干燥实验报告

1干燥实验一、实验目的1、掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。2、学习物料含水量的测定方法。3、加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。4、计算恒速阶段的干燥速率以及降速阶段干燥速率线斜率。5、学习用误差分析方法对实验结果进行误差估算。二、实验装置实验装置为洞道式循环干燥器（见图1），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。图1干燥实验装置原理图1-风机，2-孔板流量计，3-倾斜式压差计，4-风速调节阀，5-电加热器，6-干燥室7-试样架，8-热重天平，9-电流表，10干球温度计，11-湿球温度计，12-触点温度计13-晶体管继电器，14—加热开关，15，16—片式阀门三、实验内容1、每组在某固定的空气流量和某固定的空气温度下测量一种物料干燥曲线、干燥速率曲线和临界含水量。22、测定恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。四、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]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图2干燥速率曲线3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）。五、实验操作步骤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。六、实验流程示意图41-风机，2-孔板流量计，3-倾斜式压差计，4-风速调节阀，5-电加热器，6-干燥室7-试样架，8-热重天平，9-电流表，10干球温度计，11-湿球温度计，12-触点温度计13-晶体管继电器，14—加热开关，15，16—片式阀门七、实验数据处理表1干燥速率曲线实验数据记录时间min湿球温度计11读数,℃干球温度计10A读数,℃空气进口读数,℃空气出口读数,℃孔板流量计读数干燥物称量，gX(kg水/kg绝干料）052.968.559.263.855.811.22.343152.968.559.564.155.810.82.224253.069.059.864.455.510.52.134353.069.259.964.655.310.22.045453.069.560.064.855.39.81.925653.069.660.164.955.39.11.716853.169.860.36555.38.41.5071053.269.960.565.255.37.81.3281253.570.160.865.455.37.11.1191453.770.261.265.655.16.50.9401653.870.361.465.755.16.10.821205470.861.866.155.15.30.5822454.371.261.966.655.04.70.4032854.571.562.166.955.04.20.2543354.871.962.567.155.03.90.1643755.072.162.867.455.03.70.1044155.172.463.167.655.03.50.0454555.273.963.367.855.03.40.0154955.273.963.567.955.03.3505根据以上数据可作出恒定干燥条件下的干燥曲线如下：根据(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]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物料长5.5cm，宽3.0cm，高1.6cm，计算数据如下：6x（kg水/kg绝干料）u*10-3(kg/m2s)2.3134.042.2544.042.1644.042.1044.041.8964.041.6874.041.5674.041.2763.541.0753.030.8812.020.5371.520.3731.01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，绘出干燥速率曲线：由上图可以得出临界含水量Xc=kg水/kg绝干料，平衡含水量X*=kg水/kg绝干料八、结果分析与讨论由于物料的预热段时间较短，所以这次试验在天平平衡后开始计时时就已经进入恒速干燥阶段。根据所得数据计算作图可以得到临界含水量Xc=kg水/kg绝干料，平衡含水量X*=kg水/kg绝干料恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。空气流速流量变大或者温度升高，临界含水量变小，恒定干燥速率会变大。7该试验需要注意的是：1.干燥器内必须有空气流过才能开启加热，防止干烧损坏加热器，出现事故。2.干燥物料要充分浸湿，但不能有水滴自由滴下，否则将影响实验数据的正确性。3.对湿球温度计不要经常补水，以防冷水加入使温度计外纱布温度降低，它需很长一段时间才能达到平衡；4.干燥速率曲线是在恒定干燥条件下进行，故在测定过程中，需保证干燥温度、湿度、气体流量不发生变化。九、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，相当一部分时间后会达到平衡，即达到平衡含水量，而平衡含水量所对应的湿度不为0；为得到绝干物料可以用把物料磨成粉末增大干燥面积，也可以换用其他的干燥设备。（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：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：节约能源，提高热效率，同时有利于维持干燥介质的温度和湿度不变。在干燥热敏性物料或易变形、开裂的物料使用废气循环可以降低干燥介质的温度及提高干燥介质的湿度，降低干燥速率防止物料经历过高的温度变质。（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：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。u/10-3(Kg/m2s）0.55482.0650.5542.0300.5541.9910.6091.8410.5541.8230.2771.8140.1381.8060.1381.4680.5811.2890.5651.1160.5480.9460.5370.7920.4870.6200.5430.4640.4930.3130.4760.1630.4760.0180.4600.0110.0220.0050.0170.0020.0110.0000.006