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1、2018/9/30,1,实验八 干燥实验,一、基本原理 干燥操作是采用某种方式将热量传给湿物料，使湿物料中湿分（水或有机溶剂）蒸发分离的操作（固体物料中湿份除去）。 干燥操作同时伴有传热和传质 干燥实验的目的是用来测定干燥曲线和干燥速率曲线。,2018/9/30,2,一、基本原理,干燥实验是在恒定的干燥条件下进行 什么是恒定的干燥条件空气的湿度、温度、速度以及与物料接触的状况都不变。 因此实验为间歇操作。本实验以热空气为加热介质，甘蔗渣滤饼为被干燥物。测定单位时间内湿物料的质量变化，实验进行到物料质量基本恒定为止。 物料的含水量 的表示方法：,2018/9/30,3,一、基本原理,干燥过程：
2、AB预热段； BC恒速段（温度为干燥介质的湿球温度） C点临界点，此点物料含水量为临界含水量XC CD降速段（内部迁移表面汽化，所以会出现干点）。,2018/9/30,4,一、基本原理,干燥过程水分蒸发的过程,2018/9/30,5,一、基本原理,干燥过程各阶段机理 湿物料因其有液态水的存在，将其置于恒定干燥条件下，则其表面温度逐步上升直到近似等于热空气的湿球温度tw，到达此温度之前的阶段称为预热阶段。 由于表面存有液态水，且内部的水分迅速的到达物料表面，物料的温度约均等于空气的湿球温度tw。这时，热空气传给湿物料的热量全部用于水分的气化，蒸发的水量随时间成比例增加，干燥速率恒定不变。此阶段也
3、称为表面气化控制阶段。,2018/9/30,6,一、基本原理,在降速阶段中，物料表面已无液态水的存在，物料内部水分的传递速率低于物料表面水分的气化速率，物料表面变干，温度开始上升，传入的热量因此而减少，且传入的热量部分消耗于加热物料，因此干燥速率很快降低，最后达到平衡含水量为止。在此阶段中，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制，又称之为内部迁移控制阶段。 速阶段和降速阶段的交点为临界点C，此时的对应含水量为临界含水量XC。,2018/9/30,7,一、基本原理,1干燥速率U 2物料的干基含水量X 3恒速阶段传质系数KH的求取 4恒速阶段物料表面与空气之间的对流传热系数,2018/9/30,
4、8,二、实验装置与流程,1实验流程,洞道式干燥器流程图 1 加热室 2压差计 3铜电阻 4干燥室前温度计 5湿球温度计 6干燥室 7电子天平 8物料架 9干燥室后温度计 10仪表箱 11控温仪 12蝶阀 13风机 14放气阀 15风机出口温度计 16孔板流量计,2018/9/30,9,二、实验装置与流程,2018/9/30,10,二、实验装置与流程,2.测量参数 质量：电子天平 时间：秒表 温度：水银玻璃温度计（不变） 湿度：湿球温度计（不变） 流速：孔板流量计（不变）,2018/9/30,11,三、实验步骤,1. 按通电源，开启电子天平。预热30分钟，调零备用。 2.将烘箱烘干的试样置于电子
5、天平上称量，记下该绝干物的质量GC。 3. 用钢尺量取物料的长度、宽度和厚度。 4. 将物料加水均匀润湿，使用水量约为2.5倍绝干物质量GC。 5.开启风机，调节蝶阀至预定风速值，调节程序控温仪约为85，而后打开加热棒开关(三组全开)。待温度接近于设定温度，视情况加减工作电热棒数目。,2018/9/30,12,三、实验步骤,6.调节进风量的多少，并适当开启排气阀，用以维持实验过程湿球温度计指示值基本不变。观察水分蒸发情况，及时向湿球温度计补充水。 7. 待各温度计温度指示值稳定一段时间后，将湿物料放入干燥室内，记录起始湿物料质量，同时启动秒表开始记时。 8.每隔2分钟记录一个质量，直到蒸发的水
6、量非均匀的下降，改为2.5分钟记录一个质量，记录约23个数据。以后约3分钟记录一个质量，直到试样几乎不在失重为止，表明此时所含水分为平衡水分。 9.实验结束，依次关闭电子天平、加热棒、风机开关。,2018/9/30,13,四、思考题,1.为什么在操作中要先开鼓风机送气，而后通电加热？ 先开风机是为了避免空气不流通而烧坏电加热器。 3.试分析在实验装置中，将废气全部循环可能出现的后果？ 如果将废气全部循环，水分将不能由实验装置中排出。这样直到热气流中水分达到一定含量，气流水分的分压不再小于干燥物料水分的分压，会导致干燥介质为水气所饱和，推动力为零，气流就不能将汽化的水汽带走，干燥就无法进行。,2
7、018/9/30,14,四、思考题,2.如果气流温度不同时，干燥速率曲线有何变化？ 干燥速率的定义： 恒速干燥阶段： 湿物料在恒速干燥条件下进行时，物料表面的湿度等于空气的湿球温度tw，当tw为定值时，物料表面的空气湿含量HW也为定值。由于物料表面和空气间传热和传质过程与测湿球温度时的情况基本相同。所以 而干燥是在恒定空气条件下进行的。故随空气条件而变的和kH均保持恒定不变，而且（ ttw）和（ HW-H）,2018/9/30,15,四、思考题,也为恒定值。由此可知：湿物料和空气间的传热速率及传质速率均保持不变。即湿物料以恒定速率向空气中、气化水分。而且此阶段，空气传给湿物料的湿热恰好等于水分
8、气化所需的汽化热，即 由此可知，在第一阶段恒速干燥阶段，U随气流温度升高而增大。 降速干燥阶段： 由于降速干燥阶段速率取决于物料本身结构、形状和尺寸，而与干燥介质状态参数无关，因此变化不大。,2018/9/30,16,四、思考题,4.某些物料在热气流中干燥，希望热气流相对湿度要小；某些要在相对湿度较大的热气流中干燥，为什么？ 在化工生产中，由于被干燥物料的形状和性质各不相同，对于干燥后的产品要求也不尽相同，因此对于干燥介质的要求也不同。对于需要在热气流中干燥的物料，如果希望干燥过程的平均推动力较大，干燥介质水汽的分压较小，有一个较大的干燥速率。以较快完成干燥操作，则希望热气流相对湿度要小；相反
9、，如果需要减少空气消耗量及传热量，降低操作费用，则可在相对湿度较大的热气流中干燥。,2018/9/30,17,四、思考题,5物料厚度不同时，干燥速率曲线又如何变化？ AB预热段；与物料厚度无关； BC恒速段，与物料厚度也无关； C点临界点，物料越厚，XC越大 CD降速段，由于是同一物料，物料越厚，X*不变，但C D 将在CD曲线下方。 6湿物料在7080的空气流中经过相当长时间的干燥，能否得到绝干物料？ 不能。当物料中所含水分降至平衡含水量时，干燥过程终止。,2018/9/30,18,物料中总水分：平衡水分+自由水分 （平衡水分随物料性质和温度而异） 物料中总水分=结合水分+非结合水分 对水蒸
10、气-空气系统， 不饱和空气：ttas=twtd 饱和空气： t=tas=tw=td,2018/9/30,19,恒定的干燥条件是指干燥介质的、以及不变。 精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数_，同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量_，塔顶冷凝器中冷却介质消耗量_，所需塔径_。（减小、增大、不变） 在恒压过滤实验中，测定的过滤常数有、。 恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括_和_阶段，其中两干燥阶段的交点对应的物料含水量称为_。 压力_，温度_，将有利于解吸的进行。(减小或升高),2018/9/30,20,在蒸气空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的在工程上可行。 A 采用过热蒸气以提高蒸汽温度
11、； B 提高蒸气流速； C在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积； D提高空气流速； 精馏实验开工时采用的为。 A 最小回流比； B 某个确定的回流比； C 全回流； D 以上各条均可； 实验室用水吸收空气中的氨，基本上属于。 A 气膜控制； B 液膜控制； C 两相扩散控制； 10 干燥操作过程要保证空气流速、温度不变的原因为。 A 干燥进行的彻底； B 干燥速度快； C 保证干燥条件恒定； D 干燥物料不受损,2018/9/30,21,离心泵在任何管路系统中所输送液体的流量不会超过泵名牌上的额定流量。 干燥过程中区分可除水分和不可除去水分的分界点是平衡湿含量。 在对流传热系数测定实验中，如果
12、空气走管内(i)，饱和水蒸汽走管外(0)，此时0K。 乙醇水体系板式精馏塔只要增加塔板数（塔高）最终将得到98%(质量分率)以上乙醇。 在恒压板框过滤实验中不改变板框数，增加过滤压力所得滤液体积将增加。,2018/9/30,22,2. 离心泵为什么要在出口阀门关闭的情况下启动电机？ 防止离心泵里的液体漏掉； 因为此时离心泵的功率最小，开机噪音小 因为此时离心泵的功率最小，即电机电流为最小 保证离心泵的压头稳定 2. 为什么干燥操作过程要保证空气流速、温度不变？ 干燥进行的彻底 干燥速度快 保证干燥条件恒定 干燥物料不受损,2018/9/30,23,1、 请分别写出测量流量、温度的仪表各三个。
13、流量计：孔板轮流量计、转子流量计、涡轮流量计 温度计：玻璃液体温度计、热电阻温度计、热电偶温度计。 2、 在传热实验中的用饱和水蒸汽加热空气，你所测的传热管的壁温是接近蒸汽的温度还是空气的温度？解释其原因。 传热管的壁温接近蒸汽的温度。因为传热过程中，蒸汽的传热膜系数远远大于空气的传热膜系数，因此蒸汽侧的热阻远远小于空气侧的热阻，壁温接近蒸汽的温度。 3、在本实验室的精馏实验过程，打开回流阀，却没有回流，试分析原因并提出解决的方法。 （1）可能回流阀开得太大，而冷凝回流液不足：应关小回流阀，检查冷却水是否正常，适当开大冷却水阀。 （2）可能是回流管存在不凝性气体，应作排不凝性气体处理。,201
14、8/9/30,24,某填料塔用水吸收空气中的氨气，当液体流量和进塔气体的浓度不变时，增大混合气体的流量，此时仍能进行正常操作，则尾气中氨气的浓度_A_。 A增大 B. 减少 C. 不变 D. 不确定 在干燥实验中，提高空气的进口温度则干燥速率_A_;若提高进口空气的湿度则干燥速率_B_。 A提高 B. 降低 C. 不变 D. 不确定 实验室的吸收实验中，空气是由什么设备来输送的？如何调节空气的流量？ 空气是由风机输送，用旁路阀调节空气的流量。 本实验室中的精馏实验中应密切注意釜压，若超出规定压力，则可能出现 液泛 ，应_减少加热电流_（或停止加热，将进料、回流和产品阀关闭，并作放空处理，重新开始实验。,
