实验七干燥实验

7.7 实验七干燥实验

在化学工业中，常常需要从湿的固体物料中除去湿分，即去湿。干燥是利用热能去湿的单元操作，热能可以以对流、传导、辐射等形式传递给固体物料，干燥设备有流化床干燥器、盘架式干燥器等。本干燥实验装置为洞道式干燥器，洞道式干燥器的结构多样，操作较简单，适合用于物料连续长时间的干燥，尤其在砖瓦、木材、皮革等干燥中广泛应用。

7.7.1 实验目的

（1）了解洞道式循环干燥器的结构、基本流程和操作方法。

（2）掌握物料干燥速率曲线的测定方法及其在工业干燥器的设计与操作中的应用。

（3）掌握影响干燥速率的主要因素以及强化干燥速率的途径。

7.7. 2 实验基本原理

干燥是利用热量去湿的一种方法，它不仅涉及到气、固两相间的传热与传质，而且涉及到湿分以气态或液态的形式自物料内部向表面传质的机理。由于物料的含水性质和物料形状结构的差异，水分传递速率的大小差别很大；概括起来，它受到物料性质、结构及其含水性质，干燥介质的状态（如温度、湿度）、流速、干燥介质与湿物料接触方式等各种因素的影响。目前对干燥机理的研究尚不够充分，干燥速率的数据还主要通过实验测定。

在恒定干燥条件下，即干燥介质湿空气的温度、湿度、流速及湿空气与湿物料的接触方式恒定不变，将湿物料置于干燥介质中测定被干燥湿物料的质量和温度随时间的变化关系，则得图7-7-1所示的干燥曲线，即物料含水量～时间曲线和物料温度～时间曲线。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降速阶段（加热阶段）；恒速干燥阶段与降速阶段交点处的含水量称为物料的临界含水量

X。图中AB段处于预热阶段，

d X较小）。空气中部分热量用来预热物料，故物料含水量和温度均随时间变化不大（即τd/

在随后的第Ⅱ阶段BC，由于物料表面存在足够的自由水分使物料表面保持湿润状态，所以

t，湿空气传给物料的热量只用于蒸发物料表面的水物料表面温度恒定于空气的湿球温度

w

d X较大）。随着水分不分，物料含水量随时间成比例减少，干燥速率恒定且较大（即τd/

断的干燥汽化进入空气，物料中含水量减少到某一临界含水量

X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润湿，则物料表面将形成“干区”，干燥过程将进入第Ⅲ阶段，干燥速率开始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲线CD逐渐趋X而终止。在降速阶段，随着水分汽化量的减少，湿空气传给物料的显热较于平衡含水量*

水分汽化所需的潜热多，热空气传给物料多余的热量则使物料加热升温。图1中物料含水量曲线对时间的斜率就是干燥速率u，若干燥速率u对物料含水量进行标绘可得图2所示的干燥速率曲线。干燥速率曲线只能通过实验测得，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、结构及所含水分性质的影响。

干燥速率为单位时间、单位干燥面积上汽化的水分质量，用微分式表示为

τ

d d A w u =

（7-7-1） 式中

u ——— 干燥速率，kg/（m 2·s ）；

A ——— 干燥表面，m 2 ；

τd ——— 相应的干燥时间，s ；

w d ——— 汽化的水分量，kg 。

因为X G w d d C -=，并且当各数据点的时间间隔不大时，τ

d d X 可以用增量之比τ∆∆X 来代替， 故式（7-7-1）可改写为

τ

ττ∆∆-=-==

A X G A X G A w u C C d d d d （7-7-2） 式中 C G ——— 湿物料中绝干物料的质量，kg ；

X ——— 湿物料干基含水量，kg 水／kg 绝干料。

负号表示物料含水量随干燥时间的增加而减少。

)1()()1()(++-=⎪⎪⎭

⎫ ⎝

⎛---=∆-i s i s C C i s C C i s C C G G G G G G G G G X G （7-7-3） 式中 )(i s G 、)1(+i s G ——— 分别为τ∆时间间隔内开始和终了时湿物料的质量，kg 。 图2中的横坐标X 应为τ∆时间间隔内物料的平均含水量。

122)1()(1-⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=+=++C i s i s i i G G G X X X （7-7-4） 以u 为纵坐标，平均含水量X 为横坐标，即可绘出干燥速率曲线。

7.7. 3 实验装置与流程

实验采用洞道式循环干燥器，在恒定干燥条件下干燥块状物料（如纸板），其流程如图7-7-3所示。空气由风机1输送，经孔板流量计4、电加热器5送入干燥室9，然后返回风机循环使用。由片式阀门13补充一部分新鲜空气，由片式阀门2放空一部分循环空气，以保持系统湿度恒定。电加热器5由电器面板6上的智能数显调节仪设定操作温度，使进入干燥室空气的温度恒定。干燥室前方装有干球温度计7和湿球温度计8，干燥室后装有出口温度计12，用以确定干燥室的空气状态。空气流速由风速调节阀14调节。

注意：任何时候阀14都不允许全关，否则电加热器就会因空气不流动而过热，引起损坏。除非两个片阀2和13全开。

电器面板6上装有电源开关、电流表以及可以显示实验过程中的孔板两端的压差、空气湿球温度、干燥室前、后及孔板流量计入口的空气温度。

图7-7-3 干燥实验流程示意图

1—风机，2—片式阀门（排出空气），3—入口温度计，4—孔板流量计，5—电加热器

6—电器面板，7—干球温度计（干燥室入口温度），8—湿球湿度计，9—干燥室，10—电子天平 11—试样架，12—出口温度计（干燥室出口温度），13—片式阀门（吸入空气），14—风速调节阀

7.7. 4 主要设备、仪器

（1）风机

湿空气输送风机为YSF7122型。

（2）孔板流量计