7-干燥速率曲线的测定实验

一、实验目的

1、熟悉常压洞道法干燥器的构造和操作；

2、测定在恒定干燥条件(即热空气温度、湿度、流速不变，物料与气流的接触方式不变)下的湿物料干燥曲线和干燥速率曲线； 3、定该物料的临界湿含量X0；

4、掌握有关测量和控制仪器的使用方法。

二、实验原理

当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为两个阶段。

第一个阶段为恒速干燥阶段。在过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定(等于热空气湿球温度)，物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。

第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。

恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。

恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对帆布物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。 1、干燥速率的测定

dW'W'

 (7-1) SdS

式中：U—干燥速率，kg/(m2·h)；

U

S—干燥面积，m2，(实验室现场提供)； —时间间隔，h；

W'—时间间隔内干燥气化的水分量，kg。

2、物料干基含水量

G'Gc'

(7-2) Gc'

式中：X—物料干基含水量，kg水/kg绝干物料；

X

G'—固体湿物料的量，kg； Gc'—绝干物料量，kg。

3、恒速干燥阶段，物料表面与空气之间对流传热系数的测定 Uc

(ttw)dQ'dW'

(7-3) 

SdrtwSdrtw



Ucrtw

(7-4) ttw

式中：—恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传热系数，W/(m2·℃)； Uc—恒速干燥阶段的干燥速率，kg/(m2·s)； tw—干燥器内空气的湿球温度，℃； t—干燥器内空气的干球温度，℃； rtw—tw℃下水的气化热，J/ kg。 4、干燥器内空气实际体积流量的计算

由节流式流量计的流量公式和理想气体的状态方程式可推导出： VtVt0

273t

(7-5)

273t0

式中：Vt—干燥器内空气实际流量，m3/ s； t0—流量计处空气的温度，℃；

Vt0

—常压下t0℃时空气的流量，m3/ s；

。 t—干燥器内空气的温度，℃

Vt0C0A0 A0

2P



(7-6)



4

式中：C0—流量计流量系数，C0=0.67

d02 (7-7)

A0—节流孔开孔面积，m2；

d0—节流孔开孔直径， 第1-4套d0=0.0500 m，第5-8套d0=0.0450 m； ΔP—节流孔上下游两侧压力差，Pa；

ρ—孔板流量计处t0时空气的密度，kg/m3。

三、实验装置

1、装置流程

空气用风机送入电加热器，经加热的空气流入干燥室，加热干燥室中的湿毛毡后，经排出管道排入大气中。随着干燥过程的进行，物料失去的水分量由称重传感器和智能数显仪表记录下来。实验装置如图1所示。

图1 实验装置流程图

1-风机 2-孔板流量计 3-空气进口温度计 4-质量传感器 5-干燥物料 6-加热器 7-干球温度计8-湿球温度计 9-洞道干燥器 10-废气排出阀 11-废气循环阀 12-新鲜空气进气阀 13，14，15，16，17-参数显示仪表

2、主要设备及仪器

1) 鼓风机：MY250W，250W 2) 电加热器：4.5KW

3) 干燥室：180mm×180mm×1250mm 4) 干燥物料：湿毛毡

5) 称重传感器：YZ108A，0~300g

四、实验操作方法

1、打开仪表控制柜上的电源开关，开启仪表。

2、打开仪表控制柜上的风机电源开关，开启风机，这是加热管停止按钮灯亮。 3、按下加热管启动按钮，启动加热管电源，刚开始加热时，打开加热管电源开关，通过仪表实现自动控制及调节旋钮实现手动控制干球温度。干燥室温度要求恒定70℃

4、将毛毡加入一定量的水并使其润湿均匀，注意水量不能过多或过少。

5、当干燥室温度恒定在70℃时，一定在老师的指导下十分小心地悬挂于称重传感器下的托盘上。

6、记录时间、毛毡和剩余水的重量，每分钟记录一次数据；每两分钟记录一次干湿球的温度。

7、待毛毡恒重时，实验终了，按下停止按钮，停止加热，注意保护称重传感器，小心取下毛毡。

8、20分钟后，当干球温度降到30度左右时关闭风机电源、仪表电源，清理实验设备。

五、注意事项

1、必须先开风机，后开电加热器，否则，加热管可能会被烧坏。

2、质量传感器最大负荷仅为300克，放取物料时必须十分小心，以免损坏质量传感器。 3、风量不得低于50m³/h，否则会因为风量过小而烧坏加热管。

六、实验数据处理

1、原始数据

S=0.027376m2 毛毡重量Gc=11.9g 托盘质量GD=23.5g

2、数据计算

以20组的数据为例：

X= (G-Gc)/ Gc=(34.4-11.9)/11.9=1.891由X~t图画第二十点的切线，读出dX/dt=-0.001 U=-GcdX/Sdt=-0.04×10kg/(m2·min) 3、X~t关系图和X~U关系图

-2

图一 X~t关系图

图二 X~U关系图

4、由干燥速率曲线知：X0=1.5水/Kg绝干物料。

八、实验分析

本实验在操作上还是很简单的。只需要调节热空气的温度使之维持在70℃左右，再每过两分钟从电脑上读取实验数据即可。通过这次实验，我们成功地获取了一组实验数据。 从实验结果上来看，处理数据得到了两张图：X~t关系图和X~U关系图。

从图一上来看，X~t关系图呈一条光滑的递减曲线，点紧密的分布在曲线周围。 从图二上来看，点基本都能较紧密地分布在线的两侧，但是有几个点离线较远。 1） 由于物料预热时间较短，所以这次实验在称重传感器平衡后便进入了恒速干燥阶段。

2） 毛毡在流动的热空气中不是很稳定，有震动，造成毛毡的称重有偏差，这也可能是导致实验误差的

主要原因。

3） 空气流量的小范围波动，以及实验中温度的不温度，都可能导致实验误差。空气流速变大或温度升

高将导致恒定干燥速度变大，临界含水量变小。

九、思考题

1） 毛毡含水是什么性质的水？

答：毛毡含水有自由水和平衡水。其中干燥出去的为自由水。 2） 实验过程中干湿球温度计是否变化？为什么？

答：都有变化，因为物料中汽化的水分对空气的湿度，温度都有影响。 3） 恒定干燥的条件是指什么？

答：在间歇实验中，用大量的热空气干燥少量的湿物料，空气的温度，湿度，气速及流动方式都恒定不变。

4）如何判断实验已经结束？

答：前后几次固体湿物料的重量基本上稳定，即可认为毛毡恒重。

一、实验目的

1、熟悉常压洞道法干燥器的构造和操作；

2、测定在恒定干燥条件(即热空气温度、湿度、流速不变，物料与气流的接触方式不变)下的湿物料干燥曲线和干燥速率曲线； 3、定该物料的临界湿含量X0；

4、掌握有关测量和控制仪器的使用方法。

二、实验原理

当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始气化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为两个阶段。

第一个阶段为恒速干燥阶段。在过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定(等于热空气湿球温度)，物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。

第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。

恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。

恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对帆布物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。 1、干燥速率的测定

dW'W'

 (7-1) SdS

式中：U—干燥速率，kg/(m2·h)；

U

S—干燥面积，m2，(实验室现场提供)； —时间间隔，h；

W'—时间间隔内干燥气化的水分量，kg。

2、物料干基含水量

G'Gc'

(7-2) Gc'

式中：X—物料干基含水量，kg水/kg绝干物料；

X

G'—固体湿物料的量，kg； Gc'—绝干物料量，kg。

3、恒速干燥阶段，物料表面与空气之间对流传热系数的测定 Uc

(ttw)dQ'dW'

(7-3) 

SdrtwSdrtw



Ucrtw

(7-4) ttw

式中：—恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传热系数，W/(m2·℃)； Uc—恒速干燥阶段的干燥速率，kg/(m2·s)； tw—干燥器内空气的湿球温度，℃； t—干燥器内空气的干球温度，℃； rtw—tw℃下水的气化热，J/ kg。 4、干燥器内空气实际体积流量的计算

由节流式流量计的流量公式和理想气体的状态方程式可推导出： VtVt0

273t

(7-5)

273t0

式中：Vt—干燥器内空气实际流量，m3/ s； t0—流量计处空气的温度，℃；

Vt0

—常压下t0℃时空气的流量，m3/ s；

。 t—干燥器内空气的温度，℃

Vt0C0A0 A0

2P



(7-6)



4

式中：C0—流量计流量系数，C0=0.67

d02 (7-7)

A0—节流孔开孔面积，m2；

d0—节流孔开孔直径， 第1-4套d0=0.0500 m，第5-8套d0=0.0450 m； ΔP—节流孔上下游两侧压力差，Pa；

ρ—孔板流量计处t0时空气的密度，kg/m3。

三、实验装置

1、装置流程

空气用风机送入电加热器，经加热的空气流入干燥室，加热干燥室中的湿毛毡后，经排出管道排入大气中。随着干燥过程的进行，物料失去的水分量由称重传感器和智能数显仪表记录下来。实验装置如图1所示。

图1 实验装置流程图

1-风机 2-孔板流量计 3-空气进口温度计 4-质量传感器 5-干燥物料 6-加热器 7-干球温度计8-湿球温度计 9-洞道干燥器 10-废气排出阀 11-废气循环阀 12-新鲜空气进气阀 13，14，15，16，17-参数显示仪表

2、主要设备及仪器

1) 鼓风机：MY250W，250W 2) 电加热器：4.5KW

3) 干燥室：180mm×180mm×1250mm 4) 干燥物料：湿毛毡

5) 称重传感器：YZ108A，0~300g

四、实验操作方法

1、打开仪表控制柜上的电源开关，开启仪表。

2、打开仪表控制柜上的风机电源开关，开启风机，这是加热管停止按钮灯亮。 3、按下加热管启动按钮，启动加热管电源，刚开始加热时，打开加热管电源开关，通过仪表实现自动控制及调节旋钮实现手动控制干球温度。干燥室温度要求恒定70℃

4、将毛毡加入一定量的水并使其润湿均匀，注意水量不能过多或过少。

5、当干燥室温度恒定在70℃时，一定在老师的指导下十分小心地悬挂于称重传感器下的托盘上。

6、记录时间、毛毡和剩余水的重量，每分钟记录一次数据；每两分钟记录一次干湿球的温度。

7、待毛毡恒重时，实验终了，按下停止按钮，停止加热，注意保护称重传感器，小心取下毛毡。

8、20分钟后，当干球温度降到30度左右时关闭风机电源、仪表电源，清理实验设备。

五、注意事项

1、必须先开风机，后开电加热器，否则，加热管可能会被烧坏。

2、质量传感器最大负荷仅为300克，放取物料时必须十分小心，以免损坏质量传感器。 3、风量不得低于50m³/h，否则会因为风量过小而烧坏加热管。

六、实验数据处理

1、原始数据

S=0.027376m2 毛毡重量Gc=11.9g 托盘质量GD=23.5g

2、数据计算

以20组的数据为例：

X= (G-Gc)/ Gc=(34.4-11.9)/11.9=1.891由X~t图画第二十点的切线，读出dX/dt=-0.001 U=-GcdX/Sdt=-0.04×10kg/(m2·min) 3、X~t关系图和X~U关系图

-2

图一 X~t关系图

图二 X~U关系图

4、由干燥速率曲线知：X0=1.5水/Kg绝干物料。

八、实验分析

本实验在操作上还是很简单的。只需要调节热空气的温度使之维持在70℃左右，再每过两分钟从电脑上读取实验数据即可。通过这次实验，我们成功地获取了一组实验数据。 从实验结果上来看，处理数据得到了两张图：X~t关系图和X~U关系图。

从图一上来看，X~t关系图呈一条光滑的递减曲线，点紧密的分布在曲线周围。 从图二上来看，点基本都能较紧密地分布在线的两侧，但是有几个点离线较远。 1） 由于物料预热时间较短，所以这次实验在称重传感器平衡后便进入了恒速干燥阶段。

2） 毛毡在流动的热空气中不是很稳定，有震动，造成毛毡的称重有偏差，这也可能是导致实验误差的

主要原因。

3） 空气流量的小范围波动，以及实验中温度的不温度，都可能导致实验误差。空气流速变大或温度升

高将导致恒定干燥速度变大，临界含水量变小。

九、思考题

1） 毛毡含水是什么性质的水？

答：毛毡含水有自由水和平衡水。其中干燥出去的为自由水。 2） 实验过程中干湿球温度计是否变化？为什么？

答：都有变化，因为物料中汽化的水分对空气的湿度，温度都有影响。 3） 恒定干燥的条件是指什么？

答：在间歇实验中，用大量的热空气干燥少量的湿物料，空气的温度，湿度，气速及流动方式都恒定不变。

4）如何判断实验已经结束？

答：前后几次固体湿物料的重量基本上稳定，即可认为毛毡恒重。