洞道干燥特性曲线测定实验
一、实验目的
1. 了解洞道干燥装置和流化床干燥装置的基本结构、工艺流程和操作方法。
2. 学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法。
3. 掌握根据实验干燥曲线求干燥速率曲线、恒速阶段干燥速率、临界含水量、平衡含水量的实验分析方法。
4. 实验研究干燥条件对于干燥过程特性的影响。
二、基本原理
在设计干燥器的尺寸或确定干燥器的生产能力时，被干燥物料在给定干燥条件下的干燥速率、临界湿含量和平衡湿含量等干燥特性数据是最基本的技术依据参数。由于实际生产中被干燥物料的性质千变万化，因此对于大多数具体的被干燥物料而言，其干燥特性数据常常需要通过实验测定而取得。
1. 干燥速率的定义
干燥速率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：
CGdXdWUAdAd kg/(m2s) (11－1)
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
2. 干燥速率的测定方法
（1）将电子天平开启，待用。将快速水分测定仪开启，待用。
（2）将0.5~1kg的湿物料（如取0.5~1kg的黄豆放入60~70℃的热水中泡30min，取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用。
（3）开启风机，调节风量至40～60m3/h，打开加热器加热。待热风温度恒定后（通常可设定在70～80℃），将湿物料加入流化床中，开始计时，每过4min取出10克左右的物料，同时读取床层温度。将取出的湿物料在快速水分测定仪中测定，得初始质量iG和终了质量iCG。则物料中瞬间含水率 iCiCiiGGGX。
计算出每一时刻的瞬间含水率iX，然后将iX对干燥时间i作图，如图11－1，即为干燥曲线。
图11－1恒定干燥条件下的干燥曲线
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iX下的斜率iiddX，再由式11－1计算得到干燥速率U，将U对X作图，就是干燥速率曲线，如图11－2所示。
图11－2恒定干燥条件下的干燥速率曲线
3. 干燥过程分析
预热段见图11－1的AB段。物料在预热段中，含水率略有下降，温度则升至湿球温度tW ,干燥速率可能呈上升趋势变化，也可能呈下降趋势变化。预热段经历的时间很短。恒速干燥阶段见图11－1中的BC段。该段物料水分不断汽化，含水率不断下降。但由于这一阶段去除的是物料表面附着的非结合水分，水分去除的机理与纯水的相同，故在恒定干燥条件下，物料表面始终保持为湿球温度tW，传质推动力保持不变，因而干燥速率也不变。于是，在图11－2中，BC段为水平线。只要物料表面保持足够湿润，物料的干燥过程中总处于恒速阶段。而该段的干燥速率大小取决于物料表面水分的汽化速率，亦即决定于物料外部的空气干燥条件，故该阶段又称为表面汽化控制阶段。降速干燥阶段 随着干燥过程的进行，物料内部水分移动到表面的速度赶不上表面水分的气化速率，物料表面局部出现“干区”，尽管这时物料其余表面的平衡蒸汽压仍与纯水的饱和蒸汽压相同，但以物料全部外表面计算的干
燥速率因“干区”的出现而降低，此时物料中的的含水率称为临界含水率，对应图11－2中的C点，称为临界点。过C点以后，干燥速率逐渐降低至D点，C至D阶段称为降速第一阶段。干燥到点D时，物料全部表面都成为干区，汽化面逐渐向物料内部移动，汽化所需的热量必须通过已被干燥的固体层才能传递到汽化面；从物料中汽化的水分也必须通过这一干燥层才能传递到空气主流中。干燥速率因热、质传递的途径加长而下降。此外，在点D以后，物料中的非结合水分已被除尽。接下去所汽化的是各种形式的结合水，因而，平衡蒸汽压将逐渐下降，传质推动力减小，干燥速率也随之较快降低，直至到达点E时，速率降为零。这一阶段称为降速第二阶段。降速阶段干燥速率曲线的形状随物料内部的结构而异，不一定都呈现前面所述的曲线CDE形状。对于某些多孔性物料，可能降速两个阶段的界限不是很明显，曲线好像只有CD段；对于某些无孔性吸水物料，汽化只在表面进行，干燥速率取决于固体内部水分的扩散速率，故降速阶段只有类似DE段的曲线。与恒速阶段相比，降速阶段从物料中除去的水分量相对少许多，但所需的干燥时间却长得多。总之，降速阶段的干燥速率取决与物料本身结构，而与干燥介质状况关系不大，故降速阶段又称物料内部迁移控制阶段。
三、实验装置
1．装置流程，如图：
2．主要设备及仪器
（1）鼓风机：220VAC,550W,最大风量:95m3/h,550W；（2）电加热器：额定功率2.0KW；
（3）干燥室；（4）干燥物料：湿黄豆；
四、实验步骤
（1）开启风机。打开仪表控制柜电源开关，加热器通电加热，床层进口温度要求恒定在70~80℃左右。
（2）将准备好的耐水硅胶/绿豆加入流化床进行实验。
（3）每隔4min取样5~10克左右分析,同时记录床层温度。
（4）待耐水硅胶/绿豆恒重时，即为实验终了，关闭仪表电源。关闭加热电源。
（5）关闭风机，切断总电源，清理实验设备。
五、实验报告
1．实验数据记录
（1）洞道
时间/min 重量/g 含水率X 时间/h 斜率 干燥速率*面积N/kg/h
0 38.1 1.14 0 -1.01124 18.00007
1 37.8 1.12 0.016667 -1.01124 18.00007
2 37.5 1.11 0.033333 -1.34831 23.99992
3 37 1.08 0.05 -1.51685 26.99993
4 36.6 1.06 0.066667 -1.34831 23.99992
5 36.2 1.03 0.083333 -1.51685 26.99993
6 35.7 1.01 0.1 -1.51685 26.99993
7 35.3 0.98 0.116667 -1.34831 23.99992
8 34.9 0.96 0.133333 -0.67416 12.00005
9 34.9 0.96 0.15 -1.51685 26.99993
10 34 0.91 0.166667 -2.19101 38.99998
11 33.6 0.89 0.183333 -1.34831 23.99992
12 33.2 0.87 0.2 -1.17978 21.00008
13 32.9 0.85 0.216667 -1.17978 21.00008
14 32.5 0.83 0.233333 -1.34831 23.99992
15 32.1 0.80 0.25 -1.34831 23.99992
16 31.7 0.78 0.266667 -1.34831 23.99992
17 31.3 0.76 0.283333 -1.17978 21.00008
18 31 0.74 0.3 -1.17978 21.00008
19 30.6 0.72 0.316667 -0.67416 12.00005
20 30.6 0.72 0.333333 -1.17978 21.00008
21 29.9 0.68 0.35 -1.68539 29.99994
22 29.6 0.66 0.366667 -1.01124 18.00007
23 29.3 0.65 0.383333 -1.17978 21.00008
24 28.9 0.62 0.4 -1.17978 21.00008
25 28.6 0.61 0.416667 -1.01124 18.00007
27 28 0.57 0.45 -1.01124 18.00007
29 27.4 0.54 0.483333 -1.01124 18.00007
31 26.8 0.51 0.516667 -0.92697 16.50007
33 26.3 0.48 0.55 -0.8427 15.00006
35 25.8 0.45 0.583333 -0.8427 15.00006
37 25.3 0.42 0.616667 -0.75843 13.50005
39 24.9 0.40 0.65 -0.67416 12.00005
41 24.5 0.38 0.683333 -0.75843 13.50005
43 24 0.35 0.716667 -0.75843 13.50005
45 23.6 0.33 0.75 -0.67416 12.00005
47 23.2 0.30 0.783333 -0.64045 11.40001
52 22.3 0.25 0.866667 -0.57303 10.19993
57 21.5 0.21 0.95 -0.50562 9.000036
62 20.8 0.17 1.033333 -0.4382 7.79996
67 20.2 0.13 1.116667 -0.40449 7.199922
72 19.6 0.10 1.2 -0.40449 7.199922
77 19 0.07 1.283333 -0.3427 6.10006
83 18.5 0.04 1.383333 -0.30899 5.500022
90 17.8 0.00 1.5 -0.33708 6.000024
2．绘制干燥曲线
干燥曲线0.000.200.400.600.801.001.200.016666670.050.10.233333330.266666670.30.383333330.416666670.516666670.683333330.783333330.951.116666671.283333331.5干燥时间t/hX/kg水/kg纯干物料干燥曲线
3．根据干燥曲线作干燥速率曲线
恒定干燥条件下的干燥速率曲线0510152025300.000.200.400.600.801.001.20干基含水量X干燥速率*干燥面积N/kg/h恒定干燥条件下的干燥速率曲线