过热蒸汽干燥物料临界含水率的试验研究

1、农机与食品机械1999年第3期总第261期试验与设计过热蒸汽干燥物料临界含水率的试验研究连政国王延耀蒋金琳李考年姜学东莱阳农学院农业工程系2试验数据的处理试验中,试验室不具备连续称重测量设备,况且过热蒸汽干燥试验条件恶劣,只能是采用间歇称重测量法,即试验中将物料干燥到一定时间后,从干燥室中取出,用电子天平快速称重后,再放入干燥室中继续干燥,这样重复直到干燥过程结束,这种办法在一定条件下不会影响干燥过程。,干燥速度快,很明,对临界含,二者的要求正好相反。,在试验中采取了等称重间隔、初始起点不同的方法,使干燥过程平均的取数点的时间间隔相对缩小。具体讲就是开始称重起始时间不同。例如,试验中,除了第一

2、次称重外,其余的称重时间间隔为4min,第一组数据的采集时间是1,5,9,13,17min测量,第二组的测量是在2,6,10,14,18min进行,以次类推,至少作四组试验,这样每一时刻均有试验数据,将得到的数据在时间间隔段内取平均,然后对每个时间中相同时刻的数据相加求平均,即得到对应时刻的干燥速度;也可以将不同时刻所有的数据累加用减法得到在不同干燥时刻、统一时间间隔段的干燥速度,经计算显示这两种方法结果相差不大。该试验中的曲线是用第一种方法绘制的。通过这种数据处理方法得到的结果,虽然称重时间间隔为4min,但数据点可缩短到每分钟描点,可使干燥临界点出现的时刻较为明显。因此,该法既不使称重对干

3、燥过程产生较大的影响,也不会由于称重时间间隔过长而影响干燥曲线上临界点的真实位置。摘要:对影响物料临界含水率的因素进行了系统的分析,试验研究了热风、过热蒸汽干燥物料临界含水率。过热蒸汽干燥与热风干燥相比,在介质的条件相同时,有较低的临界含水率。随着温度的升高这两种干燥介质的临界含水率差值进一步加大。对过热蒸汽来说,随着温度和风速的提高,临界含水率也提高。叙词:过热蒸汽干燥物临界含水率过热蒸汽干燥是指利用过热蒸汽直接与被干燥物料接触而去除水分的一种干燥方式,与传统的热风干燥相比,具有节能效果显著、传热系数大、热效率高、干后产品品质好、无爆炸和失火的危险及有利于保护环境等特点。近年来倍受国内外学者

4、注意。另一方面过热蒸汽,规律,、过热蒸汽。1影响临界含水率的因素分析临界含水率指的是物料干燥时恒速干燥段与降速干燥段水分的界点,它标志着干燥行为的转变,是高湿物料干燥中的一个重要的参数。过热蒸汽干燥的临界含水率可由干燥速度曲线确定。影响物料临界含水率的因素很多,分析表明:物料的形状、结构、大小、厚度不同,水分具有不同的迁移速度,而干燥介质的不同条件使水分具有不同的表面汽化速率。因此,在热风干燥中诸如物料的种类、水分与物料的结合方式、干燥介质的流量、干燥介质的温度、干燥介质的相对湿度等等,都是影响物料临界含水率的因素。关于农产物料过热蒸汽干燥的临界含水率的研究未见报道。由于众多因素对临界含水率产

5、生影响,关于临界含水率,尚只有用试验的手段求得。本研究,主要目的是将过热蒸汽干燥物料的临界含水率与热风干燥的数据相比。我们试验在相同的温度和质量流量下,对相同的物料条件,在试验台上进行对比试验。这样可以最大限度的消除其它因素对干燥过程的影响。收稿日期:1998-12-291999No133试验结果与分析311热风和过热蒸汽干燥临界含水率的比较图1、图2为相同质量流量两种不同温度条件下的过热蒸汽和热风的干燥速度曲线。试验条件:过热蒸汽和热风的质量流量均为4kg/h,温度分别为165,185。从前面的分析可知,影响物料干燥临界含水率的因素较多。对于不同的干燥介质,干燥过程临界含水率的比较应基于在相

6、同的干燥速度下进行,5连政国王延耀蒋金琳等把介质参数的综合影响体现在干燥速度上。选定这两种温度条件主要是基于在这个温度范围内,热风和过热蒸汽干燥会出现逆转点。因而使两种干燥介质临界含水率的比较基本在同一干燥速度下进行,数据更加具有可比性。过热蒸汽干燥物料临界含水率的试验研究分扩散速度减慢。在热风和过热蒸汽干燥中,二者在恒速段物料表面温度是不同的,热风干燥时物料的温度为介质对应的湿球温度,而在过热蒸汽中干燥恒速段物料温度为蒸汽在操作压力下对应的沸点温度,热风中干燥时物料温度要比在常压下水的沸点温度低很多,正是由于这一点,使过热蒸汽干燥时物料内部的水分迁移速度比热风中干燥要快。在其它的条件相同时,

7、过热蒸汽干燥与热风干燥相比,其临界含水率要低,这与热质传递规律相同。312过热蒸汽参数对物料临界含水率的影响图3、图4是过热蒸汽干燥酒糟的临界含水率变化规图1165酒糟热风、蒸汽干燥速度曲线图1恒速段干燥速度热风比过热蒸汽略快,图2过热蒸汽的干燥速度比热风略快。图33811kg/h;图4是临界含水率随,蒸汽的温度为145。图2185、表1是根据试验数据整理的临界含水率的数值,表中,热风干燥与过热蒸汽干燥相比,两种温度条件下过热蒸汽干燥的临界含水率比热风干燥要低。较低温度下二者的差值小,而在较高温度下差别变大。在165的温度条件下过热蒸汽干燥临界含水率比热风低3148%(湿基),而在185的条件

8、下,二者的差值达到5135%。表1过热蒸汽与热风干燥的临界含水率(wb)温度(热风)(过热蒸汽)185(热风)(过热蒸汽)临界含水率36102321563918234147图4酒糟临界水分与介质流量的关系从图3中可以看出,其它条件相同时,随着进口温度升高,物料临界含水率显著升高;同样,图4中在其它条件相同时,随着介质质量流量的加大,物料的临界含水率上升。因此可以得出这样的结论,即无论是进口温度的升高,使物料临界含水率升高,还是干燥介质质量流量的加大,使物料临界含水率升高,其实际上都可以理解成是恒速干燥速度提高的结果。因为,随着温度的上升及干燥介质质量流量的增大都会使干燥过程干燥速度加快;试验中

9、得到温度是影响干燥速度的主要因素,从图3和图4中同样得出温度对临界含水率的影响要比质量流量的影响大的结论。从这里作者认为干燥过程对于不同干燥介质,干燥参数对临界含水率的比较应在相同的干燥速度下进行。研究表明,对被干燥物料来说,干燥过程中两个实际干燥指标反映干燥过程的实际效果。第一是物料的临界含水率;第二是恒速干燥阶段的干燥速度。很明显,对于必(下转第8页)需干燥到较低含水率的物料来说,临界1999No13同种干燥介质,随着温度的升高临界含水率也升高。过热蒸汽为干燥介质时,165时临界含水率比185时低两个百分点。热风干燥时,同样的温差,临界含水率差别接近4个百分点。温度的变化对热风干燥临界含水

10、率的影响比过热蒸汽干燥的影响要大。在过热蒸汽干燥条件下,物料的临界含水率比在相同条件下的热风中干燥要低,在宏观上可以这样进行解释。在一定的温度下,干燥介质的相对湿度越小,其水蒸汽的分压也越小,有利于物料表面水分的蒸发,但是,在相同的温度条件下,干燥介质的相对湿度越小,其相应的湿球温度越低,这样物料的表面温度越低,因而使物料内部水6许建军张书斌刘志达313刀片的切土范围=h2-h1一种倒锥立式耕耙犁碎土器的设计刀片排列方式采用等距交错排列,刀片间距为60mm(见图4)。要达到全层碎土,须使h>b,经试验取h=300mm、h1=70mm,则h2=h+h1=370mm(见图1)。314犁壁的切

11、除部位为防止碰撞和漏垡,犁壁与刀端的间隙采用上下等隙,间隙量为10mm。4碎土器转速n的计算刀片的运动是机组前进运动和刀轴回转运动的合成,刀片上任一点的运动轨迹是一摆线。机组工作时,为了使刀杆不顶土,必须满足S=16667Vm/nZL刀,S刀组每转1/Z转时,机组前进距离,mmVm机组前进速度,km/hZ装刀板个数,本机设计Z=3n刀轴转速,r/minL刀刀片侧刃长,mm,本机设计,L刀=60mm图4刀片排列方式(展开图)6性能测定与分析近年来,1LBF-40型和1LBF-20定,经试验表明,90%左右,而土块,大小均匀,这样的土层十分适合种子生长。覆盖性能。经多次生产试验测定,覆盖率都在95

12、%左右,工作中能将前茬作物的茎根及杂草破碎并覆盖,不仅可以灭茬,还可提高土壤肥力。土壤膨松度。由于耕耙犁具有较好的碎土性能,所以土壤的膨松度比铧式犁小,经测定膨松度在30%左右。地表平整度。由于耙刀的碎土和抛土作用,耕后的地表较平整,比铧式犁好,经实测耕后地表平整度为20mm左右。该碎土器安全、可靠,性能稳定。作者提出对不同干燥介质其它条件相同时,干燥物料临界含水率的比较应基于在相同的干燥速度下进行。系统研究了热风、过热蒸汽干燥物料临界含水率。过热蒸汽干燥与热风干燥相比,在介质的条件相同时,过热蒸汽干燥有较低的临界含水率。随着温度的升高这两种干燥介质的临界含水率差值进一步加大。随着温度和风速的

13、提高,临界含水率也提高。参考文献1MujumdarAS.Techno-economicassessmentofpotentialsuper2heatedsteamdryingapplicationinCanada.Reports1994.2TarnawskiWZ,MiteraJ,BorowskiP,Klepaczka.Energyanaly2sisonuseofairandsuperheatedsteamasdryingmediaDryingTechnologyVol.14No.78p173317501996.代入数据解得n550r/min。这个转速应为碎土器正常工作的最小转速,但在实际工作中机组前进的速度总比理论速度小,所以取n=550r/min。5刀片形状及排列方式刀片形状采用直刀片,(见图3)图3刀片工作图(上接第6页)含水率降低,意味着缩短干燥时间,这是由于此时干燥过程在恒速段进行的时间相对加长,对恒速段去水占主要