《过热蒸汽干燥物料临界含水率的试验研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过热蒸汽干燥物料临界含水率的试验研究（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 农机与食品机械1999年第3期 总第261期试验与设计 过热蒸汽干燥物料临界含水率的试验研究 连政国 王延耀 蒋金琳 李考年 姜学东 莱阳农学院农业工程系 摘要:对影响物料临界含水率的因素进行了系统的分 析,试验研究了热风、过热蒸汽干燥物料临界含水率。过 热蒸汽干燥与热风干燥相比,在介质的条件相同时,有较 低的临界含水率。随着温度的升高这两种干燥介质的临界 含水率差值进一步加大。对过热蒸汽来说,随着温度和风 速的提高,临界含水率也提高。 叙词:过热蒸汽 干燥物 临界 含水率 过热蒸汽干燥是指利用过热蒸汽直接与被干燥物料接 触而去除水分的一种干燥方式,与传统的热风干燥相比, 具有节能效果显著、
2、传热系数大、热效率高、干后产品品 质好、无爆炸和失火的危险及有利于保护环境等特点。近 年来倍受国内外学者注意。另一方面过热蒸汽、热风这两 种性质根本不同的干燥介质其基本的热力学特性不同,使 得过热蒸汽和干空气在不同的温度条件下会有不同的干燥 规律,本文在试验室内设计的可进行热风干燥、过热蒸汽 干燥及二者混合气为干燥介质的多功能试验台上进行了热 风和过热蒸汽干燥临界含水率的对比研究。 1 影响临界含水率的因素分析 临界含水率指的是物料干燥时恒速干燥段与降速干燥 段水分的界点,它标志着干燥行为的转变,是高湿物料干 燥中的一个重要的参数。过热蒸汽干燥的临界含水率可由 干燥速度曲线确定。 影响物料临界
3、含水率的因素很多,分析表明:物料的 形状、结构、大小、厚度不同,水分具有不同的迁移速 度,而干燥介质的不同条件使水分具有不同的表面汽化速 率。因此,在热风干燥中诸如物料的种类、水分与物料的 结合方式、干燥介质的流量、干燥介质的温度、干燥介质 的相对湿度等等,都是影响物料临界含水率的因素。关于 农产物料过热蒸汽干燥的临界含水率的研究未见报道。 由于众多因素对临界含水率产生影响,关于临界含水 率,尚只有用试验的手段求得。本研究,主要目的是将过 热蒸汽干燥物料的临界含水率与热风干燥的数据相比。我 们试验在相同的温度和质量流量下,对相同的物料条件, 在试验台上进行对比试验。这样可以最大限度的消除其它
4、因素对干燥过程的影响。 收稿日期: 1998 - 12 - 29 2 试验数据的处理 试验中,试验室不具备连续称重测量设备,况且过热 蒸汽干燥试验条件恶劣,只能是采用间歇称重测量法,即 试验中将物料干燥到一定时间后,从干燥室中取出,用电 子天平快速称重后,再放入干燥室中继续干燥,这样重复 直到干燥过程结束,由于称量过程迅速,这种办法在一定 条件下不会影响干燥过程。但是在高温条件下干燥,干燥 速度快,称重时间间隔过小,频繁称重对干燥过程会有不 良影响。对于确定物料在干燥过程中的临界含水率,很明 显,称重时间间隔越小,越接近连续称重状态,对临界含 水率测量产生偏差就越小,二者的要求正好相反。 为了
5、获得临界含水率的精确值,在试验中采取了等称 重间隔、初始起点不同的方法,使干燥过程平均的取数点 的时间间隔相对缩小。 具体讲就是开始称重起始时间不同。例如,试验中, 除了第一次称重外,其余的称重时间间隔为4 min ,第一 组数据的采集时间是1 , 5 , 9 , 13 , 17min测量,第二 组的测量是在2 , 6 , 10 , 14 , 18min进行,以次类推, 至少作四组试验,这样每一时刻均有试验数据,将得到的 数据在时间间隔段内取平均,然后对每个时间中相同时刻 的数据相加求平均,即得到对应时刻的干燥速度;也可以 将不同时刻所有的数据累加用减法得到在不同干燥时刻、 统一时间间隔段的干
6、燥速度,经计算显示这两种方法结果 相差不大。该试验中的曲线是用第一种方法绘制的。通过 这种数据处理方法得到的结果,虽然称重时间间隔为4 min ,但数据点可缩短到每分钟描点,可使干燥临界点出 现的时刻较为明显。因此,该法既不使称重对干燥过程产 生较大的影响,也不会由于称重时间间隔过长而影响干燥 曲线上临界点的真实位置。 3 试验结果与分析 311 热风和过热蒸汽干燥临界含水率的比较 图1、图2为相同质量流量两种不同温度条件下的过 热蒸汽和热风的干燥速度曲线。 试验条件:过热蒸汽和热风的质量流量均为4 kg/ h , 温度分别为165, 185。从前面的分析可知,影响物料 干燥临界含水率的因素较
7、多。对于不同的干燥介质,干燥 过程临界含水率的比较应基于在相同的干燥速度下进行, 1999 No135 连政国 王延耀 蒋金琳等过热蒸汽干燥物料临界含水率的试验研究 把介质参数的综合影响体现在干燥速度上。选定这两种温 度条件主要是基于在这个温度范围内,热风和过热蒸汽干 燥会出现逆转点。因而使两种干燥介质临界含水率的比较 基本在同一干燥速度下进行,数据更加具有可比性。 图1 165 酒糟热风、蒸汽干燥速度曲线 图1恒速段干燥速度热风比过热蒸汽略快,图2过热 蒸汽的干燥速度比热风略快。 图2 185 酒糟热风、蒸汽干燥速度曲线 表1是根据试验数据整理的临界含水率的数值,表 中,热风干燥与过热蒸汽干
8、燥相比,两种温度条件下过热 蒸汽干燥的临界含水率比热风干燥要低。较低温度下二者 的差值小,而在较高温度下差别变大。在165 的温度条 件下过热蒸汽干燥临界含水率比热风低3148 % (湿基 ) , 而在185 的条件下,二者的差值达到5135 %。 表1 过热蒸汽与热风干燥的临界含水率(wb) 温度 165( 热风)165(过热蒸汽)185(热风)185(过热蒸汽) 临界含水率%36102321563918234147 同种干燥介质,随着温度的升高临界含水率也升高。 过热蒸汽为干燥介质时, 165 时临界含水率比185 时低 两个百分点。热风干燥时,同样的温差,临界含水率差别 接近4个百分点。
9、温度的变化对热风干燥临界含水率的影 响比过热蒸汽干燥的影响要大。 在过热蒸汽干燥条件下,物料的临界含水率比在相同 条件下的热风中干燥要低,在宏观上可以这样进行解释。 在一定的温度下,干燥介质的相对湿度越小,其水蒸汽的 分压也越小,有利于物料表面水分的蒸发,但是,在相同 的温度条件下,干燥介质的相对湿度越小,其相应的湿球 温度越低,这样物料的表面温度越低,因而使物料内部水 分扩散速度减慢。在热风和过热蒸汽干燥中,二者在恒速 段物料表面温度是不同的,热风干燥时物料的温度为介质 对应的湿球温度,而在过热蒸汽中干燥恒速段物料温度为 蒸汽在操作压力下对应的沸点温度,热风中干燥时物料温 度要比在常压下水的
10、沸点温度低很多,正是由于这一点, 使过热蒸汽干燥时物料内部的水分迁移速度比热风中干燥 要快。在其它的条件相同时,过热蒸汽干燥与热风干燥相 比,其临界含水率要低,这与热质传递规律相同。 312 过热蒸汽参数对物料临界含水率的影响 图3、图4是过热蒸汽干燥酒糟的临界含水率变化规 图3 酒糟的临界含水率与温度的关系 律曲线。图3是临界含水率随过热蒸汽进口温度变化规律 曲线,蒸汽的质量流量为811 kg/ h;图4是临界含水率随 过热蒸汽质量流量的变化规律,蒸汽的温度为145。 图4 酒糟临界水分与介质流量的关系 从图3中可以看出,其它条件相同时,随着进口温度 升高,物料临界含水率显著升高;同样,图4
11、中在其它条 件相同时,随着介质质量流量的加大,物料的临界含水率 上升。因此可以得出这样的结论,即无论是进口温度的升 高,使物料临界含水率升高,还是干燥介质质量流量的加 大,使物料临界含水率升高,其实际上都可以理解成是恒 速干燥速度提高的结果。因为,随着温度的上升及干燥介 质质量流量的增大都会使干燥过程干燥速度加快;试验中 得到温度是影响干燥速度的主要因素,从图3和图4中同 样得出温度对临界含水率的影响要比质量流量的影响大的 结论。从这里作者认为干燥过程对于不同干燥介质,干燥 参数对临界含水率的比较应在相同的干燥速度下进行。 研究表明,对被干燥物料来说,干燥过程中两个实际 干燥指标反映干燥过程的
12、实际效果。第一是物料的临界含 水率;第二是恒速干燥阶段的干燥速度。很明显,对于必 需干燥到较低含水率的物料来说,临界(下转第8页) 61999 No13 许建军 张书斌 刘志达一种倒锥立式耕耙犁碎土器的设计 313 刀片的切土范围=h2-h1 要达到全层碎土,须使hb,经试验取h= 300 mm、h1= 70 mm ,则h2=h+h1= 370 mm (见图 1) 。 314 犁壁的切除部位 为防止碰撞和漏垡,犁壁与刀端的间隙采用上下等 隙,间隙量为10 mm。 4 碎土器转速n的计算 刀片的运动是机组前进运动和刀轴回转运动的合成, 刀片上任一点的运动轨迹是一摆线。机组工作时,为了使 刀杆不顶
13、土,必须满足S= 16667Vm/ nZL刀, S 刀组每转1/ Z转时,机组前进距离, mm Vm 机组前进速度, km/ h Z 装刀板个数,本机设计Z= 3 n 刀轴转速, r/ min L刀 刀片侧刃长, mm ,本机设计,L刀= 60 mm 代入数据解得n550 r/ min。这个转速应为碎土器正 常工作的最小转速,但在实际工作中机组前进的速度总比 理论速度小,所以取n= 550 r/ min。 5 刀片形状及排列方式 刀片形状采用直刀片,并开有侧刃和顶刃(见图3) , 图3 刀片工作图 刀片排列方式采用等距交错排列,刀片间距为60 mm (见 图 4) 。 图4 刀片排列方式(展开
14、图) 6 性能测定与分析 近年来,我们把此种碎土器分别安装在1LBF - 40型 和1LBF - 20型两种耕耙化肥深施联合作业机上进行了大 面积的不同类型土壤、 不同前茬作物的生产考核及性能测 定,其结果为: 碎土性能。碎土性能与宜耕性有关,经试验表明, 碎土性能良好,多次测定碎土系数均在90 %左右,而土块 分布上细下粗,大小均匀,这样的土层十分适合种子生 长。 覆盖性能。经多次生产试验测定,覆盖率都在 95 %左右,工作中能将前茬作物的茎根及杂草破碎并覆 盖,不仅可以灭茬,还可提高土壤肥力。 土壤膨松度。由于耕耙犁具有较好的碎土性能, 所以土壤的膨松度比铧式犁小,经测定膨松度在30 %左
15、 右。 地表平整度。由于耙刀的碎土和抛土作用,耕后 的地表较平整,比铧式犁好,经实测耕后地表平整度为20 mm左右。 该碎土器安全、可靠,性能稳定。 (上接第6页) 含水率降低,意味着缩短干燥时间,这是由于此时干燥过 程在恒速段进行的时间相对加长,对恒速段去水占主要份 额高湿物料来讲是个有利的因素;另一方面,从前面的试 验中得知,过热蒸汽恒速干燥段物料表面的温度保持在恒 定的所谓“湿球温度”,这一温度也是过热蒸汽干燥中, 物料整个干燥过程的最低温度,而此时的干燥速度为整个 干燥过程的最大值。从干燥技术的角度出发,应尽可能地 降低被干物料的临界含水率,以缩短干燥时间和得到在低 温下干燥的高质量产
16、品,这是大多数干燥过程中所希望 的。 4 结论 对影响物料临界含水率的因素进行了系统地分析, 作者提出对不同干燥介质其它条件相同时,干燥物料临界 含水率的比较应基于在相同的干燥速度下进行。 系统研究了热风、过热蒸汽干燥物料临界含水率。 过热蒸汽干燥与热风干燥相比,在介质的条件相同时,过 热蒸汽干燥有较低的临界含水率。随着温度的升高这两种 干燥介质的临界含水率差值进一步加大。随着温度和风速 的提高,临界含水率也提高。 参 考 文 献 1 Mujumdar A S. Techno - economic assessment of potential super2 heated steam drying application in Canada. Reports 1994. 2 Tarnawski W Z, Mitera J , Borowski P , Klepaczka. Energy analy2 sis on use of air and super
