(2)ccGdxGxdwuAdAdA式中：cG——湿物料中绝干物料的质量[kg]x——湿物料含水量[kg水／kg绝干料]负号表示物料含水量随干燥时间的增加而减少。()(1)()(1)(3)sicsicccsisiccGGGGGxGGGGG式中：)(isG、)1(isG——分别为时间间隔内开始和终了时湿物料的质量[kg]图2中的横坐标x为相应于某干燥速率下的物料的平均含水量。()(1)11(4)22sisiiicGGxxxG以u为纵坐标，某干燥速率下的湿物料的平均含水量x为横坐标，即可绘出干燥速率曲线（见图2）。三、仪器与试剂与实验流程图实验装置为洞道式循环干燥器（见图2），其基本参数如下：洞道尺寸：长1.10米、宽0.125米、高0.180米；加热功率：500w—1500w；空气流量：1-5m3/min；干燥温度：40--120℃;天平：量程（0-200g），最小秤量值0.1g；干、湿球温度计。实验装置图四、实验步骤1、实验前量取试样尺寸（长、宽、高），并称量绝干物料的质量。2、将已知绝干质量的物料试样放入水中浸泡，稍候片刻取出，让水分均匀扩散至整个试样，然后称取湿试样质量。3、开启风机，调节风速调节阀至预定风速值。适当打开阀15、16，调好触点温度计至预定温度（这些一旦调整好后可以固定下来），开加热器。4、将晶体管继电器开关打开，并打开一组或二组辅助加热器。待温度接近预定温度时应注意观察，视情况增减辅助加热，避免“超温失控”或“欠温失控”，直至确信控制正常后，才让其自动运行。5、检查称重天平是否灵活，并调平衡。记下支架重量。待空气状态稳定后，打开干燥室门，将湿试样放到支架上。立刻加砝码使天平接近平衡，但砝码一边稍轻，待水分干燥至天平指针平衡时开动秒表。6、间隔一定时间后（根据干燥速率快慢，选择0.5min～2min）,称量物料质量，记下干燥时间、干湿球温度计10和11读数、倾斜式压差计读数以及称量天平读数。如此往复进行，直至试样接近平衡水分为止（5min称量天平读数不变）。7、实验结束，先关电加热器，使系统冷却后再关风机，卸下试样，并收拾整理现场。五、实验数据及处理1、实验数据记录表1干燥速率曲线实验数据记录测量点湿球温度计11读数,℃干球温度计10A读数,℃干球温度计10B读数,℃干球温度计10C读数,℃孔板流量计读数干燥物称量，g时间，s172.881.275.858.927.513.40272.881.275.858.927.512.9209372.881.275.858.927.512.4329472.881.275.858.927.511.9441572.881.275.858.927.511.4551672.881.275.858.927.510.9656772.881.275.858.927.510.4759872.881.275.858.927.59.9867972.881.275.858.927.59.49731072.881.275.858.927.58.910771172.881.275.858.927.58.411941272.881.275.858.927.57.913081372.881.275.858.927.57.414181472.881.275.858.927.56.915411572.881.275.858.927.56.417031672.881.275.858.927.55.918911772.881.275.858.927.55.420681872.881.275.858.927.54.922841972.881.275.858.927.54.425462072.881.275.858.927.54.128492172.881.275.858.927.53.930702272.881.275.858.927.53.8533272372.881.275.858.927.53.8536662、干燥操作实验流程示意图绝干物料相关绝干物料浸泡调整实验参数开始加热继电器恒温加热预热调天平准备开始测量实验数据记录实验结束处理3、数据处理表2数据处理物重时间时间差干燥速率x平均含水量13.4012.92092090.3973994182.92537313412.43291200.692137322.77611940311.94411120.74157572.62686567211.45511100.7550588952.4776119410.96561050.791014082.32835820910.47591030.8063735772.1791044789.98671080.7690414672.0298507469.49731060.7835516831.8805970158.910771040.7986199851.7313432848.411941170.7098844311.5820895527.913081140.72856561.4328358217.414181100.7550588951.283582096.915411230.6752559221.1343283586.417031620.5126943110.9850746275.918911880.4417897790.8358208965.420681770.4692456410.6865671644.922842160.3845207330.5373134334.425462620.317009460.3880597014.128493030.1644682740.2686567163.930702210.1503284680.1940298513.8533272570.0323176960.1567164183.85366633900.149253731根据实验结果绘制出干燥曲线、干燥速率曲线，并得出恒定干燥速率、临界含水量、平衡含水量。干燥曲线图3：050010001500200025003000350040000.00.51.01.52.02.53.0w/gt/s.B干燥速率曲线图4：0.00.51.01.52.02.53.00.00.20.40.60.8BU/g/m2sX/kg水／kg绝干料由干燥速率曲线可得恒定干燥速率：0.73g/m2s由干燥速率曲线可得临界含水量：0.8kg水／kg绝干料平衡含水量：（3.85-3.35）/3.35=0.149kg水／kg绝干料4、试分析空气流量或温度对恒定干燥速率、临界含水量的影响。空气流量增大，恒定干燥速率增大，临界含水量不变六、结果与讨论由干燥速率曲线可见，实验结果大体上还是和理论相一致，预热阶段时间很短，数据记录得不是很及时表现得不是很明显，只体现在第一个点；恒速阶段，干燥速率基本不变，但是具体的点波动较大，应该是晶体管继电器在控制温度时，是在一定范围波动，从而使得干燥速率的波动；降速阶段，还是比较准确的。七、思考题1．在70～80℃的空气流中干燥，经过相当长的时间，能否得到绝干物料？为什么？通常要获得绝干物料采用什么方法？答：不能得到绝干物料，因为热空气的相对湿度没有到零，并且到降速阶段干燥速率受物料内部水分扩散速率控制，所以相当长时间不能得到绝干物料。要得到绝干物可采用提高温度，降低干燥空气的相对湿度，以及降压处理。2．测定干燥速率曲线有何意义？它对设计干燥器及指导生产有些什么帮助？答：可确定干燥的几个阶段，预热阶段，恒速阶段，降速阶段，以及干燥所需要的大概时间。研究干燥速率曲线，可以据此使干燥速度控制在恒定干燥阶段，防止被干燥物开裂等不希望出现的情况发生。3．使用废气循环对干燥作业有什么好处？干燥热敏性物料或易变形、开裂的物料为什么多使用废气循环？怎样调节新鲜空气和废气的比例？答：好处是在保证一定传质推动力的前提下节约热能，要尽量使反应速率控制在恒速阶段，使用废气循环可使传质动力不至于过大而使物料分解，变形，开裂等。调节新鲜空气和废气的比例来控制传质推动力为一适当的范围。4．为什么在操作过程中要先开鼓风机送风后再开电热器？答：因为若先开电热器加热会使干燥器中流过空气温度开始偏高，从而使空气入口温度测量出现误差。干燥过程中，如果先开电热器，产生的热量如果没有鼓风机吹，将会使设备烧坏。先将风机打开，电热器散发的热量便能及时地被风带走。鼓风机起动需要很大的起动电流，如果电热器开着，可能会造成线路过载。但如果先开鼓风机，起动电流中便少了电热器的电流量，这样对于电路更安全。