干燥实验一、实验目的及任务
⒈ 了解 洞道式循环干燥器 的基本流程，设备特点与操作。
⒉ 掌握物料于干燥速率曲线的 测定方法 及其在工业干燥器设计中的意义 。
3,测定湿物料的 临界水量,计算恒速阶段的传质系数 及降速阶段的 比例系数 。
OX
HK XK
二、基本原理
1、干燥特性曲线
◆ 若将湿物料量于干燥条件下，例如一定的温度、
湿度和速度的空气流中，
测定被干燥物料的重量和温度随时间的变化关系。
联 6页联下页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,降速干燥阶段
Ⅰ,AB段处于预热阶段,空气中部分热量用来加热物料。故物料含水量随时间变化不大（即 较小）。ddx
Ⅱ,BC段 表面存有自由水分,表面温度等于空气湿球温度 T,传入的热量用来蒸发物料表面水分 。 物料含水量随时间成比例减少,干燥速率恒定且较大 。
W
Ⅲ,第 Ⅲ 阶段,物料中含水量减少到 某一临界含水量 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湿润，则物料表面将形成干区。
干燥速率开始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲线 CD足见平坦。最后达 平衡含水量 而终止。*X
在降速阶段，随着水分汽化量的减少，传入的显热较汽化带来出的潜热为多。
热空气中部分热量用于加热物料。物料温度开始上升。 Ⅱ 与 Ⅲ 焦点处的含水量称为 物料的临 界含水量 X,在 图中 物料含水量曲线对时间的斜率就是干燥速率 U。
0
干燥速率 U为单位时间在单位干燥面积上汽化的水分量 W,
dA
dwU
（㎏ /㎡ ·S ）
若干燥速率 U对物料含水量 X进行标绘可得 如 图所示 的干燥曲线。 干燥速率曲线只能同过实验测得,
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以及所含水分性质的影响 。
式中,U — 干燥速率 （ ㎏ /㎡ ·S ）
A — 干燥表面 （ ㎡ ）
d — 相应的干燥时间 （ S）
dw — 汽化的水分量 （ ㎏ ） 。
◆ 图中的横坐标 X为响应于某干燥速率下的物料的平均含水量,
X =
=（ ） -1
平 2
1 ii xx
c
sisi
G
GG
2
1
式中：
— 某干燥速率下湿物料的平均含水量 （ ㎏ ）
,— 分别为时间 将内开始和终了时湿物料重量 （ ㎏ ）
— 湿物料中绝对于物料的重量 （ ㎏ ）
平X
siG
1?siG
cG
2,传质系数的求取
⑴ 恒速阶段,恒速阶段的干燥速率 U仅由外部干燥条件 决定。物料表面温度 近于空气湿球温度 t 。
w
◆ 在恒定的干燥条件下,物料表面与空气之间的传热和速率分别用下面式子表示：
Wtt
Ad
dQ
HHKAddw WH
式中：
Q — 空气传给物料的热量 （ kJ） ;
— 干燥时间 （ S） ；
联
13
页
A — 干燥面积 （ ㎡ ）
— 空气至物料表面的传热膜系数 （ kw/㎡ ）
t — 空气温度 （ K）
t — 湿物料表面温度 （ K）
w — 由物料汽化至空气中的水分 （ ㎏ ）
K — 以湿度差为动力的传质系数 （ ㎏ /㎡ ·S H）
H — 空气的湿度（㎏水 /㎏ 干空气）
W
H?
◆ 在恒定的干燥条件下，空气的湿度,湿度 H、
流速及与物料接触的方式均保持恒定。随空气条件而定的,值,干燥推动力 及 均为恒值。
1t
HKWttHH W?
因此,湿物料和空气间的传热速率 及传质速率 均可 保持不变 。 即 湿物料以恒定的速率向空气中汽化水分 。
Ad
dQ
Ad
dw
在恒速干燥阶段中，空气传给物料的显热等于水分汽化所需的潜热即,
dwrdQ W
式中,r — t 时水的汽化潜热（ kJ/㎏ ）
ww
◆ 代入 以上两式 得到
W
W
WH
W
tt
r
HHK
Adr
dQ
Ad
dw
u
由此可知干燥速率或干燥时间也可由传热膜系数来求取。
◆ 对流传热膜系数 的经验式 。 对于静止的物料层,
若空气平行地流过物料表面时,则为：
800 2 0 40,L.
式中：
— 湿空气质量流速 ；
— 对流传热膜系数 ;
L?
hmkg?2?
Cmw2
◆ 公式应用条件 =2450~29300（㎏ /㎡ ·h ），空气温度为 45~150 C。
L?
。
⑵ 降速阶段,降速干燥阶段中干燥速率曲线的形状随物料内部结构以及所含水分性质不同。因而干燥曲线 只能通过实验得到 。
降速阶段干燥时间的计算可以根据干燥速率 曲线数据图解求得 。当降速阶段的干燥速率近似看作与物料的自由水量 (x-x )成正比例时干燥速率曲线可简化为直线。
*
即为,
*
x xxku
则*
x xxuk
式中：
— 以含水量差 为推动力的比例系数
U — 物料含水量为 x时的干燥速率
X — 在 时的物料含水量 （ ㎏ /㎏ 绝干物料 ）
— 物料的平衡含水量 （ ㎏ /㎏ 绝干物料 ） ；
xK
xxsmkg2
smkg?2
*x
◆ 由实验测得的物料临界含水量 对于干燥装置的设计十分重要 。
0x
三、装置和流程孔板流量计,管径 D=106㎜ ； 孔径 =68.46㎜ ;
孔流系数 C =0.6655
0
干燥室尺寸,0.15(m)× 0.20(m)
◆ 电加热器共有三组电热丝，每组功率为 1KW。
三组中 一组由触点温度计通过晶体管继电器控制 。
另 两组由手动控制,用做启动或冬季辅助加热。
1,主要设备规格,参考下页联流程符号设备
1— 风机 10— 干球温度计
2— 孔板流量计 11— 湿球温度计
3— 斜管压差计 12— 触点温度计
4— 风速调节阀 13— 晶体管继电器
5— 电加热器 14— 电流表
6— 干燥室 15— 吸气阀门
7— 试样 16— 排气阀门
8— 天平 A,B,C— 电源开关
9— 防风罩 17— 接地保护线符号说明 见上页
2,实验流程：
空气由风机 1，孔板流量计 2，电加热器 5送入干燥室 6，然后返回风机,循环使用 。
由片式阀门 15补充一部分新鲜空气，由阀门 16
放空一部分循环气，以 保持系统温度恒定 。
电加热器由触点温度计 12及晶体管继电器 13
控制，使进入干燥室空气的温度恒定。
联接流程图干燥室前方装有干球温度计，风机出口及干燥室后也装有温度计，都用以确定干燥室的空气状态。
空气流速由碟型阀 4调节 。 注意 ！ 任何时候这阀都不允许全关,否则电加热器,就会因空气不流动而过热,引起损坏 。
四、操作要求
1,实验前将已知干重量的试样放如水中浸湿，拿出稍侯片刻,让水分均匀扩散至整个试样 。然后称取式样重量。
2,开启风机，调节蝶阀至予定风速值,适当打开阀 15,16。调好触点温度计至于定温度，开加热器，
将晶体管继电器开关打开，并打开一组或两组辅助加热器。
◆ 待温度接近预定温度时应注意观察，及时增减辅助加热器。避免“超稳失控”或“欠温失控”，
直至 确信控制正常 后，才让其自动运行。
3,往湿球温度计 加水，不要太多 。以避免溢入风道内。并在实验过程中视蒸发情况中途加水一、
二次。
4,检查天平是否灵活，并调平衡。记下支架重量。待 空气状态稳定后,打开干燥室门，将湿样放入。
◆ 立即加砝码 使天平接近平衡，但砝码一边稍轻，
待水分干燥至天平指针平衡时开动第一个秒表（实验用 2个秒表）。
5,减去 2~3个砝码，待水分再干燥至天平指针平衡时，停第一个秒表，同时 立即开动 第二个秒表。记下干燥时间，以后再减 2~3克砝码，如此往复进行,至试样接近平衡水分 为止。
6,实验结束,先停电加热器，再停风机 卸下试样，并收拾整理现场。
五、报告要求
1,由实验结果 绘出 u— x图,并注明干燥时的操作条件。
3,找出 临界含水量,估计 平衡含水量,
并 计算 值。
0x
*x
HK
2,由实验数据计算 并与通过传热膜系数计算的 值相比较。
HK
HK
六、讨论题
1,多孔吸水性物料如实验中的纸板干燥速率曲线有什么特征？
2,假设干燥过程为绝热增湿过程，如何求得干燥室内空气的平均湿度含量 H？
3,本实验装置在干燥室进口装有干球温度计和湿球温度计，在出口装有干球温度计。
以便确定干燥室内空气性质。
◆ 如果把湿球温度计改装在干燥室出口是否可以？ （ 甚至不装 ） 。 将如何确定干燥室空气性质？ （ 注：不装是指不循环干燥 ） 。
4,为什么同一温度的空气，温度较高有利于干燥进行？
5,本循环干燥实验装置，操作稳定后，假设循环比为 85%，试估计电加热器的热负荷。
七、附录
（干燥室风速计算）
◆ 流经孔板流量计流量计算式,
)S/m)()(/R(g
SkkCV S
2103
0210
102
式中,— 流经孔板的空气体积流量 （ 表压强约
｛ ㎜ /Hg｝,温度取风机出口温度 ） 。
SV
— 孔流系数约为 0.6655。
— 粘度校正系数 。
— 管道粗糙度校正系数 。
— 孔截面积为 (㎡ )
R — 压差计示数 （ ㎜ ） 。
0C
1k 10411,K?
2k 00912,K?
0S
3106813.
— 压差计指示液与空气的密度。因,
取 20 C,760㎜ Hg时数据,
10 10
o
9 9 7103mkg
◆ — 流经孔板流量计的空气密度 。状态和 状态相同。
3mkg
5V
T.T,83 5 42 7 37 6 0 47 6 02 9 31
其中,T— 风机出口端空气温度（ K）
代入式中得,
R
.
R
.....V
S
01110
10
99781921068130091014166550
3
3
sm 3
◆ 流经干燥室平均风速 （ m/S）
u
T
T
S
Vu S 2
2
(m/S)
— 干燥室流通截面积；
T,— 风机出口温度和干燥室温度 （ K）
2S
2T
完制作人,周 坤 杨小伟贾海峰 牛娅丽指导教师：梁英华 李国江
⒈ 了解 洞道式循环干燥器 的基本流程，设备特点与操作。
⒉ 掌握物料于干燥速率曲线的 测定方法 及其在工业干燥器设计中的意义 。
3,测定湿物料的 临界水量,计算恒速阶段的传质系数 及降速阶段的 比例系数 。
OX
HK XK
二、基本原理
1、干燥特性曲线
◆ 若将湿物料量于干燥条件下，例如一定的温度、
湿度和速度的空气流中，
测定被干燥物料的重量和温度随时间的变化关系。
联 6页联下页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,降速干燥阶段
Ⅰ,AB段处于预热阶段,空气中部分热量用来加热物料。故物料含水量随时间变化不大（即 较小）。ddx
Ⅱ,BC段 表面存有自由水分,表面温度等于空气湿球温度 T,传入的热量用来蒸发物料表面水分 。 物料含水量随时间成比例减少,干燥速率恒定且较大 。
W
Ⅲ,第 Ⅲ 阶段,物料中含水量减少到 某一临界含水量 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湿润，则物料表面将形成干区。
干燥速率开始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲线 CD足见平坦。最后达 平衡含水量 而终止。*X
在降速阶段，随着水分汽化量的减少，传入的显热较汽化带来出的潜热为多。
热空气中部分热量用于加热物料。物料温度开始上升。 Ⅱ 与 Ⅲ 焦点处的含水量称为 物料的临 界含水量 X,在 图中 物料含水量曲线对时间的斜率就是干燥速率 U。
0
干燥速率 U为单位时间在单位干燥面积上汽化的水分量 W,
dA
dwU
（㎏ /㎡ ·S ）
若干燥速率 U对物料含水量 X进行标绘可得 如 图所示 的干燥曲线。 干燥速率曲线只能同过实验测得,
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以及所含水分性质的影响 。
式中,U — 干燥速率 （ ㎏ /㎡ ·S ）
A — 干燥表面 （ ㎡ ）
d — 相应的干燥时间 （ S）
dw — 汽化的水分量 （ ㎏ ） 。
◆ 图中的横坐标 X为响应于某干燥速率下的物料的平均含水量,
X =
=（ ） -1
平 2
1 ii xx
c
sisi
G
GG
2
1
式中：
— 某干燥速率下湿物料的平均含水量 （ ㎏ ）
,— 分别为时间 将内开始和终了时湿物料重量 （ ㎏ ）
— 湿物料中绝对于物料的重量 （ ㎏ ）
平X
siG
1?siG
cG
2,传质系数的求取
⑴ 恒速阶段,恒速阶段的干燥速率 U仅由外部干燥条件 决定。物料表面温度 近于空气湿球温度 t 。
w
◆ 在恒定的干燥条件下,物料表面与空气之间的传热和速率分别用下面式子表示：
Wtt
Ad
dQ
HHKAddw WH
式中：
Q — 空气传给物料的热量 （ kJ） ;
— 干燥时间 （ S） ；
联
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页
A — 干燥面积 （ ㎡ ）
— 空气至物料表面的传热膜系数 （ kw/㎡ ）
t — 空气温度 （ K）
t — 湿物料表面温度 （ K）
w — 由物料汽化至空气中的水分 （ ㎏ ）
K — 以湿度差为动力的传质系数 （ ㎏ /㎡ ·S H）
H — 空气的湿度（㎏水 /㎏ 干空气）
W
H?
◆ 在恒定的干燥条件下，空气的湿度,湿度 H、
流速及与物料接触的方式均保持恒定。随空气条件而定的,值,干燥推动力 及 均为恒值。
1t
HKWttHH W?
因此,湿物料和空气间的传热速率 及传质速率 均可 保持不变 。 即 湿物料以恒定的速率向空气中汽化水分 。
Ad
dQ
Ad
dw
在恒速干燥阶段中，空气传给物料的显热等于水分汽化所需的潜热即,
dwrdQ W
式中,r — t 时水的汽化潜热（ kJ/㎏ ）
ww
◆ 代入 以上两式 得到
W
W
WH
W
tt
r
HHK
Adr
dQ
Ad
dw
u
由此可知干燥速率或干燥时间也可由传热膜系数来求取。
◆ 对流传热膜系数 的经验式 。 对于静止的物料层,
若空气平行地流过物料表面时,则为：
800 2 0 40,L.
式中：
— 湿空气质量流速 ；
— 对流传热膜系数 ;
L?
hmkg?2?
Cmw2
◆ 公式应用条件 =2450~29300（㎏ /㎡ ·h ），空气温度为 45~150 C。
L?
。
⑵ 降速阶段,降速干燥阶段中干燥速率曲线的形状随物料内部结构以及所含水分性质不同。因而干燥曲线 只能通过实验得到 。
降速阶段干燥时间的计算可以根据干燥速率 曲线数据图解求得 。当降速阶段的干燥速率近似看作与物料的自由水量 (x-x )成正比例时干燥速率曲线可简化为直线。
*
即为,
*
x xxku
则*
x xxuk
式中：
— 以含水量差 为推动力的比例系数
U — 物料含水量为 x时的干燥速率
X — 在 时的物料含水量 （ ㎏ /㎏ 绝干物料 ）
— 物料的平衡含水量 （ ㎏ /㎏ 绝干物料 ） ；
xK
xxsmkg2
smkg?2
*x
◆ 由实验测得的物料临界含水量 对于干燥装置的设计十分重要 。
0x
三、装置和流程孔板流量计,管径 D=106㎜ ； 孔径 =68.46㎜ ;
孔流系数 C =0.6655
0
干燥室尺寸,0.15(m)× 0.20(m)
◆ 电加热器共有三组电热丝，每组功率为 1KW。
三组中 一组由触点温度计通过晶体管继电器控制 。
另 两组由手动控制,用做启动或冬季辅助加热。
1,主要设备规格,参考下页联流程符号设备
1— 风机 10— 干球温度计
2— 孔板流量计 11— 湿球温度计
3— 斜管压差计 12— 触点温度计
4— 风速调节阀 13— 晶体管继电器
5— 电加热器 14— 电流表
6— 干燥室 15— 吸气阀门
7— 试样 16— 排气阀门
8— 天平 A,B,C— 电源开关
9— 防风罩 17— 接地保护线符号说明 见上页
2,实验流程：
空气由风机 1，孔板流量计 2，电加热器 5送入干燥室 6，然后返回风机,循环使用 。
由片式阀门 15补充一部分新鲜空气，由阀门 16
放空一部分循环气，以 保持系统温度恒定 。
电加热器由触点温度计 12及晶体管继电器 13
控制，使进入干燥室空气的温度恒定。
联接流程图干燥室前方装有干球温度计，风机出口及干燥室后也装有温度计，都用以确定干燥室的空气状态。
空气流速由碟型阀 4调节 。 注意 ！ 任何时候这阀都不允许全关,否则电加热器,就会因空气不流动而过热,引起损坏 。
四、操作要求
1,实验前将已知干重量的试样放如水中浸湿，拿出稍侯片刻,让水分均匀扩散至整个试样 。然后称取式样重量。
2,开启风机，调节蝶阀至予定风速值,适当打开阀 15,16。调好触点温度计至于定温度，开加热器，
将晶体管继电器开关打开，并打开一组或两组辅助加热器。
◆ 待温度接近预定温度时应注意观察，及时增减辅助加热器。避免“超稳失控”或“欠温失控”，
直至 确信控制正常 后，才让其自动运行。
3,往湿球温度计 加水，不要太多 。以避免溢入风道内。并在实验过程中视蒸发情况中途加水一、
二次。
4,检查天平是否灵活，并调平衡。记下支架重量。待 空气状态稳定后,打开干燥室门，将湿样放入。
◆ 立即加砝码 使天平接近平衡，但砝码一边稍轻，
待水分干燥至天平指针平衡时开动第一个秒表（实验用 2个秒表）。
5,减去 2~3个砝码，待水分再干燥至天平指针平衡时，停第一个秒表，同时 立即开动 第二个秒表。记下干燥时间，以后再减 2~3克砝码，如此往复进行,至试样接近平衡水分 为止。
6,实验结束,先停电加热器，再停风机 卸下试样，并收拾整理现场。
五、报告要求
1,由实验结果 绘出 u— x图,并注明干燥时的操作条件。
3,找出 临界含水量,估计 平衡含水量,
并 计算 值。
0x
*x
HK
2,由实验数据计算 并与通过传热膜系数计算的 值相比较。
HK
HK
六、讨论题
1,多孔吸水性物料如实验中的纸板干燥速率曲线有什么特征？
2,假设干燥过程为绝热增湿过程，如何求得干燥室内空气的平均湿度含量 H？
3,本实验装置在干燥室进口装有干球温度计和湿球温度计，在出口装有干球温度计。
以便确定干燥室内空气性质。
◆ 如果把湿球温度计改装在干燥室出口是否可以？ （ 甚至不装 ） 。 将如何确定干燥室空气性质？ （ 注：不装是指不循环干燥 ） 。
4,为什么同一温度的空气，温度较高有利于干燥进行？
5,本循环干燥实验装置，操作稳定后，假设循环比为 85%，试估计电加热器的热负荷。
七、附录
（干燥室风速计算）
◆ 流经孔板流量计流量计算式,
)S/m)()(/R(g
SkkCV S
2103
0210
102
式中,— 流经孔板的空气体积流量 （ 表压强约
｛ ㎜ /Hg｝,温度取风机出口温度 ） 。
SV
— 孔流系数约为 0.6655。
— 粘度校正系数 。
— 管道粗糙度校正系数 。
— 孔截面积为 (㎡ )
R — 压差计示数 （ ㎜ ） 。
0C
1k 10411,K?
2k 00912,K?
0S
3106813.
— 压差计指示液与空气的密度。因,
取 20 C,760㎜ Hg时数据,
10 10
o
9 9 7103mkg
◆ — 流经孔板流量计的空气密度 。状态和 状态相同。
3mkg
5V
T.T,83 5 42 7 37 6 0 47 6 02 9 31
其中,T— 风机出口端空气温度（ K）
代入式中得,
R
.
R
.....V
S
01110
10
99781921068130091014166550
3
3
sm 3
◆ 流经干燥室平均风速 （ m/S）
u
T
T
S
Vu S 2
2
(m/S)
— 干燥室流通截面积；
T,— 风机出口温度和干燥室温度 （ K）
2S
2T
完制作人,周 坤 杨小伟贾海峰 牛娅丽指导教师：梁英华 李国江
