洞道干燥曲線測定實(shí)驗(yàn)市公開課一等獎省賽課微課金獎?wù)n件

洞道干燥曲線

測定試驗(yàn)指導(dǎo)教師：第1頁干燥概述干燥方法是物料除濕一個慣用方法，即利用熱能，使?jié)裎锪现袧穹謿饣穹椒?。該方法耗能較大，工業(yè)上往往將機(jī)械分離法和干燥法聯(lián)合起來除濕，即先用機(jī)械方法盡可能除去濕物料中大部分濕分，然后再利用干燥方法繼續(xù)除濕。分類（按照熱能供給濕物料方式）：1.傳導(dǎo)干燥；2.對流干燥；3.輻射干燥；4.介電加熱干燥等。應(yīng)用：在化工、食品、制藥、紡織、采礦、農(nóng)產(chǎn)品加工等行業(yè)，濕固體物料中濕分去除。第2頁試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

1、學(xué)習(xí)干燥曲線和干燥速率曲線及臨界濕含量試驗(yàn)測定方法，加深對干燥操作過程及其機(jī)理了解；2、學(xué)習(xí)干、濕球溫度計使用方法，學(xué)習(xí)被干燥物料與熱空氣之間對流傳熱系數(shù)測定方法；3、經(jīng)過實(shí)物了解干燥操作中廢氣循環(huán)流程和概念；4、掌握由氣體流量計讀數(shù)求指定界面處氣體流速計算方法。第3頁試驗(yàn)原理（1）

因?yàn)楦稍镞^程既包括傳熱過程又包括傳質(zhì)過程，其機(jī)理比較復(fù)雜。普通干燥試驗(yàn)是在恒定干燥條件下進(jìn)行，即試驗(yàn)采取大量空氣干燥少許濕物料，所以干燥介質(zhì)（熱空氣）進(jìn)出干燥器溫度、濕度、氣速以及與物料接觸方式在整個干燥過程中都保持恒定。在干燥過程中，定時測定物料質(zhì)量改變，并統(tǒng)計每一時間間隔內(nèi)物料質(zhì)量改變及物料表面溫度，直至物料質(zhì)量恒定為止，此時物料與空氣到達(dá)平衡狀態(tài)，物料中所含水分即該條件下平衡水分。然后再將物料放到電烘箱內(nèi)烘干到恒重為止，即可測得絕干物料質(zhì)量。上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)整理后可分別繪出物料干燥曲線和干燥速率曲線。第4頁試驗(yàn)原理（2）物料干燥過程分三個階段：第一階段為物料預(yù)熱段，此時空氣中部分熱量用于加熱物料，物料含水量及溫度均隨時間改變不大；第二階段為恒速段，此階段內(nèi)空氣傳給物料顯熱恰好等于水分從物料中汽化所需潛熱，而物料表面溫度等于熱空氣濕球溫度；第三階段為降速段，進(jìn)入該階段后，物料開始升溫，熱空氣中部分熱量用于加熱物料，另一部分熱量用于汽化水分，直至物料中所含水分降到平衡含水量為止，干燥過程即終止。第5頁1.干燥曲線以物料含水量與干燥時間、物料表面溫度與干燥時間關(guān)系曲線，均稱為干燥曲線，如圖8-1所表示。第6頁2.干燥速率曲線

干燥速率曲線是干燥速率隨物料平均干基含水量改變曲線圖。其詳細(xì)形狀與物料性質(zhì)及干燥條件相關(guān)，比較經(jīng)典如圖8--2所表示。恒速干燥階段干燥速率大小決定于物料外部干燥條件，而降速干燥速率大小主要取決于物料本身結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與外部干燥條件關(guān)系不大。

第7頁恒速階段干燥速率和臨界含水量是干燥過程研究和干燥器設(shè)計主要數(shù)據(jù)，本試驗(yàn)在恒定干燥條件下對浸透水帆布進(jìn)行干燥，測定干燥曲線和干燥速率曲線，目標(biāo)是掌握恒速段干燥速率和臨界含水量測定方法及其影響原因。第8頁(1).干燥速率(U)

即水分汽化速率，可用單位時間內(nèi)從被干燥物料單位面積上汽化水分質(zhì)量表示（kg/m2·s），在較小范圍內(nèi)，可按下式計算：式中：---干燥速率（kg/m2.s）---干燥面積（m2）---時間間隔（s）---絕干物料量（kg）---時間間隔內(nèi)干燥氣化干基含水量第9頁(2).被干燥物料重量

式中：---被干燥物料和支撐架總質(zhì)量（kg）---式樣支撐架質(zhì)量（kg）第10頁(3).物料干基含水量

與干燥速率相對應(yīng)濕物料含水量（物料平均干基含水量）

式中：---第i次測定濕物料干基含水量(kg水/kg絕干料)；---第i+1次測定濕物料干基含水量(kg水/kg絕干料)。第11頁(4).恒速階段

對流傳熱系數(shù)與傳質(zhì)系數(shù)

在恒速干燥階段，物料在恒定干燥條件下進(jìn)行干燥時，物料表面與空氣間傳熱過程和傳質(zhì)過程分別用下式表示，傳熱過程：

傳質(zhì)過程：式中：---空氣至物料表面?zhèn)鳠崮は禂?shù)（KW/m2·K）；H、t---空氣濕度（kg水/kg絕干料）和溫度（K）；HW、tw---濕球溫度下空氣飽和濕度（kg水/kg絕干料）和濕物料表面溫度（即空氣濕球溫度）（K）；KH---以濕度基ΔH為推進(jìn)力傳質(zhì)系數(shù)（kg/m2·s·ΔH）。第12頁在恒速干燥階段中，空氣傳給物料之顯熱恰等于水分從物料汽化所需潛熱，即：

式中：---濕球溫度下水汽化潛熱（kJ/kg）。即則傳質(zhì)系數(shù)第13頁當(dāng)空氣平行流過靜止物料層表面時，對流傳熱系數(shù)

式中：L---濕空氣質(zhì)量流速（kg/m2·h）；其中---溫度為t℃時，空氣密度（kg/m3）；A---干燥器洞道流通面積（m2）。第14頁(5).空氣體積流量計算

由節(jié)流式流量計流量公式和理想氣體狀態(tài)方程式可推導(dǎo)出：

式中：—試樣放置處空氣體積流量（m2/h）；V20—常壓下20℃時空氣體積流量（m2/h）；由U形管壓差計讀數(shù)和校正曲線查得；t0—流量計處空氣溫度（℃）；t—干燥器內(nèi)空氣溫度（℃）；第15頁試驗(yàn)裝置及流程第16頁試驗(yàn)裝置主要技術(shù)參數(shù)1.洞道干燥器:其規(guī)格為120×120×1200mm；2.鼓風(fēng)機(jī)為XGB--2型漩渦氣泵:最大流量為50（m3/h）；3.稱重傳感器:最大量程為300g；4.孔板流量計:不銹鋼制品，配Ｕ形管壓差計，自行設(shè)計、標(biāo)定。5.溫度計:干球溫度為鉑電阻，濕球溫度為鉑電阻外包紗布。6.加熱器:二組電阻絲加熱，每組2.0kw，控溫精度小于±1.0℃。7.濕物料:帆布。8.流量與壓差關(guān)系:適用范圍15~50m3/h，R—mmH20(標(biāo)準(zhǔn)溫度0℃)第17頁試驗(yàn)步驟1、試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作2、試驗(yàn)方法第18頁1、試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作(1)（1）按流程及板面布置、電器線路示意圖檢驗(yàn)設(shè)備及儀器、儀表是否齊全，完好。熟悉裝置上各個設(shè)備、儀表和部件使用方法，了解相關(guān)注意事項(xiàng)。（2）檢驗(yàn)濕球溫度測量鉑電阻包裝、安裝是否正確，并向濕球溫度計蓄水池中加水。（3）將物料試樣事前稱準(zhǔn)絕干料質(zhì)量（放在烘箱內(nèi)，在80℃下烘烤，用精密天平稱量，幾次稱量值相同后，視為絕干料重），也可由指導(dǎo)教師提供該值。之后，將要干燥物料試樣在水中進(jìn)行充分浸泡。第19頁1、試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作(2)（4）將被干燥物料空支架安裝在洞道內(nèi)，令天平處于自由擺動平衡狀態(tài)，統(tǒng)計整個支架和托盤重量。（5）熟悉秒表使用方法。（6）全開新鮮空氣進(jìn)口閥和廢氣排出閥，全關(guān)廢氣循環(huán)閥。（7）將空氣流量調(diào)整閥全開，以開啟時保護(hù)電機(jī)。（8）將空氣預(yù)熱器加熱電壓調(diào)整旋鈕擰至全關(guān)狀態(tài)。預(yù)防開啟時功率過大，燒壞加熱器。第20頁2、試驗(yàn)方法(1)（1）打開風(fēng)機(jī)電源（插座），調(diào)整流量，設(shè)定加熱溫度，調(diào)整控溫電流3—4A，并調(diào)整常熱電流1—2A。（2）當(dāng)溫度穩(wěn)定后，注意觀察重量顯示儀讀數(shù)是否穩(wěn)定，當(dāng)讀數(shù)穩(wěn)定后，再調(diào)整零點(diǎn)電位器至零。（3）當(dāng)零點(diǎn)值和濕球溫度讀數(shù)穩(wěn)定后，記下流量和各點(diǎn)溫度值。將準(zhǔn)備好濕物料試樣放入干燥器內(nèi)（注意手不能按稱重傳感器上托架）。記下濕物料試樣初重。（4）用秒表在一定時間間隔內(nèi)（如1min）記下稱重傳感器顯示質(zhì)量值。連續(xù)測試，直至物料質(zhì)量保持不變?yōu)橹?。?1頁2、試驗(yàn)方法(2)（5）在記時過程中隨時注意控溫點(diǎn)干球溫度和濕球溫度顯示值，整個操作過程中濕球溫度值基本不變（維持在0.5℃內(nèi)改變）。不然就是系統(tǒng)未到達(dá)穩(wěn)定或濕球計內(nèi)缺水或物料已烘干。（6）停頓加熱，風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘，待溫度降低后再停風(fēng)機(jī)，然后取出試樣，一切復(fù)原。注意：最終若發(fā)覺時間已過去很長，而降低重量還達(dá)不到所要求克數(shù)，則可馬上人為使天平處于平衡狀態(tài)，并同時統(tǒng)計數(shù)據(jù)。第22頁試驗(yàn)原始統(tǒng)計與數(shù)據(jù)處理結(jié)果

試樣物料:

；試樣編號:

；試樣尺寸:長

寬

厚

（mm）；干燥面積S=

m2；試樣絕干質(zhì)量:Gc=

g；有風(fēng)時物料架質(zhì)量=

g干燥試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計序號濕樣品質(zhì)量g干燥時間間隔Δτ/min流量計示值R/mmH2O風(fēng)機(jī)出口溫度/℃干燥室前溫度/℃濕球溫度/℃干燥室后溫度/℃1234…第23頁干燥試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果序號濕料含水量X/（kg水分/kg絕干料）與U對應(yīng)濕料含水量X/（kg水/kg絕干料）干燥速率U×103/(kg/m2.s)1234…第24頁計算與試驗(yàn)結(jié)果項(xiàng)目試樣001試樣002空氣平均溫度tm℃空氣濕球溫度tw℃空氣體積流量Vtm3/h物料受熱面積Sm2tw下水氣化熱γtw

kJ/kg干燥器洞道流通面積Fm2空氣質(zhì)量速度Lkg/m2.h干燥曲線干燥速率曲線臨界含水量XC平衡含水量X*恒速段干燥速率UCkg/m2.h恒速段對流傳熱系數(shù)αW/m2.℃按α值預(yù)計UC計kg/m2.h第25頁試驗(yàn)匯報要求1.對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并寫出一組數(shù)據(jù)計算示例；2.繪制干燥曲線圖和干燥速率曲線圖；3.計算對流傳熱系數(shù)α，并由α值預(yù)計恒速干燥速率，并與實(shí)測值比較，分析誤差原因。第26頁試驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)1、試驗(yàn)過程中，一直都要使天平能夠自由擺動，這是試驗(yàn)成功關(guān)鍵。2、為了設(shè)備安全，開車時，一定要先開風(fēng)機(jī)后開空氣預(yù)熱器。停車時則相反。3、物料干燥前應(yīng)測定好絕干料重和相關(guān)尺寸。試驗(yàn)操作前必須先將物料充分濕透，但放入干燥器內(nèi)時以不帶水為準(zhǔn)。4、準(zhǔn)確安裝濕球溫度計，并確保玻璃球內(nèi)有足夠量水。第27頁試驗(yàn)注意事項(xiàng)(2)5、流量不宜過大，預(yù)防噪音大，且標(biāo)定流量計時，流量計算式應(yīng)在一定讀數(shù)范圍內(nèi)適用。6、加熱器電流不宜過大，不然使控溫精度降低。7、稱重傳感器屬珍貴儀表且極易損壞。零點(diǎn)受溫度影響較大，使用時一定不能超重，禁止用手按壓。*打開加熱管段處法蘭，即可更換加熱用電阻絲。第28頁試驗(yàn)思索題(1)1.怎樣恒定干燥條件？2.若提升空氣溫度或增加空氣流量，干燥速率曲線、恒速干燥速率、臨界含水量、平衡含水量有何改變？3.若被干燥介質(zhì)（如黃沙）厚度增加，其干燥速率曲線、臨界含水量、平衡含水量有