干燥实验设计Word文档格式.docx
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（10）
对于水—空气干燥传质系统，当被测气流的温度不太高，流速＞5m/s时，上式（10）又可简化为：
（11）
KH的计算：
（1）查H、Hw：
由干湿球温度t、tw，根据湿焓图或计算出相应的H，Hw；
（2）计算流量计处的空气性质：
因为从流量计到干燥室虽然空气的温度、相对湿度发生变化，但其湿度未变。
因此，我们可以利用干燥室处的H来计算流量计处的物性。
已知测得孔板流量计前气温是tL，则：
流量计处湿空气的比体积：
vH=（2.83×
10-3+4.56×
10-3H）（t+273）[kg水/m3干气]
流量计处湿空气的密度是：
ρ=（1+H）/vH[kg/m3湿气]
（3）计算流量计处的质量流量m[kg/s]：
测得孔板流量计的压差计读数为ΔP[Pa]：
流量计的孔流速度：
[m/s]
流量计处的质量流量：
m=u0×
A0×
ρ[kg/s]A0为孔板孔面积
（4）干燥室的质量流速G[kg/m2s]：
虽然从流量计到干燥室空气的温度、相对湿度、压力、流速等均发生变化，但两个截面的湿度H和质量流量m却一样。
因此，我们可以利用流量计处的m来计算干燥室处的质量流速G：
干燥室的质量流速为：
G=m/A[kg/m2s]A为干燥室的横截面积
（5）传热系数α的计算：
干燥介质（空气）流过物料表面可以是平行的，也可以是垂直的，也可以是倾斜的。
实践证明，只有空气平行物料表面流动时，其对流传热系数最大，干燥最快最经济。
因此将干燥物料做成薄板状，其平行气流的干燥面最大，而在计算传热系数时，因为两个垂直面面积较小、传热系数也远远小于平行流动的传热系数，所以其两个横向面积的影响可忽略。
采用α经验式：
对水-空气系统，当空气流动方向与物料表面平行，其质量流速G=0.68~8.14kg/m2s；
t=45~150℃。
[kw/m2℃]（12）
（6）计算KH：
由（12）计算出α代入（11）式即可用式计算出传质系数KH。
3、实验装置
图1洞道式干燥装置
本装置由离心式风机送风，先经过一圆管经孔板流量计测风量，经电加热室加热后，进入方形风道，流入干燥室，再经方变圆管流入蝶阀可手动调节流量（本实验装置可由调节风机的频率来调节风量，实验时蝶阀处于全开状态），流入风机进口，形成循环风洞干燥。
为防止循环风的湿度增加，保证恒定的干燥条件，在风机进出口分别装有两个阀门，风机出口不断排放出废气，风气进口不断流入新鲜气，以保证循环风湿度不变。
为保证进入干燥室的风温恒定，保证恒定的干燥条件，电加热的二组电热丝采用自动控温，具体温度可人为设定。
本实验有三个计算温度，一是进干燥室的干球温度（为设定的仪表读数），二是进干燥室的湿球温度，三是流入流量计处用于计算风量的温度，其位置如图所示。
本装置管道系统均由不锈钢板加工，电加热和风道采用保温。
有关参数：
中压风机：
全风压2KPa，风量22m3/min，750w
圆管内径：
73.6mm
方管尺寸：
150×
200mm（宽×
高）
孔板流量计：
全不锈钢，环隙取压，孔径57.01mm，m=0.6C0=0.74
电加热：
二组2×
1.5Kw，自动控温
压差传感器：
无锡梅园WMF—2000，0～5000Pa
压差显示仪表：
宇电501
热电阻传感器：
Pt100
温度数显仪表：
温度控制器：
宇电518
称重传感器：
北京正开MCL—L，0—1000g
称重显示仪表：
北京正开MCK—ZS
干燥湿物料：
羊毛毡，尺寸为130×
80×
10（长×
宽×
厚），绝干重21克
本实验消耗和自备设施：
电负荷：
3+0.75Kw
4、实验步骤：
1、将待干燥试样浸水，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。
2、检查风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；
3、检查电源连接，开启仪控柜总电源。
启动风机开关，并调节阀门，使仪表达到预定的风速值，一般风速调节到600～900Pa；
4、风速调好后，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。
5、放置物料前调节称重显示仪表显示回零。
6、状态稳定后（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；
7、取出被干燥的试样，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。
友情提示：
1、干球温度一般控制在80—95℃之间。
2、放物料时，手要用水淋湿以免烫手；
放好物料时检查物料是否与风向平行。
注意事项
1、在总电源接通前，应检查相电是否正常，严禁缺相操作。
2、不要将湿球温度计内的湿棉纱弄脱落，调试好湿球温度后，最好不要让学生乱动。
3、所有仪表按键最好由老师提前设定或调节好，学生不要乱动。
4、开加热电压前必须开启风机，并且必须调节变频器有一定风量，关闭风机前必须先关闭电加热，且在温度降低到60℃以下时再停风机。
本装置在设计时，加热开关在风机通电开关下游，只有开启风机开关才能开电加热，若关闭风机，则电加热也会关闭。
虽然有这样的保护设计，但是我们还是希望用户在操作时按照说明书进行。
五、试验数据记录与计算示例：
表1设备物料有关恒定数据（单位：
mm）
物料尺寸
干燥室尺寸
孔板尺寸
长
宽
厚
绝干重（g）
高
孔径
管径
130
80
10
29.34
200
150
57.01
73.6
表2实验数据记录表
№
t（℃）
tw（℃）
tL（℃）
W（g）
ΔP（Pa）
Δθ（s）
X（g/g）
Na（g/m2s）
1
93.6
33.8
68.0
103
805
2.5106
2
94.1
34.2
68.6
100
293
3.4084
0.40956
3
94.6
34.5
68.8
97
803
213
2.3061
0.56338
4
94.9
34.4
69.1
94
807
199
2.2038
0.60300
5
95.0
69.2
91
183
2.1016
0.65570
6
95.1
34.6
69.3
88
809
186
1.9993
0.64516
7
95.3
34.8
69.5
85
801
173
1.8971
0.64615
8
34.9
69.6
82
799
1.7948
9
79
800
170
1.6926
0.65588
76
798
189
1.5903
0.63492
11
95.2
73
195
1.4881
0.61538
12
35.1
70
797
202
1.3858
0.59406
13
67
795
210
1.2836
0.57142
14
69.9
64
796
201
1.1813
0.59700
15
61
206
1.0791
0.58252
16
35.0
58
790
204
0.9768
0.58823
17
55
0.8746
18
94.7
34.7
70.0
52
214
0.7723
0.56075
19
94.8
69.0
49
212
0.6701
0.56604
20
95.4
46
793
0.5678
0.59702
21
43
220
0.4656
0.54545
22
69.7
40
215
0.3633
0.55814
23
37
244
0.2611
0.49182
24
69.8
34
806
291
0.1588
0.41237
25
70.1
31
802
407
0.0566
0.29484
现以第2组数据为计算示例：
1、干燥速率曲线
干基湿含量：
干燥速率：
式中：
物料表面积A=2（0.13*0.08+0.08*0.01+0.13*0.01）=0.0250m2
2、KH的计算：
（1）计算H、Hw：
查得湿球温度tw下：
饱和蒸汽压Ps=5547.2[Pa]汽化潜热rw=2409.7[KJ/Kg]
流量计处湿空气的密度是：
ρ=（1+H）/vH=（1+0.0088）/1.56=1.065[kg/m3湿气]
流量计的孔流速度：
流量计处的质量流量：
m=q×
ρ=0.0732×
1.065=0.0687[kg/s]
G=m/A=0.08687/0.03=2.29[kg/m2s]
A=0.15×
0.2=0.03m2
干燥室的流速为：
u=q/A=0.0732/0.03=2.4398[kg/m2s]
[kw/m2℃]
3、实测恒速干燥阶段的传质系数
从干燥速率曲线图中可得恒速阶段的平均干燥速率：
Na=0.5984[g/m2S]
实测传质系数为：
6、多指标正交试验设计及其结果的直观分析
本设计采用综合平衡法进行正交试验处理，综合平衡法是：
先对每个指标分别进行单指标的直观分析，得到每个指标的影响因素主次顺序和最佳水平组合，然后根据理论知识和实际经验，对各指标的分析结果进行综合比较和分析，得出较优方案。
在进行综合分析时，应依据以下四条原则：
第一，对于某个因素，可能对某个指标是主要因素，但对另外的指标则可能是次要因素，那么在确定该因素的优水平时，应首先选取作为主要因素的优水平；
第二，若某因素对各指标的影响程度相差不大，这是可按“少数服从多数”的原则，选取出现次数较多的优水平；
第三，当各因素水平相差不大时，可依据降低消耗、提高效率的原则选取合适的水平；
第四，若各试验指标的重要程度不同，则在确定因素优水平时应首先满足相对重要的指标。
在本试验中需要考察三个指标：
Kh（传质系数），Na（干燥速率），XC（临界含水量），传质系数和干燥速率越大越好，临界含水量越小越好，根据前期探索试验，决定选取3个相对重要的因素：
风速A和气流温度B进行正交试验，他们各有3个水平，具体数据如表3所示，不考虑因素间的交互作用，试进行分析，选择羊毛毡最佳干燥条件。
表3因素水平表
水平
A（Pa）
B（℃）
700
90
900
95
由于这是一个2因素3水平的试验，由于不考虑交互作用，所以选用正交表
来安排试验。
表头设计、试验方案及试验结果如表4所示。
表4试验方案及试验结果
试验号
A
B
空列
Kh
Na
XC
0.027
0.597
0.483
0.021
0.495
0.800
0.023
0.583
0.806
0.036
0.640
0.540
0.028
0.480
0.320
0.024
0.600
0.561
0.432
0.022
0.598
0.545
0.551
与单指标试验的分析方法相同，先对各指标分别进行直观分析，得出因素的主次和优方案（结果如表5所示），并画出各因素与各指标的趋势图（如图2所示）。
表5试验结果分析
指标
K1
0.0705
0.0896
0.0723
0.0772
K2
0.0874
0.0707
0.0800
0.0718
K3
0.0720
0.0696
0.0777
0.0809
k1
0.0235
0.0299
0.0241
0.0257
k2
0.0291
0.0236
0.0267
0.0239
k3
0.0240
0.0232
0.0259
0.0270
极差R
0.0056
0.0067
0.0026
0.0030
因素主次
BA
1.6750
1.8770
1.7954
1.6280
1.7200
1.0934
1.6860
1.7350
1.7894
1.7340
1.7030
1.8214
0.5583
0.6257
0.5985
0.5427
0.5733
0.3645
0.5620
0.5783
0.5965
0.5780
0.5677
0.6071
0.0381
0.2612
0.0365
0.0645
2.0893
1.4553
1.5894
1.4433
2.1460
1.6654
1.9800
1.7927
1.6660
2.0067
1.5580
1.8914
0.6964
0.4851
0.5298
0.4811
0.7153
0.5551
0.6600
0.5976
0.5553
0.6689
0.5193
0.6305
0.1600
0.1838
0.1407
0.1494
图2趋势图
由表5可以看出，对于不同的指标而言，不同因素的影响程度是一样的，为了试验的准确性，本设计通过综合平衡法确定综合的优方案。
具体平衡过程如下：
因素A：
对于后两个指标是取A3好，对于羊毛毡干燥的最佳条件来说，A因素是比较重要的，在确定优水平时应重点考虑，根据综合平衡法原则取A3。
因素B：
对3个指标来说，都是以B1为最佳水平，所以取B1。
综合上述的分析，优方案为A3B1，即羊毛毡的最佳干燥条件为风速900Pa，气流温度85℃。
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