实验四 干燥操作及干燥速率曲线的测定 (1).doc

实验四 干燥操作及干燥速率曲线的测定
一、实验目的
1. 了解厢式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作方法。
2. 掌握物料干燥曲线的测定方法。
3. 测定湿物料的临界含水量XC。
二、基本原理
干燥曲线即物料的自由含水量X与干燥时间τ的关系曲线，它反映了物料在干燥过程中，自由含水量随干燥时间变化的关系。物料干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而有所不同，其基本变化趋势如图1(a)所示。干燥曲线中BC段为直线，随后的一段CD为曲线，直线和曲线的交接点为
2. 干燥速率曲线
    干燥速率曲线是干燥速率NA与物料的自由含水量Xc的关系曲线。因为干燥速率不仅取决于空气的性质和操作条件，而且还与物料的结构及所含水份的性质有关，所以干燥速率曲线只能通过实验测得。干燥速率由恒速阶段转为降速阶段时的含水量称为临界含水量，用Xc表示。此点称临界点。
    干燥速率是指单位时间内从被干燥物料的单位汽化面积上所汽化的水分量，用微分式表示，即为：
              （1）
式中NA：干燥速率, kg/m2× s；
       A：被干燥物料的汽化面积, m2；
      d：干燥进行时间, s；
       dW：在dτ时间内从被干燥物料中汽化的水份量, kg。
实验可按下式作近似计算
            （2）
式中：τ：干燥进行时间, s；
        dW：在τ时间内从被干燥物料中汽化的水份量, kg。
    从（2）式可以看出，干燥速率NA为Δ区间内的平均干燥速率，故其所对应的物料含水量X为某一干燥速率下的物料平均含水量X平。
               （3）
式中：X平：某一干燥速率下，湿物料的平均含水量，kg水/kg绝干物料；
Gi, Gi+1：分别为Δτ时间间隔内开始和终了时湿物料的量, kg；
GC：湿物料中绝干物料的量, kg。
由X平~τ、NA ~X平作图可分别得到干燥曲线和干燥速率曲线。
三、实验装置流程及主要设备
1. 实验装置流程
干燥实验装置流程示意图如图所示。空气由风机1输送，经孔板流量计4，空气加热器6，流入干燥室8，然后返回风机，循环使用。由风机出口管上的气阀15放空一部分循环空气，以保持系统湿度恒定。空气加热器由控温仪11控制，使进入干燥室的空气的温度恒定。干燥室前方装有干、湿球温度计，风机出口以及干燥室后也装有温度计，都用以确定干燥室内的空气状态。空气流速由蝶阀10调节。操作时注意任何时候该阀都不允许全关，否则空气加热器就会因空气不流动而过热，引起损坏。

35.365
8
9
12
14
11
13
图2 干燥实验装置流程图
注：1.风机 2.风道 3.温度计 4.孔板流量计 5.加热室 6.空气加热器 7.湿球温度计 8.干燥室 9.试料10.蝶阀 11.热流温度控制显示仪 12.室前温度显示仪 13.电子天平 14.室后温度显示仪 15.气阀 16.压差计
2. 主要设备
（1）孔板流量计：管径D＝144mm，孔径d0=68.46mm，孔截面积A0=3.68´ l0-3m2；
（2）空气加热器：共有三组电热丝，每组功率1000W；
（3）湿球温度计1套；
（4）电子天平1台。
四、实验步骤
1. 将待测样品在烘箱中干燥至恒重，记录绝干试样的质量。
2. 将绝干试样放入水中浸湿，拿出稍候片刻，让水份均匀扩散至整个试样，然后称取湿试样质量。
3. 开启风机，调节蝶阀至预定风速，适当打开阀15。调节控温仪至预定温度（70℃）。
4. 往湿球温度计中加水。注意加水量不能过多，以避免溢流进入风道内。在实验过程中应注意观察蒸发情况，及时向湿球温度计中补水。
5. 检查天平是否正常(实验过程中一定要有专人负责固定支架，防止试验料传动丝挂到器壁，影响天平读书的精确性)。
6. 待空气状态稳定后，打开干燥室门将湿试样放入。
7. 开动秒表，每隔一定时间记录一次干燥时间、试样质量、湿球温度、室前温度、室后温度至试样接近平衡水份为止。
8. 实验结束，检查合格后先关加热器，再关风机，卸下试样并收拾整理现场。
五、数据记录与处理
绝干物料重 ：70.67-44.79=25.88 g 湿物料初始质量：93.5-44.79=48.71g
干球温度(t ) ： 95℃ 湿球温度(tW)： 52.8℃ 干 燥 风 速： 中高档恒定
序号
G(g)
X
Δτ(s)
τ
U[ΔW/(G*Δτ)]
6
93.5

0
0

7
93.3
0.8782844
21.89
21.89
0.000353037
8
93.1
0.8705564
27.44
49.33
0.000281632
9
92.9
0.8628284
23
72.33
0.000335999
10
92.7
0.8551005
25.72
98.05
0.000300466
11
92.5
0.8473725
24.27
122.32
0.000318417
12
92.3
0.8396445
16.72
139.04
0.000462199
13
92.1
0.8319165
21.5
160.54
0.000359441
14
91.9
0.8241886
20.1
180.64
0.000384476
15
91.7
0.8164606
16.78
197.42
0.000460547
16
91.5
0.8087326
18.32
215.74
0.000421833
17
91.3
0.8010046
15.88
231.62
0.000486648
18
91.1
0.7932767
19.63
251.25
0.000393682
19
90.9
0.7855487
18.78
270.03
0.0004115
20
90.7
0.7778207
19.06
289.09
0.000405455
21
90.5
0.7700927
19.3
308.39
0.000400413
22
90.3
0.7623648
17.1
325.49
0.000451928
23
90.1
0.7546368
18.87
344.36
0.000409538
24
88.7
0.700541
16.84
361.2
0.000458906
25
88.5
0.692813
17.5
378.7
0.000441599
26
88.3
0.685085
17.15
395.85
0.000450611
27
88.1
0.677357
15.75
411.6
0.000490665
28
87.9
0.6696291
15.15
426.75
0.000510097
29
87.7
0.6619011
19.35
446.1
0.000399379
30
87.5
0.6541731
15.9
462
0.000486036
31
87.3
0.6464451
15.05
477.05
0.000513487
32
87.1
0.6387172
20.07
497.12
0.000385051
33
86.9
0.6309892
16.05
513.17
0.000481494
34
86.7
0.6232612
16.97
530.14
0.00045539
35
86.5
0.6155332
18.15
548.29
0.000425784
36
83.5
0.4996136
22.63
570.92
0.000341492
37
83.3
0.4918856
17.78
588.7
0.000434644
38
83.1
0.4841577
19
607.7
0.000406736
39
82.9
0.4764297
19.38
627.08
0.00039876
40
82.7
0.4687017
18.13
645.21
0.000426253
41
82.5
0.4609737
25
670.21
0.000309119
42
82.3
0.4532457
17.02
687.23
0.000454053
43
82.1
0.4455178
26.13
713.36
0.000295751
44
81.9
0.4377898
22.62
735.98
0.000341643
45
81.7
0.4300618
23.22
759.2
0.000332815
46
81.5
0.4223338
18.51
777.71
0.000417503
47
81.3
0.4146059
19.32
797.03
0.000399999
48
81.1
0.4068779
19.82
816.85
0.000389908
49
80.9
0.3991499
24.4
841.25
0.00031672
50
80.7
0.3914219
22.34
863.59
0.000345925
51
80.5
0.383694
20.5
884.09
0.000376974
52
80.3
0.375966
27.13
911.22
0.00028485
53
80.1
0.368238
22.31
933.53
0.000346391
54
79.9
0.36051
20.31
953.84
0.000380501
55
79.7
0.3527821
22.06
975.9
0.000350316
56
79.5
0.3450541
32.68
1008.58
0.000236474
57
79.3
0.3373261
26.09
1034.67
0.000296204
58
79.1
0.3295981
19.43
1054.1
0.000397734
59
78.9
0.3218702
20.16
1074.26
0.000383332
60
78.7
0.3141422
29.15
1103.41
0.000265111
61
78.5
0.3064142
28.65
1132.06
0.000269737
62
78.3
0.2986862
26.53
1158.59
0.000291292
63
78.1
0.2909583
29.65
1188.24
0.00026064
64
77.3
0.2600464
36.32
1224.56
0.000212775
65
77.1
0.2523184
48.12
1272.68
0.000160598
66
76.9
0.2445904
44.69
1317.37
0.000172924
67
76.7
0.2368624
44.24
1361.61
0.000174683
68
76.5
0.2291345
60.88
1422.49
0.000126938
69
76.3
0.2214065
53.85
1476.34
0.000143509
70
76.1
0.2136785
59.62
1535.96
0.000129621
71
75.9
0.2059505
69.95
1605.91
0.000110479
72
75.7
0.1982226
63.9
1669.81
0.000120939
73
75.5
0.1904946
63.87
1733.68
0.000120995
74
75.3
0.1827666
70.54
1804.22
0.000109555
75
75.1
0.1750386
82.05
1886.27
9.41862E-05
76
74.9
0.1673107
102.59
1988.86
7.53287E-05
77
74.7
0.1595827
95.28
2084.14
8.11081E-05
78
74.5
0.1518547
97.53
2181.67
7.92369E-05
79
74.3
0.1441267
120.41
2302.08
6.41805E-05
80
74.1
0.1363988
120.84
2422.92
6.39521E-05
81
73.9
0.1286708
162.43
2585.35
4.75773E-05
82
73.7
0.1209428
174.51
2759.86
4.42839E-05
83
73.5
0.1132148
177.29
2937.15
4.35895E-05
84
73.3
0.1054869
247.78
3184.93
3.11889E-05
85
73.1
0.0977589
280.13
3465.06
2.75871E-05
76
72.9
0.0900309
300.32
3765.38
2.57325E-05

计算举例：
干燥数据处理（以第三组为例）

以此类推汇总数据见附表
六、实验结果与讨论
由上述数据作U~X图所得：作U~X图得：
（1）由X~τ图可见，随着时间延长，干燥物料水平含量呈逐渐下降趋势。
（2）由v~X图可知，干燥速率曲线呈现升速，恒速和降速三个阶段，其特征很明显。
（3）对吸水硅胶而言，临界含水率Xc=0.467,平衡含水率X*=0.08。
实验讨论：
（1）实验数据呈上下跳跃现象，并非严格在一条趋势线上，这主要是由于物料称量传动金属丝靠坒的阻尼及机械装置强烈震动对称量秤的干扰所致。但从流计数据其规律还是能清晰所致，而且水分含量较低时，线性降速规律较明显。
（2）提交实验精度的方法。实验过程中尽量用手扶住称量架，减轻震荡强度，提高称量读数的稳定性，再次密切观察金属传动丝的位置，及时调整，使其在整个实验过程中不靠壁，减少对称量值的干扰。
（3）本实验在中间缺少一部分数据，是因为在此期间，金属丝靠壁了，称量读值明显不对，称量中断所致。
七、思考题
1.测定干燥速度曲线的意义何在？
2.干燥曲线必须在恒定干燥条件下测定，所谓恒定的干燥条件是指哪些条件要恒定？完成本实验要测取哪些数据？为什么要测这些数据？
3.为什么在操作中要先开风机送气而后再通电加热？
4. 如果气流温度不同时，干燥速率曲线有何变化？
5. 试分析在实验装置中，将废气全部循环可能出现的后果。
5