化工原理试验一干燥试验

1、实验八 枯燥实验一、实验目的1 . 了解洞道式循环枯燥器的根本流程、工作原理和操作技术.2 .掌握恒定条件下物料枯燥速率曲线的测定方法.3 .测定湿物料的临界含水量 Xc,加深对其概念及影响因素的理解.4 .熟悉恒速阶段传质系数 Kh、物料与空气之间的对流传热系数 a的测定方法.二、实验内容1 .在空气流量、温度不变的情况下,测定物料的枯燥速率曲线和临界含水量,并了解其 影响因素.2 .测定恒速阶段物料与空气之间的对流传热系数a和传质系数Kh.三、根本原理枯燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料,使湿物料中水分蒸发别离的操作.枯燥 操作同时伴有传热和传质, 而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料

2、内部向外表传质的 机理.由于物料含水性质和物料形状上的差异,水分传递速率的大小差异很大.概括起来 说,影响传递速率的因素主要有：固体物料的种类、含水量、含水性质；固体物料层的厚 度或颗粒的大小；热空气的温度、湿度和流速；热空气与固体物料间的相对运动方式.目 前尚无法利用理论方法来计算枯燥速率除了绝对不吸水物质外,因此研究枯燥速率大 多采用实验的方法.枯燥实验的目的是用来测定枯燥曲线和枯燥速率曲线.为简化实验的影响因素,枯燥 实验是在恒定的枯燥条件下进行的,即实验为间歇操作,采用大量空气枯燥少量的物料, 且空气进出枯燥器时的状态如温度、湿度、气速以及空气与物料之间的流动方式均恒定不变.本实验以热

3、空气为加热介质,甘蔗渣滤饼为被枯燥物.测定单位时间内湿物料的质量变化,实验进行到物料质量根本恒定为止. 物料的含水量常用相对与物料总量的水分含量, 即以湿物料为基准的水分含量,用 冰表示.但因枯燥时物料总量在变化,所以采用以干 基料为基准的含水量 X表示更为方便. o与X的关系为：X81式中：X 干基含水量kg水/kg绝干料；办一湿基含水量kg水/kg湿物料.物料的绝干质量G c是指在指定温度下物料放在恒温枯燥箱中枯燥到恒重时的质量. 枯燥曲线即物料的干基含水量X与枯燥时间 如关系曲线,它说明物料在枯燥过程中,干基含水量随枯燥时间变化的关系.物料的枯燥曲线的具体形状因物料性质及枯燥条件而 变,

4、但是曲线的一般形状,如图81所示,开始的一小段为持续时间很短、斜率较小的直线段AB段；随后为持续时间长、斜率较大的直线 BC;段以后的一段为曲线 CD段.直线与曲线的交接点C为临界点,临界点时物料的含水量为临界含水量Xc.枯燥速率是指单位时间内被枯燥物料的单位汽化面积上所汽化的水分量.枯燥速率曲线是指枯燥速率 U对物料干基含水量 X的关系曲线.如图8 2所示.枯燥速率的大 小不仅与空气的性质和操作条件有关,而且还与物料的结构及所含水分的性质有关,因此枯燥曲线只能通过实验测得.从图82的枯燥速率曲线可以明显看出,枯燥过程可分为三个阶段：物料的预热阶段 AB段、恒速枯燥阶段BC段和降速枯燥阶段CD

5、 段.每一阶段都有不同的特点.湿物料因其有液态水的存在,将其置于恒定枯燥条件下,那么其外表温度逐步上升直到近似等于热空气的湿球温度tw,到达此温度之前的阶段称为预热阶段.预热阶段持续的时间最短.在随后的第二阶段中,由于外表存有液态水,且内部 的水分迅速的到达物料外表,物料的温度约均等于空气的湿球温度tw.这时,热空气传给湿物料的热量全部用于水分的气化,蒸发的水量随时间成比例增加,枯燥速率恒定不变. 此阶段也称为外表气化限制阶段.在降速阶段中,物料外表已无液态水的存在,物料内部 水分的传递速率低于物料外表水分的气化速率,物料外表变干,温度开始上升,传入的热 量因此而减少,且传入的热量局部消耗于加

6、热物料,因此枯燥速率很快降低,最后到达平 衡含水量为止.在此阶段中,枯燥速率为水分在物料内部的传递速率所限制,又称之为内 部迁移限制阶段.其中恒速阶段和降速阶段的交点为临界点C,此时的对应含水量为临界含水量Xc.影响恒速阶段的枯燥速率Uc和临界含水量 Xc的因素很多.测定枯燥速率曲线的目的是掌握恒速阶段枯燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素.0X*XCX(kg水/ kg绝干料).(S)图(8 2)枯燥速率曲线(8 2)kg 水/(m2 h);m2;s;kg.(8 3)kg水/kg绝干料；kg;kg.图(8 1)枯燥曲线1 .枯燥速率U根据枯燥速率的定义：dw wU=一sd s式中U枯燥速率

7、S 一枯燥面积 区一时间间隔Aw' 一占;时间间隔内汽化水分的质量2 .物料的干基含水量 XG'-GcX=Gc式中X一物料的干基含水量G c 一绝干物料的质量' .G 固体湿物料的质重从式(8 3)可以看出,枯燥速率 U为&时间内的平均枯燥速率,故其对应的物料含水量也为 土时间内的平土!含水量 X平,X 平=(X i+ Xi+1)/2式中X平一日时间间隔内的平均含水量X i- 8时间间隔开始时刻湿物料的含水量Xi+1 区时间间隔终了时刻湿物料的含水量3 .恒速阶段传质系数Kh的求取传热速率dQsd=：(t -tw)(8 4)kg水/kg绝干料；kg水/kg绝干料

8、；kg水/kg绝干料.(85),、dw、传质速率=KH(Hs,tw H)(8 6)sd.上两式中：Q-热空气传给湿物料的热量kJ ;L枯燥时间S；S一枯燥面积m2;w-由湿物料汽化至空气中的水分质量kg ;口一空气与物料外表间的对流传热系数kw/m 2 c ；t空气温度C；Kh以温度差为推动力的传质系数kg/(m 2 s2H);tw一湿物料的外表温度(即空气的湿球温度)K;H 一空气的湿度kg/kg绝干空气;Hs,tw tw下的空气饱和湿度kg/kg绝干空气;恒速阶段,传质速率等于枯燥速率,即Kh=UcHs,tw -H,(87)kg/ (m 2 s).式中：Uc临界枯燥速率,亦为恒速阶段枯燥速

9、率,4 .恒速阶段物料外表与空气之间的对流传热系数恒速阶段由传热速率与传质速率之间的关系得：(8 8)(89)Uc rtw：=t 一 tw式中：rtw tw下水的汽化潜热,kJ/kg.用式(8 8)求出的a为实验测量值,o的计算值可用对流传热系数关联式估算:a=0.0143 (L) 0.8式中：L空气的质量流速,kg/m2s.应用条件：物料静止,空气流动方向平行于物料的外表.L的范围为0.78.5kg/m 2 s,空气温度为 45 c150 c.质量流速L可通过孔板与单管压差计来测量,空气的体积流量Vs由下式计算：Ip-Vs=Co k1 k2 Ao ；2g(R/103)a1(8 10)'

10、; P式中：Vs一流径孔板的空气体积流量,m3/s； 一' 'Co管内径 Di=106mm , Co=0.6805 ;管内径 D i =100mm , C 0=0.6655 ;k1一粘度校正系数,取 k1=1.014 ;k2管壁粗糙度校正系数,k2=1,009 ；A0一孔截面积,A0=3.681 X10-3m2;R 单管压差计的垂直指示值,mm;偿一压差计指示?密度,kg/m 3;20 C, 695mmH g 时,水的密度为 998.5kg/m 3;R 压差计指示液上部的空气密度,kg/m 3;20 C, 695mmH g 时,空气的密度 P= 1293 -pa- -273=1

11、.1kg/m 3;760 TP流经孔板的空气密度,kg/m3;通常以风机的出口状态计.风机的出口状态为 4mmHg (表压),风机白出口温度为T.当大气压等于695mmH g时,、ccc 695 4 273 325 / 八4 1.293 = (kg/m 3)式中:760T 一风机的出口温度,Ko(811 )当 C0=0.6805 时,Vs=0.000638 、RT当 C 0=0.6655 时,Vs=0.000616 /rT空气的质量流速VSL=式中:AL 空气的质量流速,kg/(m 2 s);A 一枯燥室流通截面积,m2.(812)当 A=0.15 X0.2=0.03m2, Co=0.6805

12、 时, L=6.91;当 A=0.15 X0.2=0.03m 2,C'0=0.6655 时, L =6.67四、实验装置与流程1 .实验流程8 3所示.空气由风机输送,经孔本实验采用洞道式循环枯燥器,流程示意图如图 板流量计、电加热室流入枯燥室,然后返回风机循环使用.由风机的电机与管路进口管的洞道式枯燥器流程图1,加热室 2.压差计 3.铜电阻 4.枯燥室前温度计5.湿球温度计6.枯燥室 7.电子天平 8.物料架 9.枯燥室后温度计10 .仪表箱 11.控温仪 12 .蝶阀 13 .风机 14 .放气阀15风机出口温度计16 .孔板流量计精品资料缝隙补充一局部新鲜空气,由风机出口管上的

13、放气阀3放空一局部循环空气以保持系统湿度恒定.电加热室由铜电阻及智能程序控温仪来限制温度,使进入枯燥室的空气的温度恒 定.枯燥室前方装有干、湿球温度计,风机出口及枯燥室后也装有温度计,用以确定枯燥 室内的空气状态.空气流速由蝶阀来调节.注意任何时候该阀都不能全关,防止空气不流 通而烧坏电加热器.2 .主要设备尺寸该装置共四套：(1)孔板1#3#:管内径 D=106mm ,孔径 d0=68.46mm ,孔流系数 00=0.6805 ;4#：管内径 D=100mm ,孔径 d0=68.46mm ,孔流系数 00=0.6805 ;(2)枯燥室尺寸：0.15m x 0.20m(3)电加热室共有三组电加

14、热器,每一组功率为1000w.其中一组与热电阻、数显控温仪相连来限制温度.另两组通过开关手动限制,此两组并配有5A的电流表,以监检测电加热器是否正常工作.(4)电子天平：型号为 JY600 1,量程为0600g ,感量为0.19g.五、实验步骤1 .按通电源,开启电子天平.预热 30分钟,调零备用.2 .将烘箱烘干的试样置于电子天平上称量,记下该绝干物的质量Gc.3 .用钢尺量取物料的长度、宽度和厚度.4 .将物料加水均匀润湿,使用水量约为2.5倍绝干物质量Gco5 .开启风机,调节蝶阀至预定风速值,调节程序控温仪约为85 C,而后翻开加热棒开关(三组全开).待温度接近于设定温度,视情况加减工

15、作电热棒数目.待稳定后,让其自 行运行.6 .调节进风量的多少,并适当开启排气阀,用以维持实验过程湿球温度计指示值根本不 变.观察水分蒸发情况,及时向湿球温度计补充水.7 .待各温度计温度指示值稳定一段时间后,将湿物料放入枯燥室内,记录起始湿物料质 量,同时启动秒表开始记时.8 .每隔2分钟记录一个质量,直到蒸发的水量非均匀的下降,改为 2.5分钟记录一个质 量,记录约23个数据.以后约 3分钟记录一个质量,直到试样几乎不在失重为止, 说明此时所含水分为平衡水分.9 .实验结束,依次关闭电子天平、加热棒、风机开关.10 .取出物料,整理好物品,做好清洁卫生工作.六、实验报告1 .根据实验数据整理、绘制枯燥速率曲线UX;2 .确定物料的临界含水量Xc及平衡含水量 X*;3 .计算恒速阶段的传质系数Kh、热空气与物料间的对流传热系数口