12洞道干燥实验

洞道干燥实验(基本型) 一、 实验目的： 1. 了解常压干燥设备的构造，基本流程和操作； 2. 测定物料干燥速率曲线及传质系数； 3. 研究气流速度对干燥速率曲线的影响；（选作） 4. 研究气流温度对干燥速率曲线的影响。（选作） 二、 实验原理及说明： 1、 干燥曲线 干燥曲线即物料的干基含水量x与干燥时间θ的关系曲线。它说明物料在干燥过程中，干基含水量随干燥时间的变化关系： x=F(θ)    （1） 典型的干燥曲线如图3-11所示。 实验过程中，在衡定的干燥条件下，测定物料总质量随时间的变化，直到物料的质量恒定为止。此时物料与空气间达到平衡状态，物料中所含水分即为该空气条件下的平衡水分。然后将物料的绝干质量，则物料的瞬间干基含水量为： （Kg水/kg绝干物料）    （2） 式中：W——物料的瞬间质量（kg） WC——物料的绝干质量（kg） 将X对θ进行标绘，就得到如下图所示的干燥曲线。 图1、 干燥曲线和干燥速率曲线 干燥曲线的形状由物料性质和干燥条件决定。 2、干燥速率曲线 干燥速率曲线是指在单位时间内，单位干燥面积上气化的水分质量。 A——干燥面积（m2） W——从被干燥物料中除去的水分质量（kg）  干燥面积和绝干物料的质量均可测得，为了方便起见，可近似用下式计算干燥速率： [kg/m2s] 或 [g/m2s]     （4） 本实验是通过测出每挥发一定量的水分（Δw）所需要的时间（Δθ）来实现测定干燥速率的。 影响干燥速率的因素很多，它与物料性质和干燥介质（空气）的情况有关。在干燥条件下不变的情况下，对同类物料，当厚度和形状一定时，速率Na是物料干基含水量的函数。Na = f(X)                            （5） 3、传质系数(恒速干燥阶段) 干燥时在恒速干燥阶段，物料表面与空气之间的传热速率和传质速率可分别以下面两式表示： （6） （7） ——由空气传给物料的热量（KJ） α——对流传热系数（Kw/m2℃） t、tw——空气的干、湿球温度（℃） KH——以湿度差为推动力的传质系数（kg/m2s△H） Hw、H——与t、tw相对应的空气的湿度（kg/kg干空气） 当物料一定，干燥条件恒定时，α，KH的值也保持恒定。在恒速干燥阶段物料表面保持足够润湿，干燥速率由表面水分汽化速率所控制。若忽略以辐射及传导方式传递给物料的热量，则物料表面水分汽化所需要的潜热全部由空气以对流的方式供给，此时物料表面温度即空气的湿球温度tw,水分汽化所需热量等于空气传入的热量，即： rw—tw时水的 汽化潜热（KJ/Kg）  （8） 因此有： 即：        （9） （10） 对于水—空气干燥传质系统，当被测气流的温度不太高，流速＞5m/s时，上式（10）又可简化为： （11） KH的计算： （1）查H、Hw ： 由干湿球温度t、tw，根据湿焓图或计算出相应的H，Hw； （2）计算流量计处的空气性质： 因为从流量计到干燥室虽然空气的温度、相对湿度发生变化，但其湿度未变。因此，我们可以利用干燥室处的H来计算流量计处的物性。已知测得孔板流量计前气温是tL，则： 流量计处湿空气的比体积：vH=(2.83×10-3+4.56×10-3H)(t+273)  [kg水/m3干气] 流量计处湿空气的密度是：ρ=（1+H）/vH                  [kg/m3湿气] （3）计算流量计处的质量流量m[kg/s]： 测得孔板流量计的压差计读数为ΔP [Pa]： 流量计的孔流速度：   [m/s]    C0见P9 流量计处的质量流量：m=u0×A0×ρ    [kg/s]    A0为孔板孔面积 （4）干燥室的质量流速G[kg/m2s]： 虽然从流量计到干燥室空气的温度、相对湿度、压力、流速等均发生变化，但两个截面的湿度H和质量流量m却一样。因此，我们可以利用流量计处的m来计算干燥室处的质量流速G： 干燥室的质量流速为：G=m/A  [kg/m2s]    A为干燥室的横截面积 （5）传热系数α的计算： 干燥介质（空气）流过物料表面可以是平行的，也可以是垂直的，也可以是倾斜的。实践证明，只有空气平行物料表面流动时，其对流传热系数最大，干燥最快最经济。因此将干燥物料做成薄板状，其平行气流的干燥面最大，而在计算传热系数时，因为两个垂直面面积较小、传热系数也远远小于平行流动的传热系数，所以其两个横向面积的影响可忽略。 采用教材中P336中（14—22）式可知其α经验式：对水-空气系统，当空气流动方向与物料表面平行，其质量流速G=0.68~8.14kg/m2s；t=45~150℃。 [kw/m2℃]    （12） （6）计算KH： 由（12）计算出α代入（11）式即可用式计算出传质系数KH。 三、实验装置 本装置由离心式风机送风，先经过一圆管经孔板流量计测风量，经电加热室加热后，进入方形风道，流入干燥室，再经方变圆管流入蝶阀可手动调节流量（本实验装置可由调节风机的频率来调节风量，实验时蝶阀处于全开状态），流入风机进口，形成循环风洞干燥。 为防止循环风的湿度增加，保证恒定的干燥条件，在风机进出口分别装有两个阀门，风机出口不断排放出废气，风气进口不断流入新鲜气，以保证循环风湿度不变。 为保证进入干燥室的风温恒定，保证恒定的干燥条件，电加热的二组电热丝采用自动控温，具体温度可人为设定。 本实验有三个计算温度，一是进干燥室的干球温度（为设定的仪表读数），二是进干燥室的湿球温度，三是流入流量计处用于计算风量的温度，其位置如图所示。 本装置管道系统均由不锈钢板加工，电加热和风道采用保温。 有关参数： 中压风机：全风压2KPa， 风量22m3/min ，750w 圆管内径：73.6 mm 方管尺寸：150×200 mm （宽×高） 孔板流量计：全不锈钢，环隙取压，孔径57.01mm，m=0.6  C0=0.74 电加热：二组2×1.5 Kw，自动控温 压差传感器：无锡梅园WMF—2000，0～1200 Pa 压差显示仪表：宇电501 热电阻传感器：Pt100 温度数显仪表：宇电501 温度控制器：宇电518 称重传感器：北京正开MCL—L ，0—1000g 称重显示仪表：北京正开MCK—ZS 变频器：三菱FR740， 750W 干燥湿物料：羊毛毡，尺寸为130×80×10（长×宽×厚），绝干重21克 本实验消耗和自备设施： 电负荷：3+0.75Kw 四、实验步骤： 1、 将待干燥试样浸水，使试样含有适量水分约70克左右（不能滴水），以备干燥实验用。 2、 检查风机进出口放空阀应处于开启状态；往湿球温度计小杯中加水； 3、 检查电源连接，开启仪控柜总电源，检查三个相电指示灯是否全亮（若不全亮首先检查指示灯是否损坏，若没有损坏，确认若是缺相，切记不要进行以下操作，而应检查）。开启仪表上电开关。启动风机开关，并调节阀门及调节变频器旋钮，使仪表达到预定的风速值，一般风速调节到600～900Pa； 4、 风速调好后，通过温控器仪表手动调节干燥介质的控制温度（一般在80—95℃之间）。开启加热开关，温控器开始自动控制电热丝的电流进行自动控温，逐渐达到设定温度。 5、 放置物料前调节称重显示仪表显示回零。 6、 状态稳定后（干、湿球温度不再变化），将试样放入干燥室架子上，等约2分种，开始读取物料重量（最好从整克数据开始记录），记录下试样质量每减少3克时所需时间，直至时间间隔超过6分钟左右时停止记录； 7、 取出被干燥的试样，先关闭加热开关。当干球温度降到60℃以下时，关闭风机的开关，关闭仪表上电开关，最后关闭总电源开关。 友情提示 1、干球温度一般控制在80—95℃之间。 2、放物料时，手要用水淋湿以免烫手；放好物料时检查物料是否与风向平行。 注意事项 1、在总电源接通前，应检查相电是否正常，严禁缺相操作。 2、不要将湿球温度计内的湿棉纱弄脱落，调试好湿球温度后，最好不要让学生乱动。 3、所有仪表按键最好由老师提前设定或调节好，学生不要乱动。 4、开加热电压前必须开启风机，并且必须调节变频器有一定风量，关闭风机前必须先关闭电加热，且在温度降低到60℃以下时再停风机。本装置在设计时，加热开关在风机通电开关下游，只有开启风机开关才能开电加热，若关闭风机，则电加热也会关闭。虽然有这样的保护设计，但是我们还是希望用户在操作时按照说明书进行。 五、调试记录与计算示例 本实验在厂内经过调试数据见附页，现以第1组数据为计算示例： 1、干燥速率曲线 干基湿含量： 干燥速率： 式中：物料表面积A=2（0.13*0.08+0.08*0.01+0.13*0.01）=0.0250 m2 2、KH的计算： （1）计算H、Hw ： 查得湿球温度tw下：饱和蒸汽压Ps= 7113 [Pa]  汽化潜热rw=2402 [KJ/Kg] （2）计算流量计处的空气性质： 流量计处湿空气的比体积： 流量计处湿空气的密度是：ρ=（1+H）/vH =(1+0.02)/1.041=0.980  [kg/m3湿气] （3）计算流量计处的质量流量m[kg/s]： 流量计的孔流速度： 式中： 流量计处的质量流量：m=q×ρ=0.08528×0.980=0.08357    [kg/s] （4）干燥室的质量流速G[kg/m2s]： 干燥室的质量流速为：G=m/A=0.08357/0.03=2.786 [kg/m2s]  A=0.15×0.2=0.03  m2 干燥室的流速为：u=q/A=0.08528/0.03=2.843    [kg/m2s] （5）传热系数α的计算： [kw/m2℃] （6）计算KH： 3、实测恒速干燥阶段的传质系数 从干燥速率曲线图中可得恒速阶段的平均干燥速率：Na=0.72 [g/m2S] 实测传质系数为： 数据格1：设备物料有关恒定数据 物料尺寸 干燥室尺寸 孔板尺寸 长 宽 厚 绝干重 高 宽 孔径 管径 130 80 10 21 200 150 57.01 73.6                 数据记录表格2：测量过程有关恒定数据   干球温度t 湿球温度tw 流量计处温度tL 压差计读数ΔP 开始时         结束时         平均                   数据记录表格3：测量过程有关数据 No W ΔW Δθ θ X Na No W ΔW Δθ θ X Na 0             12             1             13             2             14             3             15             4             16             5             17             6             18             7             19             8             20             9             21             10             22             11             23