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干燥速率曲线的测定一.实验目的1.掌握恒定干燥条件下物料干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。2.了解湿物料的临界含水量XC，恒速阶段传质系数KH、对流传热系数α的测定方法。3.熟悉洞道式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作方法。二.实验原理采用具有恒定温度t、湿度H的热空气作为干燥介质与含水湿物料进行接触，物料中的水分向介质中转移，完成干燥。物料含水的性质决定干燥经历预热以及恒速干燥和降速干燥阶段。完整的干燥过程中，物料含水率、物料温度以及干燥速率的变化如下图所示：图中，U表示干燥速率，其定义为：干燥曲线中a~b段为预热段，出现在干燥开始，持续时间较短，该阶段物料温度迅速升到空气的湿球温度tw；在随后的b~c段中，物料温度维持在tw，在温差t−tw作用下空气将热量传递给物料而使物料所含非结合水汽化，水气在物料表面饱和湿度Hw与空气湿度之差Hw−H作用下扩散到空气中被带走。此阶段干燥速率恒定；在物料中的非结合水被祛除之后，干燥进入图中c~d所示的降速段，以祛除物料中的结合水为主，干燥速率受到水分从物料内部扩散到物料表面的扩散速率控制，且随干燥进行不断下降，物料温度亦不断上升。恒速段与降速段的交界点c所对应的含水量称为临界含水量，以Xc表示。若干燥持续进行，最终达到物料与空气的平衡，物料含水率为平衡含水率。物料的种类、含水性质、料层厚度和颗粒大小，热空气温度、湿度、流速，空气与固体物料间的相对运动方式等都是影响干燥速率的因素，采用理论计算确定干燥速率十分困难，因此干燥速率大多采用实验测定的方法。三.实验内容1.测定恒定干燥条件下干燥曲线和干燥速率曲线，湿物料的临界含水量。2.测定恒速干燥阶段空气与物料间的对流传热系数。四.实验装置与流程（1）实验装置流程图1―鼓风机2―孔板流量计3―压力变送器4―加热器5―重量传感器6―显示仪7.8―干、湿球温度计9、10―调节阀11―观察窗（2）流程简介参照图3-7，鼓风机1将新鲜空气送入系统，经电加热器2加热后经孔板流量计计量流量后进入洞道与湿物料接触，部分热空气经阀9返回循环使用，部分经阀10放空。湿物料重量由传感器5测得。（3）设备主要技术参数1鼓风机：BYF7122,370W；2电加热器：额定功率4.5KW；3干燥室：180mm×180mm×1250mm；4干燥物料：湿毛毡或湿砂；5称重传感器：CZ500型，0～300g五.实验方法及步骤1．打开实验装置的进气阀门和排气阀门，放空阀10全开，循环阀门9可适当开启或不开。2．打开仪表电源和风机开关，用空气流量调节阀调整空气流量，建议流量在140~150m3/h左右。3．打开加热开关，在控制面板上设置加热温度为80℃。4．观察湿球温度计和干球温度计，当温度基本稳定后，从水中取出试样，试样控水至无水珠滴下，将支架从干燥洞道内取出，插入试样，将支架连同试样平行放入干燥洞道中，并安插在其支撑杆上，注意支架不要触壁。合上观察窗，尽快启动秒表开始计时。建议每隔30s记录一次数据，后期重量降低较慢时，可每隔60s记录一次数据，直到重量不变并维持5分钟以上为止。六.实验注意事项1．实验测试中要注意不能有水滴从试样上滴下。2．为了设备的安全，要先开风机，后开加热器，否则电阻丝容易过热烧断。停止时关闭加热器后应待加热部分冷却后再关风机。3．特别注意传感器的负荷量仅为300克，放取毛毡时必须十分小心，绝对不能下压，以免损坏称重传感器。4.实验过程中，不要拍打、碰扣装置面板，以免引起料盘晃动，影响结果。七、实验数据记录、处理及结果分析1、干燥曲线及干燥速率曲线的绘制实验中，物料的质量随着时间的变化记录如下：t/minm/gt/minm/gt/minm/gt/minm/gt/minm/g098.715873075.94566.26060.4197.91686.33175.24665.56160.22971785.53274.547656260.1396.21884.83373.84864.56360495.519843473.149646459.9594.92083.33572.45063.56559.76942182.63671.851636659.7793.32281.73771.15262.66759.6892.523813870.55362.26859.6991.72480.23970.15461.86959.61090.92579.54069.35561.61190.12678.74168.75661.31289.327784268.15761.11388.72877.34367.45860.81487.82976.64466.75960.6实验中各参数记录如下：绝干物料质量错误!未找到引用源。/g物料干燥面积A/错误!未找到引用源。干球温度℃湿球温度℃风量m3/h加热电压V加热电流A参数值59.60.0170.045.01492804.5数据处理如下：已知干基物料含水率X由以下公式可得则第m+1组的干燥速率为现知，θ=60s，物料干燥面积A=0.01m2，绝干物料的质量为Gc=59.6g，计算X即可。错误!未找到引用源。以时间为横坐标，以干基含水率为纵坐标可以做干燥曲线如下：通过拟合物料干基含水率—干燥速率图，如下：实验图分析：通过干燥曲线图可以看出：在恒定的干燥条件下，随时间的增加，物料的干基含水率会不断的下降。干燥速率大致可分为三个阶段：第一个阶段为预热段，在干燥开始时，持续的时间非常短，该阶段物料的温度会迅速上升到空气的湿球温度tw。第二个阶段，干燥速率不变，是恒速干燥的阶段，空气会将热量传递给物料而使物料所含非结合水汽化，水气在物料表面饱和湿度Hw与空气湿度之差Hw—H作用下扩散到空气中被带走。第三个阶段，干燥速率会逐步降低，以祛除物料中的结合水为主，这时干燥速率受到水分从物料内部扩散到物料表面的扩散速率控制，且随干燥进行不断下降，物料温度亦不断上升。恒速干燥段空气与物料间的对流传热系数通过干燥速率曲线可得到恒速段与降速段的交界点c为(0.119128，1.166667)，即临界含水量为Xc=0.119128。同时可以算得此点处的干燥速率为：Uc=1.166667ｘ10-3kg/(m2•s)已知湿球温度错误!未找到引用源。=45.0℃，干球温度错误!未找到引用源。=70.0℃由内插法可求得在t=tw=45.0℃下的汽化热rw=2389.6KJ/kg根据以下公式，可以计算对流传热系数：由上面两个公式可以得到：八、思考题1、何为恒定干燥条件，如何实现恒定干燥条件？答：恒定干燥条件：在干燥的过程中，干燥环境的温度、湿度以及空气的流速均保持恒定不变，使得物料在一个始终没有变化的化境中得到干燥。实现的方式：采用调节管路调节阀，使通入的空气量变大，以保证干球和湿球温度始终处于稳定的状态。2、实验中若加大循环气体使用量，会引起什么结果？答：加大循环气体的使用量，会导致干燥速率增大，干燥时间变短。同时，也会使临界湿含量也增大。3、干燥速率的变化分为什么不同的阶段，各阶段影响干燥速率的主要因素是什么？答：干燥速率的变化可以分为恒速阶段和降速阶段。在恒速阶段，主要是非结合水的干燥，影响干燥速率的主要因素是水在表面气化的速度。在降速阶段，主要是结合水的干燥，过程速度由水分从物料内部移动到表面的速度所控制。九、实验心得通过这次实验，巩固了以前所学习过的化工原理知识，同时挺高了自己的实验技巧。了解了如何通过实验测量干燥速率曲线，掌握了完整的方法。通过实践提升了以前的理论基础，对日后的学习和发展有了很大的帮助。