化工原理试验一-干燥试验

1、化工原理实验一 枯燥实验实验八 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 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和传质系数Kho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

2、分以气态或 液态的形式自物料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

3、与物料之间的流动方式均恒定不变.本实验以热空气为加热介质,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 来表示.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. 与X的关系为：(81)式中：X干基含水量kg水/kg绝干料;一湿基含水量kg水/kg湿物料.物料的绝干质量 Gc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与枯燥时间的关系 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

4、枯燥曲线的具 体形状因物料性质及枯燥条件而变,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 X c o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82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

5、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表 面,物料的温度约均等于空气的湿球温度 two 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

6、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Xco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X X(kg 水 /kg 植干料)U= dw wsd sU一枯燥速率燥面积间间隔的测定方法及其影响因素.1.枯燥速率U根据枯燥速率的定义：(82)式中kg 水/(

7、m2 , h);S一干m2;一时s;w'-时间间隔内汽化水分的质量 kg.2.物料的干基含水量XX=G' GcGc(83)式中X物料的干基含水量kg水/kg绝干料；Gc一绝干物料的质量 kg;g一固体湿物料的质量kg o从式(83)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 为时间内的平均含水量X平,X 平=(Xi +Xi+i)/2(84)式中X平一时间间隔内的平均含水量kg水/kg绝干料；Xi 一时间间隔开始时刻湿物料的含水量kg水/kg绝干料；Xi+i一 时间间隔终了时刻湿物料的含水量 kg水/kg绝干料.3 ,恒速阶段传质系数Kh的求取传热速率等

8、(t却)sd(85)传质速率詈KH(HS,twH)(86)Q热空气传给湿物料的热量上两式中: kJ ;s;S一 干 燥m2;的水分质量由湿物料汽化至空气中kg;一空气与物料外表间的对流传热系数kw/m2 J空质系数气的湿球温度)C;Kh 一以温度差为推动力的传kg/(m2 s );tw一湿物料的外表温度(即空K；H 一 空气的湿度kg/kg绝干空气;Hs,twtw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)式中：Uc临界枯燥速率,亦为恒速阶段枯燥速率)kg/ (m2 s).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

9、热速率与传质速率之间的关系得：=Uc/"t tw(88)式中：rtwtw下水的汽化潜热,kJ/kg.用式(88)求出的为实验测量值,的计算 值可用对流传热系数关联式估算：=0.0143 (L)0.8(89)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/m2s,空 气温度为45c150C.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：VS=C0 ,kl 永2 ,A0 12g R/103 -810V式中：Vs一流径孔板的空气体积流量m3/s;C0 管内径 Di=106mm _ _ _ _

10、 _z-kz_k r 八_ ' _ _ _ _ _C0=0.6805;管内径 Di =100mm, C 0=0.6655;ki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 X10-3m2R一单管压差计的垂直指示值mm;A压差计指示液密度,kg/m3;20 C, 695mmHg 时,水的密度为998.5kg/m3;1压差计指示液上部的空气密度kg/m3;20 C, 695mmHg 时,空气的密度=1293鲁1=1.1kg/m3;760 T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

11、压),风机的 出口温度为To当大气压等于695mmHg时,=1293 吧,空= 325 (kg/m3) 760 T T(811)式中：T一风机的出口温度,Ko当 Co=0.6805 时,Vs=0.000638诉T当 C 0=0.6655 时,Vs=0.000616匹T空气的质量流速L=看1A(812)式中：L空气的质量流速,kg/(m2 , s);A枯燥室流通截面积,m2.当 A=0.15 X 0.2=0.03m2 , Co=0.6805 时, L=6.91 岛 当 A=0.15X0.2=0.03m,C; 0=0.6655 时,L' =6.6#.四、实验装置与流程1 .实验流程本实验采

12、用洞道式循环枯燥器,流程示意图 如图83所示.空气由风机输送,经孔板流量 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 .孔板流量计缝隙补充一局部新鲜空气,由风机出口管上的放 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

13、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 Co=0.6805;4#:管内径 D=100mm)孔径 d0=68.46mm)孔流系数 C0=0.6805;(2)枯燥室尺寸：0.15m 0.20m(3)电加热室共有三组电加热器,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

14、：型号为 JY6001,量程为0 600g,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Geo3 .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Ge.5 .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X c及平衡含水量X *;3 .计