干燥曲線的測(cè)定

干燥曲線的測(cè)定第一頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解常壓洞道式干燥裝置的基本結(jié)構(gòu)、工藝流程和操作方法。2.學(xué)習(xí)測(cè)定物料在恒定干燥條件下干燥特性的實(shí)驗(yàn)方法。3.掌握根據(jù)實(shí)驗(yàn)干燥曲線求取干燥速率曲線以及恒速階段干燥速率、臨界含水量、平衡含水量的實(shí)驗(yàn)分析方法。4.實(shí)驗(yàn)研究干燥條件對(duì)于干燥過(guò)程特性的影響。第二頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日二、基本原理在設(shè)計(jì)干燥器的尺寸或確定干燥器的生產(chǎn)能力時(shí)，被干燥物料在給定干燥條件下的干燥速率、臨界濕含量和平衡濕含量等干燥特性數(shù)據(jù)是最基本的技術(shù)依據(jù)參數(shù)。由于實(shí)際生產(chǎn)中的被干燥物料的性質(zhì)千變?nèi)f化，因此對(duì)于大多數(shù)具體的被干燥物料而言，其干燥特性數(shù)據(jù)常常需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。第三頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日按干燥過(guò)程中空氣狀態(tài)參數(shù)是否變化，將干燥過(guò)程分為恒定干燥條件操作和非恒定干燥條件操作兩大類。若用大量空氣干燥少量物料，則可以認(rèn)為濕空氣在干燥過(guò)程中溫度、濕度均不變，再加上氣流速度、與物料的接觸方式不變，則稱這種操作為恒定干燥條件下的干燥操作。第四頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日1.干燥速率的定義干燥速率的定義為單位干燥面積（提供濕分汽化的面積）、單位時(shí)間內(nèi)所除去的濕分質(zhì)量。即

式中，－干燥速率，又稱干燥通量，kg/（m2·s）；A－干燥表面積，m2；W－汽化的濕分量，kg；－干燥時(shí)間，s；－絕干物料的質(zhì)量，kg；－物料濕含量，kg濕分/kg干物料，負(fù)號(hào)表示隨干燥時(shí)間的增加而減少。第五頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日2.干燥速率的測(cè)定方法將濕物料試樣置于恒定空氣流中進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，水分不斷汽化，濕物料質(zhì)量減少。記錄物料不同時(shí)間下質(zhì)量，直到物料質(zhì)量不變?yōu)橹梗簿褪俏锪显谠摋l件下達(dá)到干燥極限為止，此時(shí)留在物料中的水分就是平衡水分。再將物料烘干后稱重得到絕干物料重，則物料中瞬間含水率為：第六頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日計(jì)算出每一時(shí)刻的瞬間含水率，然后將對(duì)干燥時(shí)間作圖，即為干燥曲線。第七頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日上述干燥曲線還可以變換得到干燥速率曲線。由已測(cè)得的干燥曲線求出不同下的斜率，再由干燥速率方程計(jì)算得到干燥速率，將對(duì)作圖，就是干燥速率曲線。第八頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日3.干燥過(guò)程分析預(yù)熱段：

見上述兩圖中的AB段或A’B段。物料在預(yù)熱段中，含水率略有下降，溫度則升至濕球溫度tW，干燥速率可能呈上升趨勢(shì)變化，也可能呈下降趨勢(shì)變化。預(yù)熱段經(jīng)歷的時(shí)間很短，通常在干燥計(jì)算中忽略不計(jì)，有些干燥過(guò)程甚至沒有預(yù)熱段。第九頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日恒速干燥階段：見上述兩圖中的BC段。該段物料水分不斷汽化，含水率不斷下降。但由于這一階段去除的是物料表面附著的非結(jié)合水分，水分去除的機(jī)理與純水的相同，故在恒定干燥條件下，物料表面始終保持為濕球溫度tW，傳質(zhì)推動(dòng)力保持不變，因而干燥速率也不變。于是在第二個(gè)圖中，BC段為水平線。第十頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日只要物料表面保持足夠濕潤(rùn)，物料的干燥過(guò)程中總有恒速階段。而該段的干燥速率大小取決于物料表面水分的汽化速率，亦即決定于物料外部的空氣干燥條件，故該階段又稱為表面汽化控制階段。第十一頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日降速干燥階段隨著干燥過(guò)程的進(jìn)行，物料內(nèi)部水分移動(dòng)到表面的速度趕不上表面水分的氣化速率，物料表面局部出現(xiàn)“干區(qū)”，盡管這時(shí)物料其余表面的平衡蒸汽壓仍與純水的飽和蒸汽壓相同、傳質(zhì)推動(dòng)力也仍為濕度差，但以物料全部外表面計(jì)算的干燥速率因“干區(qū)”的出現(xiàn)而降低，此時(shí)物料中的的含水率稱為臨界含水率，用Xc表示，對(duì)應(yīng)第二個(gè)圖中的C點(diǎn)，稱為臨界點(diǎn)。過(guò)C點(diǎn)以后，干燥速率逐漸降低至D點(diǎn)，C至D階段稱為降速第一階段。第十二頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日干燥到點(diǎn)D時(shí)，物料全部表面都成為干區(qū)，汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動(dòng)，汽化所需的熱量必須通過(guò)已被干燥的固體層才能傳遞到汽化面；從物料中汽化的水分也必須通過(guò)這層干燥層才能傳遞到空氣主流中。干燥速率因熱、質(zhì)傳遞的途徑加長(zhǎng)而下降。此外，在點(diǎn)D以后，物料中的非結(jié)合水分已被除盡，接下去所汽化的是各種形式的結(jié)合水，因而，平衡蒸汽壓將逐漸下降，傳質(zhì)推動(dòng)力減小，干燥速率也隨之較快降低，直至到達(dá)點(diǎn)E時(shí)，速率降為零。這一階段稱為降速第二階段。第十三頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日降速階段干燥速率曲線的形狀隨物料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而異，不一定都呈現(xiàn)前面所述的曲線CDE形狀。對(duì)于某些多孔性物料，可能降速兩個(gè)階段的界限不是很明顯，曲線好像只有CD段；對(duì)于某些無(wú)孔性吸水物料，汽化只在表面進(jìn)行，干燥速率取決于固體內(nèi)部水分的擴(kuò)散速率，故降速階段只有類似DE段的曲線。第十四頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日與恒速階段相比，降速階段從物料中除去的水分量相對(duì)少許多，但所需的干燥時(shí)間卻長(zhǎng)得多。總之，降速階段的干燥速率取決于物料本身結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與干燥介質(zhì)狀況關(guān)系不大，故降速階段又稱物料內(nèi)部遷移控制階段。第十五頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日三、實(shí)驗(yàn)裝置1．裝置流程本裝置流程如圖所示?？諝庥晒娘L(fēng)機(jī)輸送，流經(jīng)孔板流量計(jì)后送入電加熱器，經(jīng)加熱后進(jìn)入干燥室，加熱干燥室中的濕物料后，經(jīng)排出管道通入大氣中。隨著干燥過(guò)程的進(jìn)行，物料失去的水分量由稱重傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并顯示在智能數(shù)顯儀表上，固定間隔時(shí)間讀取濕物料的重量。第十六頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日四、實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)1．實(shí)驗(yàn)步驟（1）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)秤量，記錄絕干物料的重量。(室溫下的平衡重量)（2）開啟總電源，開啟風(fēng)機(jī)電源。（3）打開儀表電源開關(guān)，加熱器通電加熱，旋轉(zhuǎn)加熱按鈕至適當(dāng)加熱電壓。在U型濕漏斗中加入一定水量，并用潤(rùn)濕的棉花包住濕球溫度計(jì)，干燥室溫度（干球溫度）要求達(dá)到恒定溫度（80℃-90℃之間）。第十七頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日（4）將紙板加入一定量的水并使其潤(rùn)濕均勻，注意水量不能過(guò)多或過(guò)少。（5）當(dāng)干燥室溫度達(dá)到恒定值時(shí),將濕紙板十分小心地放置于稱重傳感器上。放置紙板時(shí)應(yīng)特別注意不能用力下壓，因稱重傳感器的測(cè)量上限僅為200克，用力過(guò)大容易損壞稱重傳感器。（6）記錄時(shí)間、紙板重量以及干球溫度和濕球溫度，每分鐘或者每?jī)煞昼娪涗浺淮螖?shù)據(jù)。第十八頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日（7）待紙板恒重時(shí)，即為實(shí)驗(yàn)終了時(shí)，關(guān)閉加熱電源，小心地取下紙板，注意保護(hù)稱重傳感器。（8）待干球溫度降至室溫，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，切斷總電源，清理實(shí)驗(yàn)設(shè)備。第十九頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日2.注意事項(xiàng)（1）必須先開風(fēng)機(jī)，后開加熱器，否則加熱管可能會(huì)被燒壞。（2）特別注意傳感器的負(fù)荷量?jī)H為200克，放取紙板時(shí)必須十分小心，絕對(duì)不能下壓，以免損壞稱重傳感器。（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不要拍打、碰扣裝置面板，以免引起傳感器晃動(dòng)，影響結(jié)果。第二十頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.繪制干燥曲線（瞬間含水率～時(shí)間關(guān)系曲線）；2.根據(jù)干燥曲線作干燥速率曲線；3.讀取物料的臨界濕含量；4.對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。第二十一頁(yè)，共二十三頁(yè)，2022年，8月28日六、思考題1.什么是恒定干燥條件？本實(shí)驗(yàn)裝置中采用了哪些措施來(lái)保持干燥過(guò)程在恒定干燥條件下進(jìn)行？2.控制恒速干燥階段速率的因素是什么？控制降速干燥階段干燥速率的因素又是什么？3.為什么要先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，再啟動(dòng)加熱器？實(shí)驗(yàn)過(guò)程中干、濕球溫度計(jì)是否變化？為什么？如何判斷實(shí)驗(yàn)已經(jīng)結(jié)束？4.若加大熱空氣流量，干燥速率曲線有何變化？恒速干燥速率、臨界濕含量又如何變化？為什么？第二十二頁(yè)，共二十三頁(yè)，202