實驗四干燥速率曲線的測定實驗一、實驗目的1．熟悉常壓洞道式（廂式）干燥器的構造和操作；2．測定在恒定干燥條件（即熱空氣溫度、濕度、流速不變、物料與氣流的接觸方式不變）下的濕物料干燥曲線和干燥速率曲線；3．測定該物料的臨界濕含量X0；4．掌握有關測量和控制儀器的使用方法。二、基本原理當濕物料與干燥介質相接觸時，物料表面的水分開始氣化，并向周圍介質傳遞。根據干燥過程中不同期間的特點，干燥過程可分為兩個階段。第一個階段為恒速干燥階段。在過程開始時，由于整個物料的濕含量較大，其內部的水分能迅速地達到物料表面。因此，干燥速率為物料表面上水分的氣化速率所控制，故此階段亦稱為表面氣化控制階段。在此階段，干燥介質傳給物料的熱量全部用于水分的氣化，物料表面的溫度維持恒定（等于熱空氣濕球溫度），物料表面處的水蒸汽分壓也維持恒定，故干燥速率恒定不變。第二個階段為降速干燥階段，當物料被干燥達到臨界濕含量后，便進入降速干燥階段。此時，物料中所含水分較少，水分自物料內部向表面傳遞的速率低于物料表面水分的氣化速率，干燥速率為水分在物料內部的傳遞速率所控制。故此階段亦稱為內部遷移控制階段。隨著物料濕含量逐漸減少，物料內部水分的遷移速率也逐漸減少，故干燥速率不斷下降。恒速段的干燥速率和臨界含水量的影響因素主要有：固體物料的種類和性質；固體物料層的厚度或顆粒大小；空氣的溫度、濕度和流速；空氣與固體物料間的相對運動方式。恒速段的干燥速率和臨界含水量是干燥過程研究和干燥器設計的重要數據。本實驗在恒定干燥條件下對帆布物料進行干燥，測定干燥曲線和干燥速率曲線，目的是掌握恒速段干燥速率和臨界含水量的測定方法及其影響因素。⒈干燥速率的測定（7-1）式中：—干燥速率，kg/（m2·h）；—干燥面積，m2，（實驗室現場提供）；—時間間隔，h；—時間間隔內干燥氣化的水分量，kg。⒉物料干基含水量（7-2）式中：—物料干基含水量，kg水/kg絕干物料；—固體濕物料的量，kg；—絕干物料量，kg。⒊恒速干燥階段，物料表面與空氣之間對流傳熱系數的測定（7-3）（7-4）式中：—恒速干燥階段物料表面與空氣之間的對流傳熱系數，W/（m2·℃）；—恒速干燥階段的干燥速率，kg/（m2·s）；—干燥器內空氣的濕球溫度，℃；—干燥器內空氣的干球溫度，℃；—℃下水的氣化熱，J/kg。⒋干燥器內空氣實際體積流量的計算由節流式流量計的流量公式和理想氣體的狀態方程式可推導出：（7-5）式中：—干燥器內空氣實際流量，m3/s；—流量計處空氣的溫度，℃；—常壓下t0℃時空氣的流量，m3/s；—干燥器內空氣的溫度，℃。（7-6）（7-7）式中：C0—流量計流量系數，C0=0.67A0—節流孔開孔面積，m2；d0—節流孔開孔直徑，d0=0.050m；ΔP—節流孔上下游兩側壓力差，Pa；ρ—孔板流量計處時空氣的密度，kg/m3。三、實驗裝置1．裝置流程空氣用風機送入電加熱器，經加熱的空氣流入干燥室，加熱干燥室中的濕毛氈后，經排出管道排入大氣中。隨著干燥過程的進行，物料失去的水分量由稱重傳感器和智能數顯儀表記錄下來。實驗裝置如圖1所示。圖1干燥裝置流程圖1-風機2-可移動實驗框架3-旁路閥4-氣路管道5-差壓傳感器6-不銹鋼孔板流量計7-電加熱管8-風量均布器9-支桿10、11-干球、濕球溫度傳感器12-可視門13-精密稱重傳感器14-蝶閥315-蝶閥216-蝶閥117-總電源空氣開關18-儀表電源開關19-變頻器電源開關20-風機電源切換開關21-電加熱管停止按鈕22-干球溫度手自動切換開關及手動調節旋鈕23-干球溫度自動調節儀24-指示燈25-電加熱管啟動按鈕26-加熱管電壓指示27-智能風量控制儀28-智能多路液晶顯示儀29-變頻器（1）風機電源切換開關：有三個位：直接、停止、變頻分別為風機電源由電網直接提供、風機停止和風機電源由變頻器提供。（2）智能多路液晶顯示儀的1~3通道分別為：空氣流量、濕球溫度、稱重重量。（3）風機電源切換開關：為3位開關，當開關打到左邊位置時為直接電源給風機供電；當開關打到中間位置時為停止位置；當開關打到右邊位置時為變頻器輸出電源給風機供電。相應上面的指示燈指示的是直接風機供電時的風機電源指示。（4）風量控制：可通過儀表實現自動控制及調節旋鈕實現手動風量控制，但風量不得低于50m3/h，否則會因為風量過小而使燒壞加熱管。控制方法是：1）手動控制時，將風量手自動切換開關打到手動位置，通過調節手動旋鈕即可對變頻器輸出控制，從而控制風機風量；2）自動控制時，將手自動切換開關打到自動位置，這時可通過儀表對變頻器輸出控制，從而也實現了對從而控制風機風量。2．主要設備及儀器鼓風機：MY250W,250W電加熱器：4.5KW干燥室：180mm×180mm干燥物料：濕毛氈稱重傳感器：YZ108A型，0～300g。洞道干燥干燥面積＝0.03588m2和0.03497m洞道干燥控制儀表（AI－518）控制參數M5＝100P＝8T＝200CTRL＝4CTL＝1四、實驗步驟與注意事項（一）實驗步驟1．打開儀表控制柜上的儀表電源開關，開啟儀表。2．打開儀表控制柜上的風機電源開關，開啟風機，這時加熱管停止按鈕燈亮。3．按下加熱管啟動按鈕，啟動加熱管電源，剛開始加熱時，打開加熱管電源開關，可通過儀表實現自動控制及調節旋鈕實現手動控制干球溫度。其方法是：（1）手動控制時，將手自動切換開關打到手動位置，通過調節手動旋鈕即可對加熱管電壓實現控制，從而控制干球溫度；（2）自動控制時，將手自動切換開關打到自動位置，這時可通過儀表對加熱管的電壓進行控制，從而也實現了對干球溫度的控制。干燥室溫度（干球溫度）要求恒定在70℃3．將毛氈加入一定量的水并使其潤濕均勻，注意水量不能過多或過少。4．當干燥室溫度恒定在70℃時,一定在老師的指導下或由老師將濕毛氈十分小心地懸掛于稱重傳感器下的托盤上。放置毛氈時應特別注意不能用力下拉，因稱重傳感器是非常精密的儀器，且其測量上限僅為300克，稍微的力均會完全損壞稱重傳感器導致不能再使用5．記錄時間和毛氈和剩余水的重量，即為重量顯示儀的讀數，每分鐘記錄一次數據；每兩分鐘記錄一次干球溫度和濕球溫度。6．待毛氈恒重時，即為實驗終了時，按下停止按鈕，停止加熱，注意保護稱重傳感器，一定在老師的指導下或由老師非常小心地取下毛氈。7．等20分鐘后，當干球溫度降到30度左右時關閉風機電源、關閉儀表電源，清理實驗設備。（二）注意事項1．必須先開風機，后開加熱器，否則加熱管可能會被燒壞。但目前該問題已從電路上解決。2．特別注意傳感器是非常精密的儀器，且其負荷量僅為300克，放取毛氈