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洞道式干燥实验20060909


化工原理实验
干燥实验(洞道式)
福州大学化工原理实验室
二○○六年九月

福州大学化工原理实验室

实验七 洞道式干燥实验
一 实验目的 五 操作要点

二 实验任务
三 实验原理 四 实验流程

六 数据处理
七 报告要求 八 方案设计



一、实验目的
了解洞道式循环干燥器的结构、基本流程和 操作方法。 掌握物料干燥速率曲线的测定方法及在工业 干燥设计中的意义。 根据实验任务,按论文格式撰写实验报告。

二、实验任务
干燥条件对干燥特性曲线的影响研究
利用实验室洞道式干燥器,完成湿含量、干燥面 积、绝干质量一定的纸浆板在不同干燥条件下的恒定 干燥速率的比较实验,进行不同干燥条件对干燥特性 曲线的影响研究。 任务要求 (1)在相同介质流速、不同介质温度(两种温度) 下,测定恒定干燥速率曲线。 (2)在相同介质温度、不同介质流速(两种流速) 下,测定恒定干燥速率曲线。

二、实验任务
干燥条件对干燥特性曲线的影响研究(续)
(3)改变纸浆板厚度,在一定的介质温度、介质 流速下,测定恒定干燥速率曲线。 (4)每个实验小组选择其中一个实验条件,并综 合4个小组的实验结果,将4条恒定干燥速率曲线标 绘在同一直角坐标纸上。 (5)根据实验结果探讨不同干燥条件下,对恒速 干燥速率、降速干燥速率以及临界湿含量和平衡湿 含量等干燥特性参数的影响,以及测定干燥速率曲 线的工程意义。

二、实验任务
恒定干燥条件下干燥时间的确定
某造纸厂欲在洞道干燥器中干燥每批质量为 200kg的纸浆板,湿含量由1.76kg[水/kg绝干]干燥

至0.22[kg水/kg绝干],干燥表面积为0.025[m2/kg
绝干]。经生产现场测定,洞道中的气速为2.6[m/s], 温度为75℃。实验室现有该纸浆板的试样,试利用 小型洞道干燥器及其它相关测试仪器仪表,测定该 物料的恒定干燥特性参数以确定生产中每批纸浆板

停留在洞道中所需要的时间。

二、实验任务
恒定干燥条件下干燥时间的确定(续)
任务要求

(1)制定出实验方案,包括实验设计思路、所需的
仪器仪表、操作步骤等。 (2)利用实验所测数据,用公式、图表等说明你如 何确定干燥时间。 (3)对实验结果进行讨论。

三、实验原理
干燥是利用热量去湿的一种方法,它不仅涉及到气、 固两相间的传热与传质,而且涉及到湿分以气态或液态 的形式自物料内部向表面传质的机理。由于物料的含水

性质和物料形状的差异,水分传递速率的大小差别很大,
概括起来,它受到物料及其含水性质,干燥介质的性质、 流速,干燥介质与湿物料接触方式等各种因素的影响。 目前对干燥机理的研究尚不够充分,干燥速度的数 据还主要依靠实验。

三、实验原理
若将湿物料臵于一定的干燥条件下,如一定的温 度、湿度和气速的空气流中,测定被干燥物料的质量 和温度随时间的变化关系,则得图1所示的曲线,即 物料含水量—时间曲线和物料温度—时间曲线。干燥 过程分为3个阶段:Ⅰ物料预热阶段, Ⅱ恒速干燥阶 段, Ⅲ降速干燥阶段。 图中AB段处于预热阶段,空气中部分热量用来加 热物料,故物料含水量和温度均随时间变化不大。

三、实验原理
在随后的第Ⅱ阶段BC,由于物料表面存在自由水 分,物料表面温度等于空气的湿球温度,传入的热量 只用来蒸发物料表面的水分,物料含水量随时间成比

例减少,干燥速率恒定且较大。
到了第Ⅲ阶段,物料中含水量减少到某一临界含 水量时,由于物料内部水分的扩散慢于物料表面的蒸

发,不足以维持物料表面保持润湿,则物料表面将形
成干区,干燥速率开始降低,含水量越小,速率越慢, 干燥曲线CD逐渐达到平衡含水量 X * 而终止。

三、实验原理
在降速阶段,随着水分汽化量的减少,传入的显 热较汽化带出的潜热为多,热空气中部分热量用于加

热物料。物料温度开始上升,Ⅱ与Ⅲ交点处的含水量
称为物料的临界含水量 X 0 ,在图1中物料含水量曲线 对时间的斜率就是干燥速率 u ,若干燥速率 u 对物 料含水量进行标绘可得图2所示的干燥速率曲线。

三、实验原理

图1 干燥曲线

图2 干燥速率曲线

干燥速率曲线只能通过实验测得,因为干燥速率不 仅取决于空气的性质和操作条件,而且还受物料性质、 结构及所含水分性质的影响。

四、实验流程图
7 8 9 10 11

6

12 13

5

4

3

2

1

1-风机,2-片式阀门(排出空气),3-入口温度计,4-孔板流量计, 5-电加热器,6-电器面板,7-干球温度计, 8-湿球温度计,9-电子天平, 10-干燥室,11-出口温度计, 12-风速调节阀, 13-片式阀门(吸入空气)

四、实验流程图
空气由风机输送,经孔板流量计、再经电加热器 后流过干燥室,然后回入风机循环使用,空气流动 方向如上页图中箭头所示。 电加热器由智能数显调节仪设定操作温度,并使 实验的空气温度恒定。智能数显仪表可以以直观的 操作及显示实验过程中的湿球温度,干燥室前、后 的温度及孔板流量计入口的空气温度。 装在风机出口端的热电阻探头用于测量流经孔板 时的空气温度(入口温度),这温度是计算流量的 一个参数。

四、实验流程图
空气流速由风速调节阀12(碟形阀)调节。任何时 候这个阀都不允许全关,否则电热器就会因为空气 不流动而过热,引起损坏,除非两个片阀2和13全开。 风机进口端的片式阀门13用于控制系统所吸入的 空气量,而出口端的片阀2则用于调节系统内的热气 湿度。

本实验设备还可以使用计算机进行数据采集与数 据处理,其操作过程如下页所述。

数据采集与处理
操作方法 开动干燥设备, 启动计算机,双 击桌面上的“干 燥实验”图标, 按计算机的提示 操作并输入资料 , 即可开始实验。 同时计算机会实 时显示温度和干 燥曲线。

干燥室及试样的准备
天平 试样 试样架 重 量 传感器 实验前将已知绝干质量的试样放入水中浸泡片刻,让水分 均匀扩散至整个试样,然后称取湿试样质量(约吸水60g )。 待干燥系统温度稳定后,打开干燥室的门将湿试样放入。

电器面板及加热控制
干球温度 湿球温度 孔板压差 电流表

总电源开关

出口温度

入口温度

仪表电源 风机开关 加热2 加热1

依次开启电源总开关、仪表电源和风机开关,在干 球温度显示面板上设定实验所需的温度值。按下加热1 和加热2开关,开始加热。

电器面板及加热控制
加热1由智能数显调节仪控制,加热2通过组合开关 由手动控制,用作起动或冬季辅助加热。
当干球温度计显示值接近设定值时,关闭加热2, 使加热温度平稳,如果加热2关闭后长期达不到控制温 度(欠温控制)则应重开加热2。相反如果超温失控,则 应关去加热2乃至加热1。

湿球温度计
本装臵是利用干燥室内的 正压,使空气按图中箭头方 向向外排出,以获得较高流 速,同时湿气往外排出也可 避免系统内湿度增加。 湿度计安装前应检查图中 A处是否畅通;水从喇叭口加 入,注意加至刚到U形管下端 顶部为止,不要过多,以避免 流入风道内。实验过程,视蒸 发情况,中途加水一、二次。

湿球湿度计示意图

五、实验操作要点
(1)实验前量取试样尺寸(长、宽、高),并记录绝 干试样的质量。 (2)将已知绝干质量的试样放入水中浸泡片刻,让水 分均匀扩散至整个试样,然后取出称取湿试样质量。 (3)检查电子天平是否灵活,并复零位。 (4)往湿球温度计内入适量的加水。 (5)依次开启电源总开关、仪表电源和风机开关,调 节蝶形阀12至预定风速值。适当打开片阀2和13。 (6)在干球温度显示面板上设定实验所需的温度值。 按下加热1和加热2开关,开始加热。待温度接近预定温

五、实验操作要点(续)
度时,视情况增减辅助加热器,避免“超温失控” 或“欠温失控”,直至确信控制正常后,才让其自动 运行。 (7)待空气状态稳定后,打开干燥室门,将湿试样 放到支架上,关好干燥室的门。待天平显示一个整数 值时,立刻开动第1只秒表(实验用2只秒表)。 (8)待水分失去3g后,停第一只秒表,与此同时开 动第2只秒表。记下干燥时间。以后每失去3g水,均 记下其干燥时间。如此反复进行,直至试样接近平衡 水分为止。 (9)实验结束,先关电加热器,使系统冷却后再关 风机,卸下试样,并收拾整理现场。

六、实验数据处理
dw u? Ad?

(kg/m2· s)

式中:

u

—— 干燥速率,kg/(m2· s);

A ——干燥表面 (m2) ;
d? —— 相应的干燥时间 (s);
dw ——汽化的水分量,kg。

dw ? ?GCdx

GC dx GC ?x dw u? ?? ? Ad? Ad? A? ?
式中: C —— 湿物料中绝干物料的质量,kg; G

x —— 湿物料含水量,kg水/kg绝干料。
负号表示物料含水量随干燥时间的增加而减少。
? Gs ( i ) ? GC Gs ( i ?1) ? GC ? ? ? Gs ( i ) ? Gs ( i ?1) G C ?x ? GC ? ? ? G ? GC C ? ?

Gs (i )、 Gs( i ?1) —— 分别为 ? ? 时间间隔内开始和终
了时湿物料的质量 [kg]

六、实验数据处理
横坐标
均含水量。

x

为相应于某干燥速率下的物料的平

x i ? x i ?1 ? Gs ( i ) ? Gs ( i ?1) ? ? ?1 x? ?? ? ? 2 2GC ? ?


u 为纵坐标,某干燥速率下的湿物料的平
x 为横坐标,即可绘出干燥速率曲线。

均含水量

六、实验数据处理-风速的计算
1、计算体积流量:
Vs ? 0.003544 R / ?
Vs 式中: ——流经孔板的空气体积流量,m3/s;(表压 强 约 544Pa , 温 度 与 空 气 入 口 温 度 一 致)。 R ——压差计示值,Pa; ? ——流经孔板的空气密度,kg/m3 ,状态和 Vs 状态相同。

? ? 1.293 103360 103360 544)](273/ T ) ? 351.1 / T [ /( ?
其中 T ——空气入口温度,K。

六、实验数据处理-风速的计算
2、计算平均风速U: 如果孔板流量计的压差示值 R ? 300 Pa,平均风 速可按下式计算:
Vs T1 U? S2 T

式中:U——按流量计算的平均风速,m/s; S2——干燥室流通截面积,S2=0.15×0.2=0.03 m2; T,T1—空气入口温度和干燥室前温度,K。

七、实验报告要求
实验报告按小论文格式撰写。报告要有封面和实 验任务书。报告在实验结束一周内交。

报告应包括如下几个方面:
论文题目 摘要 实验数据处理 关键词 前言 实验方法 实验结果与讨论 参考文献

具体要求同以前的实验要求。

八、实验方案设计格式
实验名称: 干燥实验 每组一份,在实验前 交给实验指导教师。 无实验方案的小组将 不能参加实验。
要测哪些参数,为什么? (用公式表达) 原始数据记录表(应包 括符号和单位)

实验小组成员:
方案设计时间: 一.实验方案设计思路 二.实验所需仪器、设备 三.实验应测试的参数 四.实验步骤 五.实验注意事项

实验设计方案,用A4复印纸书写。 纸张左侧留2cm装订位臵。


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