计算机远程控制干燥实验.docx
《计算机远程控制干燥实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机远程控制干燥实验.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
计算机远程控制干燥实验
实验报告
专业：
姓名：
学号：
日期：
地点：
课程名称：
过程工程原理实验（甲）指导老师：
成绩：
_________________
实验名称：
干燥特性曲线测定实验类型同组学生姓名：
一、实验目的（必填）二、实验仪器与装置（必填）
三、实验原理（必填）四、操作方法和实验步骤
五、数据记录和处理六、结果与分析（必填）
七、讨论与心得
一、实验目的
1、了解洞道式干燥装置的结构、流程及其操作方法。
2、作出物料在恒定干燥条件下的干燥特性曲线（X~，U~X），并求出临界含水量XC、平衡含水量X*及恒速阶段的干燥速度U恒速。
3、求出恒速阶段的传质系数KH和传热系数a。
4、改变气温或气速等操作条件，作出不同空气参数下的干燥特性曲线，同时求出各自的临界含水量、平衡含水量以及恒速阶段的干燥速度、传质系数和传热系数。
二、实验仪器与装置
实验装置如下图所示。
1——风机2——孔板流量计3——压差变送器4——电动调节阀5——加热器
6——温控系统7——湿球温度计8、10——干球温度计9——重量传感器11——干燥物料
图1干燥实验装置流程图
风机将空气送入预热室进行预热，冷空气经电加热器加热到T1温度后，进入干燥室将热能供给物料，然后直接排放入大气。
空气的流量由孔板流量计测量，孔板两端差压利用差压变送器测量，其中孔板的孔径为34mm,风管内径为68mm，干燥室截面积0.1*0.1m2，空气流量由电动调节阀经计算机在线控制调节。
系统内空气温度由铜-康铜热电偶测定，干燥室内空气入口及出口的干球温度由传感器8,10测量，温度传感器7测量干燥室出口的湿球温度。
空气进口温度T1采用计算机自动控制。
物料重量变化由重量传感器测量并由计算机检测显示。
三、实验原理
干燥是利用热量去湿的一种方法，它不仅涉及到气、固两相间的传热与传质，而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的机理。
由于物料的含水性质和物料形状的差异，水分传递速率的大小差别很大，概括起来，它受到物料及其含水性质，干燥介质的性质、流速，干燥介质与湿物料接触方式等各种因素的影响。
目前对干燥机理的研究尚不够充分，干燥速度的数据还主要依靠实验。
若将湿物料置于一定的干燥条件下（即干燥介质空气的温度、湿度、速度以及与物料接触的方式均维持恒定）进行干燥实验，测定被干燥物料的重量随时间的变化关系，将数据加以整理可得物料的干燥曲线X-τ和干燥速率曲线U-X。
干燥过程中，根据其不同时期的特点，可分为两个阶段：
第一个阶段为恒速干燥阶段。
过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部水分能迅速地达到物料表面，因此干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制。
在此阶段，干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且表面温度亦为该空气状态下的湿球温度
，物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。
第二个阶段为降速干燥阶段。
当物料被干燥达到临界湿含量后，水分子物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的汽化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。
随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减小，故干燥速率不断下降。
直至物料含水量达到该空气状态下的物料平衡含水量
。
临界湿含量Xc，即为恒速与降速阶段的转折点，临界湿含量对于干燥过程研究和干燥器的设计都是十分重要的。
1、干燥干燥特性曲线的求取
干燥速率的定义为单位时间、单位干燥面积所除去的湿分质量。
（1）
式中U---干燥速率，kg/m2·s；
A---干燥面积，m2；
W---汽化的湿分量，kg；
τ---干燥时间，s；
Gc---绝干物料的质量，kg；
X---物料干基湿含量，kg水/kg干料。
根据计算机和重量传感器测出的不同时刻物料重量与时间的关系曲线G~，可得不同时刻物料的干基湿含量Xi：
（2）
式中：
Xi---物料干基含水量，kg水/kg绝干物料；
Gi---固体物料量（包括附件重），kg；
Gc---绝干物料量（包括附件重），kg。
按
（2）式可得τi时刻所对应的Xi值，据此即可作出干燥曲线X~τ，从X~τ曲线图中可找出
，再在X~τ曲线上取代表性的点作图求出
，再按
（1）式可计算出干燥速率Ui，然后绘出干燥速率曲线U~X，从U~X图中可以找出
和
。
2、恒速干燥阶段传质系数与传热系数的测定
根据传质速率方程，在恒速干燥阶段：
（3）
即
（4）
根据“汽化所需热量等于空气与湿物料间的对流传热量”这一热量衡算关系，即
（5）
于是
（6）
即
（7）
式中：
---恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m2.s）；
---恒速干燥阶段的传质系数，kg/（m2.s.△H）；
H---空气湿度，kg水/kg干空气；
---湿球温度tw下空气的饱和湿度，kg水/kg干空气；
---干燥器内的空气湿球温度，℃；
t---干燥器内的空气的干球温度，℃；
---湿球温度tw下的水的汽化潜热，J/kg。
α——恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传质系数，
在本实验中，测出物料湿与时间的关系，即可得X~τ，U~X曲线，进而求出
和
，并最终求出恒速干燥阶段的传质系数
和传热系数α。
四、操作步骤
1.打开计算机，运行干燥实验客户端程序，进入干燥实验操作控制界面。
2.点击电源开关和开始试验按钮，先启动风机，全开电动调节阀的开度，将风量调到最大，设置空气入口温度，待空气温度在计算机上显示为一条直线时，可采样进行稳定分析，当计算机判断为稳定后，可对物料进行加水浸湿，同时对湿球温度计进行加水，加水结束后，干燥即自动开始。
3.当干燥物料的重量不再明显减轻时，计算机会自动提醒实验者此燥条件下的干燥实验已结束，实验者可将此条件下的数据进行取点保存。
4.改变空气流量或温度，重复上述实验。
5.实验测试完毕后，先将实验数据保存再结束实验。
6.关闭加热电源，全开空气流量调节阀，待空气进口温度降至50℃以下后，依次关闭空气流量调节阀、风机电源和总电源。
7.实验完毕，实验装置恢复至原状。
五、数据记录和处理
1、实验参数
物料绝干重量GC：
12.683g，干燥面积A：
43.709cm2。
2、数据记录和处理表
（一）实验条件：
干燥室进口温度75℃，空气0.024kg/s，实验数据如下表所示。
表格1
时间/s
干燥物重量/g
干燥室出口湿球温度/℃
干燥室出口温度/℃
干燥室进口温度/℃
风机出口温度/℃
空气流量/（kg/s）
含水量Xi
-1.648
33.221
70.387
75.311
12.06
0.024
0
14.9
33.221
70.265
75.228
12.06
0.024
0.304739
30
14.9
33.221
70.387
75.395
12.06
0.024
0.304739
60
14.828
33.34
70.632
75.561
12.14
0.024
0.299062
90
14.972
33.46
70.998
75.812
12.14
0.024
0.310416
120
14.757
33.699
71.12
76.145
12.221
0.024
0.293464
150
14.613
33.819
71.243
76.145
12.301
0.024
0.28211
180
14.327
33.938
71.365
76.145
12.301
0.024
0.25956
210
14.327
33.938
71.243
75.978
12.301
0.024
0.25956
240
14.184
34.177
71.243
75.812
12.382
0.024
0.248285
270
14.184
34.177
70.998
75.561
12.382
0.024
0.248285
300
14.112
34.177
71.12
75.478
12.382
0.024
0.242608
330
14.04
34.296
71.12
75.395
12.462
0.024
0.236931
360
13.897
34.416
70.998
75.395
12.462
0.024
0.225656
390
13.825
34.535
71.12
75.395
12.542
0.024
0.21998
420
13.897
34.535
71.12
75.395
12.542
0.024
0.225656
450
13.825
34.655
71.243
75.478
12.623
0.024
0.21998
480
13.754
34.655
71.365
75.478
12.623
0.024
0.214381
510
13.539
34.774
71.365
75.561
12.623
0.024
0.19743
540
13.324
34.894
71.365
75.645
12.703
0.024
0.180478
570
13.467
34.894
71.365
75.645
12.703
0.024
0.191753
600
13.467
35.014
71.365
75.728
12.703
0.024
0.191753
630
13.324
35.014
71.365
75.561
12.784
0.024
0.180478
660
13.181
35.014
71.365
75.395
12.864
0.024
0.169203
690
13.037
35.014
71.365
75.478
12.864
0.024
0.157849
720
12.894
35.014
71.365
75.561
12.864
0.024
0.146574
750
12.822
35.133
71.365
75.478
12.944
0.024
0.140897
780
12.679
35.133
71.487
75.561
13.025
0.024
0.129622
810
12.464
35.133
71.487
75.561
13.025
0.024
0.112671
840
12.393
35.133
71.609
75.561
13.105
0.024
0.107072
870
12.321
35.252
71.609
75.645
13.105
0.024
0.101396
900
12.393
35.133
71.609
75.645
13.186
0.025
0.107072
930
12.321
35.252
71.609
75.728
13.186
0.024
0.101396
960
12.249
35.252
71.609
75.728
13.186
0.024
0.095719
990
11.963
35.252
71.609
75.728
13.266
0.024
0.073169
1020
11.891
35.133
71.609
75.645
13.266
0.024
0.067492
1050
11.963
35.133
71.487
75.561
13.346
0.024
0.073169
1080
11.82
35.133
71.487
75.478
13.346
0.024
0.061894
1110
11.82
35.014
71.487
75.395
13.427
0.024
0.061894
1140
11.748
34.894
71.487
75.311
13.427
0.024
0.056217
1170
11.748
34.894
71.365
75.311
13.507
0.024
0.056217
1200
11.676
34.894
71.487
75.478
13.507
0.024
0.05054
（1）做出该恒定干燥条件下的干燥特性曲线X-τ曲线，如图1所示。
图1干燥室进口温度为75℃时的X-τ曲线
由曲线可得，当t=800s时，曲线斜率开始减小，故Xc=0.11267。
X-t方程用origin8.0软件对曲线进行拟合可得：
当t<800s时，X=-2.2221*10^-4t+0.3119,r2=0.9773；
当800s（2）计算X-t曲线的斜率，由
可得U-t方程为：
当t<800时，U=6.448*10^-4；
当800s由此计算出对应X之下的U，做出U-X曲线，如下图所示：
图2U-X曲线
由U-X曲线可得平衡含水量X*为0.055kg/kg干料，U恒速为0.000645kg/（m^2*s）
（3）湿球温度34.65℃，干燥室进出口平均温度为t=73.46℃由常压下空气的湿度图可得Hw=0.036kg/kg干空气，查水蒸气物性表可得tw下水的气化潜热rw=2412.4kJ/kg,
故H=Hw-1.09*（t-tw）/rw=0.036-1.09*（73.46-34.65）/2412.4=0.0185kg/kg干空气，
故kH=U恒速/（Hw-H）=0.000645/（0.036-0.0185）=0.0369kg/（m^2*s）
=0.000645*2412.4/（73.46-34.65）=0.0401kW/（m2*℃）
（二）实验条件：
将干燥室进口温度改为60℃，实验数据如下表格2所示。
表格2
时间/s
干燥物重量/g
干燥室出口湿球温度/℃
干燥室出口温度/℃
干燥室进口温度/℃
风机出口温度/℃
空气流量/（kg/s）
含水量Xi
-1.504
30.831
58.045
60.299
14.552
0.024
0
14.972
30.711
57.801
60.216
14.552
0.025
0.299062
30
14.972
30.831
57.556
60.049
14.633
0.024
0.299062
60
14.9
31.07
57.556
59.882
14.633
0.024
0.293385
90
14.828
31.189
57.556
59.882
14.633
0.025
0.287708
120
14.757
31.428
57.556
59.965
14.633
0.025
0.28211
150
14.685
31.428
57.678
59.965
14.633
0.025
0.276433
180
14.613
31.548
57.678
60.132
14.633
0.024
0.270756
210
14.685
31.667
57.801
60.216
14.633
0.025
0.276433
240
14.47
31.667
57.801
60.216
14.633
0.024
0.259481
270
14.398
31.667
57.923
60.466
14.633
0.024
0.253804
300
14.327
31.667
58.045
60.466
14.713
0.025
0.248206
330
14.184
31.667
57.923
60.382
14.713
0.025
0.236931
360
14.184
31.667
57.923
60.382
14.713
0.025
0.236931
390
14.112
31.667
57.923
60.299
14.794
0.025
0.231254
420
14.112
31.667
57.923
60.216
14.794
0.025
0.231254
450
13.969
31.548
57.923
60.216
14.794
0.024
0.21998
480
13.897
31.548
57.801
60.216
14.794
0.025
0.214303
510
13.825
31.548
57.923
60.299
14.794
0.025
0.208626
540
13.754
31.548
57.923
60.382
14.874
0.024
0.203028
570
13.682
31.548
58.045
60.466
14.874
0.024
0.197351
600
13.61
31.548
58.045
60.382
14.874
0.025
0.191674
630
13.61
31.548
58.167
60.382
14.874
0.024
0.191674
660
13.467
31.548
58.045
60.382
14.874
0.025
0.180399
690
13.324
31.548
58.167
60.382
14.874
0.025
0.169124
720
13.324
31.548
58.045
60.299
14.874
0.025
0.169124
750
13.396
31.667
58.167
60.382
14.874
0.025
0.174801
780
13.181
31.667
58.167
60.382
14.874
0.025
0.157849
810
13.252
31.667
58.045
60.216
14.874
0.025
0.163447
840
13.181
31.667
58.167
60.299
14.954
0.025
0.157849
870
13.109
31.667
58.045
60.216
14.954
0.025
0.152172
900
12.966
31.667
58.045
60.299
14.874
0.025
0.140897
930
12.966
31.667
58.167
60.299
14.954
0.024
0.140897
960
12.966
31.667
58.167
60.299
14.954
0.025
0.140897
990
12.822
31.787
58.167
60.299
14.954
0.025
0.129543
1020
12.894
31.787
58.167
60.216
14.954
0.025
0.13522
1050
12.822
31.787
58.167
60.216
14.954
0.025
0.129543
1080
12.608
31.787
58.167
60.216
14.954
0.025
0.112671
1110
12.608
31.787
58.167
60.216
14.954
0.025
0.112671
1140
12.393
31.787
58.167
60.299
14.954
0.025
0.095719
1170
12.321
31.787
58.167
60.382
14.954
0.024
0.090042
1200
12.393
31.787
58.289
60.382
14.954
0.025
0.095719
1230
12.321
31.906
58.289
60.466
14.954
0.025
0.090042
1260
12.321
31.787
58.289
60.549
14.954
0.024
0.090042
1290
12.178
31.787
58.289
60.466
15.035
0.024
0.078767
1320
12.178
31.787
58.289
60.299
14.954
0.024
0.078767
1350
12.106
31.787
58.289
60.299
15.035
0.025
0.07309
1380
12.035
31.787
58.289
60.382
15.035
0.025
0.067492
1410
12.106
31.787
58.289
60.466
15.035
0.025
0.07309
1440
12.035
31.787
58.289
60.466
15.035
0.025
0.067492
1470
12.035
31.787
58.289
60.466
15.035
0.024
0.067492
1500
11.891
31.787
58.167
60.382
15.035
0.025
0.056138
1530
11.891
31.787
58.167
60.299
15.035
0.025
0.056138
1560
11.891
31.787
58.045
60.132
15.035
0.025
0.056138
1590
11.891
31.667
57.923
60.049
15.035
0.025
0.056138
1620
11.891
31.667
58.045
60.132
15.035
0.025
0.056138
1650
11.82
31.667
58.045
60.132
15.035
0.025
0.05054
1680
11.748
31.787
58.167
60.299
15.035
0.024
0.044863
1710
11.82
31.667
58.167
60.299
15.035
0.025
0.05054
升级会员 