1、实验七 干燥曲线及干燥速率曲线测定实验 一、实验目的 了解干燥设备的基本构造与工作原理， 掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。 学习物料含水量的测定方法。 加深对物料临界含水量 Xc的概念及其影响因素的理解。 学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。 二、实验内容 在空气流量和温度不变的条件下，测量物料干燥曲线、干燥速率曲线和临界含水量。 测定恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。 三、实验原理 对于一定的湿物料,在一定的干燥条件下（温度、湿度、风速、接触方式）与干燥介质 相接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。干燥过程可分为两个阶段。 第一个阶段为恒速干燥阶段。
2、在过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部的水 分能迅速地达到物料表面。因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段 亦称为表面气化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料 表面的温度维持恒定（等于热空气湿球温度），物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干 燥速率恒定不变。 第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。 此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速 率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随 着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速
3、率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。 影响恒速阶段干燥速率和临界含水量的主要因素有：固体物料的种类和性质；固体物料 层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。 恒速阶段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。 本实验在 恒定干燥条件下对毛粘物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干 燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。四、实验装置 干燥器类型：洞道； 洞道截面积：1 # A=0.130.17 = 0.0221m 2 、2 # A=0.150.20 = 0.030m 2 加热功率：500w1500w； 空气流量：1-5m
4、 3 /min； 干燥温度：40-120。 孔板流量计：孔板孔径 d0=0.040( m)， 孔流系数 C0=0.65。 重量传感器显示仪：量程（0-200g），精度 0.1级； 干球温度计、湿球温度计显示仪：量程（0-150），精度 0.5 级； 孔板流量计处温度计显示仪：量程（-50-150），精度 0.5 级； 孔板流量计压差变送器和显示仪：量程（0-10KPa），精度 0.5 级； 1.中压风机；2.孔板流量计；3. 空气进口温度计；4.重量传感器；5.被干燥物料；6. 加热器； 7.干球温度计；8.湿球温度计；9.洞道干燥器；10.废气排出阀；11.废气循环阀； 12.新鲜空气进气阀
5、；13.干球温度显示控制仪表；14.湿球温度显示仪表； 15.进口温度显 示仪表；16.流量压差显示仪表；17.重量显示仪表；18.压力变送器。 五、物料 物料：毛毡，干燥面积：S=0.141*0.082*2=0.023124(m 2 )（以实验室现场提供为准）。 绝干物料量(g)：1 # GC=22.8，2 # GC=25.36（以实验室现场提供为准）。 图 7-1 洞道干燥实验流程示意图六、操作方法及步骤 （一）实验前的准备 将干燥物料（毛粘）放入水中充分浸湿（提前一天进行） ，向湿球温度计的蓄水池内 补充适量的水，使池内水面上升至适当位置（保证湿球温度计湿润且无向外溢水） 。 调节送风机
6、吸入口的蝶阀 12 到全开的位置后， 按下电源的绿色按钮， 再按风机按钮， 启动风机。 用废气排出阀 10 和废气循环阀 11 调节到指定的流量后，开启加热电源。在智能仪 表中设定干球温度，仪表自动调节到指定的温度。 干球温度设定方法： 第一套：长按 键至设定状态，定位、 增大，设定好数值后， 按 、 键确定。 第二套：，定位、 / 增大/减小，设定好后，自动确认。 干燥器的流量和干球温度恒定达 5 分钟之后，既可开始实验。此时，读取数字显示 仪的读数作为试样支撑架的重量。 （二）实验操作 1. 将被干燥物料（毛粘）从水中取出，控去浮挂在其表面上的水分（最好挤去所含的 水分，以免干燥时间过长）
7、，将支架从干燥器内取出，将被干燥物料夹好。 2. 将支架连同试样放入洞道内，并安插在其支撑杆上并与气流平行放置。 注意：传感器支架要轻拿轻放，不能用力过大，避免传感器受损。 3立即按下秒表开始计时，并记录显示仪表的显示值。然后每隔 3 分钟记录一次数据 总重量和时间，直至干燥物料的重量不再明显减轻（重量变化小于 0.1 克）为止。 4. 关闭加热电源，待干球温度降至常温后关闭风机电源和总电源。 5. 实验完毕，一切复原。 七、注意事项 重量传感器的量程为（0-200克），精度较高。在放置干燥物料时务必要轻拿轻放， 以免损坏仪表。 干燥器内必须有空气流过才能开启加热，防止干烧损坏加热器，出现事故
8、。 干燥物料要充分浸湿，但不能有水滴自由滴下，否则将影响实验数据的正确性。 实验中不要改变智能仪表的设置。 SET SET A/M八、数据处理及计算实例 干燥实验数据整理表 设备编号：1 # 空气孔板流量计读数R（KPa) 0.5 干球温度 t() 60 流量计处空气温度 to() 48.8 湿球温度 tw() 40 流量计孔流系数 C0 0.65 洞道截面积 A(m 2 ) 0.0221 孔板孔径 d0( m) 0.04 物料干燥面积 S(m 2 ) 0.023124 框架重量 GD（g) 72.2 绝干物料重量 GC(g) 22.8 序号 累计时间 T(分) 总重量 GT （g） 干基含水
9、量 X （kg/kg） 平均含水量 XAV （kg/kg） 干燥速率 U 10 4 kg/ （s m 2 ） 1 0 128.6 1.4737 1.4452 3.123 2 3 127.3 1.4167 1.3904 2.883 3 6 126.1 1.3640 1.3399 2.643 4 9 125.0 1.3158 1.2939 2.403 5 12 124.0 1.2719 1.2500 2.403 6 15 123.0 1.2281 1.2083 2.162 7 18 122.1 1.1886 1.1689 2.162 8 21 121.2 1.1491 1.1294 2.162 9
10、 24 120.3 1.1096 1.0899 2.162 10 27 119.4 1.0702 1.0504 2.162 11 30 118.5 1.0307 1.0110 2.162 12 33 117.6 0.9912 0.9715 2.162 13 36 116.7 0.9518 0.9320 2.162 14 39 115.8 0.9123 0.8925 2.162 15 42 114.9 0.8728 0.8531 2.162 16 45 114.0 0.8333 0.8136 2.162 17 48 113.1 0.7939 0.7741 2.162 18 51 112.2 0.
11、7544 0.7346 2.162 19 54 111.3 0.7149 0.6952 2.162 20 57 110.4 0.6754 0.6557 2.162 21 60 109.5 0.6360 0.6162 2.162 22 63 108.6 0.5965 0.5789 1.922 23 66 107.8 0.5614 0.5439 1.922 24 69 107.0 0.5263 0.5110 1.682 25 72 106.3 0.4956 0.4803 1.682 26 75 105.6 0.4649 0.4474 1.922 27 78 104.8 0.4298 0.4123
12、1.922 28 81 104.0 0.3947 0.3794 1.682 29 84 103.3 0.3640 0.3487 1.682 30 87 102.6 0.3333 0.3202 1.442 31 90 102.0 0.3070 0.2961 1.20132 93 101.5 0.2851 0.2763 0.961 33 96 101.1 0.2675 0.2566 1.201 34 99 100.6 0.2456 0.2346 1.201 35 102 100.1 0.2237 0.2149 0.961 36 105 99.7 0.2061 0.1952 1.201 37 108
13、 99.2 0.1842 0.1732 1.201 38 111 98.7 0.1623 0.1535 0.961 39 114 98.3 0.1447 0.1360 0.961 40 117 97.9 0.1272 0.1184 0.961 41 120 97.5 0.1096 0.1031 0.721 42 123 97.2 0.0965 0.0899 0.721 43 126 96.9 0.0833 0.0789 0.481 44 129 96.7 0.0746 0.0702 0.481 45 132 96.5 0.0658 0.0614 0.481 46 135 96.3 0.0570
14、 0.0526 0.481 47 138 96.1 0.0482 0.0439 0.481 48 141 95.9 0.0395 0.0373 0.240 49 144 95.8 0.0351 50 147 to()空气密度(Kg/m 3 )=1.11 tw下水的气化热 (kJ/ kg) tw =2600 对流传热系数(w/m 2 )=40.60 干燥器内空气实际体积流量 Vt(m 3 / s)=0.0254 干燥器内空气流速 u(m/s)=1.1477 计算实例： 以第一组数据为例 1、计算干基含水量X（kg水/kg绝干物料） 4737 . 1 8 . 2 8 . 2 2 . 72 6 .
15、128 = - - = - - = = C C D T G G G GX 绝干物料重 绝干物料重 框架重 总重 2、计算平均含水量 XAV（kg水/kg绝干物料）452 . 1 2 4167 . 1 4737 . 1 2 2 1 = + = + = X X X AV 3、计算干燥速率 U kg/（sm 2 ） 0003123 . 0 60 3 4737 . 1 4167 . 1 023124 . 0 001 . 0 8 . 22 = - - = D D - = T X S G U C 干燥面积 绝干物料重4、绘制干燥曲线（XT曲线）和干燥速率曲线（UXAV 曲线） 干燥曲线X-T 0.0 0.
16、1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 10 120 130 140 150 T（分钟） X（Kg/Kg) X-T 干燥速率曲线UXav 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 X av (Kg/Kg) U*10 -4 (Kg/s.m 2 ) UXav5、计算恒速干燥
17、阶段物料与空气之间对流传热系数W/m 2 1 . 28 40 60 100 260 002162 . 0 100 = - = - = w tw t t r Uc a 其中：Uc恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m 2 s）=0.0002162 tw湿球温度 tw 下水的气化热，tw=40()。 查表（P351），tct=37440=334,tw=2600 kJ/ kg。 6、计算干燥器内空气实际体积流量 Vt(m 3 / s) 。 0254 . 0 8 . 48 273 60 273 0245 . 0 273 273 0 0 = + + = + + = t t V V t t 其中： 0 t V
18、 t0时空气的流量，m 3 / s； 0245 . 0 11 . 1 500 2 01256 . 0 65 . 0 2 0 0 0 = = D = r P A C V t C0流量计流量系数，C0=0.65； A0流量计孔面积，m 2 。 01256 . 0 04 . 0 * 4 14 . 3 4 2 2 0 0 = = = d Ap d0孔板孔径，d0=0.04 m。 P流量计压差，P=500 Pa。 t0=48.8()时空气密度，查表得空气密度=1.11(Kg/m 3 )。 t0流量计处空气温度，t0=48.8； t干燥器内空气温度，t=60； 7、计算干燥器内空气流速 U（m/s）。 147 . 1 021 . 0 0254 . 0 = = = A V U t 其中：A洞道截面积 A =0.0221 (m 2 ) 九、思考题 1影响干燥速率的因素有哪些？ 2实验过程中，干球湿度、湿球湿度是否变化？为什么？ 3为什么在操作中要先开风机送风，而后再通电加热？ 4如果 t，tw 不变，增加风速，干燥速率如何变化？
