教案-洞道干燥

0洞道干燥实验一、实验目的：1.了解常压干燥设备的构造，基本流程和操作；2.测定物料干燥速率曲线及传质系数；3.研究气流速度对恒定干燥速率的影响；（选作）4.研究气流温度对恒定干燥速率的影响。（选作）二、实验原理及说明：1、干燥曲线干燥曲线即物料的干基含水量x与干燥时间θ的关系曲线。它说明物料在干燥过程中，干基含水量随干燥时间的变化关系：x=F(θ)（1）典型的干燥曲线如图3-11所示。实验过程中，在衡定的干燥条件下，测定物料总质量随时间的变化，直到物料的质量恒定为止。此时物料与空气间达到平衡状态，物料中所含水分即为该空气条件下的平衡水分。然后将物料的绝干质量，则物料的瞬间干基含水量为：cc（Kg水/kg绝干物料）（2）式中：W——物料的瞬间质量（kg）WC——物料的绝干质量（kg）将X对θ进行标绘，就得到如下图所示的干燥曲线。图1、干燥曲线和干燥速率曲线干燥曲线的形状由物料性质和干燥条件决定。2、干燥速率曲线干燥速率曲线是指在单位时间内，单位干燥面积上气化的水分质量。32smkgAdwAddwNaA——干燥面积（物料的表面积）（m2）W——从被干燥物料中除去的水分质量（kg）干燥面积和绝干物料的质量均可测得，为了方便起见，可近似用下式计算干燥速率：AwAddwNa[kg/m2s]或[g/m2s]（4）本实验是通过测出每挥发一定量的水分（Δw）所需要的时间（Δθ）来实现测定干燥速率的。影响干燥速率的因素很多，它与物料性质和干燥介质（空气）的情况有关。在干燥条件不变的情况下，对同类物料，当厚度和形状一定时，速率Na是物料干基含水量的1函数。Na=f(X)（5）3、传质系数(恒速干燥阶段)干燥时在恒速干燥阶段，物料表面与空气之间的传热速率和传质速率可分别以下面两式表示：wttAddQ（6）HHKAddwwH（7）Q——由空气传给物料的热量（KJ）α——对流传热系数（Kw/m2℃）t、tw——空气的干、湿球温度（℃）KH——以湿度差为推动力的传质系数（kg/m2s△H）H、Hw——与t、tw相对应的空气的湿度（kg/kg干空气）当物料一定，干燥条件恒定时，α，KH的值也保持恒定。在恒速干燥阶段物料表面保持足够润湿，干燥速率由表面水分汽化速率所控制。若忽略以辐射及传导方式传递给物料的热量，则物料表面水分汽化所需要的潜热全部由空气以对流的方式供给，此时物料表面温度即空气的湿球温度tw,水分汽化所需热量等于空气传入的热量，即：Qwwddrrw—tw时水的汽化潜热（KJ/Kg）（8）因此有：dAdQdAdrww即：wwhwttHHKr（9）HHttrK（10）对于水—空气干燥传质系统，当被测气流的温度不太高，流速＞5m/s时，上式（10）又可简化为：09.1HK（11）KH的计算：（1）查H、Hw：由干、湿球温度t、tw，根据湿焓图或计算出相应的H，Hw；（2）计算流量计处的空气性质：因为从流量计到干燥室虽然空气的温度、相对湿度发生变化，但其湿度未变。因此，我们可以利用干燥室处的H来计算流量计处的物性。已知测得孔板流量计前气温是tL，则：流量计处湿空气的比体积：vH=(2.83×10-3+4.56×10-3H)(t+273)[kg水/m3干气]流量计处湿空气的密度是：ρ=（1+H）/vH[kg/m3湿气]（3）计算流量计处的质量流量m[kg/s]：测得孔板流量计的压差计读数为ΔP[Pa]：2流量计的孔流速度：PCu200[m/s]本实验C0=0.74。流量计处的质量流量：m=u0×A0×ρ[kg/s]A0为孔板孔面积（4）干燥室的质量流速G[kg/m2s]：虽然从流量计到干燥室空气的温度、相对湿度、压力、流速等均发生变化，但两个截面的湿度H和质量流量m却一样。因此，我们可以利用流量计处的m来计算干燥室处的质量流速G：干燥室的质量流速为：G=m/A[kg/m2s]A为干燥室的横截面积（5）传热系数α的计算：干燥介质（空气）流过物料表面可以是平行的，也可以是垂直的，也可以是倾斜的。实践证明，只有空气平行物料表面流动时，其对流传热系数最大，干燥最快最经济。因此将干燥物料做成薄板状，其平行气流的干燥面最大，而在计算传热系数时，因为两个垂直面面积较小、传热系数也远远小于平行流动的传热系数，所以其两个横向面积的影响可忽略。根据α经验式：对水-空气系统，当空气流动方向与物料表面平行，其质量流速G=0.68~8.14kg/m2s；t=45~150℃。8.00143.0G[kw/m2℃]（12）（6）计算KH：由（12）计算出α代入（11）式即可用式计算出传质系数KH。三、实验装置蝶阀电加热器离心风机进新鲜气排出部分废气Gc=21gtL干燥室棉纱水杯湿球温度计原理图湿物料尺寸热电阻气流控φ55.77φ72ΔP重量传感器3本装置由离心式风机送风，先经过一圆管经孔板流量计测风量，经电加热室加热后，进入方形风道，流入干燥室，再经方变圆管流入蝶阀可手动调节流量（本实验装置可由调节风机的频率来调节风量，实验时蝶阀处于全开状态），流入风机进口，形成循环风洞干燥。为防止循环风的湿度增加，保证恒定的干燥条件，在风机进出口分别装有两个阀门，风机出口不断排放出废气，风气进口不断流入新鲜气，以保证循环风湿度不变。为保证进入干燥室的风温恒定，保证恒定的干燥条件，电加热的二组电热丝采用自动控温，具体温度可人为设定。本实验有三个计算温度，一是进干燥室的干球温度（为设定的仪表读数），二是进干燥室的湿球温度，三是流入流量计处用于计算风量的温度，其位置如图所示。本装置管道系统均由不锈钢板加工，电加热和风道采用保温。有关参数：中压风机：全风压2KPa，风量22m3/min，750w圆管内径：73.6mm方管尺寸：150×200mm（宽×高）孔板流量计：全不锈钢，环隙取压，孔径57.01mm，m=0.6C0=0.74电加热：二组2×1.5Kw，自动控温压差传感器：无锡梅园WMF—2000，0～5000Pa压差显示仪表：宇电501热电阻传感器：Pt100温度数显仪表：宇电501温度控制器：宇电518称重传感器：北京正开MCL—L，0—1000g称重显示仪表：北京正开MCK—ZS干燥湿物料：羊毛毡，尺寸为130×80×10（长×宽×厚），绝干重21克本实验消耗和自备设施：电负荷：3+0.75Kw四、实验步骤：1、将待干燥试样浸水，使试样含有适量水分约70克左右（不能滴水），以备干燥实验用。2、检查风机进出口放空阀应处于开启状态；往湿球温度计小杯中加水；3、检查电源连接，开启仪控柜总电源。启动风机开关，并调节阀门，使仪表达到预定的风速值，一般风速调节到600～900Pa；4、风速调好后，通过温控器仪表手动调节干燥介质的控制温度（一般在80—95℃之间）。开启加热开关，温控器开始自动控制电热丝的电流进行自动控温，逐渐达到设定温度。5、放置物料前调节称重显示仪表显示回零。6、状态稳定后（干、湿球温度不再变化），将试样放入干燥室架子上，等约2分种，开始读取物料重量（最好从整克数据开始记录），记录下试样质量每减少3克时所需时间，直至时间间隔超过6分钟左右时停止记录；7、取出被干燥的试样，先关闭加热开关。当干球温度降到60℃以下时，关闭风机的开关，关闭仪表上电开关。友情提示1、干球温度一般控制在80—95℃之间。2、放物料时，手要用水淋湿以免烫手；放好物料时检查物料是否与风向平行。4注意事项1、在总电源接通前，应检查相电是否正常，严禁缺相操作。2、不要将湿球温度计内的湿棉纱弄脱落，调试好湿球温度后，最好不要让学生乱动。3、所有仪表按键最好由老师提前设定或调节好，学生不要乱动。4、开加热电压前必须开启风机，并且必须调节变频器有一定风量，关闭风机前必须先关闭电加热，且在温度降低到60℃以下时再停风机。本装置在设计时，加热开关在风机通电开关下游，只有开启风机开关才能开电加热，若关闭风机，则电加热也会关闭。虽然有这样的保护设计，但是我们还是希望用户在操作时按照说明书进行。五、调试记录与计算示例本实验在厂内经过调试数据见附页，现以第1组数据为计算示例：1、干燥速率曲线干基湿含量：]/[286.2212169gg干燥速率：)]/([7164.05.1670250.032SmgAwNa式中：物料表面积A=2（0.13*0.08+0.08*0.01+0.13*0.01）=0.0250m22、KH的计算：（1）计算H、Hw：查得湿球温度tw下：水的饱和蒸汽压Ps=7113[Pa]水的汽化潜热rw=2402[KJ/Kg]04696.071131013257113622.0101325622.0ssWPPH02000.0240209.1)4.398.98(04696.009.1)(（2）计算流量计处的空气性质：流量计处湿空气的比体积：]/[041.1)2734.83)(02.01056.41083.2()273)(1056.41083.2(33333干气KgmtHvH流量计处湿空气的密度是：ρ=（1+H）/vH=(1+0.02)/1.041=0.980[kg/m3湿气]（3）计算流量计处的质量流量m[kg/s]：流量计的孔流速度：]/[08528.0980.010002002551.074.02300SmPACq式中：74.0][002551.0405701.014.34022200CmdA流量计处的质量流量：m=q×ρ=0.08528×0.980=0.08357[kg/s]5（4）干燥室的质量流速G[kg/m2s]：干燥室的质量流速为：G=m/A=0.08357/0.03=2.786[kg/m2s]A=0.15×0.2=0.03m2干燥室的流速为：u=q/A=0.08528/0.03=2.843[kg/m2s]（5）传热系数α的计算：03246.0786.20143.00143.08.08.0G[kw/m2℃]（6）计算KH：]/[02978.009.103246.009.12SmKgKH3、实测恒速干燥阶段的传质系数从干燥速率曲线图中可得恒速阶段的平均干燥速率：Na=0.72[g/m2S]实测传质系数为：]/[02671.00200.004696.01000/72.02SmKgHHNKWaH数据记录表格1：设备物料有关恒定数据物料尺寸干燥室尺寸孔板尺寸长宽厚绝干重高宽孔径管径13080102120015057.0173.6数据记录表格2：测量过程有关恒定数据干球温度t湿球温度tw流量计处温度tL压差计读数ΔP开始时结束时平均数据记录表格3：测量过程有关数据NoWΔWΔθθXNaNoWΔWΔθθXNa01211321431541651761871982092110221123实验报告要求：绘制干燥速率曲线图，研究气流速度和气流温度与恒定干燥速率的关系（绘制成两条曲线），确定最佳干燥条件。思考题：61.影响干燥速率的因素有哪些？2.干燥必要的条件是什么？3.对流干燥过程的特点是什么？4.空气的湿度是如何定义的5.相对湿度是如何定义的？6.湿球温度是指什么温度？跟什么有关？7.湿空气的比容如何定义的？计算式是什么？8.什么是临界含水量？它与那些因素有关？9.干燥过程中，产生降速干燥的原因是什么？