[工学]化工原理实验4.ppt

一、实验目的及任务 二、基本原理 三、装置和流程 四、操作要求 五、报告要求 六、讨论题 七、附录 * * 干燥实验 ⒈ 了解洞道式循环干燥器的基本流程，设备特点与操作。 ⒉ 掌握物料于干燥速率曲线的测定方法及其在工业干燥器设计中的意义。 3. 测定湿物料的临界水量 ，计算恒速阶段的传质系数 及降速阶段的比例系数 。 1、干燥特性曲线 ◆ 若将湿物料量于干燥条件下，例如一定的温度、湿度和速度的空气流中，测定被干燥物料的重量和温度随时间的变化关系。 联6页 联下页 干燥过程 分为三个 阶段： Ⅰ、物料预热阶段 Ⅱ、恒速干燥阶段 Ⅲ、降速干燥阶段 Ⅰ、 AB段处于预热阶段，空气中部分热量用来加热物料。故物料含水量随时间变化不大（即 较小）。 Ⅱ、 BC段表面存有自由水分，表面温度等于空气湿球温度T ，传入的热量用来蒸发物料表面水分。物料含水量随时间成比例减少，干燥速率恒定且较大 。 Ⅲ、 第Ⅲ阶段，物料中含水量减少到某一临界含水量时，由于物料内部水分的扩散慢于物料表面的蒸发，不足以维持物料表面保持湿润，则物料表面将形成干区。 干燥速率开始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲线CD足见平坦。最后达平衡含水量 而终止。 在降速阶段，随着水分汽化量的减少，传入的显热较汽化带来出的潜热为多。 热空气中部分热量用于加热物料。物料温度开 始上升。Ⅱ与Ⅲ焦点处的含水量称为物料的临 界 含水量X ，在图中物料含水量曲线对时间的斜率就是干燥速率U。 干燥速率U为单位时间在单位干燥面积上汽化的水分量W ： （㎏/㎡·S） 若干燥速率U对物料含水量X进行标绘可得如图所示的干燥曲线。干燥速率曲线只能同过实验测得，因为干燥速率不仅取决于空气的性质和操作条件，而且还受物料性质结构以及所含水分性质的影响。 式中： U —干燥速率（㎏/㎡·S） A —? 干燥表面（㎡） d —相应的干燥时间（S） dw —汽化的水分量（㎏）。 ◆ 图中的横坐标X为 响应于某干燥速率下的物料的平均含水量 : X = =（ ）-1 式中： —某干燥速率下湿物料的平均含水量（㎏） ， —分别为时间 将内开始和终了时湿 物料重量（㎏） —湿物料中绝对于物料的重量（㎏） 2. 传质系数的求取 ⑴ 恒速阶段： ?? 恒速阶段的干燥速率U仅由外部干燥条件决定。物料表面温度近于空气湿球温度t 。 ?????? ◆ 在恒定的干燥条件下，物料表面与空气之间的传热和速率分别用下面式子表示： 式中： Q —空气传给物料的热量（kJ）; —干燥时间（S）； 联13页 A —干燥面积（㎡） —空气至物料表面的传热膜系数（kw/㎡ ） t —空气温度（K） t —湿物料表面温度（K） w —由物料汽化至空气中的水分（㎏） K —以湿度差为动力的传质系数（㎏/㎡·S H） H —空气的湿度（㎏水/㎏干空气） ◆在恒定的干燥条件下，空气的湿度 、湿度H、流速及与物料接触的方式均保持恒定。随空气条件而定的 ， 值 ,干燥推动力 及 均为恒值。 因此，湿物料和空气间的传热速率 及传质速率 均可保持不变。即湿物料以恒定的速率向空气中汽化水分。 在恒速干燥阶段中，空气传给物料的显热等于水分汽化所需的潜热即 : 式中：r — t 时水的汽化潜热（kJ/㎏） ◆代入以上两式得到 由此可知干燥速率或干燥时间也可由传热膜系数来求取。 ◆ 对流传热膜系数 的经验式。对于静止的物料层，若空气平行地流过物料表面时，则为： 式中： —湿空气质量流速 ； —对流传热膜系数 ; ◆ 公式应用条件 =2450~29300（㎏/㎡·h），空气温度为45~150 C。 。 ⑵ 降速阶段： 降速干燥阶段中干燥速率曲线的形状随物料内部结构以及所含水分性质不同。因而干燥曲线只能通过实验得到。 降速阶段干燥时间的计算可以根据干燥速率曲线数据图解求得。