洞道干燥实验(设计型)
设计者：
实验小组成员：
设计时间：2013-1-9
一、实验目的：
1. 了解常压干燥设备的构造，基本流程和操作；
3. 研究气流速度和气流温度对干燥速率曲线的影响。
二、实验原理及说明：
1、干燥曲线
干燥曲线即物料的干基含水量x 与干燥时间θ的关系曲线。它说明物料在干燥过程中，干基含水量随干燥时间的变化关系：
X=F(θ) （1）
典型的干燥曲线如图3-11所示。
实验过程中，在衡定的干燥条件下，测定物料总质量随时间的变化，直到物料的质量恒定为止。此时物料与空气间达到平衡状态，物料中所含水分即为该空气条件下的平衡水分。然后将物料的绝干质量，则物料的瞬间干基含水量为： c
c
W W W X -=
（Kg 水/kg 绝干物料） （2）
式中：W ——物料的瞬间质量（kg ）
W C ——物料的绝干质量（kg ）
将X 对θ进行标绘，就得到如下图所示的干燥曲线。
u
x
A
A
x θ
图1、 干燥曲线和干燥速率曲线
干燥曲线的形状由物料性质和干燥条件决定。 2、干燥速率曲线
干燥速率曲线是指在单位时间内，单位干燥面积上气化的水分质量。蜂鸣器驱动电路
()
s m kg Ad w
Ad dw N a ⋅∆==2θ
θ （3） A ——干燥面积（m 2）
W ——从被干燥物料中除去的水分质量（kg ）
干燥面积和绝干物料的质量均可测得，为了方便起见，可近似用下式计算干燥速率：
θ
θ∆∆=
=A w
Ad dw N a [kg/m 2s] 或 [g/m 2s] （4） 本实验是通过测出每挥发一定量的水分（Δw ）所需要的时间（Δθ）来实现测定干燥速率的。
影响干燥速率的因素很多，它与物料性质和干燥介质（空气）的情况有关。在干燥条件下不变的情况下，对同类物料，当厚度和形状一定时，速率Na 是物料干基含水量的函数。Na = f(X) （5） 3、传质系数(恒速干燥阶段)
干燥时在恒速干燥阶段，物料表面与空气之间的传热速率和传质速率可分别以下面两式表示：
()w t t Ad dQ -=αθ
（6） ()H H K Ad dw w H -=θ （7）
Q ——由空气传给物料的热量（KJ ）
α——对流传热系数（Kw/m 2℃） t 、t w ——空气的干、湿球温度（℃）
K H ——以湿度差为推动力的传质系数（kg/m 2s △H ）
H w 、H ——与t 、t w 相对应的空气的湿度（kg/kg 干空气）
当物料一定，干燥条件恒定时，α，K H 的值也保持恒定。在恒速干燥阶段物料表面保持足够润湿，干燥速率由表面水分汽化速率所控制。若忽略以辐射及传导方式传递给物料的热量，则物料表面水分汽化所需要的潜热全部由空气以对流的方式供给，此时物料表面温度即空气的湿球温度t w ，水分汽化所需热量等于空气传入的热量，即：
Q w w d d r =⋅ r w —t w 时水的 汽化潜热（KJ/Kg ） （8）
因此有：
θ
θd A dQ
d A d r w w ⋅=
⋅⋅ 即： ()()w w h w t t H H K r -=-α
（9）
H
H t t r K w w
w
H --⋅
=
α
（10）
对于水—空气干燥传质系统，当被测气流的温度不太高，流速＞5m/s 时，上式（10）又可简化为： 09
.1α
=
H K （11）
K H 的计算：
（1）查H 、H w ：
由干湿球温度t 、t w ，根据湿焓图或计算出相应的H ，H w ；
因为从流量计到干燥室虽然空气的温度、相对湿度发生变化，但其湿度未变。因此，我们可以利用干燥室处的H来计算流量计处的物性。已知测得孔板流量计前气温是t
L
，则：
流量计处湿空气的比体积：v
H =(2.83×10-3+4.56×10-3H)(t+273) [kg
水
无机抗菌剂/m3
干气
]
流量计处湿空气的密度是：ρ=（1+H）/v
H [kg/m3
湿气
]
（3）计算流量计处的质量流量m[kg/s]：
测得孔板流量计的压差计读数为ΔP [Pa]：
流量计的孔流速度：
ρP
C u
∆⋅⋅
=
2 0
[m/s]
流量计处的质量流量：m=u
0×A
×ρ [kg/s] A
为孔板孔面积
（4）干燥室的质量流速G[kg/m2s]：
虽然从流量计到干燥室空气的温度、相对湿度、压力、流速等均发生变化，但两个截面的湿度H和质量流量m却一样。因此，我们可以利用流量计处的m 来计算干燥室处的质量流速G：
干燥室的质量流速为：G=m/A [kg/m2s] A为干燥室的横截面积（5）传热系数α的计算：
干燥介质（空气）流过物料表面可以是平行的，也可以是垂直的，也可以是倾斜的。实践证明，只有空气平行物料表面流动时，其对流传热系数最大，干燥最快最经济。因此将干燥物料做成薄板状，其平行气流的干燥面最大，而在计算传热系数时，因为两个垂直面面积较小、传热系数也远远小于平行流动的传热系数，所以其两个横向面积的影响可忽略。
采用α经验式：对水-空气系统，当空气流动方向与物料表面平行，其质量流速G=0.68~8.14kg/m2s；t=45~150℃。
8.0
0143
.0G
=
α [kw/m2℃] （12）
（6）计算K
H
：
由（12）计算出α代入（11）式即可用式计算出传质系数K
H
。
三、实验装置
蝶阀
电加热器
进新鲜气
排出部分废气
Gc=21g
t
L
干燥室
脱水拖把棉纱
水杯
湿球温度计原理图
湿物料尺寸
热电阻
气流
控
φ55.77φ72
寻星计算程序
远程控制杀虫灯ΔP
重量传感器
图1 洞道式干燥装置
本装置由离心式风机送风，先经过一圆管经孔板流量计测风量，经电加热室加热后，进入方形风道，流入干燥室，再经方变圆管流入蝶阀可手动调节流量（本实验装置可由调节风机的频率来调节风量，实验时蝶阀处于全开状态），流入风机进口，形成循环风洞干燥。
为防止循环风的湿度增加，保证恒定的干燥条件，在风机进出口分别装有两个阀门，风机出口不断排放出废气，风气进口不断流入新鲜气，以保证循环风湿度不变。
为保证进入干燥室的风温恒定，保证恒定的干燥条件，电加热的二组电热丝采用自动控温，具体温度可人为设定。
本实验有三个计算温度，一是进干燥室的干球温度（为设定的仪表读数），二是进干燥室的湿球温度，三是流入流量计处用于计算风量的温度，其位置如图所示。
本装置管道系统均由不锈钢板加工，电加热和风道采用保温。 有关参数：
中压风机：全风压2KPa ， 风量22m 3/min ，750w 圆管内径：73.6 mm
方管尺寸：150×200 mm （宽×高）
孔板流量计：全不锈钢，环隙取压，孔径57.01mm ，m=0.6 C 0=0.74 电加热：二组2×1.5 Kw ，自动控温
压差传感器：无锡梅园WMF —2000，0～5000 Pa 压差显示仪表：宇电501 热电阻传感器：Pt100 温度数显仪表：宇电501 温度控制器：宇电518
称重传感器：北京正开MCL —L ，0—1000g 称重显示仪表：北京正开MCK —ZS
干燥湿物料：羊毛毡，尺寸为130×80×10（长×宽×厚），绝干重21克本实验消耗和自备设施：
电负荷：3+0.75Kw
四、实验步骤：
1、将待干燥试样浸水，使试样含有适量水分约70克左右（不能滴水），以备干燥实验用。
2、检查风机进出口放空阀应处于开启状态；往湿球温度计小杯中加水；
3、检查电源连接，开启仪控柜总电源。启动风机开关，并调节阀门，使仪表达
到预定的风速值，一般风速调节到600～900Pa；
4、风速调好后，通过温控器仪表手动调节干燥介质的控制温度（一般在80—
95℃之间）。开启加热开关，温控器开始自动控制电热丝的电流进行自动控温，逐渐达到设定温度。
5、放置物料前调节称重显示仪表显示回零。
6、状态稳定后（干、湿球温度不再变化），将试样放入干燥室架子上，等约2
分种，开始读取物料重量（最好从整克数据开始记录），记录下试样质量每减少3克时所需时间，直至时间间隔超过6分钟左右时停止记录；
7、取出被干燥的试样，先关闭加热开关。当干球温度降到60℃以下时，关闭风
机的开关，关闭仪表上电开关。
友情提示：
1、干球温度一般控制在80—95℃之间。
2、放物料时，手要用水淋湿以免烫手；放好物料时检查物料是否与风向平行。
注意事项
1、在总电源接通前，应检查相电是否正常，严禁缺相操作。
2、不要将湿球温度计内的湿棉纱弄脱落，调试好湿球温度后，最好不要让学生乱动。
3、所有仪表按键最好由老师提前设定或调节好，学生不要乱动。
4、开加热电压前必须开启风机，并且必须调节变频器有一定风量，关闭风机前必须先关闭电加热，且在温度降低到60℃以下时再停风机。本装置在设计时，加热开关在风机通电开关下游，只有开启风机开关才能开电加热，若关闭风机，则电加热也会关闭。虽然有这样的保护设计，但是我们还是希望用户在操作时按照说明书进行。
五、试验数据记录与计算示例：
表1 设备物料有关恒定数据（单位：mm）
物料尺寸干燥室尺寸孔板尺寸
无油空压机结构图长宽厚绝干重（g）高宽孔径管径
130 80 10 29.34 200 150 57.01 73.6
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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