干燥速率的测定
序号:
40
化 工 原 理 实 验 报 告
实 验 名 称: 干燥速率的测定
学 院: 化学工程学院
专 业: 化学工程与工艺
班 级: 化工09-3班
姓 名: 袁水晶 学 号 09402010342
同 组 者 姓 名: 李跃伟 谌志华
指 导 教 师: ...
序号:
40
化 工 原 理 实 验 报 告
实 验 名 称: 干燥速率的测定
学 院: 化学工程学院
专 业: 化学工程与工艺
班 级: 化工09-3班
姓 名: 袁水晶 学 号 09402010342
同 组 者 姓 名: 李跃伟 谌志华
指 导 教 师: 张亚静
日 期: 2011年10月18日
实验目的
1.熟悉常压洞道式(厢式)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.测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。
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,干燥过程可以分为两个阶段,恒速干燥阶段和降速干燥阶段。
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
的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对毛毡物料进行干燥;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。
干燥速率测定:U=
/S
≈
/S
U------干燥速率,kg/(m2.h)
S------干燥面积,m2
------时间间隔,h
------
时间间隔内干燥气化的水分量,kg
物料干基含水量:X=(G'-Gc')/Gc'
X------物料干基含水量,kg水/kg绝干物料
G'------固体湿物料的量,kg
Gc'------绝干物料量,kg
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= dW'/Sdτ=dQ'/rtwSdτ=α(t-tw)/rtw
α= Uc rtw/(t-tw)
α------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
干燥器内空气实际体积流量的计算
Vt=
×(273+t)/(273+t0)
Vt------干燥器内空气实际流量,m3/ s;
t0------流量计处空气的温度,℃;
------常压下t0℃时空气的流量,m3/ s;
t-------干燥器内空气的温度,℃。
=C0×A0×(2×
/ρ)0.5
A0=π
/4
C0-------流量计流量系数,C0=0.67
A0-------节流孔开孔面积,m2;
d0-------节流孔开孔直径, 第1—4套d0=0.0500m,第5-8套d0=0.0450m;
-------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。
实验装置流程示意图
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。装置图如下:
图1干燥装置图
1.风机;2.管道;3.孔板流量计;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.仪控柜;11.蝶阀
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型,0~300g
实验步骤
1.打开仪表控制柜上的仪表电源开关,开启仪表。
2.打开仪表控制柜上的风机电源开关,开启风机,这时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, 可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。其方法是:(1)手动控制时,将手动切换开关打到手动位置,通过调节手动旋钮即可对加热管电压实现控制,从而控制干球温度;(2)自动控制时,将手自动切换开关打到自动位置,这时可通过仪表对加热管的电压进行控制,从而也实现了对干球温度的控制。干燥室温度要求恒定在70℃。
4.将毛毡加入一定量的水并使其湿润均匀,注意水量不能过多或过少。
5.当干燥室温度恒定在70℃时,将毛毡十分小心的悬挂于称重传感器下的托盘上。放置时要特别小心不能下拉,因为传感器非常精密的仪器,其测量上限为300g。
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球温度和湿球温度。
7.待毛毡恒重时,即为实验终了,按下停止按钮,停止加热,注意称重传感器小 心取下毛毡。
8.等干球温度下降到30℃左右时关闭风机电源,关闭仪表电源,清理实验设备。
实验注意事项
1.必须先开风机,后开加热器,否则加热管可能会被烧坏。
2.特别注意传感器是非常精密的仪器,且其负荷量仅为300g,防取毛毡是必须十 分小心,绝对不能下拉或用力上提,否则会完全损坏称重传感器导致不能使用。
3.风量不得低于50m3/h,否则会因为风量过小而导致烧坏加热管。
原始实验数据
表6—(1)
时间/min
毛毡质量/g
干球温度/℃
湿球温度/℃
0
70.2
68.4
42.5
2
70.5
65.1
42.6
4
66.9
70.2
43.1
6
63.6
67.0
42.4
8
61.5
72.4
44.3
10
59.6
66.2
42.3
12
59.3
72.4
44.0
14
56.9
66.5
42.2
16
56.1
71.6
44.2
18
52.2
69.5
43.2
20
50.5
68.1
42.9
22
48.8
72.4
44.4
24
46.4
67.5
42.6
26
44.0
70.2
44.3
28
42.1
71.4
44.2
30
40.1
67.0
42.9
32
39.3
71.9
44.8
34
38.3
69.3
43.2
36
37.0
67.7
44.0
38
36.8
72.5
45.0
40
35.4
67.0
43.2
42
35.7
71.7
45.2
44
35.2
65.8
42.8
46
34.8
72.1
45.7
48
34.1
69.7
44.8
50
33.8
67.3
44.1
52
34.3
72.5
46.2
54
34.2
67.7
44.4
56
34.4
67.9
44.8
58
35.4
69.7
46.0
60
34.0
70.6
47.7
62
34.4
69.0
47.2
64
34.3
69.5
47.5
数据处理
1.表格数据记录
①干球、湿球温度见原始数据表格或附页。
②Gc'=10.4g S=273.78cm2 =0.027378m2
=2min 托盘质量23.9g
以第三组数据为例:
时间间隔内干燥气化的水分量
=36.2-32.6=3.6
干燥速率
=(3.6/1000)/(0.027378/30)=2.3
基含水量
=(43-10.4)/10.4=3.13
同理依次计算得下表:
表7—(1)
τ/min
G/g
G'/g
W/g
(G'-Gc')/g
X
U(kg/m2.h)
0
70.2
46.3
—
35.9
3.45
3.9
—
2
70.5
46.6
-0.3
36.2
3.48
0.0
-0.3
4
66.9
43
3.3
32.6
3.13
2.3
3.6
6
63.6
39.7
6.6
29.3
2.82
0.0
3.3
8
61.5
37.6
8.7
27.2
2.62
0.3
2.1
10
59.6
35.7
10.6
25.3
2.43
2.6
1.9
12
59.3
35.4
10.9
25
2.40
0.9
0.3
14
56.9
33
13.3
22.6
2.17
4.3
2.4
16
56.1
32.2
14.1
21.8
2.10
1.9
0.8
18
52.2
28.3
18
17.9
1.72
1.9
3.9
20
50.5
26.6
19.7
16.2
1.56
0.0
1.7
22
48.8
24.9
21.4
14.5
1.39
2.6
1.7
24
46.4
22.5
23.8
12.1
1.16
0.0
2.4
26
44.0
20.1
26.2
9.7
0.93
2.2
2.4
28
42.1
18.2
28.1
7.8
0.75
0.9
1.9
30
40.1
16.2
30.1
5.8
0.56
1.1
2
32
39.3
15.4
30.9
5
0.48
0.0
0.8
34
38.3
14.4
31.9
4
0.38
0.0
1
36
37.0
13.1
33.2
2.7
0.26
1.5
1.3
38
36.8
12.9
33.4
2.5
0.24
0.0
0.2
40
35.4
11.5
34.8
1.1
0.11
0.0
1.4
42
35.7
11.8
34.5
1.4
0.13
0.4
-0.3
44
35.2
11.3
35
0.9
0.09
0.8
0.5
46
34.8
10.9
35.4
0.5
0.05
0.0
0.4
48
34.1
10.2
36.1
-0.2
-0.02
-0.5
0.7
50
33.8
9.9
36.4
-0.5
-0.05
0.1
0.3
52
34.3
10.4
35.9
0
0.00
-0.2
-0.5
54
34.2
10.3
36
-0.1
-0.01
-1.1
0.1
56
34.4
10.5
35.8
0.1
0.01
1.5
-0.2
58
35.4
11.5
34.8
1.1
0.11
-0.4
-1
60
34.0
10.1
36.2
-0.3
-0.03
0.1
1.4
62
34.4
10.5
35.8
0.1
0.01
0.0
-0.4
64
34.3
10.4
35.9
0
0.00
0.0
0.1
2.图表制作
(根据上表以总质量X为纵坐标,以τ为横坐标,可以作得干燥曲线图
图1干燥曲线图
(根据上表以X为横坐标,以U为纵坐标可作得干燥速率曲线,由于实验存在误差所以只取一些数据,可得到如下曲线图:
图2 干燥速率曲线
(读取物料的临界湿含量
由上图可知,物料的临界湿含量X0=1.3
实验结果分析与讨论
由实验得到的干燥速率曲线不够理想,引起误差的原因有:
1.实验控制的空气温度不够稳定,最大和最小值差值较大,导致数据波动较大。
2.系统误差,此实验的实验仪器精密度不高。
3.计算误差,在分析时如对毛毡的表面积测量时,可能会存在一定的人为读取误 差,在计算时,由于小数点的取舍等都对实验结果有一定的影响。
思考题解答
1. 毛毡含水是什么性质的水分?
答:毛毡所含水属于自由水。
2. 恒定干燥条件是指什么?
答:指干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式,都在整个干燥过程中均保持恒定。
3. 如何判断实验已经结束?
答:称重传感器读数不再下降或者有略微上升时可以停止实验。
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