干燥特性曲线测定实验

干燥特性曲线测定实验

一、实验目的

1． 了解洞道式干燥装置的结构及其操作方法；

2． 了解无纸记录仪及重量、温度、流量等传感器的使用方法；

3． 测定物料在恒定干燥条件下的干燥特性，作出干燥特性曲线(X～τ，U～X)，并求出临界含水量Xc、平衡含水量X*及恒速阶段的干燥速度U恒速；

4． 改变气温或气速等操作条件，测定不同空气参数下的干燥特性曲线，求出各自的临界含水量、平衡含水量及恒速阶段的干燥速度。 二、实验装置与流程

实验装置如图1所示，由离心风机、孔板流量计、温度控制单元、干燥室、重量测量单元、空气流量组合调节阀和不锈钢进、出管道等组成。

1－离心风机； 2－孔板流量计； 3－孔板流量计处温度； 4－预热室； 5－干燥室； 6－重量传感器；7－物料干燥盘； 8－干燥室进口干球温度； 9－干燥室进口湿球温度； 10－干燥室出口干球温度； 11－废气排放阀；12－废气循环阀； 13－空气补充阀

图1 干燥特性曲线测定实验装置流程示意图

空气从离心风机1吸入，经孔板流量计2计量、在预热室4处经电加热到设定温度T1

后，进入干燥室，将热能供给干燥物料，完成干燥过程，然后一部分空气通过废气排放阀11直接排放至大气，另一部分空气通过废气循环阀12作循环使用，通过调节空气补充阀13可改变干燥介质空气中新鲜空气所占的比例。在干燥室的进、出口处分别装有空气进口干球温度8、空气进口湿球温度9和空气出口干球温度10。装在干燥室下方的重量传感器6和装

在干燥室内的物料干燥盘7直接相连，可以实时测定干燥物料在干燥过程中的重量变化；空气流量由孔板流量计2测量，并通过废气排放阀11、循环空气控制阀12和新鲜空气补充阀13的组合调节来改变流量，空气进口温度可通过手动的方式在温控仪上自行设定而由温度控制器自动控制。实验装置的干燥室面积为0.17×0.1 m2，待测的空气温度、流量和物料的重量均可在无纸记录仪或计算机上读取。 三、、原理和方法

当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始汽化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为以下两个阶段:

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到达物料表面，因此，干燥速率为物料表面上水分的汽化速率所控制，故此阶段亦称为表面汽化控制阶段，在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的汽化，物料表面的温度维持恒定（等于热空气湿球温度tw），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。

降速干燥阶段：当物料湿含量降到临界湿含量Xc以下后，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汽化速率，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，直至物料含水量达到该空气状态下的物料平衡含水量X*。

影响恒速阶段干燥速率和临界含水量的因素很多，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。为了减少影响因素，我们将湿物料在恒定干燥条件下（即干燥介质空气的温度、湿度、速度以及与物料接触的方式均维持恒定）来进行干燥，实验中，通过测定干燥物料的重量随干燥时间的变化过程，即可求得物料湿含量X与干燥时间τ的关系，将数据加以整理可得物料的干燥速率曲线U～X。

1．干燥速率的测定

干燥速度定义为单位时间、单位干燥表面积所干燥除去的水分重量，以U代表之，故

dW W

（1） U

Sd S 即：

U

GCdX

（2）

Sd

式中：U—干燥速度，kg/（m2·s）； W—汽化的水分量，kg；

S—干燥面积，m2； τ—干燥时间，s； GC—物料绝干重量，kg；

X—物料干基含水量，kg水／kg绝干物料。 2．物料干基含水量的测定

物料干基含水量指的是绝对干物料中所含有的水量。根据物料干基含水量的定义，不同时刻物料的干基含水量Xi为：

G GC

Xi i （3）

GC式中：Xi—物料在τi时刻的含水量，㎏水／㎏绝干物料；

Gi—τi时刻对应的物料重量(不包括附件重)，㎏。

根据实验测出不同时刻物料重量与时间的关系曲线Gi～τi，按（3）式可得τi时刻所对应的Xi值，据此即可在直角坐标纸上作出干燥曲线X～τ；在X～τ曲线上再取若干代表性的点，

根据X～τ曲线的拟合曲线方程，求出这些点所对应的斜率些点

对应的干燥速度Ui，然后根据Ui和Xi的值，在直角坐标纸上绘出干燥速率曲线U～X，从U～X图中可以直接读出恒定干燥速度U恒速、临界含水量Xc以及平衡含水量X*。 四、实验操作步骤和注意事项

1． 将干燥物料放入水中完全浸湿。

2． 调节废气循环阀12到全开的位置后，将离心风机吸入口的蝶阀13和废气排出阀11调到合适的开度（一般均选择在中间档）。

3． 开启仪表柜上的电源总开关和无纸记录仪的电源开关，再开启温控仪电源开关，温控仪上电后，上显示窗显示干球当前温度值，下显示窗显示干球温度设定值，如需改变干球温度设定值，按“▲”键约3秒钟，温控仪上显示窗显示设定值符号“SP”，下显示窗显示当前设定值，此时分别按移位键 、增加键▲、减小键▼来改变设定值，调好后按SET键保存数据，本设定值即为控制干球温度的目标值。待在下面的操作步骤中打开离心风机开关和加热管开关后，仪表便自动将干球温度控制到设定的温度。

4． 打开离心风机开关和加热管开关。

5． 打开计算机，运行上位监控工程软件，当出现“干燥特性曲线测定实验”进入实验画面后，点击“进入实验”按钮。

6． 点击“进入实验”按钮后，进入实验流程图界面，在本界面上可监视温度、流量和物料重量等过程变量值。

7． 当温控仪上的空气温度稳定在设定值的±3.0℃以内时,可认为系统已达稳定，用重量传感器测定出支架的重量并记录之，同时将干燥室内湿球温度计下方的水杯加满水，注意加水时，不要碰到干燥盘，以便损坏重量传感器。

8． 把充分浸湿的干燥物料放置在与重量传感器相连的物料干燥盘上,并保持与气流平行。

9． 由于干燥物在干燥过程中的某些时段质量变化非常微小，加上干燥室内干燥空气流动对干燥物质量测量有影响，为了尽量消除或减少各种外界因素的干扰，在干燥物质量测量信号的传输线路和软件数据处理上都对信号采取了一定的滤波措施，考虑到滤波后数据结果显示有一定的滞后性，因此当干燥物料放入干燥室约1分钟后待干燥物质量信号稳定后，再

dX

，按（2）式即可计算出这d

点击实验流程图界面中的“干燥开始”按钮，此时计算机开始记录干燥实验数据。

10． 实验过程中，点击实验流程图界面中的“报表浏览”按钮，计算机转到实验数据报表浏览界面

11． 在报表浏览页面，可输入采样时间间隔，输入时间范围为90~240秒，推荐值为180秒。点击“返回”按钮，计算机又转到实验流程图界面，实验过程中，通过点击“报表浏览” 按钮和“返回”按钮，可实现两界面的切换。

12． 当实验流程图界面中右边的干燥物料重量不再随时间变化而趋于一条直线时（如下图示），表示该实验条件下的干燥过程已结束。

13． 点击“报表浏览”按钮，进入报表浏览界面，点击其中的“导出到EXCEL表格”按钮，再根据计算机屏幕的提示，取好待保存的EXCEL文件的文件名，就可将本次测到的所有实验数据导出到EXCEL表格中保存起来，供实验结束后进行实验数据处理时引用。

14． 点击“返回”按钮，将计算机转到实验流程图界面，点击“干燥结束”按钮，表示该实验条件下的干燥实验已告结束。

15． 取出干燥物料，将干燥物料重新放入水中浸湿。改变温控仪上的空气温度的设定值（一般改变幅度在10℃左右），当温控仪上的空气温度又重新稳定在新设定值的±3.0℃以内时，可认为系统已稳定，重复实验步骤7～14，进行另一实验条件下的干燥实验。

16． 实验结束后，点击“退出实验”按钮，再依次关闭加热管开关、温控仪开关，待干燥室内的空气温度下降到60℃以下时，关闭离心风机开关，再关闭计算机和仪表柜上所有仪表电源和电源总开关。 注意事项

1． 重量传感器的量程为（0～300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。

2． 干燥器内必须有空气流过时才能开启加热，否则有可能干烧，损坏加热器，出现事故。

3． 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。 4． 实验过程中，不要改变温控仪、无纸记录仪等仪表的设置。

5． 注意给湿球温度计的水杯加水时，不要碰到干燥盘，以免损坏重量传感器。 五、实验数据处理

考虑到本实验采集的数据量较多，因此本装置专门配备了干燥实验数据处理模板，下面介绍该数据处理模板的使用方法。

1．打开干燥实验过程中导出的保存有实验数据的EXCEL文件

2．选中打开的EXCEL表中的B、C两列的实验数据，如下图示，同时按“Ctrl”和“C”键，将选中的该两列实验数据拷贝下来。

3．打开干燥实验数据处理模板文件

4．用鼠标点击干燥时间列中的第一单元格（即B列第5行，简称B5单元格，以下同。），同时按“Ctrl”和“V”键，将前面拷贝下来的实验数据粘贴上去

5．按住鼠标左键，同时选中D5、E5、F5三个单元格

6．放开左键，将鼠标的光标移到选中的D5、E5、F5三个单元格的右下角，这时鼠标变成一个黑的“十”字型，按住鼠标左键，同时将鼠标拖到与左边的原始数据（刚拷贝进来的干燥时间和物料重量）齐平，再放开鼠标的左键

7．点击干燥曲线X～τ关系图中的拟合公式

8．选中公式框中的3次方系数，同时按“Ctrl”和“C”键，将该3次方系数拷贝下来。 9．用鼠标点击H4单元格，同时按“Ctrl”和“V”键，将该3次方系数粘贴上去，同理，将拟合公式里2次方和1次方的系数也分别粘贴到I4和J4单元格中

10．至此，整个干燥实验数据处理模板操作过程即告结束，计算机将实验数据的处理结果包括干燥曲线（X~τ）和干燥速率曲线（U~X）显示在屏幕上，从屏幕上可知道整个干燥实验的结果。

注意：目前该实验数据处理模板设置的每次最多可处理50个实验点。 六、实验数据记录

专业 姓名 学号 日期 地点 装置号 同组同学

八、实验报告

1． 根据实验数据记录表，用列表法列出本次实验在某一实验条件下的τ、X和U的各计算值；

2． 列出一组完整的计算示例；

3． 根据实验结果，在不同的直角坐标纸上绘制出干燥曲线X～τ和干燥速率曲线U～X，并得出恒定干燥速率U恒速、临界含水量Xc、平衡含水量X*；

4． 对得到的实验结果进行分析讨论。 九、思考题

1． 在其他条件不变的情况下，增加风速，干燥速率曲线如何变化？ 2． 试分析空气流量或温度的改变对临界含水量的影响。

3． 什么是恒定干燥条件？本实验装置中采取了那些措施来保持干燥过程在恒定干燥条件下进行？

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