洞道干燥曲线测定实验市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

洞道干燥曲线

测定试验指导教师：第1页干燥概述干燥方法是物料除湿一个惯用方法，即利用热能，使湿物料中湿分气化而去湿方法。该方法耗能较大，工业上往往将机械分离法和干燥法联合起来除湿，即先用机械方法尽可能除去湿物料中大部分湿分，然后再利用干燥方法继续除湿。分类（按照热能供给湿物料方式）：1.传导干燥；2.对流干燥；3.辐射干燥；4.介电加热干燥等。应用：在化工、食品、制药、纺织、采矿、农产品加工等行业，湿固体物料中湿分去除。第2页试验目标

1、学习干燥曲线和干燥速率曲线及临界湿含量试验测定方法，加深对干燥操作过程及其机理了解；2、学习干、湿球温度计使用方法，学习被干燥物料与热空气之间对流传热系数测定方法；3、经过实物了解干燥操作中废气循环流程和概念；4、掌握由气体流量计读数求指定界面处气体流速计算方法。第3页试验原理（1）

因为干燥过程既包括传热过程又包括传质过程，其机理比较复杂。普通干燥试验是在恒定干燥条件下进行，即试验采取大量空气干燥少许湿物料，所以干燥介质（热空气）进出干燥器温度、湿度、气速以及与物料接触方式在整个干燥过程中都保持恒定。在干燥过程中，定时测定物料质量改变，并统计每一时间间隔内物料质量改变及物料表面温度，直至物料质量恒定为止，此时物料与空气到达平衡状态，物料中所含水分即该条件下平衡水分。然后再将物料放到电烘箱内烘干到恒重为止，即可测得绝干物料质量。上述试验数据经整理后可分别绘出物料干燥曲线和干燥速率曲线。第4页试验原理（2）物料干燥过程分三个阶段：第一阶段为物料预热段，此时空气中部分热量用于加热物料，物料含水量及温度均随时间改变不大；第二阶段为恒速段，此阶段内空气传给物料显热恰好等于水分从物料中汽化所需潜热，而物料表面温度等于热空气湿球温度；第三阶段为降速段，进入该阶段后，物料开始升温，热空气中部分热量用于加热物料，另一部分热量用于汽化水分，直至物料中所含水分降到平衡含水量为止，干燥过程即终止。第5页1.干燥曲线以物料含水量与干燥时间、物料表面温度与干燥时间关系曲线，均称为干燥曲线，如图8-1所表示。第6页2.干燥速率曲线

干燥速率曲线是干燥速率随物料平均干基含水量改变曲线图。其详细形状与物料性质及干燥条件相关，比较经典如图8--2所表示。恒速干燥阶段干燥速率大小决定于物料外部干燥条件，而降速干燥速率大小主要取决于物料本身结构、形状和尺寸，而与外部干燥条件关系不大。

第7页恒速阶段干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计主要数据，本试验在恒定干燥条件下对浸透水帆布进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目标是掌握恒速段干燥速率和临界含水量测定方法及其影响原因。第8页(1).干燥速率(U)

即水分汽化速率，可用单位时间内从被干燥物料单位面积上汽化水分质量表示（kg/m2·s），在较小范围内，可按下式计算：式中：---干燥速率（kg/m2.s）---干燥面积（m2）---时间间隔（s）---绝干物料量（kg）---时间间隔内干燥气化干基含水量第9页(2).被干燥物料重量

式中：---被干燥物料和支撑架总质量（kg）---式样支撑架质量（kg）第10页(3).物料干基含水量

与干燥速率相对应湿物料含水量（物料平均干基含水量）

式中：---第i次测定湿物料干基含水量(kg水/kg绝干料)；---第i+1次测定湿物料干基含水量(kg水/kg绝干料)。第11页(4).恒速阶段

对流传热系数与传质系数

在恒速干燥阶段，物料在恒定干燥条件下进行干燥时，物料表面与空气间传热过程和传质过程分别用下式表示，传热过程：

传质过程：式中：---空气至物料表面传热膜系数（KW/m2·K）；H、t---空气湿度（kg水/kg绝干料）和温度（K）；HW、tw---湿球温度下空气饱和湿度（kg水/kg绝干料）和湿物料表面温度（即空气湿球温度）（K）；KH---以湿度基ΔH为推进力传质系数（kg/m2·s·ΔH）。第12页在恒速干燥阶段中，空气传给物料之显热恰等于水分从物料汽化所需潜热，即：

式中：---湿球温度下水汽化潜热（kJ/kg）。即则传质系数第13页当空气平行流过静止物料层表面时，对流传热系数

式中：L---湿空气质量流速（kg/m2·h）；其中---温度为t℃时，空气密度（kg/m3）；A---干燥器洞道流通面积（m2）。第14页(5).空气体积流量计算

由节流式流量计流量公式和理想气体状态方程式可推导出：

式中：—试样放置处空气体积流量（m2/h）；V20—常压下20℃时空气体积流量（m2/h）；由U形管压差计读数和校正曲线查得；t0—流量计处空气温度（℃）；t—干燥器内空气温度（℃）；第15页试验装置及流程第16页试验装置主要技术参数1.洞道干燥器:其规格为120×120×1200mm；2.鼓风机为XGB--2型漩涡气泵:最大流量为50（m3/h）；3.称重传感器:最大量程为300g；4.孔板流量计:不锈钢制品，配Ｕ形管压差计，自行设计、标定。5.温度计:干球温度为铂电阻，湿球温度为铂电阻外包纱布。6.加热器:二组电阻丝加热，每组2.0kw，控温精度小于±1.0℃。7.湿物料:帆布。8.流量与压差关系:适用范围15~50m3/h，R—mmH20(标准温度0℃)第17页试验步骤1、试验前准备工作2、试验方法第18页1、试验前准备工作(1)（1）按流程及板面布置、电器线路示意图检验设备及仪器、仪表是否齐全，完好。熟悉装置上各个设备、仪表和部件使用方法，了解相关注意事项。（2）检验湿球温度测量铂电阻包装、安装是否正确，并向湿球温度计蓄水池中加水。（3）将物料试样事前称准绝干料质量（放在烘箱内，在80℃下烘烤，用精密天平称量，几次称量值相同后，视为绝干料重），也可由指导教师提供该值。之后，将要干燥物料试样在水中进行充分浸泡。第19页1、试验前准备工作(2)（4）将被干燥物料空支架安装在洞道内，令天平处于自由摆动平衡状态，统计整个支架和托盘重量。（5）熟悉秒表使用方法。（6）全开新鲜空气进口阀和废气排出阀，全关废气循环阀。（7）将空气流量调整阀全开，以开启时保护电机。（8）将空气预热器加热电压调整旋钮拧至全关状态。预防开启时功率过大，烧坏加热器。第20页2、试验方法(1)（1）打开风机电源（插座），调整流量，设定加热温度，调整控温电流3—4A，并调整常热电流1—2A。（2）当温度稳定后，注意观察重量显示仪读数是否稳定，当读数稳定后，再调整零点电位器至零。（3）当零点值和湿球温度读数稳定后，记下流量和各点温度值。将准备好湿物料试样放入干燥器内（注意手不能按称重传感器上托架）。记下湿物料试样初重。（4）用秒表在一定时间间隔内（如1min）记下称重传感器显示质量值。连续测试，直至物料质量保持不变为止。第21页2、试验方法(2)（5）在记时过程中随时注意控温点干球温度和湿球温度显示值，整个操作过程中湿球温度值基本不变（维持在0.5℃内改变）。不然就是系统未到达稳定或湿球计内缺水或物料已烘干。（6）停顿加热，风机继续运转几分钟，待温度降低后再停风机，然后取出试样，一切复原。注意：最终若发觉时间已过去很长，而降低重量还达不到所要求克数，则可马上人为使天平处于平衡状态，并同时统计数据。第22页试验原始统计与数据处理结果

试样物料:

；试样编号:

；试样尺寸:长

宽

厚

（mm）；干燥面积S=

m2；试样绝干质量:Gc=

g；有风时物料架质量=

g干燥试验原始数据统计序号湿样品质量g干燥时间间隔Δτ/min流量计示值R/mmH2O风机出口温度/℃干燥室前温度/℃湿球温度/℃干燥室后温度/℃1234…第23页干燥试验数据处理结果序号湿料含水量X/（kg水分/kg绝干料）与U对应湿料含水量X/（kg水/kg绝干料）干燥速率U×103/(kg/m2.s)1234…第24页计算与试验结果项目试样001试样002空气平均温度tm℃空气湿球温度tw℃空气体积流量Vtm3/h物料受热面积Sm2tw下水气化热γtw

kJ/kg干燥器洞道流通面积Fm2空气质量速度Lkg/m2.h干燥曲线干燥速率曲线临界含水量XC平衡含水量X*恒速段干燥速率UCkg/m2.h恒速段对流传热系数αW/m2.℃按α值预计UC计kg/m2.h第25页试验汇报要求1.对试验结果进行数据处理，并写出一组数据计算示例；2.绘制干燥曲线图和干燥速率曲线图；3.计算对流传热系数α，并由α值预计恒速干燥速率，并与实测值比较，分析误差原因。第26页试验注意事项(1)1、试验过程中，一直都要使天平能够自由摆动，这是试验成功关键。2、为了设备安全，开车时，一定要先开风机后开空气预热器。停车时则相反。3、物料干燥前应测定好绝干料重和相关尺寸。试验操作前必须先将物料充分湿透，但放入干燥器内时以不带水为准。4、准确安装湿球温度计，并确保玻璃球内有足够量水。第27页试验注意事项(2)5、流量不宜过大，预防噪音大，且标定流量计时，流量计算式应在一定读数范围内适用。6、加热器电流不宜过大，不然使控温精度降低。7、称重传感器属珍贵仪表且极易损坏。零点受温度影响较大，使用时一定不能超重，禁止用手按压。*打开加热管段处法兰，即可更换加热用电阻丝。第28页试验思索题(1)1.怎样恒定干燥条件？2.若提升空气温度或增加空气流量，干燥速率曲线、恒速干燥速率、临界含水量、平衡含水量有何改变？3.若被干燥介质（如黄沙）厚度增加，其干燥速率曲线、临界含水量、平衡含水量有