过程工程实验干燥速率实验(4100字)

来源:m.ttfanwen.com时间:2016.4.18

课程名称: 过程工程原理实验 指导老师: 成绩:

过程工程实验干燥速率实验

实验名称: 干燥实验 实验类型:_______同组学生姓名: 一、实验目的和要求(必填) 二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填) 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得

四、操作方法和实验步骤

六、实验结果与分析(必填)

实验报告

一、实验目的

1. 了解洞道式干燥装置的基本结构、工艺流程和操作方法。

2. 学习测定物料在恒定干燥条件下的干燥特性曲线的实验方法。

3. 学习根据干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速阶段干燥速率、临界含水量、平衡含水量、传质系数和

传热系数的实验分析方法。 4. 实验研究干燥条件对干燥过程特性曲线的影响。

二、实验任务

1. 运用干、湿球温度法测量空气的相对湿度。 2. 在恒定干燥条件下测定物料的干燥曲线。

3. 根据实验测定的干燥曲线,求取干燥速率曲线,并计算恒速阶段干燥速率、临界含水量和平衡含水量,

以及在此干燥条件下的传质系数与传热系数。

订线

三、实验原理

1. 干燥速率的定义

干燥速率的定义为单位干燥面积(提供湿分气化的面积)、单位时间内所除去的湿分质量。即

U?

dWSd?

2

??

GcdX (1) Sd?

式中 U——干燥速率,又称干燥通量,kg/m·s; S——干燥表面积,m2; W——汽化的湿分量,kg; τ——干燥时间,s;

Gc——绝干物料的质量,kg;

X——物料湿含量,kg湿分/kg干物料。负号表示X随干燥时间的增加而减小。

2. 干燥速率的测定方法

干燥过程是传热、传质同时进行的过程,其机理比较复杂,一般采用间歇干燥实验测定干燥速率。由

Xi?

Gi?Gc (2) Gc

计算出每一时刻的Xi,在直角坐标系中标绘出干燥曲线(X~τ曲线,见图1)。然后根据式(1)计算出干燥速率Ui,进而标绘出干燥速率曲线(U~X曲线,见图2)。

1 |

过程工程原理实验

图1 干燥曲线 图2 干燥速率曲线

根据干燥速率曲线的变化特征,干燥过程可分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段,两个阶段的干燥机理及影响因素各不相同。

1) 恒速干燥阶段

记单位时间内从单位面积物料表面传递到空气主体的水分量为GW(kg/m2?s),有

GW?kW(HW?H) (3)

根据物料平衡关系,此水分应等于汽化水分

UC?GW?kW(HW?H)

于是有

kW?

UCHW?H

(4)

记单位时间内从空气主体传递到单位面积物料表面的热量Q(kW/m),有

Q??(t?tw)A传热 (5)

2

根据能量平衡关系,此热量应等于水分汽化所耗能量,有 ??

rwkw(Hw?H)A传质

(t?tw)A传热

(6)

2) 降速干燥阶段

减速干燥阶段为物料内部水分迁移控制阶段。

当固体物料的湿含量降到临界含量Xc以下后,物料表面的汽化速率大于物料内部水分向表面迁移的速率,物料表面不能保持全部润湿。部分物料表面汽化的是结合水分,其汽化速率由内部水分向表面迁移的速率控制。由于计算干燥速率时仍以物料总表面积为基准,因此干燥速率比恒速干燥阶段低。随着干燥时间的增加,润湿表面越来越少直至消失,非润湿表面下的内部水分向表面迁移的速率也不断减小,总的干燥速率连续降低,直至物料重量不在发生变化,物料湿含量达到在此干燥条件下的平衡湿含量X*

过程工程实验干燥速率实验

过程工程实验干燥速率实验

。从

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过程工程原理实验

图2中的U~X曲线上可得出Xc及X*的具体数据。

降速干燥阶段的干燥速率与物料的外部形状、内部结构和物化性质等因素有关。

四、实验仪器与装置

本实验所采用的洞道式干燥装置如图3所示。

1——空气流量计 2——进风管 3——风机 4——加热器 5——调节器 6——热电阻 7——干球温度计 8——湿球温度计 9——干燥室 10——温度计 11——风道 12——风量调节阀

图3 干燥特性曲线测定实验装置示意图

五、实验数据记录及处理

1) 原始数据记录

表1 原始数据记录表

绝干质量:12.6g 干燥面积:43.7088cm2

过程工程实验干燥速率实验

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过程工程实验干燥速率实验

2) 数据处理

根据公式(2)计算每一时刻的物料湿含量Xi,计算结果见表2。作X~τ曲线,用多项式拟合后得到多项式方程,见图4。把拟合方程对τ求导,再根据公式(1)计算得到每一时刻的干燥速率,结果也记入表2。干燥速率U对时间τ作图,得到干燥速率曲线,见图5。

表2 实验数据处理

过程工程实验干燥速率实验

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过程工程原理实验 作Xi~τ图:

图4 干燥曲线

由图4可得:

Xi?0.35796?2.29864?10??5.56171?10??7.95385?10?5?82?123?

求导得:

dXi

d??2.29864?10?5?1.112342?10??2.386155?10?7?112?

于是

U??

??GcdXSd?0.0126

0.00437088 ?2.29864?10?5?1.112342?10??2.386155?10?7?11?2?

过程工程实验干燥速率实验

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过程工程原理实验 作U~X图:

图5 干燥速率曲线

由图5 可得,Uc≈0.0003 kg/m2·s。

根据表1中数据得, 空气入口平均温度t1=80.01℃,空气出口平均温度t2=66.43℃,出口湿球平均温度tw=50.13℃,则空气主题平均温度为

t?t1?t2

ln(t1/t2)?80.01?66.43ln(80.01/66.43)?73.01

查湿度图得:Hw=0.0902kg水/kg干空气, H=0.0800 kg水/kg干空气。根据公式(4)有

kW?UCHW?H?0.00030.0902?0.0800?0.029kg/m??H 2

在湿球温度tw下水的汽化潜热rw=2377.8kJ/kg,根据公式(6)有(A传质≈A传热)

??rwkw(Hw?H)A传质

(t?tw)A传热?2377.8?0.029?(0.0902?0.0800)73.01?50.13?0.0307W/m2·℃

六、实验结果与讨论

1. 实验最后得到kw=0.029kg/m2·ΔH,α=0.0307W/m2·℃,α/kw=0.0307/0.029=1.06,这与参考值1.09很接

近,说明实验条件控制较好,结果较精确,数据处理也正确。

过程工程实验干燥速率实验

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过程工程原理实验

2. 恒定干燥条件下的干燥速率曲线理论上分为三个阶段,即预热段、恒速干燥段和降速干燥段,但本实

验得到的干燥速率曲线没有明显的恒速段,这与理论有较大的偏差。同时从图4的干燥曲线我们却能看到明显的恒速段(近似于直线)。经过分析我认为实验过程中是存在恒速干燥阶段的,但我们采用的数学处理方法导致了干燥速率曲线中恒速段不明显。采用多项式拟合的方法得到多项式方程,求导后仍为多项式方程,若采用低阶的多项式则难以表达整个干燥过程(本实验中采用三阶拟合,最后恒速段不明显);若采用高阶的多项式拟合,能够较好地表达整个干燥过程,但由于本实验中数据点不多,高阶拟合会带入很大的误差,因此本实验不适合用高阶的多项式拟合。

若采用分段拟合,得到的曲线会更理想。

3. 传质面积和传热面积不是同一个概念,能传热的面不一定能传质。本实验中使用的砂芯片四周都与空

气接触,可以认为传质面积和传热面积相等。

七、思考题

1. 什么是恒定干燥条件?本实验装置中采用了那些措施保持干燥过程在恒定干燥条件下进行?

答:影响干燥过程的因素有物料、温度、湿度、干燥介质流速、物料与干燥介质的接触方式。恒定干燥条

件指的是干燥过程中这四个因素都不改变。

本实验中采取的措施:

a) 保持温度一定:将加热器的出口温度设为一个定值。

b) 保持湿度不变:本实验所用干燥介质为来自外界的空气,近似认为在实验过程中大气的湿度保持

不变。

c) 保持物料与介质的接触方式一定:实验中物料的悬挂方式固定。

d) 保持干燥介质流速一定:保持风机的工作点一定,即风机的转速和管路上阀门的开度一定。

2. 控制恒速干燥阶段干燥速率的因素是什么?控制降速干燥阶段干燥速率的因素又是什么?

答:控制恒速段干燥速率的因素是物料表面水分的汽化速率,即物料外部的干燥条件。

控制降速段干燥速率的因素是物料内部水分的迁移速率。

3. 若提高热空气的温度,干燥速率曲线有何变化?恒速干燥速率、临界湿含量有何变化?为什么? 答:由于温度增加,水的饱和蒸汽压增大,热空气相对湿度减小,干燥能力增大,使得干燥速率加快,所

以干燥曲线整体下移,转折点提前,恒速段干燥速率增大,临界湿含量增大。

4. 若加大热空气的流量,干燥速率曲线有何变化?恒速干燥速率、临界含湿量如何变化?为什么? 答:干燥曲线下移,转折点提前,恒速段干燥速率增大,临界含湿量增大。

5. 为什么一定要先开启风机,再启动加热器?

答:防止加热器干烧导致局部空气过热,使加热器损坏。

6. 若忘记给湿球温度计加水,会对实验产生什么影响?

答:若忘加水,则湿球温度计测得的温度不准,从而湿度和饱和湿度也不准。

7. 如果将装置的尾气引导风机入口循环使用,有什么优点和缺点?

答:优点:回收了尾气部分的热量,降低整个干燥过程的能耗。

缺点:干燥过程推动力小,干燥速率慢,耗时。

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第二篇:7-干燥速率曲线的测定实验 3300字

一、实验目的

1、熟悉常压洞道法干燥器的构造和操作;

2、测定在恒定干燥条件(即热空气温度、湿度、流速不变,物料与气流的接触方式不变)下的湿物料干燥曲线和干燥速率曲线

3、定该物料的临界湿含量X0;

4、掌握有关测量和控制仪器的使用方法。

二、实验原理

当湿物料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。根据干燥过程中不同期间的特点,干燥过程可分为两个阶段。

第一个阶段为恒速干燥阶段。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率也逐渐减少,故干燥速率不断下降。

恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有: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帆布物料进行干燥,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。

1、干燥速率的测定

dW'?W'? (7-1) Sd?S??

式中:U—干燥速率,kg/(m2·h); U?

S—干燥面积,m2,(实验室现场提供);

??—时间间隔,h;

?W'—??时间间隔内干燥气化的水分量,kg。

2、物料干基含水量

G'?Gc' (7-2) Gc'

式中:X—物料干基含水量,kg水/kg绝干物料; X?

G'—固体湿物料的量,kg;

Gc'—绝干物料量,kg。

3、恒速干燥阶段,物料表面与空气之间对流传热系数的测定

Uc??(t?tw)dQ'dW' (7-3) ??Sd?rtwSd?rtw

??Uc?rtw (7-4) t?tw

式中:?—恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传热系数,W/(m2·℃); Uc—恒速干燥阶段的干燥速率,kg/(m2·s);

tw—干燥器内空气的湿球温度,℃;

t—干燥器内空气的干球温度,℃;

rtw—tw℃下水的气化热,J/ kg。

4、干燥器内空气实际体积流量的计算

由节流式流量计的流量公式和理想气体的状态方程式可推导出:

Vt?Vt0?273?t (7-5) 273?t0

式中:Vt—干燥器内空气实际流量,m3/ s;

t0—流量计处空气的温度,℃;

Vt0—常压下t0℃时空气的流量,m3/ s;

。 t—干燥器内空气的温度,℃

Vt0?C0?A0?

A0?2??P? (7-6) ?

4

式中:C0—流量计流量系数,C0=0.67 d02 (7-7)

A0—节流孔开孔面积,m2;

d0—节流孔开孔直径, 第1-4套d0=0.0500 m,第5-8套d0=0.0450 m; ΔP—节流孔上下游两侧压力差,Pa;

1

ρ—孔板流量计处t0时空气的密度,kg/m3。

三、实验装置

1、装置流程

空气用风机送入电加热器,经加热的空气流入干燥室,加热干燥室中的湿毛毡后,经排出管道排入大气中。随着干燥过程的进行,物料失去的水分量由称重传感器和智能数显仪表记录下来。实验装置如图1所示。

图1 实验装置流程图

1-风机 2-孔板流量计 3-空气进口温度计 4-质量传感器 5-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 13,14,15,16,17-参数显示仪表

2、主要设备及仪器

1) 鼓风机:MY250W,250W

2) 电加热器:4.5KW

3) 干燥室:180mm×180mm×1250mm

4) 干燥物料:湿毛毡

5) 称重传感器:YZ108A,0~300g

四、实验操作方法

1、打开仪表控制柜上的电源开关,开启仪表。

2、打开仪表控制柜上的风机电源开关,开启风机,这是加热管停止按钮灯亮。

3、按下加热管启动按钮,启动加热管电源,刚开始加热时,打开加热管电源开关,通过仪表实现自动控制及调节旋钮实现手动控制干球温度。干燥室温度要求恒定70℃

7干燥速率曲线的测定实验

2

4、将毛毡加入一定量的水并使其润湿均匀,注意水量不能过多或过少。

5、当干燥室温度恒定在70℃时,一定在老师的指导下十分小心地悬挂于称重传感器下的托盘上。

6、记录时间、毛毡和剩余水的重量,每分钟记录一次数据;每两分钟记录一次干湿球的温度。

7、待毛毡恒重时,实验终了,按下停止按钮,停止加热,注意保护称重传感器,小心取下毛毡。

8、20分钟后,当干球温度降到30度左右时关闭风机电源、仪表电源,清理实验设备。

五、注意事项

1、必须先开风机,后开电加热器,否则,加热管可能会被烧坏。

2、质量传感器最大负荷仅为300克,放取物料时必须十分小心,以免损坏质量传感器。 3、风量不得低于50m?/h,否则会因为风量过小而烧坏加热管。

六、实验数据处理

1、原始数据

S=0.027376m2 毛毡重量Gc=11.9g 托盘质量GD=23.5g

7干燥速率曲线的测定实验

3

2、数据计算

7干燥速率曲线的测定实验

7干燥速率曲线的测定实验

以20组的数据为例:

X= (G-Gc)/ Gc=(34.4-11.9)/11.9=1.891由X~t图画第二十点的切线,读出dX/dt=-0.001 U=-GcdX/Sdt=-0.04×10kg/(m2·min) 3、X~t关系图和X~U关系图

-2

图一 X~t关系图

图二 X~U关系图

4、由干燥速率曲线知:X0=1.5水/Kg绝干物料。

4

7干燥速率曲线的测定实验

八、实验分析

本实验在操作上还是很简单的。只需要调节热空气的温度使之维持在70℃左右,再每过两分钟从电脑上读取实验数据即可。通过这次实验,我们成功地获取了一组实验数据。

从实验结果上来看,处理数据得到了两张图:X~t关系图和X~U关系图。

从图一上来看,X~t关系图呈一条光滑的递减曲线,点紧密的分布在曲线周围。

从图二上来看,点基本都能较紧密地分布在线的两侧,但是有几个点离线较远。

1) 由于物料预热时间较短,所以这次实验在称重传感器平衡后便进入了恒速干燥阶段。

2) 毛毡在流动的热空气中不是很稳定,有震动,造成毛毡的称重有偏差,这也可能是导致实验误差的

主要原因。

3) 空气流量的小范围波动,以及实验中温度的不温度,都可能导致实验误差。空气流速变大或温度升

高将导致恒定干燥速度变大,临界含水量变小。

九、思考题

1) 毛毡含水是什么性质的水?

答:毛毡含水有自由水和平衡水。其中干燥出去的为自由水。

2) 实验过程中干湿球温度计是否变化?为什么?

答:都有变化,因为物料中汽化的水分对空气的湿度,温度都有影响。

3) 恒定干燥的条件是指什么?

答:在间歇实验中,用大量的热空气干燥少量的湿物料,空气的温度,湿度,气速及流动方式都恒定不变。

4)如何判断实验已经结束?

答:前后几次固体湿物料的重量基本上稳定,即可认为毛毡恒重。

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