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化工原理干燥综合实验报告

时间:2014-09-27


干燥综合实验

一、实验目的
1. 了解流化床干燥装置及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干燥特性的实验方法 3. 掌握根据实验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 衡含水量的实验分析方法 4. 实验研究干燥条件对于干燥过程特性的影响。 5. 学会分析两种不同干燥方式的性能优劣

二、基本原理
在设计干燥器的尺寸或确定干燥器的生产能力时, 被干燥物料在给定干燥条件下的干燥 速率、 临界湿含量和平衡湿含量等干燥特性数据是最基本的技术依据参数。 由于实际生产中 的被干燥物料的性质千变万化, 因此对于大多数具体的被干燥物料而言, 其干燥特性数据常 常需要通过实验测定。 按干燥过程中空气状态参数是否变化, 可将干燥过程分为恒定干燥条件操作和非恒定干 燥条件操作两大类。若用大量空气干燥少量物料,则可以认为湿空气在干燥过程中温度、湿 度均不变,再加上气流速度、与物料的接触方式不变,则称这种操作为恒定干燥条件下的干 燥操作。

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

(1) 式中,U-干燥速率,又称干燥通量,kg/(m s); A-干燥表面积,m ; W-汽化的湿分量,kg; τ-干燥时间,s;
1
2 2

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少。

2 干燥速率的测定方法
2.1 流化床干燥 利用床层的压降来测定干燥过程的失水量。 (1)将0.5kg的湿物料(如取0.5kg的黄豆放入水中泡8h,取出,晾干表面水分,待用。 (2)开启风机,调节风量至100m3/h,打开加热器加热。待热风温度恒定后(通常设 定在75℃),将湿物料加入流化床中,干燥τ时间后取少量样品进行称量得到Gi,将该样品 于烘箱中进行干燥恒重到Gc,则物料的瞬时含水率为 X i= 式中 Gc 为相应样品恒重后的绝干物料。 2.2 洞道式干燥 将湿物料试样置于恒定空气流中进行干燥实验,随着干燥时间的延长,水分不断汽化, 湿物料质量减少。若记录物料不同时间下质量G,直到物料质量不变为止,也就是物料在该 条件下达到干燥极限为止,此时留在物料中的水分就是平衡水分X
*

(2)

(3) 计算出每一时刻的瞬间含水率 X,然后将 X 对干燥时间 τ 作图,如图 1,即为干燥曲 线。

图 1 恒定干燥下的干燥曲线

2

上述干燥曲线还可以变换得到干燥速率曲线。由已测得的干燥曲线求出不同 X 下的斜 率 dX/dτ,再由式(10-1)计算得到干燥速率 U,将 U 对 X 作图,就是干燥速率曲线,如 图 2 所示。

图 2 恒定干燥条件下的干燥速率曲线

三、实验装置与步骤
1 流化床干燥
1.1 装置流程

图3 流化床干燥实验装置流程图 1-加料斗;2-床层(可视部分);3-床层测温点;4-取样口;5-出加热器热风测温点; 6-风加热器;7-转子流量计;8-风机;9-排灰口;10-旋风分离器;11-风机出口测点 (双金属温度计);12-床层出口气体温度测点(双金属温度计)。
3

1.2 实验步骤 (1)开启风机。 (2) 打开仪表控制柜电源开关, 加热器通电加热, 床层进口温度要求恒定在75℃左右。 (3)将准备好的黄豆湿料加入流化床进行实验。 (4) 每隔一定时间段取1克左右样品 (大概4颗) 进行质量分析, 并进行干燥恒重 (105℃ 烘箱),实验开始时采样时间点密集,再慢慢延长采样时间,取8~10点即可。 (5)干燥时间1h左右,取得足够样品后停止实验,关闭仪表电源。 (6)关闭加热电源。 (7)关闭风机,切断总电源,清理实验设备。 1.3 注意事项 必须先开风机,后开加热器,否则加热管可能会被烧坏,破坏实验装置。

2 洞道干燥
2.1 装置流程 如图4所示。空气由鼓风机送入电加热器,经加热后流入干燥室,加热干燥室料盘中的 湿物料后,经排出管道通入大气中。随着干燥过程的进行,物料失去的水分量由称重传感器 转化为电信号,并由智能数显仪表记录下来(或通过固定间隔时间,读取该时刻的湿物料重 量) 。

图4 干燥装置流程图 1-风机;2-管道;3-进风口;4-加热器;5-厢式干燥器;6-气流均布器;7-称重传 感器; 8-湿毛毡; 9-玻璃视镜门; 10,11,12-蝶阀;13-风机入口温度计。
4

2.1 实验步骤 (1)放置托盘,开启总电源,开启风机电源。 (2)打开仪表电源开关,加热器通电加热,旋转加热按钮至适当加热电压,在U型管 中加入一定水量,并关注干球温度,干燥室温度(干球温度)要求达到恒定温度 75℃一段时间后(5min),这时仪器工作状态已稳定,读取干燥容器的质量。 (3)将待干燥物料黄豆加进干燥容器中,刚好铺满一层即可。将容器小心地放置于称 重传感器上。放置待容器时应特别注意不能用力下压,因称重传感器的测量上限 仅为300克,用力过大容易损坏称重传感器。 (4)记录时间和脱水量,间隔一定时间记录一次重量数据,并记录干球温度和湿球温 度,实验开始时采集数据尽可能密集些。 (5)等待干燥物料恒重时,一般每分钟失水小于0.1g,即为实验终了时,关闭仪表电 源,注意保护称重传感器,非常小心地取下干燥物料。 (6)关闭风机,切断总电源,清理实验设备。 2.2 注意事项 (1)必须先开风机,后开加热器,否则加热管可能会被烧坏。 (2)特别注意传感器的负荷量仅为300克,放取待干燥物料时必须十分小心,绝对不能 下压,以免损坏称重传感器。 (3)实验过程中,不要拍打、碰扣装置面板,以免引起料盘晃动,影响结果

四、数据处理
表 2 洞道干燥实验数据 实验 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 湿物料 /g 41.5 40.0 39.1 36.5 34.2 33.0 28.3 22.6 20.4 干燥时间 t /min 1 4 6 12 18 21 37 72 97 失水量 w /g 0.0 1.5 2.4 5.0 7.3 8.5 13.2 18.9 21.1 含水率 X 1.03 0.96 0.92 0.79 0.68 0.62 0.39 0.11 0.00 dX/dt min-1 -0.0233 -0.02167 -0.02083 -0.0200 -0.01917 -0.01719 -0.01119 -0.0062 -0.0044 干燥速率 U 0.4759 0.44206 0.42493 0.4080 0.39107 0.35068 0.22828 0.12648 0.08976

5

表 3 流化床干燥实验数据 实验 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 湿物料 /g 2.938 3.419 1.201 2.007 1.93 1.199 1.375 2.521 绝干物料 /g 1.206 1.574 0.585 1.10 1.21 0.824 1.06 2.068 干燥时间 t /min 1 3 7 15 22 32 47 67 含水率 X 1.320695 1.172173 0.949675 0.824545 0.595041 0.455097 0.29717 0.219052 失水量 W 0 0.1488 0.371 0.4961 0.7256 0.8656 1.0235 1.1016 dX/dt min-1 -0.07426 -0.06494 -0.03563 -0.02421 -0.02339 -0.01266 -0.00722 -0.00391 干燥速率 U 0.089558 0.102216 0.020844 0.026631 0.028302 0.010432 0.007653 0.008086

失水量 w 与干燥时 间 t 曲线

失水量 w 与干燥时 间 τ 曲线

含水率 X 与干燥时 间 t 曲线

含水率 X 与干燥时 间 t 曲线

干燥速率 U 与含水 率 X 曲线

干燥速率 U 与含水 率 X 曲线

图 5 洞道干燥实验曲线组

图 6 流化床干燥实验曲线组

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五、分析讨论
1.从实验数据表格及干燥速率 U 与含水率 X 曲线可以粗略估算, 洞道干燥实验黄豆的 临界含水量 X 为 0.68,流化床干燥实验黄豆的临界含水量 X 为 0.59,洞道干燥恒速阶段干 燥速率比流化床干燥的大,对应的临界含水量也大。临界含水量受环境影响较大,其中包括 温度、干燥方式、填堆方式等。从干燥时间上看,流化床的较早进入恒速阶段。 2. 干燥速率 U 与含水率 X 曲线图上两种干燥方式测定的恒速阶段不明显,曲线不能很 好地反应湿料干燥过程速率的一般规律, 并且实验开始前几分钟干燥速率都偏大, 可能原因 是黄豆晾干不充分,表面残留一定的凝结水汽,导致热风一吹便汽化,质量差也增大。 3.实验误差主要来源:仪器误差,风速和温度不能保持完全一致,反应滞后;实验员 读数计时造成的误差;物料均匀性误差,物料本身结构、形状和尺寸不同。

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