厢式干燥实验报告

厢式干燥实验

一、实验目的与要求

1、了解对流厢式干燥器的结构、工艺流程及操作方法；

2、了解常压干燥设备的构造，基本流程和操作；

3、掌握物料干燥速率的测定方法，并作出恒定条件下的干燥速率曲线；

4、掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速阶段干燥速率、临界含水量、平衡含水量的实验分析方法；

5、了解影响干燥速率曲线的因素。

二、实验基本原理

在设计干燥器的尺寸或确定干燥器的生产能力时，被干燥物料在给定干燥条件下的干燥速率、临界湿含量和平衡湿含量等干燥特性数据是最基本的技术依据参数。由于实际生产中的被干燥物料的性质千变万化，因此对于大多数具体的被干燥物料而言，其干燥特性数据常常需要通过实验测定。

按干燥过程中空气状态参数是否变化，可将干燥过程分为恒定干燥条件操作和非恒定干燥条件操作两大类。若用大量空气干燥少量物料，则可以认为湿空气在干燥过程中温度、湿度均不变，再加上气流速度、与物料的接触方式不变，则称这种操作为恒定干燥条件下的干燥操作。

1、干燥速率

干燥速率的定义为单位干燥面积（提供湿分汽化的面积）、单位时间内所除去的湿分质量。即

(1)

式中，－干燥速率，又称干燥通量，kg/（m2s）；

－干燥表面积，m2；

－汽化的湿分量，kg；

－干燥时间，s；

－绝干物料的质量，kg；

－物料湿含量，kg湿分/kg干物料，负号表示随干燥时间的增加而减少。

2、干燥速率的测定方法及曲线

将湿物料试样置于恒定空气流中进行干燥实验，随着干燥时间的延长，水分不断汽化，湿物料质量减少。若记录物料不同时间下质量，直到物料质量不变为止，也就是物料在该条件下达到干燥极限为止，此时留在物料中的水分就是平衡水分*。再将物料烘干后称重得到绝干物料重，则物料中瞬间含水率为

（2）

计算出每一时刻的瞬间含水率，然后将对干燥时间作图，如图1，即为干燥曲线。

图1恒定干燥条件下的干燥曲线

上述干燥曲线还可以变换得到干燥速率曲线。由已测得的干燥曲线求出不同下的斜率，再由式（1）计算得到干燥速率，将对作图，就是干燥速率曲线，如图2所示。

图2恒定干燥条件下的干燥速率曲线

3、干燥过程分析

（1）预热段

见图1、2中的AB段或AB’段。物料在预热段中，含水率略有下降，温度则升至湿球温度tW,干燥速率可能呈上升趋势变化，也可能呈下降趋势变化。预热段经历的时间很短，通常在干燥计算中忽略不计，有些干燥过程甚至没有预热段。本实验中也没有预热段。

（2）恒速干燥阶段

见图1、2中的BC段。该段物料水分不断汽化，含水率不断下降。但由于这一阶段去除的是物料表面附着的非结合水分，水分去除的机理与纯水的相同，故在恒定干燥条件下，物料表面始终保持为湿球温度tW，传质推动力保持不变，因而干燥速率也不变。于是，在图2中，BC段为水平线。

只要物料表面保持足够湿润，物料的干燥过程中总有恒速阶段。而该段的干燥速率大小取决于物料表面水分的汽化速率，亦即决定于物料外部的空气干燥条件，故该阶段又称为表面汽化控制阶段。

（3）降速干燥阶段

随着干燥过程的进行，物料内部水分移动到表面的速度赶不上表面水分的气化速率，物料表面局部出现“干区”，尽管这时物料其余表面的平衡蒸汽压仍与纯水的饱和蒸汽压相同、传质推动力也仍为湿度差，但以物料全部外表面计算的干燥速率因“干区”的出现而降低，此时物料中的的含水率称为临界含水率，用表示，对应图2中的C点，称为临界点。过C点以后，干燥速率逐渐降低至D点，C至D阶段称为降速第一阶段。

干燥到点D时，物料全部表面都成为干区，汽化面逐渐向物料内部移动，汽化所需的热量必须通过已被干燥的固体层才能传递到汽化面；从物料中汽化的水分也必须通过这层干燥层才能传递到空气主流中。干燥速率因热、质传递的途径加长而下降。此外，在点D以后，物料中的非结合水分已被除尽。接下去所汽化的是各种形式的结合水，因而，平衡蒸汽压将逐渐下降，传质推动力减小，干燥速率也随之较快降低，直至到达点E时，速率降为零。这一阶段称为降速第二阶段。

降速阶段干燥速率曲线的形状随物料内部的结构而异，不一定都呈现前面所述的曲线CDE形状。对于某些多孔性物料，可能降速两个阶段的界限不是很明显，曲线好像只有CD段；对于某些无孔性吸水物料，汽化只在表面进行，干燥速率取决于固体内部水分的扩散速率，故降速阶段只有类似DE段的曲线。

与恒速阶段相比，降速阶段从物料中除去的水分量相对少许多，但所需的干燥时间却长得多。总之，降速阶段的干燥速率取决与物料本身结构、形状和尺寸，而与干燥介质状况关系不大，故降速阶段又称物料内部迁移控制阶段。

三、实验步骤

1、实验前的准备工作

（1）的物料试样在水中进行充分浸泡。

（2）球温度计的蓄水池中加水。

（3）干燥物料的空支架安装在洞道内，令天平处在自由摆动的平衡状态，记录整个支架和托盘的重量。

（4）秒表使用方法。

（5）新鲜空气进口阀和废气排出阀，全关废气循环阀。

（6）气流量调节阀全开，以启动时保护电机。

（7）气预热器加热电压调节旋钮拧至全关状态。防止启动时功率过大，烧坏加热器。

2、实验方法

（1）试验装置，熟悉对流厢式干燥器的基本结构及其流程，明了各有关测量仪表的功能；

（2）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；

（3）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；

（4）源相电指示灯是否全亮（若不全亮首先检查指示灯是否损坏，若没有损坏，确认若是缺相，切记不要进行以下操作，而应检查）。开启仪表上电开关。启动风机开关，并调节阀门达到预定的风速值，一般风速调节到600～900Pa；

（5）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；

（6）料前调节称重显示仪表显示回零；

（7）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；

（8）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，最后关闭总电源开关。

四、实验中应注意的事项

1、源接通前，应检查相电是否正常，严禁缺相操作；

2、先开风机，后开加热器，否则加热管可能会被烧坏。

3、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、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。

5、验完毕后，清理打扫实验室。

五、实验装置及流程

1、流程示意见图（3）

2、一些设备和部件的基本情况

干燥器类型：洞道干燥器

洞道截面积：1#

A=0.13×0.17

=

0.0221m2

2#

A=0.15×0.20

=

0.030m2

加热功率：500w—1500w；

气流量：1-5m3/min；

干燥温度：40--120℃

孔板流量计：孔流系数C0=0.65，孔板孔径d0=0.040（m)

重量传感器显示仪：量程（0—200g），精度0.1级；

干球温度计、湿球温度计显示仪：量程（0-150℃），精度0.5级；

孔板流量计处温度计显示仪：量程（-50-150℃），精度0.5级；

孔板流量计压差变送器和显示仪：量程（0-10KPa），精度0.5级；

3、物料

物料：毛毡；干燥面积：S=0.141*0.082*2=0.023124(m2)。

绝干物料量(g)：1#

GC=22.8，2#

GC=25.36。

六、数据处理实例

干燥实验数据整理表

设备编号：1#

空气孔板流量计读数（KPa)

0.5

干球温度t(℃)

流量计处空气温度to(℃)

48.8

湿球温度tw(℃)

to(℃)空气密度ρ(Kg/m3)

1.11

tw℃下水的气化热

(kJ/

kg)

γtw

2600

流量计孔流系数C0

0.65

洞道截面积(m2)=0.13*0.17

0.0221

孔板孔径d0（m)

0.04

干燥面积(m2)S=0.141*0.082*2=

0.023124

框架重量GD（g)

72.2

绝干物料量GC：(g)

22.8

对流传热系数α(w/m2℃)=

40.60

干燥器内空气实际体积流量Vt(m3/

s)=

0.0254

干燥器内空气流速u(m/s)=

1.1477

序号

累计时间

T(分)

总重量

GT

（g）

干基含水量X（kg/kg）

平均含水量

XAV（kg/kg）

干燥速率

U×104

[kg/（s·m2）]

0

128.6

1.4737

1.4452

3.123

127.3

1.4167

1.3904

2.883

126.1

1.3640

1.3399

2.643

125.0

1.3158

1.2939

2.403

124.0

1.2719

1.2500

2.403

123.0

1.2281

1.2083

2.162

122.1

1.1886

1.1689

2.162

121.2

1.1491

1.1294

2.162

120.3

1.1096

1.0899

2.162

119.4

1.0702

1.0504

2.162

118.5

1.0307

1.0110

2.162

117.6

0.9912

0.9715

2.162

116.7

0.9518

0.9320

2.162

115.8

0.9123

0.8925

2.162

114.9

0.8728

0.8531

2.162

114.0

0.8333

0.8136

2.162

113.1

0.7939

0.7741

2.162

112.2

0.7544

0.7346

2.162

111.3

0.7149

0.6952

2.162

110.4

0.6754

0.6557

2.162

109.5

0.6360

0.6162

2.162

108.6

0.5965

0.5789

1.922

107.8

0.5614

0.5439

1.922

107.0

0.5263

0.5110

1.682

106.3

0.4956

0.4803

1.682

105.6

0.4649

0.4474

1.922

104.8

0.4298

0.4123

1.922

104.0

0.3947

0.3794

1.682

103.3

0.3640

0.3487

1.682

102.6

0.3333

0.3202

1.442

102.0

0.3070

0.2961

1.201

101.5

0.2851

0.2763

0.961

101.1

0.2675

0.2566

1.201

100.6

0.2456

0.2346

1.201

100.1

0.2237

0.2149

0.961

99.7

0.2061

0.1952

1.201

99.2

0.1842

0.1732

1.201

98.7

0.1623

0.1535

0.961

114

98.3

0.1447

0.1360

0.961

117

97.9

0.1272

0.1184

0.961

120

97.5

0.1096

0.1031

0.721

123

97.2

0.0965

0.0899

0.721

126

96.9

0.0833

0.0789

0.481

129

96.7

0.0746

0.0702

0.481

132

96.5

0.0658

0.0614

0.481

135

96.3

0.0570

0.0526

0.481

138

96.1

0.0482

0.0439

0.481

141

95.9

0.0395

0.0373

0.240

144

95.8

0.0351

147

计算实例：

空气物理性质的确定：

流量计处空气温度to=48.8(℃)，查表得空气密度ρ=1.11(Kg/m3)

湿球温度tw=40(℃)，tw℃下水的气化热

(kJ/

kg)

γtw=2600。

以第一组数据为例

1、干临界含水量GT-框架重量GD-绝干物料量GC）/干物料量GC

=(128.6-72.2-22.8)/22.8=3.123（kg/kg）

2、计算平均含水量

XAV=两次记录之间的平均含水量=(1.4737+1.4167)/2

=1.4452（kg水/kg绝干物料）

3、计算干燥速率U=-（绝干物料量GC/干燥面积S）*（△X/△T）

=-（22.8*0.001/0.023124))*(1.4167-1.4737)/(3*60)

=0.0003123

[kg/（s·m2）]

4、绘制干燥曲线（X—T曲线）和干燥速率曲线（U—XAV曲线）

5、计算恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数α[W/m2℃]

Uc—恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m2•s）=0.0002162

γtw—tw℃下水的气化热，kJ/

kg。查表P351,tc-t=374-40=334℃.查表得,γtw=2600

α=2.162*0.0001*2600*1000/(60-40)=28.116、计算干燥器内空气实际体积流量Vt(m3/

s)。

其中：

Vt0=0.254

Vt0—t0℃时空气的流量，m3/

s；

=0.0245

t0—流量计处空气的温度，t0=48.8℃；t—干燥器内空气的温度，t

=60℃；

C0—流量计流量系数，C0=0.6；

A0—流量计孔节孔面积，m2。

d0—孔板孔径，d0=0.04

m。ΔP—流量计压差，ΔP

=500

Pa。

ρ—

t0时空气密度kg/m3，ρ=1.11。

7、计算干燥器内空气流速U（m/s）。

U=Vt/A=0.0254/0.0221=1.1477（m/s）。

其中：A—洞道截面积(m2)

A

=0.13*0.17=0.0221(m2)

七、结论分析与讨论

1、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=3.123

kg水/kg绝干料，平衡含水量XAV=1.4452

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。

2、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、经常补水，水加入使温度计外纱布温度降低，需很长一段时间才能达到平衡，误差增大；算时有误差。

4、调节水平衡的瓶子可以换一个有刻度的，便于观察。

八、思考题

1、湿度不会减少，因为有调节和保持湿度的循环水。

2、装在加热器前好，可以保证加热器将风机吹入的风加热。

3、不等焓，因为在干燥过程中，不仅干燥介质与湿物料间有着复杂的热质传递，干燥器与外界间也存在着热量交换（补充热量、热损失等），因此，影响空气出口状态的因素较为复杂。一般根据空气在干燥器内焓的变化，将干燥过程分为等焓过程与非等焓过程。

4、恒定干燥条件是指干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，都在整个干燥过程中均保持恒定。空气的温度越高、风速越快，蒸发越快，干燥越快。

5、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。

6、前后几次固体湿物料的重量基本不变或变化很小，则认为恒重，实验结束。

小组成员：

（每个成员都很认真，每人都是95分）