实验7干燥速率曲线测定实验
一、实验目的
⒈ 掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。
⒉ 学习物料含水量的测定方法。
⒊ 加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。
⒋ 学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。
⒌ 学习用误差分析方法对实验结果进行误差估算。
二、实验内容
⒈ 每组在某固定的空气流量和某固定的空气温度下测量一种物料干燥曲线、干燥速率曲线和临界含水量。
⒉ 测定恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。
三、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。
⒈ 干燥速率的测定
（7-1）
式中：
—干燥速率，kg /（m2·h）；
—干燥面积，m2，（实验室现场提供）；
—时间间隔，h；
—时间间隔内干燥气化的水分量，kg。
⒉ 物料干基含水量
（7-2）
式中：
—物料干基含水量，kg水/ kg绝干物料；
—固体湿物料的量，kg；
—绝干物料量，kg。
⒊ 恒速干燥阶段，物料表面与空气之间对流传热系数的测定
（7-3）
（7-4）
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·℃）；
—恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m2·s）；
—干燥器内空气的湿球温度，℃；
—干燥器内空气的干球温度，℃；
—℃下水的气化热，J/ kg。
⒋ 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：
（7-5）
式中：
—干燥器内空气实际流量，m3/ s；
—流量计处空气的温度，℃；
—常压下t0℃时空气的流量，m3/ s；
—干燥器内空气的温度，℃。
（7-6）
（7-7）
式中：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=0.0500 m，第５－８套d0=0.0450 m；
ΔP—节流孔上下游两侧压力差，Pa；
ρ—孔板流量计处时空气的密度，kg/m3。
四、实验装置
干燥器类型：洞道
洞道尺寸：第二套设备 长1.10米、宽0.150米、高0.200米
其它设备 长1.10米、宽0.125米、高0.180米；
加热功率：500w—1500w； 空气流量：1-5m3/min； 干燥温度：40--120℃
重量传感器显示仪：量程（0-200g），精度0.2级；
干球温度计、湿球温度计显示仪：量程（0-150℃），精度0.5级；
孔板流量计处温度计显示仪：量程（0-100℃），精度0.5级；
孔板流量计压差变送器和显示仪：量程（0-4Kpa），精度0.5级；
电子秒表绝对误差0.5秒。
五、操作方法
⒈ 将干燥物料放入水中浸湿。
⒉ 调节送风机吸入口的蝶阀到全开的位置后启动风机。
⒊ 用废气排出阀和废气循环阀调节到指定的流量后，开启加热电源。在智能仪表中设定干球温度，仪表自动调节到指定的温度。
⒋ 在空气温度、流量稳定的条件下，用重量传感器测定支架的重量并记录下来。
⒌ 把充分浸湿的干燥物料固定在重量传感器上并与气流平行放置。
⒍ 在稳定的条件下，记录干燥时间每隔2分钟干燥物料减轻的重量。直至干燥物料的重量不再明显减轻为止。
⒎ 变空气流量或温度，重复上述实验。
⒏ 关闭加热电源，待干球温度降至常温后关闭风机电源和总电源。
⒐ 实验完毕，一切复原。
六、注意事项
⒈ 重量传感器的量程为（0--200克），精度较高。在放置干燥物料时务必要轻拿轻放，以免损坏仪表。
⒉ 干燥器内必须有空气流过才能开启加热，防止干烧损坏加热器，出现事故。
⒊ 干燥物料要充分浸湿，但不能有水滴自由滴下，否则将影响实验数据的正确性。
⒋ 实验中不要改变智能仪表的设置。
七、报告内容
1. 根据实验装置绘制流程图并标出测试点。
2. 根据实验结果绘制出干燥曲线、干燥速率曲线，并得出恒定干燥速率、临界含水量、平衡含水量。
3. 计算出恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。
4. 利用几何合成法估算出的误差。
5. 试分析空气流量或温度对恒定干燥速率、临界含水量的影响。
第二篇：实验七 干燥速率曲线的测定
化工原理实验讲义
实验七 干燥速率曲线的测定
一、实验目的
1、掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。
2、学习物料含水量的测定方法。
3、加深对物料临界含水量Xc的概念及其影响因素的理解。
4、学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。
5、学习用误差分析方法对实验结果进行误差估算。
二、实验内容
1、每组在某固定的空气流量和某固定的空气温度下测量一种物料干燥曲线、干燥速率曲线和临
界含水量。
2、测定恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数。
三、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
U?
式中： dW'?W'? （7-1） Sd?S??
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实验七：干燥速率曲线的测定
U—干燥速率，kg/（m2·h）；
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
X?G'?Gc'
Gc' （7-2）
式中：
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。
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?dW'dQ'?(t?tw)
Sd??r? （7-3）
twSd?rtw
??Uc?rtw
t?t （7-4）
w
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
t?Vt0?273?273?t （7-5）
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，℃。
V2??P
t0?C0?A0?? （7-6）
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化工原理实验讲义
A0?
式中： ?4d02 （7-7）
C0—流量计流量系数，C0=0.65
A0—节流孔开孔面积，m2
d0—节流孔开孔直径， d0=0.0400 m；
ΔP—节流孔上下游两侧压力差，Pa；
—孔板流量计处t0时空气的密度，kg/m3。
干燥曲线X─T曲线，用X、T数据进行标绘；干燥速率曲线U─X曲线，用U、XAV数据进行标绘。
5、实验装置流程图
由图可知，本实验装置主要由风机、电加热器、温度控制器、干燥室、风管等设备所组成。空气由风机鼓入电加热器，加热升温后经列管换热器再进入干燥室对物料进行干燥，循环风量由干燥室中的热球风速仪测量。离开干燥室的尾气，经碟阀再返回风机进口循环使用。循环空气温度可通过温度控制器自动调节，以保持在恒定干燥条件下进行实验。空气湿度可由干燥室前后的干、湿球温度计间接测定（查表读取）。加热空气流量可由碟阀开度来调节。
本实验的湿物料采用特制的无胶纤维纸板，所以有较强的吸水性。操作时将纸板 36
实验七：干燥速率曲线的测定
直接放在干燥室内的电子天平托架上进行干燥，电子天平可连续显示湿纸板的重量。因而通过电子天平可直接读取湿纸板任一时刻干燥后的结果，计算出纸板在一定的时间间隔内的失重，即为纸板在这一段时间内所蒸发的水分量。
四、操作步骤
1、打开电源总开关，检查风速仪是否处于“断开”位置；
2、读取相对湿度表的读数；
3、向湿球温度计套管里加满水；
4、将碟阀打开置于75％左右的开度；
5、启动风机，待稳定后，取出干燥室顶部的风速测量头，打开保护套管后再放入测
量孔内，将风速仪面板上按钮拨至“零度”位置以测定风速值，风速仪读取完数据后，应将风速测量头取出关闭保护套管，将风速仪置于“断开”位置）；
6、通过温控显示表设定进风温度值为50～60℃，启动加热按钮，并将手动调节旋钮
调至中位；
7、待进风温度升至60℃后，可开始准备纸板：①为纸板加水（采用10×10mm厚纸
板）；②用托盘天平初步称量一下湿纸板的重量；
8、打开空气进口阀门和废气出口阀，均置于50％左右的开度；
9、待进风温度基本稳定后，打开电子天平，并置于“0.0”位置，准备好秒表。打开
干燥室的门，将准备好的湿纸板迅速垂直放入干燥室中的托架槽内，迅速关好门（并同时计时，从电子天平上读取湿纸板重量）；
10、读取相应的操作控制温度、干燥室进、出口温度和湿球温度，以及相对湿度等数
据；
11、以后操作根据湿纸板的重量进行：即从电子天平上读取的第一组数据开始，湿纸
板每减少1g重量，就必须读取一次数据（包括：湿纸板重量、间隔时间，相应的操作控制温度、干燥室进、出口温度和湿球温度，以及相对湿度等）；
12、注意湿球温度计的读数应保持相对稳定的温差，如果发现温差值减小较大，应立
刻为湿球温度计加水；
13、待最后一次操作的时间间隔超过6min时，即可结束干燥实验；
14、读取干燥实验装置的设备参数与绝干纸板参数，包括：干燥室面积，室内空气自
然温度，绝干纸板质量、纸板的表面积等；
15、实验完毕，关闭加热按钮，将纸板取出，关闭电子天平，待温度降至35℃以下，
再关闭风机开关与电源开关（学生实验时必须注意），被免电热管烧坏。
五、实验注意事项
1、实验开始时必须先启动风机，再开加热，以防电热管烧坏！实验结束 37
化工原理实验讲义
后，必须待温度降下后再关闭风机，否则电热管容易烧坏。再关闭电源开关。结束实验。
2、干燥循环空气操作温度应控制在75℃左右，温度过高易烧坏电机！
3、任何时候都不允许将碟阀完全关闭，否则将会烧坏电机。
4、风速测量应在升温前完成，以减小测量误差。测量完毕，应立即将测
速探头抽出，以防高温损坏。
5、干燥系统的操作工况已维持基本恒定后，立即将湿纸板放入干燥室内，
同时开启秒表分段记取每干燥一定水分量（如1g或2g）所需的时间（可在同一电子秒表上完成），当最后一个等重水分干燥的时间间隔超过6分钟，实验即可结束。
六、实验数据记录与处理
实验计算
实验的第i和i＋1组数据为例。
(公式: 被干燥物料的重量 G：
Gi?GT，i?GD ，[g] (7-8)
Gi?1?GT，i?1?GD ，[g] (7-9)
被干燥物料的干基含水量 X：
Xi?Gi?Gc ， [kg水／kg绝干物料] (7-10) Gc
Gi?1?Gc ，[kg水／kg绝干物料] (7-11) GcXi?1?
两次记录之间的平均含水量 XAV：
XAV?Xi?Xi?1 ，[kg水／kg绝干物料] (7-12) 2
两次记录之间的平均干燥速率：
GC?10?3dXGC?10?3Xi?1?Xi ，[kg水／(s·m2)] (7-13) U??????SdTSTi?1?TI
干燥曲线X─T曲线，用X、T数据进行标绘。
干燥速率曲线U─X曲线，用U、XAV数据进行标绘。
恒速阶段空气至物料表面的对流传热系数
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实验七：干燥速率曲线的测定
UC?tw?103Q
???，[Ｗ／(m2℃)] （7-14）
S??tt?tw
实验数据记录
七、实验装置的主要技术性能指标
1、该装置主要由干燥器、电子天平、离心风机、热球风速仪、电子天平、温控仪表、开关、指示灯等组成。
2、水分干燥速率：0.005-0.020gcm-2 min-1。 3、气流干燥室断面尺寸：宽×高200×200mm。 4、循环风及风量测量：
离心风机：2800rpm，风量450 m3/h，风压120mmH2O，效率66％，轴功率0.25kw。 风量可调范围0－600 m3/h。 风速：主管0-30m/s，箱内0-6m/s。 QDF－3热球风速（风量）计：0-10m/s。
5、温度测量点及空气，干球温度、湿球温度、加热控制温度、空气、冷却水进出口温度，均为 Pt100 热电阻。
6、干燥室的进风温度可通过温控显示表在0～150℃之间可任意设定。
7、物料称量装置：数显电子天平（YP400），可去皮，最大称量为400g，称量精度0.10g，可连续显示称量结果。
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化工原理实验讲义
八、思考题
1、影响干燥速度的因素有哪些?
2、影响临界含水量的因素有哪些?临界含水量的测定有何意义?
3、试分析恒速干燥阶段干燥速度恒定不变的原因，恒速阶段干燥速度的大小取决于
什么?
4、降速干燥阶段干燥速度的大小取决于什么？
5、比较固体物料含水量的各种测量方法。
6、有人说：“用于干燥的热介质温度越高，湿度越小，有利于干燥”，这种说法对
否?为什么？
7、干燥实验通常是在恒定干燥条件下进行的，试述恒定干燥条件指哪些方面。
8、一定温度下，用某热介质干燥恒定物料，所能去除水分的最大量取决于什么？
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