干燥速率曲线的测定.docx
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干燥速率曲线的测定
干燥速率曲线的测定
北京理工大学化学学院董婧1120102745
一、实验目的
1、掌握恒定干燥条件下物料干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。
2、了解湿物料的临界含水量Xc，对流传热系数α及装置效率的测定方法。
3、熟悉洞道式循环干燥器的基本流程、工作原理和操作方法。
二、实验原理
采用具有恒定温度t、湿度H的热空气作为干燥介质与含水湿物料进行接触，物料中的水分向介质中转移，完成干燥。
物料含水的性质决定干燥经历预热以及恒速干燥和降速干燥阶段。
完整的干燥过程中，物料含水率、物料温度以及干燥速率的变化如下图所示：
图1干燥曲线与干燥速率曲线
图中，U表示干燥速率，其定义为:
式中，U—干燥速率，kg/（m2·s）
X—物料干基含水率，kg（水）/kg（绝干物料）
A—干燥面积，m2
θ—时间，s
Gc—绝干物料质量，kg
干燥曲线中a~b段为预热段，出现在干燥开始，持续时间较短，该阶段物料温度迅速升到空气的湿球温度tw；在随后的b~c段中，物料温度维持在tw，在温差t-tw作用下空气将热量传递给物料而使物料所含非结合水汽化，水气在物料表面饱和湿度Hw与空气湿度之差Hw-H作用下扩散到空气中被带走。
此阶段干燥速率恒定；在物料中的非结合水被祛除之后，干燥进入图中c~d所示的降速段，以祛除物料中的结合水为主，干燥速率受到水分从物料内部扩散到物料表面的扩散速率控制，且随干燥进行不断下降，物料温度亦不断上升。
恒速段与降速段的交界点c所对应的含水量称为临界含水量，以Xc表示。
若干燥持续进行，最终达到物料与空气的平衡，物料含水率为平衡含水率。
物料的种类、含水性质、料层厚度和颗粒大小，热空气温度、湿度、流速，空气与固体物料间的相对运动方式等都是影响干燥速率的因素，采用理论计算确定干燥速率十分困难，因此干燥速率大多采用实验测定的方法。
三、实验内容及步骤
1、测定恒定干燥条件下干燥曲线和干燥速率曲线，湿物料的临界含水量。
2、测定恒速干燥阶段空气与物料间的对流传热系数及设备的效率。
四、实验装置与流程
1、实验装置与流程图
图3-7干燥实验装置流程示意图
1―鼓风机2―孔板流量计3―压力变送器4―加热器5―重量传感器
6―显示仪7.8―干、湿球温度计9、10―调节阀11―观察窗
2、流程简介
参照图3-7，鼓风机1将新鲜空气送入系统，经电加热器2加热后经孔板流量计计量流量后进入洞道与湿物料接触，部分热空气经阀9返回循环使用，部分经阀10放空。
湿物料重量由传感器5测得。
3、设备主要技术参数
①鼓风机：
BYF7122,370W；
②电加热器：
额定功率4.5KW；
③干燥室：
180mm×180mm×1250mm；
④干燥物料：
湿毛毡或湿砂；
⑤称重传感器：
CZ500型，0～300g。
五、实验步骤
1、打开实验装置的进气阀门和排气阀门，放空阀10全开，循环阀门9不开。
2、打开仪表电源和风机开关，用空气流量调节阀调整空气流量在140~150m3/h左右。
3、打开加热开关，在控制面板上设置加热温度为70℃。
4、观察湿球温度计和干球温度计，当温度基本稳定后，从水中取出试样，试样控水至无水珠滴下，将支架从干燥洞道内取出，插入试样，将支架连同试样平行放入干燥洞道中，并安插在其支撑杆上，注意支架不要触壁。
合上观察窗，尽快启动秒表开始计时。
每隔30s记录一次数据，直到重量不变并维持5分钟以上为止。
5、关加热装置，大约5分钟后，关闭风机。
六.实验注意事项
1、实验测试中要注意不能有水滴从试样上滴下。
2、为了设备的安全，要先开风机，后开加热器，否则电阻丝容易过热烧断。
停止时关闭加热器后应待加热部分冷却后再关风机。
3、特别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、实验过程中，不要拍打、碰扣装置面板，以免引起料盘晃动，影响结果。
七、实验数据处理
1、干燥曲线和干燥速率曲线的测定
绝干物料质量为GC=10.7g，物料干燥面积A=0.0094
干基物料含水率
则第m+1组的干燥速率为
以第一、二组的数据为例进行计算：
θ=0.5时物料的干基含水率为
θ=0.0时物料的干基含水率为
故
则0~0.5min内的干燥速率，及0.5min的近似瞬时干燥速率为
其他各组数据处理结果见下表：
序号
时间
湿物料重G
干球温度
湿球温度
物料干基
ΔX
干燥速率U
min
g
℃
℃
含水量X（kg/kg）
（kg/kg）
kg/（m2·h）
1
0.0
56.7
70.0
33.1
4.2991
0.0000
0.0000
2
0.5
56.6
70.0
33.1
4.2897
0.0093
1.2766
3
1.0
56.4
70.0
33.1
4.2710
0.0187
2.5532
4
1.5
56.3
70.0
33.1
4.2617
0.0093
1.2766
5
2.0
56.2
70.0
33.1
4.2523
0.0093
1.2766
6
2.5
55.9
69.9
33.1
4.2243
0.0280
3.8298
7
3.0
55.4
69.9
33.2
4.1776
0.0467
6.3830
8
3.5
54.9
69.9
33.2
4.1308
0.0467
6.3830
9
4.0
54.5
70.0
33.2
4.0935
0.0374
5.1064
10
4.5
54.1
70.0
33.2
4.0561
0.0374
5.1064
11
5.0
53.7
70.0
33.2
4.0187
0.0374
5.1064
12
5.5
53.3
70.0
33.2
3.9813
0.0374
5.1064
13
6.0
52.7
70.1
33.2
3.9252
0.0561
7.6596
14
6.5
52.3
70.1
33.3
3.8879
0.0374
5.1064
15
7.0
51.7
70.1
33.3
3.8318
0.0561
7.6596
16
7.5
51.2
70.1
33.3
3.7850
0.0467
6.3830
17
8.0
50.6
70.0
33.3
3.7290
0.0561
7.6596
18
8.5
50.1
70.0
33.3
3.6822
0.0467
6.3830
19
9.0
49.5
70.0
33.3
3.6262
0.0561
7.6596
20
9.5
49.1
70.0
33.3
3.5888
0.0374
5.1064
序号
时间
湿物料重G
干球温度
湿球温度
物料干基
ΔX
干燥速率U
min
g
℃
℃
含水量X（kg/kg）
（kg/kg）
kg/（m2·h）
21
10.0
48.6
70.0
33.3
3.5421
0.0467
6.3830
22
10.5
48.1
70.0
33.3
3.4953
0.0467
6.3830
23
11.0
47.6
70.0
33.3
3.4486
0.0467
6.3830
24
11.5
47.2
70.1
33.3
3.4112
0.0374
5.1064
25
12.0
46.6
70.0
33.3
3.3551
0.0561
7.6596
26
12.5
46.1
70.0
33.3
3.3084
0.0467
6.3830
27
13.0
45.7
70.0
33.3
3.2710
0.0374
5.1064
28
13.5
45.3
70.0
33.3
3.2336
0.0374
5.1064
29
14.0
44.9
70.0
33.3
3.1963
0.0374
5.1064
30
14.5
44.6
70.0
33.3
3.1682
0.0280
3.8298
31
15.0
44.2
70.0
33.3
3.1308
0.0374
5.1064
32
15.5
43.9
70.0
33.4
3.1028
0.0280
3.8298
33
16.0
43.5
70.0
33.4
3.0654
0.0374
5.1064
34
16.5
43.1
70.0
33.3
3.0280
0.0374
5.1064
35
17.0
42.7
70.0
33.2
2.9907
0.0374
5.1064
36
17.5
42.2
70.0
33.2
2.9439
0.0467
6.3830
37
18.0
41.7
70.0
33.3
2.8972
0.0467
6.3830
38
18.5
41.2
70.0
33.3
2.8505
0.0467
6.3830
39
19.0
40.7
70.0
33.3
2.8037
0.0467
6.3830
40
19.5
40.3
70.0
33.3
2.7664
0.0374
5.1064
41
20.0
39.9
70.0
33.3
2.7290
0.0374
5.1064
42
20.5
39.6
70.0
33.3
2.7009
0.0280
3.8298
43
21.0
39.2
70.0
33.3
2.6636
0.0374
5.1064
44
21.5
38.7
70.0
33.3
2.6168
0.0467
6.3830
45
22.0
38.3
69.9
33.3
2.5794
0.0374
5.1064
46
22.5
37.9
69.9
33.3
2.5421
0.0374
5.1064
47
23.0
37.5
69.9
33.4
2.5047
0.0374
5.1064
48
23.5
37.1
70.0
33.3
2.4673
0.0374
5.1064
49
24.0
36.7
70.0
33.3
2.4299
0.0374
5.1064
50
24.5
36.2
70.0
33.3
2.3832
0.0467
6.3830
51
25.0
35.8
70.0
33.4
2.3458
0.0374
5.1064
52
25.5
35.4
70.0
33.4
2.3084
0.0374
5.1064
53
26.0
35.0
70.0
33.4
2.2710
0.0374
5.1064
54
26.5
34.6
70.0
33.5
2.2336
0.0374
5.1064
55
27.0
34.2
70.0
33.5
2.1963
0.0374
5.1064
56
27.5
34.2
70.0
33.6
2.1963
0.0000
0.0000
57
28.0
33.8
70.0
33.6
2.1589
0.0374
5.1064
58
28.5
33.4
70.0
33.6
2.1215
0.0374
5.1064
59
29.0
33.0
70.0
33.6
2.0841
0.0374
5.1064
60
29.5
32.6
70.0
33.6
2.0467
0.0374
5.1064
序号
时间
湿物料重G
干球温度
湿球温度
物料干基
ΔX
干燥速率U
min
g
℃
℃
含水量X（kg/kg）
（kg/kg）
kg/（m2·h）
61
30.0
32.4
70.0
33.6
2.0280
0.0187
2.5532
62
30.5
32.2
70.0
33.5
2.0093
0.0187
2.5532
63
31.0
31.8
70.0
33.5
1.9720
0.0374
5.1064
64
31.5
31.5
70.1
33.6
1.9439
0.0280
3.8298
65
32.0
31.0
70.2
33.6
1.8972
0.0467
6.3830
66
32.5
30.7
70.2
33.5
1.8692
0.0280
3.8298
67
33.0
30.3
70.1
33.5
1.8318
0.0374
5.1064
68
33.5
29.9
70.1
33.6
1.7944
0.0374
5.1064
69
34.0
29.6
70.1
33.6
1.7664
0.0280
3.8298
70
34.5
29.1
70.0
33.5
1.7196
0.0467
6.3830
71
35.0
29.0
70.0
33.4
1.7103
0.0093
1.2766
72
35.5
28.7
70.0
33.4
1.6822
0.0280
3.8298
73
36.0
28.3
70.0
33.4
1.6449
0.0374
5.1064
74
36.5
28.0
70.0
33.4
1.6168
0.0280
3.8298
75
37.0
27.7
70.0
33.4
1.5888
0.0280
3.8298
76
37.5
27.1
70.0
33.5
1.5327
0.0561
7.6596
77
38.0
26.8
70.0
33.5
1.5047
0.0280
3.8298
78
38.5
26.3
70.0
33.5
1.4579
0.0467
6.3830
79
39.0
25.9
70.0
33.5
1.4206
0.0374
5.1064
80
39.5
25.6
70.0
33.5
1.3925
0.0280
3.8298
81
40.0
25.3
70.0
33.5
1.3645
0.0280
3.8298
82
40.5
24.9
70.0
33.5
1.3271
0.0374
5.1064
83
41.0
24.5
70.0
33.5
1.2897
0.0374
5.1064
84
41.5
24.2
70.0
33.5
1.2617
0.0280
3.8298
85
42.0
23.7
70.0
33.5
1.2150
0.0467
6.3830
86
42.5
23.3
70.0
33.5
1.1776
0.0374
5.1064
87
43.0
23.0
70.0
33.5
1.1495
0.0280
3.8298
88
43.5
22.6
70.0
33.6
1.1121
0.0374
5.1064
89
44.0
22.3
70.0
33.6
1.0841
0.0280
3.8298
90
44.5
21.9
70.0
33.6
1.0467
0.0374
5.1064
91
45.0
21.5
70.0
33.6
1.0093
0.0374
5.1064
92
45.5
21.0
70.0
33.6
0.9626
0.0467
6.3830
93
46.0
20.8
70.0
33.6
0.9439
0.0187
2.5532
94
46.5
20.5
70.0
33.6
0.9159
0.0280
3.8298
95
47.0
20.1
70.0
33.6
0.8785
0.0374
5.1064
96
47.5
19.8
70.0
33.6
0.8505
0.0280
3.8298
97
48.0
19.7
70.0
33.6
0.8411
0.0093
1.2766
98
48.5
19.5
70.0
33.6
0.8224
0.0187
2.5532
99
49.0
19.1
70.0
33.6
0.7850
0.0374
5.1064
100
49.5
19.0
70.0
33.6
0.7757
0.0093
1.2766
序号
时间
湿物料重G
干球温度
湿球温度
物料干基
ΔX
干燥速率U
min
g
℃
℃
含水量X（kg/kg）
（kg/kg）
kg/（m2·h）
101
50.0
18.7
70.0
33.6
0.7477
0.0280
3.8298
102
50.5
18.5
69.9
33.6
0.7290
0.0187
2.5532
103
51.0
18.2
69.9
33.6
0.7009
0.0280
3.8298
104
51.5
17.8
70.0
33.6
0.6636
0.0374
5.1064
105
52.0
17.4
70.0
33.6
0.6262
0.0374
5.1064
106
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