洞道干燥实验

一、 实验目的

1. 熟悉道式干燥装置的基本结构、工艺流程、工作原理和操作方法。 2. 了解湿物料临界含水量Xc及干燥速率的影响因素，掌握不同干燥阶段的强化干燥途径。

3．在恒定干燥操作条件下，测定湿物料干燥曲线、干燥速率曲线及临界含水量Xc。

4.计算恒速干燥阶段湿物料与热空气之间对流传热系数a及传热系数KH.

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。

将湿物料试样置于恒定空气流中进行干燥实验，随着干燥时间的延长，水分不断汽化，湿物料质量减少。若记录物料不同时间下质量G，直到物料质量不变为止，也就是物料在该条件下达到干燥极限为止，此时留在物料中的水分就是平衡水分X。再将物料烘干后称重得到绝干物料重Gc，则物料中瞬间含水率X为

X*

GGc Gc计算出每一时刻的瞬间含水率X，然后将X对干燥时间作图，上述干燥曲线还可以变换得到干燥速率曲线。由已测得的干燥曲线求出不同X下的斜率

dX，再由式（10－1）计算得到干燥速率U, d将U对对作图，就是干燥速率曲线

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：

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]

（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）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 干燥速率的定义为单位干燥面积（提供湿分汽化的面积）、单位时间内所除去的湿分质量。即

UGdXdWC AdAd

式中，U－干燥速率，又称干燥通量，kg/（m2s）；

A－干燥表面积，m2；

W－汽化的湿分量，kg；

 －干燥时间，s； Gc－绝干物料的质量，kg；

X－物料湿含量，kg湿分/kg干物料，负号表示X随干燥时间的增加而减

少。

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：

kHUC/(Hs,twH)

式中： —— 恒速干燥阶段物料表面与空气之间对流传热系数[w/m·℃] —— 恒速干燥阶段的干燥速率 [Kg/m·h] —— 干燥器内空气的湿球温度 [℃] —— 干燥器内空气的干球温度 [℃]

2

2

rtw——湿球温度下水的汽化潜热 [J/Kg]

kH——以湿度差为推动力的气象传质系数 [kg水/(s·m)]

2

Hs,tw ——

时空气的饱和湿度 [kg/kg绝干空气]

H——空气湿度 [kg/kg绝干空气]

三、设备参数

洞道截面尺寸：长170mm,宽130mm 干燥物系：湿混纺布料-水 干燥物尺寸：141mmx82mm

鼓风机：上海兴益电器厂BYF7132型三相低噪声中压风机，最大出口风压

为1.7kpa,电机功率为0.55kW.

空气预热器：三个电热器并联，每个电热器的额定功率45KW，额定电压220V。 装置流程图

图1 实验装置流程图

1.中压风机； .孔板流量计；3. 空气进口温度计；4.重量传感器；5.被干燥 物料；6.加热器；7.干球温度计；8.湿球温度计；9.洞道干燥器；10.废气排 出阀；11.废气循环阀；12.新鲜空气进气阀；13.干球温度显示控制仪表；14.湿球温度显示仪表；15.进口温度显示仪表；16.流量压差显示仪表；17.重量 显示仪表；18.压力变送器。

四、实验步骤与注意事项

1．实验步骤

（1）适当打开风机空气进口阀4，全开废气出口阀6.

（2）启动风机，调节废气循环阀5或风机空气进口阀，使空气流量计压差达到设定值。

（3）将支撑架放在洞庭 质量传感器上称出其质量。

（4）取出烘箱中绝干物料，用支撑架固定安置在洞道质量传感器上称出绝

干物料质量。

（5）将书籍质量的绝干物料放入水中浸湿，取出稍候片刻，待水分均匀扩散至整个物料后称取湿物料质量。

（6）向湿球温度计的蓄水池加入适量水，注意水量不能过多，以免溢流洞道内。

（7）启动空气加热器，待干球温度稳定在某设定温度，空气流量稳定后，把湿物料放进洞道，关闭洞道门，记录质量显示仪表数值，然后每隔3min记录数据一次。

（8）待湿物料和支撑架的总质量恒定时，可终止实验。 2. 注意事项

（1）在安装试样时，一定要小心保护传感器，以免用力过大使传感器造成机械性损伤。

（2）为了设备的安全，开机时，一定要先开风机后开空气预热器的电热器。停车时则反之。

（3）实验过程中要特别注意观察湿球温度，要注意向湿球温度蓄水池加水，以免水量过少造成湿球温度偏高。

五、数据记录和处理

撑架质量/g 47.2 绝干物料/g 22.9 空气流量压差/KPa 0.73 空气进口温度/C 44.0 干球温度/C 70 湿球温度/C 33.6 干燥面积/m^2 洞道面积/m^2 项目 0.0231 0.0221 序号 累计时间/min 0 总重/g 1 80.9 干基含水量/（kg/kg绝干物料） 0.47 平均含水干燥速率量/（kg/kg（kg/(s*m^2) 绝干物料) 0.46 0.11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

计算过程：

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 80.3 79.4 78.5 77.8 77.0 76.2 75.5 75.0 74.5 74.2 73.8 73.5 73.2 73.1 72.9 72.6 72.4 72.3 72.1 0.45 0.41 0.37 0.34 0.30 0.27 0.24 0.21 0.19 0.18 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.43 0.39 0.35 0.32 0.28 0.25 0.22 0.20 0.18 0.17 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.22 0.33 0.22 0.22 0.17 0.17 0.11 0.11 0.06 0.11 0.12 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 XGGc=（80.9-42.7-22.9）/22.9=0.47 Gc=(0.45+0.47)/2=0.46 GdXdW=-（22.9/0.0231）*[(0.43-0.46)/180]=0.11 UCAdAd

六、思考题

1.如何提高干燥速率？ 答：（1）提高干燥介质温度

（2）增大介质流速，减薄边界层厚度等，提高对流传热系数。也可提高对流传质系数，利于提高干燥速度

（3）降低干燥的压力 2.影响干燥速率的因素有哪些？ 答：（1）热干燥气的温度和温度 （2）干燥气的流速和流量 （3）操作压力

3.干燥必要的条件是什么 ？

答：物料表面的水汽压强必须大于干燥介质中水汽的分压，两者差别越大，干燥操作进行得越快。所以干燥介质时将汽化的水汽带走，以维持一定的扩散推动力，若干燥介质为水汽所饱和，则推动力为零，这时干燥操作即停止进行。