化工原理实验一干燥实验.docx

实验八干燥实验一、试验目的1. 了解洞道式循环枯燥器的根本流程、工作原理和操作技术。2. 把握恒定条件下物料枯燥速率曲线的测定方法。3. 测定湿物料的临界含水量XC，加深对其概念及影响因素的理解。4. 生疏恒速阶段传质系数K、物料与空气之间的对流传热系数?的测定方法。H二、试验内容1. 在空气流量、温度不变的状况下，测定物料的枯燥速率曲线和临界含水量，并了解其影响因素。2. 测定恒速阶段物料与空气之间的对流传热系数?和传质系数K 。H三、根本原理枯燥操作是承受某种方式将热量传给湿物料，使湿物料中水分蒸发分别的操作。 枯燥操作同时伴有传热和传质，而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向外表传质的机理。由于物料含水性质和物料外形上的差异，水分传递速率的大小差异很大。概括起来说，影响传递速率的因素主要有：固体物料的种类、含水量、含水性质；固体物料层的厚度或颗粒的大小；热空气的温度、湿度和流速； 热空气与固体物料间的相对运动方式。目前尚无法利用理论方法来计算枯燥速率除了确定不吸水物质外，因此争论枯燥速率大多承受试验的方法。枯燥试验的目的是用来测定枯燥曲线和枯燥速率曲线。为简化试验的影响因素， 枯燥试验是在恒定的枯燥条件下进展的，即试验为间歇操作，承受大量空气枯燥少量的物料，且空气进出枯燥器时的状态如温度、湿度、气速以及空气与物料之间的流淌方式均恒定不变。本试验以热空气为加热介质，甘蔗渣滤饼为被枯燥物。测定单位时间内湿物料的质量变化，试验进展到物料质量根本恒定为止。物料的含水量常用相对与物料总量的水分含量，即以湿物料为基准的水分含量，用?来表示。但因枯燥时物料总量在变化，所以承受以干基料为基准的含水量 X 表示更为便利。?与 X 的关系为：wX = 1 - w81式中：X干基含水量kg 水/kg 绝干料；?湿基含水量kg 水/kg 湿物料。物料的绝干质量 GC是指在指定温度下物料放在恒温枯燥箱中枯燥到恒重时的质量。枯燥曲线即物料的干基含水量 X 与枯燥时间?的关系曲线，它说明物料在枯燥过程中，干基含水量随枯燥时间变化的关系。物料的枯燥曲线的具体外形因物料性质及枯燥条件而变，但是曲线的一般外形，如图 81所示， 开头的一小段为持续时间很短 、斜率较小的直线段 AB 段；随后为持续时间长、斜率较大的直线BC；段以后的一段为曲线CD 段。直线与曲线的交接点C 为临界点，临界点时物料的含水量为临界含水量X 。C枯燥速率是指单位时间内被枯燥物料的单位汽化面积上所汽化的水重量。枯燥速率曲线是指枯燥速率U 对物料干基含水量X 的关系曲线。如图82所示。枯燥速率的大小不仅与空气的性质和操作条件有关，而且还与物料的构造及所含水分的性质有关，因此枯燥曲线只能通过试验测得。从图 82的枯燥速率曲线可以明显看出，枯燥过程可分为三个阶段：物料的预热阶段AB 段、恒速枯燥阶段BC 段 和降速枯燥阶段 CD 段。每一阶段都有不同的特点。湿物料因其有液态水的存在，将其置于恒定枯燥条件下，则其外表温度逐步上升直到近似等于热空气的湿球温度 tw，到达此温度之前的阶段称为预热阶段。预热阶段持续的时间最短。在随后的其次阶段中，由于外表存有液态水，且内部的水分快速的到达物料外表，物料的温度约均等于空气的湿球温度 tw。这时，热空气传给湿物料的热量全部用于水分的气化，X(kg 水/kg 绝干料)BCD0?图81枯燥曲线(S)CBADX*XX(kg 水/ kg 绝干料)图82枯燥速率曲线CU(kg 水/m2·s)A蒸发的水量随时间成比例增加，枯燥速率恒定不变。此阶段也称为外表气化掌握阶段。在降速阶段中，物 料外表已无液态水的存在，物料内部水分的传递速率低于物料外表水分的气化速率，物料外表变干，温度 开头上升，传入的热量因此而削减，且传入的热量局部消耗于加热物料，因此枯燥速率很快降低，最终达 到平衡含水量为止。在此阶段中，枯燥速率为水分在物料内部的传递速率所掌握，又称之为内部迁移掌握阶段。其中恒速阶段和降速阶段的交点为临界点C，此时的对应含水量为临界含水量XC。影响恒速阶段的枯燥速率UC和临界含水量XC的因素很多。测定枯燥速率曲线的目的是把握恒速阶段枯燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。1. 枯燥速率 U依据枯燥速率的定义：dw¢DwU=»82sdtsDt式中U枯燥速率kg 水/(m2·h)； S枯燥面积m2；?时间间隔s；?w?时间间隔内汽化水分的质量 kg。2. 物料的干基含水量 XG”-GcX=Gc83式中X物料的干基含水量kg 水/kg 绝干料；G 绝干物料的质量kg；CG固体湿物料的质量kg。从式83可以看出，枯燥速率U 为?时间内的平均枯燥速率，故其对应的物料含水量也为?时间内的平均含水量X，平X= (X + X/284平ii+1)式中X?时间间隔内的平均含水量kg 水/kg 绝干料；平X ?时间间隔开头时刻湿物料的含水量kg 水/kg 绝干料；iX?时间间隔终了时刻湿物料的含水量kg 水/kg 绝干料。i+13. 恒速阶段传质系数 KH传热速率的求取dQ = a(t - t sdt)85w传质速率dw = K (HsdtHH)86S,tw上两式中： Q热空气传给湿物料的热量kJ；?枯燥时间s；S枯燥面积m2；w由湿物料汽化至空气中的水分质量kg；?空气与物料外表间的对流传热系数kw/m2·；t空气温度；K 以温度差为推动力的传质系数Hkg/(m2·s·?)；t 湿物料的外表温度即空气的湿球温度 K；wH空气的湿度kg/kg 绝干空气；Ht 下的空气饱和湿度kg/kg 绝干空气；S,tww恒速阶段，传质速率等于枯燥速率，即UcKH= H- HS ,tw,87式中：U临界枯燥速率，亦为恒速阶段枯燥速率，kg/ (m2·s)。C4. 恒速阶段物料外表与空气之间的对流传热系数 ?恒速阶段由传热速率与传质速率之间的关系得：Uc × r?= t - ttw88w式中：r t 下水的汽化潜热，kJ/kg。tww用式88求出的?为试验测量值，?的计算值可用对流传热系数关联式估算：?=0.0143L0.889式中：L空气的质量流速，kg/m2·s。应用条件：物料静止，空气流淌方向平行于物料的外表。 L 的范围为 0.78.5kg/m2·s，空气温度为45150。2g(R / 103 )r A - r1r质量流速L 可通过孔板与单管压差计来测量，空气的体积流量VS由下式计算：V =C ·k ·k ·A810S0120式中：V流径孔板的空气体积流量，m3/s；SC 管内径D =106mm，C =0.6805；管内径D =100mm，C =0.6655；0i0i0k 粘度校正系数，取k =1.014；11k 管壁粗糙度校正系数，k =1.009；22A 孔截面积，A =3.681×10-3m2；00R单管压差计的垂直指示值，mm；? 压差计指示液密度，kg/m3；A20，695mmHg时，水的密度为 998.5kg/m3；? 压差计指示液上部的空气密度，kg/m3；1p27320，695mmH 时，空气的密度?= 1.293 ×a×=1.1kg/m3；g760T?流经孔板的空气密度，kg/m3；通常以风机的出口状态计。风机的出口状态为 4mmH 表压，风机的出口温度为T。当大气压等于 695mmH 时，gg?= 1.293 × 695 + 4 × 273 = 325 kg/m3811760TTRT式中：T风机的出口温度，K。当C =0.6805 时，V =0.000638RT0SS当C =0.6655 时，V =0.0006160V´ r空气的质量流速L=S812A式中：L空气的质量流速，kg/(m2·s)；A枯燥室流通截面积，m2。当 A=0.15×0.2=0.03m2，C =0.6805 时， L=6.910；当 A=0.15×0.2=0.03m2，C =0.6655 时，RT0RTL=6.67。四、试验装置与流程1. 试验流程本试验承受洞道式循环枯燥器，流程示意图如图 83 所示。空气由风机输送，经孔板流量计、电加64591223781411011161315洞道式枯燥器流程图1. 加热室 2压差计 3铜电阻 4枯燥室前温度计 5湿球温度计 6枯燥室 7电子天平 8物料架 9干后温度计 10仪表箱 11控温仪 12蝶阀 13风机 14放气阀 15 风机出口温度计 16孔板流量计缝隙补充一局部颖空气，由风机出口管上的放气阀 3 放空一局部循环空气以保持系统湿度恒定。电加热室由铜电阻及智能程序控温仪来掌握温度，使进入枯燥室的空气的温度恒定。枯燥室前方装有干、湿球温度计，风机出口及枯燥室后也装有温度计，用以确定枯燥室内的空气状态。空气流速由蝶阀来调整。留意任何时候该阀都不能全关，避开空气不流通而烧坏电加热器。2. 主要设备尺寸该装置共四套：(1)孔板1#3#：管内径D=106mm，孔径d =68.46mm，孔流系数C =0.6805；00004#：管内径D=100mm，孔径d =68.46mm，孔流系数C =0.6805；(2)枯燥室尺寸：0.15m ´ 0.20m(3) 电加热室共有三组电加热器，每一组功率为 1000w。其中一组与热电阻、数显控温仪相连来掌握温度。另两组通过开关手动掌握，此两组并配有5A 的电流表，以监检测电加热器是否正常工作。(4) 电子天平：型号为JY6001，量程为 0600g，感量为 0.19g。五、试验步骤1. 按通电源，开启电子天平。预热 30 分钟，调零备用。2. 将烘箱烘干的试样置于电子天平上称量，登记该绝干物的质量G 。C3. 用钢尺量取物料的长度、宽度和厚度。4. 将物料加水均匀润湿，使用水量约为 2.5 倍绝干物质量G 。C5. 开启风机，调整蝶阀至预定风速值，调整程序控温仪约为 85，而后翻开加热棒开关(三组全开)。待温度接近于设定温度，视状况加减工作电热棒数目。待稳定后，让其自行运 行。6. 调整进风量的多少，并适当开启排气阀，用以维持试验过程湿球温度计指示值根本不变。 观看水分蒸发状况，准时向湿球温度计补充水。7. 待各温度计温度指示值稳定一段时间后，将湿物料放入枯燥室内，记录起始湿物料质量， 同时启动秒表开头记时。8. 每隔2 分钟记录一个质量，直到蒸发的水量非均匀的下降，改为2.5 分钟记录一个质量，记录约 23 个数据。以后约 3 分钟记录一个质量，直到试样几乎不在失重为止，说明此时所含水分为平衡水分。9. 试验完毕，依次关闭电子天平、加热棒、风机开关。10. 取出物料，整理好物品，做好清洁卫生工作。六、试验报告1. 依据试验数据整理、绘制枯燥速率曲线(UX)；2. 确定物料的临界含水量XC及平衡含水量X；3. 计算恒速阶段的传质系数KH4. 争论试验结果。、热空气与物料间的对流传热系数?；七、思考题1. 为什么在操作中要先开鼓风机送气，而后通电加热？2. 假设气流温度不同时，枯燥速率曲线有何变化？3. 试分析在试验装置中，将废气全部循环可能消灭的后果？4. 某些物料在热气流中枯燥，期望热气流相对湿度要小；某些要在相对湿度较大的热气流中 枯燥，为什么？5. 物料厚度不同时，枯燥速率曲线又如何变化？6. 湿物料在 7080的空气流中经过相当长时间的枯燥，能否得到绝干物料？ 7.