干燥操作和干燥速率曲线测定

1、一、实验目的1.掌握测定物料干燥速率曲线的方法，并了解其实际意义。2.熟悉实验室干燥设备的流程、工作原理及操作方法。3.了解影响干燥曲线的主要因素。4了解和观察流化床的基本结构和流化状态二、实验原理干燥是化工生产中一种重要的单元操作，它是利用热量将产品中的湿分（通常情况下指水分，以下如无特别说明，均指水分）去掉的一种方法。在实际生产中要确定湿物料的干燥条件，例如已知干燥要求，当干燥面积一定时，确定所需的干燥时间；或干燥时间一定时，确定干燥所需的面积，就必须掌握物料的干燥特性，即干燥速率曲线。干燥过程不仅涉及气-固两相间的传热和传质，还涉及到水分以气态或液态的形式自物料内部向表面传递的机理。由于

2、含水性质和粒度的差异，不同物料的水分传递速率差别很大。因此，干燥速率受物料形状、物料的含水量、含水性质、热介质性质和干燥设备等各种因素的影响，目前还无法用理论方法来计算（除了完全不吸水的物质外），而大多数情况下只能用实验测定的方法。在实验室测定干燥曲线和干燥速率曲线时，需要在恒定的干燥条件下进行。因此，若以空气作为加热介质，其进、出干燥器的状态，如温度、湿度、气速以及空气的流动方式均应不变，即必须采用大量的空气来干燥少量的物料。本实验以含水硅胶为被干燥物，测定单位时间内湿物料的质量变化，实验进行到被干燥物料的质量恒定为止物料的湿含量即含水量，一般用相对物料总量的水分含量来表示。常用的有以湿物料

3、为基准的水分含量和以干物料为基准的水分含量，即湿基含水量和干基含水量，分别用符号w和X来表示。湿基含水量w=（湿物料中水分的质量湿物料的总质量）100干基含水量X（湿物料中水分的质量湿物料中绝干料的质量）100但因干燥时物料总量在变化，所以采用干物料为基准的水分含量X表示较为方便。w和X之间有如下关系：若将很湿的物料置于恒定的干燥条件下，测定被干燥物料的质量和温度随时间的变化关系，可得到如图所示的干燥曲线。从曲线上可看出干燥过程分为如下三个阶段：（）物料预热阶段AB；（）恒速干燥阶段BC；（）降速干燥阶段。含水量很大的物料因其表面有液态水存在，当它在恒定的干燥条件下，在干燥过程的起始阶段，物料

4、被热气流加热，其表面温度不断上升，直到接近热风的湿球温度tw，这一阶段即是第阶段（物料的预热阶段）。在随后的第阶段中，由于表面存有液态水，物料温度约等于空气的湿球温度tw，传入的热量只用来蒸发物料表面的水分。在第阶段中，含水率Xt随时间成比例减少，其干燥速率不变，即为恒速干燥阶段。在第阶段中，物料表面已无液态水存在，而物料内部的水分由内部扩散到表面的速率慢于水分在物料表面的蒸发速率，则物料表面将蒸干，其温度又开始上升，传入的热量也因此而减少，且传入的热量部分用于加热物料，所以干燥速率会很快降低，最后达到平衡含水率为止。和的交点处的含水率称为临界含水率，用XC表示。对于、阶段很长的物料，第阶段可

5、以忽略。温度低时，或根据物料特性，也可能没有第阶段。干燥速率（即水分汽化率NA）可用单位时间单位干燥面积所汽化的水量表示：式中:A被干燥物料的汽化面积(m2)；干燥时间(s);W从被干燥物料中汽化的水分量（kg）。干燥速率也可用单位干物料在单位时间内所汽化的水分量表示。式中，GC为干物料的质量(kg)。因为dW=GCdX故因此在干燥曲线图中，含水率曲线对时间的斜率即为NA。若将NA（或NA）对Xt作图即可得到干燥速率曲线三、实验装置本实验采用流化床干燥器，以热空气流干燥变色硅胶。实验装置见图。由鼓风机输送的空气流，经转子流量计计量和电加热器预热后，然后通过流化床的分布板，再和床层中颗粒状的湿物

6、料进行流态化的接触和干燥，废气上升至干燥器的顶部后放空。空气流量和温度分别由阀门和自耦变压器调节。1旋涡泵；2转子流量计；3电加热管；4流化床；5取样器；6热空气温度计；7床层温度计；8储水槽四、实验步骤1.插上电源，打开鼓风机开关。2预先调节风量（约1214m3/h），使床中的颗粒处于良好的流化状态。3储水槽内加入一定量的水。同时打开进水开关，让水滴入流化床中。4从取样口取出少量样品（约0.5g）到称量瓶中，瓶子必须盖紧，称量和记录湿重；然后取下瓶盖，将样品放入微波炉中烘干后取出，盖紧瓶盖再称量，得干重。5打开预热器电源开关，并调节加热电压预热空气流至100110左右，当空气状态稳定和床层温度在40左右时，每隔3-5min取一次样，重复步骤4称重。取12-15个实验点,同时记录床层温度。6.实验结束后，先关闭预热器电源；待床层温度降到室温后，再关闭鼓风机电源五、实验数据处理时间时间min称量瓶空重（g）湿样总重（g）干样总量（g）样品湿重（g）样品干重（g）水重（g）Xt(%)六、思考题1.在7080的空气流中经过相当长的时间的干燥，可否得到绝