干燥速率曲线测定实验讲义.docx

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枯燥速率曲线测定试验讲义
把握枯燥曲线和枯燥速率曲线的测定方法。
学习物料含水量的测定方法。
加深对物料临界含水量 Xc 的概念及其影响因素的理解。
学习恒速枯燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。
二、 试验容
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枯燥曲线、枯燥速率曲线和临界含水量。
测定恒速枯燥阶段物料与空气之间对流传热系数。
三、 试验原理
当湿物料与枯燥介质相接触时，物料外表的水分开头气化，并向四周介质传递。依据枯燥过程中不同期间的特点，枯燥过程可分为两个阶段。
第一个阶段为恒速枯燥阶段。在过程开头时，由于整个物料的湿含量较大，其部的水分 能快速地到达物料外表。因此，枯燥速率为物料外表上水分的气化速率所掌握，故此阶段亦 称为外表气化掌握阶段。在此阶段，枯燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表 面的温度维持恒定〔等于热空气湿球温度〕，物料外表处的水蒸汽分压也维持恒定，故枯燥速率恒定不变。
其次个阶段为降速枯燥阶段，当物料被枯燥到达临界湿含量后，便进入降速枯燥阶段。 此时，物料中所含水分较少，水分自物料部向外表传递的速率低于物料外表水分的气化速率，
枯燥速率为水分在物料部的传递速率所掌握。故此阶段亦称为部迁移掌握阶段。随着物料湿含量渐渐削减，物料部水分的迁移速率也渐渐削减，故枯燥速率不断下降。
恒速段的枯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。
恒速段的枯燥速率和临界含水量是枯燥过程争论和枯燥器设计的重要数据。本试验在恒定枯燥条件下对帆布物料进展枯燥，测定枯燥曲线和枯燥速率曲线，目的是把握恒速段枯燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。
枯燥速率的测定

U = dW ” »

DW ” 〔7-1〕
Sdt SDt
式中：U —枯燥速率，kg /〔m2·h〕；
S —枯燥面积，m2，〔试验室现场供给〕；
Dt —时间间隔，h；
DW ”— Dt 时间间隔枯燥气化的水重量，kg。
物料干基含水量

G”-Gc”
X =
Gc”

〔7-2〕
式中： X —物料干基含水量，kg 水/ kg 绝干物料；
G” —固体湿物料的量，kg； Gc” —绝干物料量，kg。
恒速枯燥阶段，物料外表与空气之间对流传热系数的测定
Uc =
dW ” =
Sdt
dQ”
r Sdt
= a(t - tw )
r
〔7-3〕
tw tw
Uc × r
a = tw 〔7-4〕
t - t
w
式中：a —恒速枯燥阶段物料外表与空气之间的对流传热系数，W/〔m2·℃〕；
Uc —恒速枯燥阶段的枯燥速率，kg/〔m2·s〕；
w
t —枯燥器空气的湿球温度，℃；
t —枯燥器空气的干球温度，℃；
—
r t
tw w
℃下水的气化热，J/ kg。
枯燥器空气实际体积流量的计算
由节流式流量计的流量公式和抱负气体的状态方程式可推导出：
=
V V
t t 0
´ 273 + t 〔7-5〕
273 + t
0
t
式中：V —枯燥器空气实际流量，m3/ s；
2 ´ DP
r
0
t —流量计处空气的温度，℃； Vt0—常压下t0℃时空气的流量，m3/ s； t —枯燥器空气的温度，℃。
´
´
V = C A
t0 0 0
〔7-6〕
A = p
0 4
d 2 〔7-7〕
0
式中：C0—流量计流量系数，C0= A0—节流孔开孔面积，m2；
d0—节流孔开孔直径， 第１－４套d0= m，第５－８套d0= m； Δ P—节流孔上下游两侧压力差，Pa；
0
ρ —孔板流量计处t 时空气的密度，kg/m3。
四、 试验装置与流程
仿真工艺图
图 1. 洞道枯燥试验现场图
主体设备
表 1
枯燥设备的构造生疏
位号
名称
用途
类型
P101
风机
供给空气流量
非变频动力装
置
U101
电加热器
给空气加热
电导加热设备
V101
洞道枯燥器
枯燥室
通风设备
测量仪表
依据对流程的生疏，在下面的表格中填写相关容。
表 2
测量仪表生疏
仪表
位号
单位
空气进口温度计
T101
℃
温度
干球温度计
T102
℃
湿球温度计
T103
℃
压降
孔板流量计压降
PV
Kpa
温度
物料重量传感器
GW
g
试验说明
空气通过阀门 V12 由风机供给动力，肯定流量的空气通过电加热后进入洞道枯燥室，枯燥里面的湿物料，物料重量的变化通过重量传感器传递到仪表显示。携带水分的空气由阀门V10 排出。旁路阀 V11 用来调整进口空气的湿度和流量。本试验有四种物料可供选择，同一种物料下，转变空气流量和温度可以做不同的并行验证明验，检验空气流量和温度对枯燥效 果的影响。
五、 试验步骤
试验前的预备工作
将被枯燥的物料试样在水中进展充分浸泡；
向湿球温度计的蓄水池中加水；
全开颖空气进口阀和废气排出阀，全关废气循环阀；
将空气流量调整阀全开，以启动时保护电机；
将空气预热器加热电压调整旋钮拧至全关状态，防止启动时功率过大，烧坏加热器；
试验操作步骤
请从四种物料中选择一种需要试验测试的物料。
输入试验参数，包括支架重量，浸水后物料重量，浸水前物料重量，空气温度，环境湿度，大气压力，节流孔开孔直径和物料面积。
调整送风机吸入口的蝶阀 V12 到全开的位置，启动风机，
用废气排出阀 V10 和废气循环阀 V11 调整到指定的流量后，开启加热电源。在智能仪表
中设定干球温度，仪表自动调整到指定的温度。
在空气温度、流量稳定的条件下，用重量传感器测定支架的重量并记录下来。
在稳定的条件下，记录枯燥时间每隔 2 分钟枯燥物料减轻的重量。直至枯燥物料的重量不再明显减轻为止。
变空气流量或温度，重复上述试验。
转变物料，重进展上述试验。
关闭加热电源，待干球温度降至常温后关闭风机电源和总电源。
试验完毕，一切复原。
六、 留意事项
重量传感器的量程为〔0--200 克〕，精度较高。
枯燥器必需有空气流过才能开启加热，防止干烧损坏加热器，消灭事故。
枯燥物料要充分浸湿，但不能有水滴自由滴下，否则将影响试验数据的正确性，请留意输入物料初始重量的围。
试验开头后不要转变智能仪表的设置。
七、 报告容
依据试验结果绘制出枯燥曲线、枯燥速率曲线，并得出恒定枯燥速率、临界含水量、平衡含水量。
计算出恒速枯燥阶段物料与空气之间对流传热系数。
试分析空气流量或温度对恒定枯燥速率、临界含水量的影响。
八、 思考题
空气湿度肯定时，相对湿度φ 与温度T 的关系是： a、T 越大，φ 越大
b、T 越大，φ 越小c、T 与φ 无关
答案：B
临界含水量与平衡含水量的关系是： a、临界含水量>平衡含水量
b、临界含水量=平衡含水量c、临界含水量<平衡含水量答案：A
以下关于枯燥速率u 的说确的是： a、温度越高，u 越大
b、气速越大，u 越大
c、枯燥面积越大，u 越小答案：A、B
枯燥速率是：
a、被枯燥物料中液体的蒸发量随时间的变化率
b、被枯燥物料单位外表积液体的蒸发量随时间的变化率
c、被枯燥物料单位外表积液体的蒸发量随温度的变化率
d、当推动力为单位湿度差时, 单位外表积上单位时间液体的蒸发量答案：B
假设枯燥室不向外界环境散热时，通过枯燥室的空气将经受什么变化过程？ a、等温过程
b、绝热增湿过程
c、近似的等焓过程d、等湿过程
答案：B、C
本试验中假设湿球温度计指示温度上升了，可能的缘由有： a、湿球温度计的棉纱球缺水
b、湿球温度计的棉纱被水漂浮
c、入口空气的焓值增大了，而干球温度未变d、入口空气的焓值未变，而干球温度上升了答案：A、B、C
本试验装置承受局部枯燥介质〔空气〕循环使用的方法是为了： a、在保证肯定传质推动力的前提下节约热能
b、提高传质推动力c、提高枯燥速率
答案：A
本试验中空气加热器出入口相对湿度之比等于什么？ a、入口温度：出口温度
b、出口温度：入口温度
c、入口温度下水的饱和和蒸气压：出口温度下水的饱和蒸气压 d、出口温度下水的饱和和蒸气压：入口温度下水的饱和蒸气压答案：C
物料在肯定枯燥条件下的临界干基含水率为： a、枯燥速率为零时的干基含水率
b、枯燥速率曲线上由恒速转为降速的那一点上的干基含水率 c、枯燥速率曲线上由降速转为恒速的那一点上的干基含水率 d、恒速枯燥线上任一点所对应的干基含水率
答案：B
等式(t-tw)a/r=k (Hw-H)在什么条件下成立？ a、恒速枯燥条件下
b、物料外表温度等于空气的湿球温度时
c、物料外表温度接近空气的绝热饱和和温度时d、降速枯燥条件下
e、物料升温阶段
答案：A、B、C
以下条件中哪些有利于枯燥过程进展？ a、提高空气温度
b、降低空气湿度c、提高空气流速
d、提高入口空气湿度
e、降低入口空气相对湿度答案：A、B、C、E
假设本试验中枯燥室不向外界散热，则入口和出口处空气的湿球温度的关系是： a、入口湿球球温度>出口湿球温度
b、入口湿球球温度<出口湿球温度c、入口湿球球温度=出口湿球温度答案：C
九、 参考文献
冷士良. 化工单元过程及操作. ：化学工业，2025
金利等. 化工原理试验. 天津：天津大学，2025
祖荣. 化工原理试验. ：化学工业，2025