实验十、干燥实验一、实验目的：1． 了解风道干燥设备的结构特点，熟悉干燥操作；2． 恒定干燥条件下，测定物料的干燥曲线、干燥速率曲线及临界含水量；3． 测定恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数；4． 了解影响物料干燥速率的因素，改变某些操作条件（如物料湿含量、空气温度、风速等）比较干燥速率的变化 二、实验原理：干燥过程是采用加热的方式将热量传递给湿物料，使湿物料中的水分气化并除去的操作随着干燥的进行同时发生传热和传质，其机理比较复杂，因此干燥速率仍采用实验方法测定干燥实验是在恒定干燥条件下进行的所谓恒定干燥条件即：保持干燥介质——空气的温度、湿度、流速及物料与干燥介质的接触方式等均维持不变测得干燥曲线和干燥速率曲线1． 干燥曲线物料含水量X与干燥时间τ的关系曲线即为干燥曲线如图2-75所示图2-75 干燥曲线图2-76 干燥速率曲线 2． 干燥速率曲线干燥速率曲线是表示干燥速率U与物料含水量X的关系曲线如图2-76所示由图可见：BC段表示干燥速率保持恒定即不随物料含水量而变，称为恒速干燥阶段AB段为物料加热阶段由于加热时间很短，一般并入BC段考虑或可忽略，CDE段干燥速率随物料含水量的减少而降低，故称降速干燥阶段。
两个干燥阶段之间的交点C称临界点该点对应的物料含水量称临界含水量，以X0表示而该点的干燥速率仍等于恒速阶段的干燥速率，以U0表示与点E对应的物料含水量为操作条件下的平衡含水量，此点的干燥速率为零1）恒速阶段干燥过程开始时，由于物料的湿含量较大，其内部的水分迅速地到达物料表面，因此干燥速率为物料表面水分气化速率所控制，故此阶段亦称为表面气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气化，物料表面的温度维持恒定，该表面水蒸气分压也维持恒定，所以干燥速率恒定不变2）降速阶段当物料被干燥达到临界含水量后，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气化速率，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，所以干燥速率不断下降3）干燥速率U干燥速率是指单位时间内，单位干燥面积上气化的水分质量干燥速率可按下式计算： （2-79）式中：U——干燥速率 [Kg/m2·h] W——气化水含量 [Kg] A——干燥表面积 [m2] τ——干燥时间 [h]（4）物料含水量X以干基含水量表示： （2-80）式中：X——湿物料的干基含水量[Kg水/ Kg绝干物料] Gs——湿物料质量 [Kg] Gc——物料绝干质量 [Kg]在干燥速率曲线图中与干燥速率U相对应的物料平均含水量： （2-81）式中：——某一干燥速率下湿物料的平均含水量[Kg水/ Kg绝干物料] 、——时间间隔内开始和终了时的含水量[Kg水/ Kg绝干物料]3．恒速干燥阶段时物料表面与空气之间对流传热系数的测定当物料在恒定的干燥条件下进行干燥时，物料表面与空气之间的传热过程可用下式表示： （2-82）或 （2-83）式中： —— 恒速干燥阶段物料表面与空气之间对流传热系数[w/m2·℃]—— 恒速干燥阶段的干燥速率 [Kg/m2·h]—— 干燥器内空气的湿球温度 [℃] —— 干燥器内空气的干球温度 [℃]—— ℃下水的汽化热 [J/Kg] 若对静止的物料，空气流动方向平行于物料表面时的对流传热系数，一般可按下列经验公式计算，经验公式的适用范围：=2450~29300 Kg/m2·h ，空气温度为45~150℃。
（2-84）式中：——湿空气的质量速度[Kg/m2·h]又 （2-85）式中：——干燥器内空气体积流量 [m3/h]；——空气在干燥器内平均温度tm（即干燥器进口控温温度与干球温度的平均值）所对应的密度 [Kg/m3]；——风道干燥器的流通面积 [m2] （A=0.12×0.12=0.0144 m2）干燥器内空气体积流量Vt ：由节流式流量计的流量公式和理想气体的状态方程可推导出：式中：tm——空气在干燥器内平均温度，即干燥器进口控温温度与干球温度的平均值 [℃] to——流量计处温度 [℃] Vo——常压下to℃时的空气的流量 [m3/h]可按流量标定式得：Vo=2.12R0.51式中：R——U形压差计的读数 [mmH2O] 三、实验装置及流程： 1．实验装置意图及流程图2-77 风道干燥实验——实验装置意图及流程1．漩涡气泵 2．旁路流量调节阀 3．流量计进口铂电阻 4．孔板流量计 5．U型压差计6．常热电阻丝 7．控温电阻丝 8．干燥段进口铂电阻 9．干燥风道 10．保温层 11．控温铂电阻 12．湿试件 13．称重传感器 14．干球铂电阻 15．湿球铂电阻该实验装置流程如图2-77所示。
设备的主要技术参数如下：（1） 风道干燥器：不锈钢制，夹层保温，规格为120mm×120mm；（2） 漩涡气泵：最大流量50 m3/h；（3） 称重传感器：最大量程500g，精度0.5级；（4） 孔板流量计：适用范围20~50 m3/h（U型管压差计量程600mmH2O）；（5） 温度测量：铂电阻；（6） 加热器：两组电阻丝，每组2KW，控温精度<±1.0℃；（7） 湿物料：帆布2．实验仿真界面图2-78 洞道干燥曲线测定实验——实验仿真界面 四、实验流程步骤及注意事项：1．实验步骤 （1）实验前准备工作1） 阅读实验指导书，熟悉实验装置及流程；2） 检查湿球温度计安装是否正确，加水到指定液面；3） 将试样湿透后放在电热干燥箱内烘干，再多次称量，直至几次称量值相近为止，该值视为绝干物料质量；4） 将试样充分浸湿，注意放入干燥器时以不滴水为准2）实验操作1） 启动风机，调节流量，（如将U型管压差计读数调至200mmH2O）；2） 接通加热电阻进行预热，一般调节控温电流为3～4A，常热电流1～2A，控温设定70℃；3） 待称重传感器零点值和湿球温度及控温温度不变时，记下流量、各测温点温度值和传感器零点值。
将准备好的湿试样轻轻放入干燥器内传感器的托架上，并记下湿物料的初重；4） 用秒表记录一定时间间隔（1～2Min）内称重传感器显示的质量值，连续测试，直至物料质量保持不变为止；5） 在测试过程中应随时注意控温点的干球温度和湿球温度的显示值，若发生变换，则表明系统未达到稳定或湿球温度计缺水；6） 停止加热，风机继续运转几分钟，待温度降低再停风机，然后取出试样，结束实验2．注意事项1） 空气流量不宜过大，防止噪音太大；2） 加热电流不宜过大，以防止损坏电阻和控温精度下降；3） 称重传感器极易损坏，使用时一定不能超重，严禁手压 五、实验数据记录及整理： 1．实验数据记录图2-79 洞道干燥曲线测定实验——数据记录 2．实验数据整理图2-80 洞道干燥曲线测定实验——数据整理、作图（干燥曲线图） 图2-81 洞道干燥曲线测定实验——数据整理、作图（干燥速率曲线图）六、实验报告要求：1．在普通坐标纸上绘出干燥曲线图和干燥速率曲线，并确定临界点含水量Xo和平衡含水量X*； 2．根据实验结果计算恒速干燥阶段时物料表面与空气之间对流传热系数 七、相关素材：图2-82 洞道干燥曲线测定实验——干燥演示 八、思考题：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？2．在70~80℃的空气流中干燥，经过相当长的时间，能否得到绝干物料？为什么？通常要获得绝干物料采用什么办法？3．试分析恒速干燥阶段干燥速率不变的原因，恒速干燥阶段干燥速率的大小取决于什么？4．降速干燥阶段干燥速率的大小取决于什么？5．影响临界含水量的因素有哪些？临界含水量的测定有何意义？6．为什么在操作过程中要先开鼓风机后再开电加热器，停机时则反之？。