单操实验固体粒子乾燥速实验说明及数据处理.pptx

目的目的(1)解固體之解固體之乾燥機構乾燥機構，如起始期、恆速期及減速乾燥期等。，如起始期、恆速期及減速乾燥期等。(2)學習固體在乾燥器之乾燥操作及測定固體之學習固體在乾燥器之乾燥操作及測定固體之乾燥速曲線乾燥速曲線(Drying Rate Curve)。乾燥乾燥乃是用乃是用熱熱與與質質之同時傳送而將固體物質中水份或其之同時傳送而將固體物質中水份或其他液體除去之操作。一般常之乾燥設備係用他液體除去之操作。一般常之乾燥設備係用空氣空氣將試中將試中之水份蒸發。為解固體之乾燥機構及奠定乾燥裝置之設計基礎，之水份蒸發。為解固體之乾燥機構及奠定乾燥裝置之設計基礎，須熟悉下各點：須熟悉下各點：(1)乾燥條件（乾燥條件（Drying Conditions）固體與液體在固體與液體在一定溫下一定溫下會產生會產生一定之蒸氣壓一定之蒸氣壓，而固體之乾，而固體之乾燥係同時受燥係同時受外在因素外在因素與與內在因素內在因素影響。外在因素為固體接觸之空影響。外在因素為固體接觸之空氣溫、溼、風速、風及風向等；內在因素為固體本身之大氣溫、溼、風速、風及風向等；內在因素為固體本身之大小、形、成分、結合態、水份含、固體之物性質、化學小、形、成分、結合態、水份含、固體之物性質、化學性質，以及乾燥程等。由於內在因素係因物質而，而外在因性質，以及乾燥程等。由於內在因素係因物質而，而外在因素與物質之種無關，故素與物質之種無關，故通常皆以外在因素為乾燥條件通常皆以外在因素為乾燥條件。(2)自由水份含（自由水份含（Free Moisture Content）與平衡水份含（與平衡水份含（Equilibrium Moisture Content）將充分濕潤之試，在一定乾燥條件將充分濕潤之試，在一定乾燥條件(溫、溼、風速、風及風溫、溼、風速、風及風向等向等)下乾燥。觀察下乾燥。觀察試重試重隨隨乾燥時間乾燥時間變化，可發現在最初時其重急變化，可發現在最初時其重急速減輕，而後減少逐漸低，直至完全再減輕，如速減輕，而後減少逐漸低，直至完全再減輕，如圖圖1 所示。此時固所示。此時固體內體內並非完全沒有水份並非完全沒有水份，此水份稱，此水份稱平衡水份含平衡水份含(We)。乾燥條件變，。乾燥條件變，此平衡水份將繼續保在固體內。一定之乾燥條件下所能除去之水份，為此平衡水份將繼續保在固體內。一定之乾燥條件下所能除去之水份，為固體試原有水份與平衡水份之差值，稱自由水份含。固體試原有水份與平衡水份之差值，稱自由水份含。(圖圖1)乾燥試樣之重遞減曲線乾燥試樣之重遞減曲線乾燥時間乾燥時間試試料料重重量量(3)乾燥曲線（乾燥曲線（Drying Curve）與乾燥速曲線（與乾燥速曲線（Drying Rate Curve）將充分濕潤之試，在一定之乾燥條件下進乾燥。將乾燥時將充分濕潤之試，在一定之乾燥條件下進乾燥。將乾燥時固體之固體之自由水份含自由水份含對對乾燥時間乾燥時間之變化作圖，可得之變化作圖，可得圖圖2 之之乾燥曲線乾燥曲線；將將乾燥速乾燥速對對自由水份含自由水份含作圖，則可得作圖，則可得圖圖3 之之乾燥速曲線乾燥速曲線。(圖圖2)自由水份含對乾燥時間圖自由水份含對乾燥時間圖(圖圖3)乾燥速對自由水份含圖乾燥速對自由水份含圖水份含量水份含量水水份份含含量量乾燥時間乾燥時間乾乾燥燥速速率率水水份份含含量量乾燥時間乾燥時間乾乾燥燥速速率率水份含量水份含量(圖圖3)乾燥速對自由水份含圖乾燥速對自由水份含圖(圖圖2)自由水份含對乾燥時間圖自由水份含對乾燥時間圖(4)乾燥機構乾燥機構由圖由圖2與圖與圖3可知乾燥過程一般分四期，各期之特性分述於下：可知乾燥過程一般分四期，各期之特性分述於下：(第一期第一期)起始期起始期AB段稱段稱起始期起始期（Initial Period）或材預熱期（）或材預熱期（Preheating Period）為一穩定態期間。當在一任意溫下以熱空氣乾燥一濕）為一穩定態期間。當在一任意溫下以熱空氣乾燥一濕潤固體，固體溫與乾燥速會有所增減以在短時間內達到穩定潤固體，固體溫與乾燥速會有所增減以在短時間內達到穩定態。達穩定態時，態。達穩定態時，固體之表面溫固體之表面溫與與空氣之濕球溫空氣之濕球溫（Wet-bulb Temperature）相等。到達此穩定態之期間稱為起始期。）相等。到達此穩定態之期間稱為起始期。(第二期第二期)恒速乾燥期恒速乾燥期BC段為一直線，稱段為一直線，稱恒速乾燥期恒速乾燥期（Constant Rate Period）當固體）當固體溫達到穩定態後，固體表面之水份斷蒸發，猶如自液體表面所溫達到穩定態後，固體表面之水份斷蒸發，猶如自液體表面所蒸發者一樣，熱空氣所供之熱全用蒸發水份。而水份由固體之內蒸發者一樣，熱空氣所供之熱全用蒸發水份。而水份由固體之內部擴散至固體表面速甚大，足以補充被蒸發者，故固體表面恒成濕部擴散至固體表面速甚大，足以補充被蒸發者，故固體表面恒成濕潤態，其潤態，其表面溫即為空氣之濕球溫表面溫即為空氣之濕球溫。此時水份含依時間比。此時水份含依時間比減少，在一定乾燥條件下，乾燥速保持一定，此期間稱恒速乾燥期。減少，在一定乾燥條件下，乾燥速保持一定，此期間稱恒速乾燥期。分析此期間乾燥過程，其主要作用有二：分析此期間乾燥過程，其主要作用有二：(一一)固體固體接受空氣傳入之熱能接受空氣傳入之熱能，斷，斷自表面蒸發水份自表面蒸發水份。(二二)水份由水份由固體內部擴散至固體表面固體內部擴散至固體表面，以，以補充蒸發之水份補充蒸發之水份。水水份份含含量量乾燥時間乾燥時間乾乾燥燥速速率率水份含量水份含量(圖圖2)自由水份含對乾燥時間圖自由水份含對乾燥時間圖(圖圖3)乾燥速對自由水份含圖乾燥速對自由水份含圖C點點為為界水份含界水份含（Critical Moisture Content），），C點後乾燥速點後乾燥速下。乾燥至下。乾燥至D點速更緩慢，最後達點速更緩慢，最後達E點，此時固體中水份含為與點，此時固體中水份含為與乾燥條件相平衡之平衡水份含，故改變乾燥條件，乾燥即終止進乾燥條件相平衡之平衡水份含，故改變乾燥條件，乾燥即終止進。CDE段稱為段稱為減速乾燥期減速乾燥期（Falling Rate Period）水水份份含含量量乾燥時間乾燥時間乾乾燥燥速速率率水份含量水份含量臨界水份含量臨界水份含量(圖圖3)乾燥速對自由水份含圖乾燥速對自由水份含圖(圖圖2)自由水份含對乾燥時間圖自由水份含對乾燥時間圖(第三期第三期)第一減速乾燥期第一減速乾燥期CD 段稱為段稱為第一減速乾燥期第一減速乾燥期（First Falling Rate Period）乾燥至）乾燥至C點，固體表面水膜消失，表面開始呈現乾燥區域。此時水份自固體內點，固體表面水膜消失，表面開始呈現乾燥區域。此時水份自固體內部擴散至表面之速足供表面水份蒸發，則由熱空氣供應熱，除部擴散至表面之速足供表面水份蒸發，則由熱空氣供應熱，除蒸發水份外尚加熱固體物，致固體表面溫高於熱空氣溼球溫，蒸發水份外尚加熱固體物，致固體表面溫高於熱空氣溼球溫，乾燥速遂漸低，固體表面變得愈愈缺水份，直至乾燥速遂漸低，固體表面變得愈愈缺水份，直至表面無被水飽表面無被水飽和之區域和之區域為止，此段為第一減速乾燥期。在此期間為止，此段為第一減速乾燥期。在此期間水份飽和區域水份飽和區域受受對對熱而蒸發熱而蒸發並並傳遞至空氣傳遞至空氣，同時，同時水份由固體內部擴散至固體表面水份由固體內部擴散至固體表面。水水份份含含量量乾燥時間乾燥時間乾乾燥燥速速率率水份含量水份含量(圖圖3)乾燥速對自由水份含圖乾燥速對自由水份含圖(圖圖2)自由水份含對乾燥時間圖自由水份含對乾燥時間圖(第四期第四期)第二減速乾燥期第二減速乾燥期DE段稱為段稱為第二減速乾燥期第二減速乾燥期（Second Falling Rate Period）第一）第一減速乾燥期與第二減速乾燥期通常可由圖減速乾燥期與第二減速乾燥期通常可由圖3中之中之折點折點看出。經過第一看出。經過第一減速乾燥期後，在固體內之水份發生減速乾燥期後，在固體內之水份發生蒸發作用蒸發作用，水份之含減少，直，水份之含減少，直至平衡水份含為止，此時至平衡水份含為止，此時水之蒸氣壓等於空氣中水之分壓水之蒸氣壓等於空氣中水之分壓，此段期，此段期間稱為第二減速乾燥期。間稱為第二減速乾燥期。水水份份含含量量乾燥時間乾燥時間乾乾燥燥速速率率水份含量水份含量折折點點(圖圖3)乾燥速對自由水份含圖乾燥速對自由水份含圖(圖圖2)自由水份含對乾燥時間圖自由水份含對乾燥時間圖實驗裝置實驗裝置(圖圖4)固乾燥曲線設備圖固乾燥曲線設備圖電腦主機烘箱烘箱電子天秤電子天秤烘箱烘箱電腦主機樹脂活性碳活性碳珪矽球珪矽球1.先將乾燥樣品先將乾燥樣品(珪矽球珪矽球、樹脂樹脂及及活性碳活性碳)加入適水份加入適水份，使，使其其預先吸水飽和。預先吸水飽和。實驗步驟實驗步驟2.打開電腦主機並先執電腦桌面上之打開電腦主機並先執電腦桌面上之ADAMView程式，程式，再開再開啟桌面上之檔案啟桌面上之檔案DRY2-F.gni.。電腦主機執行執行開啟開啟DRY2-F.gni.ADAMView Runtime 1401403.打開烘箱電源，調整烘箱溫至打開烘箱電源，調整烘箱溫至140oC。設定溫度實際溫度10.000.004.秤欲進乾燥之秤欲進乾燥之樣品樣品10 g 於於培養皿中。培養皿中。sampleNote:將樣品鋪平為層狀將樣品鋪平為層狀 並且不要有空隙並且不要有空隙5.待烘箱溫到達待烘箱溫到達140oC時，打開烘箱並將時，打開烘箱並將培養皿培養皿及樣品置入及樣品置入烘箱內托盤中。烘箱內托盤中。電子天秤8.7g8.6g6.放置完成後，即關閉烘箱門並按下放置完成後，即關閉烘箱門並按下ADAMView 程式程式之之start鍵鍵(成成紅字儲存紅字儲存字樣字樣)開始監控開始監控樣品在乾燥過程之重。樣品在乾燥過程之重。直至重量改變在直至重量改變在0.1 g 之間之間跳動超過跳動超過5分鐘時即可分鐘時即可停止。停止。儲存儲存7.停止停止ADAMView Runtime 程式並關閉烘箱電源。程式並關閉烘箱電源。8.小心取出烘箱內之培養皿及樣品並將已乾燥樣品小心取出烘箱內之培養皿及樣品並將已乾燥樣品回收回收。9.重複重複步驟步驟4.，換其他種同之乾燥樣品。，換其他種同之乾燥樣品。據記與結果整據記與結果整(一一)珪矽球珪矽球(1)據記據記Exp.Constant濕砂重濕砂重(g)2.150E+01空皿空皿(g)50.0 乾砂重乾砂重(g)13.4 表面積表面積(cm)72.3 Room Temp.()28System Temp.()140(2)結果整結果整(a)作試重（作試重（W）對乾燥時間（對乾燥時間（t）之圖。之圖。Time(min)weight(g)2020181816161414121210108 86 64 42 20 013.0014.0015.0016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.00實驗計算實驗計算 乾燥速率乾燥速率(試料重量對時間作圖試料重量對時間作圖)(b)作自由水份含（作自由水份含（We）對乾燥時間（對乾燥時間（t）之圖。之圖。Time(min)Free Moisture content2020181816161414121210108 86 64 42 20 00.000.100.200.300.400.500.600.70實驗計算實驗計算 乾燥速率乾燥速率(自由水分含量比對時間作圖自由水分含量比對時間作圖)恒速乾燥期恒速乾燥期第二減速乾燥期第二減速乾燥期起始期起始期第一減速乾燥期第一減速乾燥期(c)作乾燥速（作乾燥速（R）對自由水份含比（對自由水份含比（We）之圖。之圖。Free Moisture contentDrying Rate(g/min)0.000.000.050.050.100.100.150.150.200.200.250.250.300.300.350.350.400.400.450.450.500.500.550.550.600.600.650.650.700.700.000.050.100.150.200.25實驗計算實驗計算 乾燥速率乾燥速率(乾燥速率對自由水分含量比作圖乾燥速率對自由水分含量比作圖)Exp.Constant濕砂重濕砂重(g)9.199E+00空皿空皿(g)50.0 乾砂重乾砂重(g)3.0 表面積表面積(cm)72.3 Room Temp.()28System Temp.()140(二二)樹脂樹脂(1)據記據記Time(min)weight(g)2020181816161414121210108 86 64 42 20 03.004.005.006.007.008.009.0010.00實驗計算實驗計算 乾燥速率乾燥速率(試料重量對時間作圖試料重量對時間作圖)(2)結果整結果整(a)作試重（作試重（W）對乾燥時間（對乾燥時間（t）之圖。之圖。(b)作自由水份含對乾燥時間（作自由水份含對乾燥時間（t）之圖。之圖。Time(min)Free Moisture content2020181816161414121210108 86 64 42 20 00.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00實驗計算實驗計算 乾燥速率乾燥速率(自由水分含量比對時間作圖自由水分含量比對時間作圖)起始期起始期第一減速乾燥期第一減速乾燥期第二減速乾燥期第二減速乾燥期恒速乾燥期恒速乾燥期(c)作乾燥速（作乾燥速（R）對自由水份含比之圖。對自由水份含比之圖。Free Moisture contentDrying Rate(g/min)0.000.000.200.200.400.400.600.600.800.801.001.001.201.201.401.401.601.601.801.800.000.010.010.020.020.030.030.040.040.050.05實驗計算實驗計算 乾燥速率乾燥速率(乾燥速率對自由水分含量比作圖乾燥速率對自由水分含量比作圖)(三三)活性碳活性碳(1)據記據記Exp.Constant濕砂重濕砂重(g)1.480E+01空皿空皿(g)50.0 乾砂重乾砂重(g)6.0 表面積表面積(cm)72.3 Room Temp.()28System Temp.()140(2)結果整結果整(a)作試重（作試重（W）對乾燥時間（對乾燥時間（t）之圖。之圖。Time(min)weight(g)2020181816161414121210108 86 64 42 20 06.007.008.009.0010.0011.0012.0013.0014.0015.0016.00實驗計算實驗計算 乾燥速率乾燥速率(試料重量對時間作圖試料重量對時間作圖)(b)作自由水份含對乾燥時間（作自由水份含對乾燥時間（t）之圖。之圖。Time(min)Free Moisture content2020181816161414121210108 86 64 42 20 00.000.200.400.600.801.001.201.401.60實驗計算實驗計算 乾燥速率乾燥速率(自由水分含量比對時間作圖自由水分含量比對時間作圖)起始期起始期恒速乾燥期恒速乾燥期第一減速乾燥期第一減速乾燥期第二減速乾燥期第二減速乾燥期(c)作乾燥速（作乾燥速（R）對自由水份含比之圖。對自由水份含比之圖。Free Moisture contentDrying Rate(g/min)1.601.601.401.401.201.201.001.000.800.800.600.600.400.400.200.200.000.000.000.010.020.030.040.050.060.070.080.09實驗計算實驗計算 乾燥速率乾燥速率(乾燥速率對自由水分含量比作圖乾燥速率對自由水分含量比作圖)