本 科 实 习 报 告
学 院
化学工程
学生姓名
专 业
化学工程与工艺
学 号
年 级
指导教师
教务处制表
二ΟΟ六
年
X
月
X日
对流干燥实验
一、实验目的（1）了解洞道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。
（4）加强对干燥原理的理解，掌握影响干燥速率的因素。
二、实验原理
干燥是以热能为动力，利用分子浓度不同所带来的扩散性去除固体物料中湿份的操作。干燥过程中，物料首先被空气预热，温度上升到空气的湿球温度，干燥速率上升，随后保持平衡，温度不变，干燥速率恒定。当物料中的自由水被干燥完全后，干燥速率下降，最后至为0，到达水分的平衡。实际过程中，物料的预热时间很短，可以被忽略。
（1）干燥曲线。
干燥曲线是物料的湿含量X与干燥时间的关系曲线。它反映了物料在干燥过程中湿含量随干燥时间的变化关系，其具体形状因物料性质及干燥条件而有所不同，干燥曲线的基本变化趋势如图3-15所示。干燥曲线中BC段为直线，CD段为曲线，直线和曲线的交点为临界点，临界点的物料湿含量为临界湿含量XC。
（2）干燥速率曲线。
干燥速率曲线是干燥速率与物料湿含量的关系曲线。它反映了物料干燥过程的基本规律，如图所示。从图中可以明显看出，湿物料在干燥过程中经历了三个阶段：物料预热升温段、恒速干燥段和降速干燥段。常常采用实验的方法来测定干燥速率曲线。干燥速率曲线是工业干燥器设计的依据，因而具有重要的现实意义。
干燥速率是以单位时间内、单位面积上所汽化的水分量来表示，其数学式为
（3-36）
式中：u——干燥速率，；
图3-16干燥速率曲线
W——汽化水分量，kg；
GC——绝干物料量，kg；
X——湿物料的干基含湿量，kg水/kg绝干物料；
A——干燥面积，m2；
——干燥时间，S。
实验中干燥速率可按下式近似计算：
（3-37）
式中：——干燥进行时间，S；
——在时间内湿物料汽化的水分量，kg。
干燥速率受到干燥介质的温度、湿度与流动状态、物料的性质与尺寸以及物料与介质的接触方式等多种因素的影响，若这些因素均保持相对恒定，则物料的湿含量将只随干燥时间而降低，据此可作出：湿含量与干燥时间关系的干燥曲线；干燥速率与物料湿含量关系的干燥速率曲线。
本实验在洞道式循环干燥器内进行，以热空气为干燥介质来加热湿物料，干燥是物料静止、热空气强制对流传热情况下的传质过程。用电子称重传感器与秒表配合，测定物料每失重一定量所需的时间，即可求出该时段内湿分汽化量和干燥速率。
三.实验流程及设备
（1）气流干燥实验流程。
本干燥实验装置为洞道式循环干燥器。空气由风机送出，经电加热器加热变成热空气，通过孔板流量计计量后进人干燥箱体内与湿物料进行热量传递和质量传递，然后返回风机，循环使用。湿物料由称重传感器测其随时间的重量变化，其流程示意如图3-17所示。
图3-17
对流干燥实验装置流程
球阀；2-蝶阀；3、11-热电偶；4、9-重量巡检仪；5、10-称重传感器；6-风机
7-加热器；8-巡检仪；12、13-干燥物料；14-孔板流量计
（2）实验设备及仪表。
干燥箱体：尺寸为，材质为不锈钢。
风机：Y9US-2.其他仪表仪器：高精度数字显示仪DWI-D，称重传感器C1Y3、孔板流量计；巡检仪F&B、热电偶WZC-333、电子表。
四.实验操作步骤
（1）理清流程，熟悉测试仪表的使用。
（2）蝶阀2全开，打开控制箱，依次开启总电源、风机、电加热器和仪表按钮，让空气进人电加热器7，预热空气后进人干燥箱体。
（3）预热空气升温至50℃以上，调节阀门1，保持温度恒定后，放人湿物料进入干燥箱内，记录其总重量，同时计时。
（4）每失重0.5g，记录一次干燥时间，共采集数据13组到15组。
（5）所有实验数据采集完后，经指导教师同意，关闭电加热器、关闭风机和总电源。
（6）在实验操作过程中，注意用电的安全。
五．实验原始数据记录
干燥箱内温度：55℃
物料尺寸：86*108*2mm
湿物料起始量：46g
绝干物料质量：18.2g
45.6
40.8
9＇04
36.0
5＇16
31.2
18＇50
26.4
22＇11
45.2
1＇23
40.4
9＇55
35.6
6＇17
30.8
1＇08
26.0
25＇26
44.8
1＇51
40.0
10＇48
35.2
7＇21
30.4
2＇40
25.6
28＇48
44.4
2＇20
39.6
11＇46
34.8
8＇31
30.0
3＇52
25.2
32＇4
44.0
3＇01
39.2
12＇37
34.4
9＇27
29.6
5＇25
24.8
37＇35
43.6
3＇44
38.8
13＇28
34.0
10＇32
29.2
7＇03
24.4
5＇23
43.2
4＇30
38.4
14＇22
33.6
11＇42
28.8
8＇46
24.0
10＇41
42.8
5＇13
38.0
34.0
33.2
12＇44
28.4
10＇42
23.6
17＇08
42.4
5＇54
37.6
1＇27
32.8
13＇55
28.0
12＇17
23.2
24＇48
42.0
6＇47
37.2
2＇22
32.4
15＇05
27.6
14＇23
22.8
33＇59
41.6
7＇33
36.8
3＇20
32.0
16＇23
27.2
16＇45
22.4
45＇07
41.2
8＇23
36.4
4＇19
31.6
17＇34
26.8
19＇12
质量/g
时间’
表3-18
物料质量随时间变化关系
六．试验数据处理
1、干燥曲线
湿含量
X=(G-Gc)/Gc
以第一组数据为例：X1=(46-18.2)/18.2=152.75%
湿含量X%
时间
t/s
湿含量X%
时间
t/s
湿含量X%
时间
t/s
湿含量X%
时间
t/s
湿含量X%
时间
t/s
152.75
0
126.37
503
100.00
1121
73.63
1916
47.25
3144
150.55
124.18
544
97.80
1178
71.43
1992
45.05
3323
148.35
121.98
595
95.60
1239
69.23
2060
42.86
3518
146.15
119.78
648
93.41
1303
67.03
2152
40.66
3720
143.96
140
117.58
706
91.21
1373
64.84
2224
38.46
3916
141.76
181
115.38
757
89.01
1429
62.64
2317
36.26
4247
139.56
224
113.19
808
86.81
1494
60.44
2415
34.07
4570
137.36
270
110.99
862
84.62
1564
58.24
2518
31.87
4888
135.16
313
108.79
896
82.42
1626
56.04
2634
29.67
5275
132.97
354
106.59
949
80.22
1697
53.85
2729
27.47
5735
130.77
407
104.40
1004
78.02
1767
51.65
2835
25.27
6286
128.57
453
102.20
1062
75.82
1845
49.45
2997
23.08
6954
表3-19
湿含量-累计时间
根据表3-19绘制干燥曲线如下
图3-20
干燥曲线
2、干燥速率曲线
干燥速率
以第一组实验数据为例：
A=2*(86*108+86*2+108*2)mm2=19352mm2=0.019352m2
湿份X/%
速率u*104
126.37
4.5979
100.00
3.5068
73.63
2.9141
47.25
1.4075
150.55
5.0464
124.18
4.4022
97.80
3.6299
71.43
2.7224
45.05
1.1559
148.35
4.9263
121.98
4.0569
95.60
3.3919
69.23
3.1349
42.86
1.0610
146.15
4.9263
119.78
3.9038
93.41
3.2329
67.03
2.8737
40.66
1.0243
143.96
5.1726
117.58
3.9789
91.21
2.9558
64.84
2.8737
38.46
1.0556
141.76
5.0464
115.38
4.0569
89.01
3.6947
62.64
2.2248
36.26
0.6251
139.56
4.8117
113.19
4.0569
86.81
3.1831
60.44
2.1113
34.07
0.6406
137.36
4.4979
110.99
3.8315
84.62
2.9558
58.24
2.0088
31.87
0.6506
135.16
4.8117
108.79
3.8315
82.42
3.3372
56.04
1.7837
29.67
0.5346
132.97
5.0464
106.59
3.7619
80.22
2.9141
53.85
2.1779
27.47
0.4498
130.77
4.7024
104.40
3.7619
78.02
2.9558
51.65
1.9519
25.27
0.3755
128.57
4.4979
102.20
3.5673
75.82
2.6526
49.45
1.2772
23.08
0.3097
表3-21
湿份-干燥速率对应表
图3-22
干燥速率曲线
七．结果与分析
通过图3-15和3-20对比可以看出，实验测定的干燥曲线与理想的干燥曲线较为吻合，实验曲线出现了明显的恒速干燥段BC和降速干燥段CD，未出现AB段的原因可能是物料加热速度太快，很快就加热到了恒速段，因此AB段不明显。
而图3-22干燥速率曲线总体趋势与图3-16理想干燥速率曲线相符合，干燥速率先是在BC段保持平衡，当物料湿含量降到临界湿含量后干燥速率随湿含量降低而降低。但是图3-22受测量误差干扰很大，波动太大。去掉一些误差大的点，可以得到新的平稳的干燥速率曲线：
图3-23
处理后的干燥速率曲线
通过图3-23可以得到，物料的临界湿含量Xc=132%左右。当湿含量大于临界湿含量时，干燥处于恒速段，湿含量小于临界含量时，速率随湿含量降低而降低。
八．实验思考与讨论
1、分析影响干燥速率的因素有哪些？
答：影响干燥速率的因素主要有内因和外因。外因有：干燥气温度，风速大小，干燥气与物料的接触面积，干燥器的·相对湿度等，干燥气温度越高，风速越大，相对湿度越小，接触面积越大干燥速率越大。内因与物料的内部结构性质，与水的结合力，作用力强弱有关。在恒速干燥段，外因起主导作用，降速干燥段，内因起主要作用。
2、为什么在干燥操作中要先开风机，而后再通加热？
答：（1）如果先开加热，静止空气的导热系数很低，导致热量无法散出，容易烧徽设备。（2）风机启动需要很大的电流，如果这时候加热开着容易造成电路过载。
3、在干燥箱内物料干燥相当长的时间后能否得到绝干物料？
答：不能。只有使用绝干空气对物料进行干燥才能得到绝干物料，干燥箱内的空气不是绝干空气，物料只能干燥到相应的平衡水分。
4、实验中的平衡水分为多少？临界干燥速度是多少？
答：当物料干燥至平衡水分时，干燥速率为零，根据图3-23估计，当u=0时，X=6%。
临界干燥速率即临界湿含量时的干燥速率，通过图3-23可以读出，在Xc=132%时，干燥速率uc=5*10-4kg/(m2*s)
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