热风干燥实验报告-最终版.doc

帮助理解，这是我自己写的也要给赵老师看，务必不要照抄帮助理解，这是我自己写的也要给赵老师看，务必不要照抄 热风干燥实验热风干燥实验报告报告 一、实验目的一、实验目的 1了解气流常压干燥设备的基本流程和工作原理； 2了解操作条件改变对不同的干燥阶段所产生的影响。 3测定湿物料在恒定干燥情况下的干燥曲线及干燥速率曲线。 4研究风速，温度对物料干燥速率曲线的影响。 二、基本原理二、基本原理 1 1物料的干燥机制（质热传递原理）物料的干燥机制（质热传递原理） 在湿物料的干燥过程中，同时发生了两个过程：一是湿分的汽化及其传递(质交换)；二是热量的 传递(热交换)。湿物料的干燥，可以归纳为物料内部的质热传递和相界面上边界层中的质热传递。当 热空气从湿物料表面稳定地流过时，由于空气与物料之间存在着传热推动力，空气将以对流方式把热 量传递给物料。物料接收这项热量，用来汽化其中的水分。而由于水分的汽化，使在物料表面的薄层 空气与气流主体之间形成推动力，所以蒸汽就由物料表面传递到气流主体，并不断的被气流带走，而 物料的含湿量也不断下降。当物料的湿含量降到平衡湿含量时，干燥过程结束。干燥速度随时间变化 可分为三个阶段，即增速干燥阶段、等速干燥阶段和降速干燥阶段。其间的分界点 C 称为临界点，对 应的物料湿含量称为临界湿含量 MC。 临界湿含量区分等速段与降速段的主要参数。临界点的出现是由于物料表面湿含量减少到最大吸 湿湿含量 M 的必然结果。物料厚度越厚，等速段干燥速度越大，则物料表面湿含量与平均湿含量的 差值就越大。相反，等速段干燥较小，内部扩散速度较大，而物料又薄又细时，物料表面湿含量与平 均湿含量的差值就很接近。所以，可以将 M 为下限，再对物料厚度、干燥速度、内部扩散速度做综 合考虑，然后估计 C 的数值。 2 2物料中瞬间含水率物料中瞬间含水率为：为： i X iC iCi i G GG X 干燥速率定义为：干燥速率定义为：单位干燥面积（提供湿分汽化的面积） 、单位时间内所除去的湿分质量，即： kg/(m2s) C G dXdW U AdAd 式中，干燥速率，又称干燥通量，kg/（m2s） ；U 干燥表面积，m2；A 汽化的湿分量，kg；W 干燥时间，s； 绝干物料的质量，kg；Gc 物料湿含量，kg 湿分/kg 干物料，负号表示随干燥时间的增加而减少。XX 帮助理解，这是我自己写的也要给赵老师看，务必不要照抄帮助理解，这是我自己写的也要给赵老师看，务必不要照抄 3 3干燥过程分析干燥过程分析: : 物料温度 X 干燥时间 t B C 0 0 0 物料干基湿度 X 干燥速率 u CB 预热段预热段 物料在预热段中，含水率略有下降，温度则升至湿球温度tW ,干燥速率可能呈上升趋势 变化，也可能呈下降趋势变化。预热段经历的时间很短，通常在干燥计算中忽略不计，有些干燥过程 甚至没有预热段。在此阶段有可能出现物料中心部位的湿度增加的现象，是由于温度梯度存在，并且 温度梯度带来的导温性现象要比导湿温现象占优势。物料的增速干燥阶段时间实际上很短的，主要是 在等速干燥阶段。 恒速干燥阶段恒速干燥阶段 见图 1、2 中的 BC 段。该段物料水分不断汽化，含水率不断下降。但由于这一阶 段去除的是物料表面附着的非结合水分，水分去除的机理与纯水的相同，故在恒定干燥条件下，物料 表面始终保持为湿球温度tW，传质推动力保持不变，因而干燥速率也不变。于是，在图 2 中，BC 段 为水平线。 只要物料表面保持足够湿润，物料的干燥过程中总处于恒速阶段。而该段的干燥速率大小取决于 物料表面水分的汽化速率，亦即决定于物料外部的空气干燥条件，故该阶段又称为表面汽化控制阶段。 在整个等速干燥段内物料表面的温度就等于空气的湿球温度 tw。物料中心的温度则低于湿球温 度，物料就存在着温差。在恒定干燥条件下，等速阶段的推动力是定值，给热系数和传质系数也是定 值，所以干燥速率是一个定值，与物料的含湿量无关。而且实验也证明，与物料的类别也没有很大的 关系。当物料表面的水分受热汽化后，物料表面和中心必然出现湿含量的差别，称为含湿梯度。无论 在等速段或降速段，物料内部都有湿含梯度存在。湿含梯度是一种推动力，能使物料内部的水分扩散 至表面。在等速段内，物料内部水分扩散到表面的速度，可以使物料表面保持充当分的湿度，即表面 湿含量大于最大吸湿湿含量，所以干燥速度取决于表面汽化速度。也就是说等速段是受表面汽化速度 控制的阶段。因此，提高气速和气温，降低空气湿度就都有利于提高等速段的干燥速度。 降速干燥阶段降速干燥阶段 在等速段末期，如果物料表面的湿含量减小到略小于最大吸湿湿含量时，物料 表面的蒸汽分压力就将小于饱和蒸汽压力，因而推动力就减小，干燥速率即开始下降。根据实验已经 知道，降速段干燥速率与物料的湿含量有关，湿含量越低，干燥速率越小，这是与等速段不同的第一 个特点。降速干燥段的速率还与物料的厚度或直径有关，厚度越厚，干燥速率越小。此外，当降速段 开始以后，由于干燥速率逐渐减小，空气传给物料的热量，除作为汽化水分用之外，还有一部分使物 料的温度升高，且温度越来越高。在这期间，物料表面与中心的温度差也逐渐减小，有可能温差消失。 在降速干燥阶段，物料内部水分仍然扩散到表面，并且在表面汽化。随着物料含湿量的不断减小，内 部水分扩散到表面的速度也逐渐减小，直到它小于表面速度时，物料的汽化区即开始从表面深入物料 内部。这时，水分在物料内部先进行汽化，然后以蒸汽的形式扩散至表面。所以降速段的干燥速率完 全取决于水分和蒸汽在物料内部的扩散速度。在降速阶段，提高干燥速率的关键不再是改善干燥介质 的条件，而是如何提高物料内部湿分扩散速度的问题。 随着干燥过程的进行，物料内部水分移动到表面的速度赶不上表面水分的气化速率，物料表面局部 图 1 X- 图图 2 U-X 图 出现“干区” ，尽管这时物料其余表面的平衡蒸汽压仍与纯水的饱和蒸汽压相同，但以物料全部外表 面计算的干燥速率因“干区”的出现而降低，此时物料中的的含水率称为临界含水率，用表示，Xc 帮助理解，这是我自己写的也要给赵老师看，务必不要照抄帮助理解，这是我自己写的也要给赵老师看，务必不要照抄 对应图 2 中的 C 点，称为临界点。过 C 点以后，干燥速率逐渐降低至 D 点，C 至 D 阶段称为降速 第一阶段。干燥到点 D 时，物料全部表面都成为干区，汽化面逐渐向物料内部移动，汽化所需的热量 必须通过已被干燥的固体层才能传递到汽化面；从物料中汽化的水分也必须通过这一干燥层才能传递 到空气主流中。干燥速率因热、质传递的途径加长而下降。此外，在点 D 以后，物料中的非结合水分 已被除尽。接下去所汽化的是各种形式的结合水，因而，平衡蒸汽压将逐渐下降，传质推动力减小， 干燥速率也随之较快降低，直至到达点 E 时，速率降为零。这一阶段称为降速第二阶段。 降速阶段干燥速率曲线的形状随物料内部的结构而异，不一定都呈现前面所述的曲线 CDE 形状。 对于某些多孔性物料，可能降速两个阶段的界限不是很明显，曲线好像只有 CD 段；对于某些无孔性 吸水物料，汽化只在表面进行，干燥速率取决于固体内部水分的扩散速率，故降速阶段只有类似 DE 段的曲线。与恒速阶段相比，降速阶段从物料中除去的水分量相对少许多，但所需的干燥时间却长得 多。总之，降速阶段的干燥速率取决与物料本身结构、形状和尺寸，而与干燥介质状况关系不大，故 降速阶段又称物料内部迁移控制阶段。 三、实验装置三、实验装置 1 1装置流程装置流程 全自动循环热风干燥系统，结构见下图 四、实验步骤与注意事项四、实验步骤与注意事项 1 1）实验步骤）实验步骤 1量取试样尺寸(长、宽，厚)。 1 管理机(上位机) 2 现场控制机(下位机) 3 数据采集模块 4 温度传感变送器 5 干燥室 6 重量传感器 7 数据采集模块 8 温度智能仪表 9 加热器开关 10 加热器 11 加湿器 12 出风微调阀门 13 进风微调阀门 14 风机 15 RS48 网线 16 变频器 17 压力传感变送器 1 3 4 5 6 8 9 10 14 13 12 16 15 11 2 7 17 帮助理解，这是我自己写的也要给赵老师看，务必不要照抄帮助理解，这是我自己写的也要给赵老师看，务必不要照抄 2检查天平是否灵活，并配平衡。往湿球温度计内加水，并打开电源开关开动风机送风。 3. 自动控制操作步骤如下： （1） 登录和参数设置。双击桌面快捷方式图标 ，进入干燥控制系统设置界面。在用户登 录时(实验员)要通过身份验证，正确输入自己的中文名字和工号，同时进行参数设置，包括干燥过程 中的温度、相对湿度、风速、原料的名称、采样周期等。如果干燥为分段干燥，还要进行每段的温度、 相对湿度、风速和时间的设定。在参数设置好后，点击“Experiment”，进入自动控制的主界面。 （2） 开机。点击图标 ，启动控制器，计算机将根据“风机电机加热器加湿器”的顺序 自动开机。 （3） 运行。开机后，使干燥系统预热 30min 左右，然后把物料放入干燥室。计算机将自动记 录干燥过程中的重量、温度、湿度、风速等情况，并进行数据的采集和分析、决策控制等。 （4）结束。干燥结束后，点击“Stop”按钮，系统将按照“加湿器加热器(8min 后)风机电机” 的顺序自动关机，并生成报表。干燥过程中记录的原始数据，可以根据用户需要，点击 ，将数据 导入到 Excel，生成的数据包括未放入物料和放入物料的数据，未放入物料时重量数据显示全部为零 或几乎为零，放入物料。 4实验结束后，关闭设备电源及计算机。 5处理数据及分析实验结果。 2 2）. . 注意事项注意事项 1湿球温度计需要保持湿润：用胶头滴管向湿球温度计加入相同温度的水。 2热空气的湿度的算法：记下干球温度计和湿球温度计，在湿焓图中读数。 五五 结果分析结果分析 恒定温度下的干燥曲线及干燥速率曲线 物料名称 新鲜的地瓜片 ，物料表面积0.016 M2，干燥温度 70 和 90 ，空气流速 3.0 及 3.5 m/s，热空气相对湿度 50 %。 X1：温度 90，风速 3.5m/s X2：温度 90，风速 3.0m/s X3：温度 70，风速 3.5m/s X4：温度 70，风速 3.0m/s 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 time(min) x(m水/m干) X1 x2 x3 x4 图 3 地瓜片的干燥曲线 由图 3 可知，在温度 90，风速分别为 3.0m/s 和 3.5m/s 时，风速为 3.5m/s 的物料失水率要比 3.0m/s 高，并且达到临界点所用的时间要短；在风速为 3.0m/s，温度分别为 70和 90条件下，温 度为 70时要比 90失水率高，且较快达到临界点，可能的原因是温度过高，物料表面结了一层硬 壳，阻碍了地瓜内部水分的迁移与蒸发，导致失水率下降。 六、思考六、思考题题 1. 什么是恒定干燥条件？本实验装置中采用了哪些措施来保持干燥过程在恒定干燥条件下进行？ 答：按干燥过程中空气状态参数是否变化，可将干燥过程分为恒定干燥条件操作和非恒定干燥条件 操作两大类。若用大量空气干燥少量物料，则可以认为湿空气在干燥过程中温度、湿度均不变， 再加上气流速度以及气流与物料的接触方式不变，则称这种操作为恒定干燥条件下的干燥操作。 热空气的湿度由加湿器控制，热空气的温度由加热器控制，风速由鼓风机控制。 2. 控制恒速干燥阶段速率的因素是什么？控制降速干燥阶段干燥速率的因素又是什么？ 答：控制恒速干燥阶段速率的