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过程工程原理实验(甲)——计算机远程控制干燥实验试卷教案

来源:澳客彩票网官网    发布时间:2024-10-26 08:55:21

  

过程工程原理实验(甲)——计算机远程控制干燥实验试卷教案

  根据原始数据直接画出干燥速率曲线,同样得到较杂乱的U-X图,从中找出临界含水量Xc=0.06323。

  3、各个状态下的湿度和汽化潜热是通过读图和查表得到的,不可能非常精确,会有一定误差。

  恒定干燥条件是指干燥介质空气的温度、湿度、速度以及与物料接触的情况均维持恒定.

  温度:能够最终靠设置电加热器保持恒定的加热功率,并观察干燥室进口处的温度计读数是否恒定来判断。

  对于湿度:由于大气环境相对来说比较稳定,而实验所用气体是直接从大气中抽取,因此在实验过程中认为入口空气中水分含量保持不变.

  恒速干燥阶段:湿物料表面全部为非结合水所润湿。在物料表面水分汽化过程中,湿物料内部水分向表面扩散的速率等于或大于水分的表面汽化速率,物料表面总是维持湿润状态,且其表面温度亦为该空气状态下的湿球温度,故该阶段又被称为表面汽化控制阶段。

  降速干燥阶段:湿物料内部水分向表面扩散的速率低于物料表面的汽化速率,则物料温度上升或表面变干,进入降速阶段。随着物料不断干燥,其内部水分愈来愈少,这样,水分由内部向表面传递的速率愈来愈慢,干燥速率亦随之降低,直至物料含水量达到该空气状态下的物料平衡含水量,由于降速阶段的干燥速率取决于物料本身的结构、形状和尺寸,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。

  根据计算机和重量传感器测出的不同时刻物料重量与时间的关系曲线 ,可得出不同时刻物料的干基湿含量:

  按(2)式可得时刻所对应的值,据此即可作出干燥曲线 ,从 曲线图中可找出,再在 曲线上取代表性的点作图求出斜率 ,再按(1)式即可计算出干燥速度,然后绘出干燥速率曲线 ,从 图中可以找出和 。

  查得干燥室出口条件下空气的湿度 ,再根据湿球温度查得空气饱和湿度 。查得湿球温度下的汽化潜热 ,所以:

  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,它受到物料及其含水性质,干燥介质的性质、流速,干燥介质与湿物料接触方式等各种各样的因素的影响。目前对干燥机理的研究尚不够充分,干燥速度的数据还主要是依靠实验。

  空气的流量由孔板流量计测量,孔板两端差压用差压变送器测量,其中孔板的孔径为Φ34mm,风管内径为Φ68mm,干燥室截面积0。1*0。1m2,空气流量由电动调节阀经计算机在线控制调节。系统内空气温度由铜——康铜热电偶测定,干燥室内空气入口及出口的干球温度由传感器8、10测量,温度传感器7测量干燥室出口的湿球温度。空气进口温度T1采用计算机自动控制。物料重量变化由重量传感器测量并由计算机检测显示。

  课程名称:过程工程原理实验(甲)指导老师:成绩:__________________

  2、作出物料在恒定干燥条件下的干燥特性曲线( , ),并求出临界含水量XC、平衡含水量X*及恒速阶段的干燥速度U恒速。

  2、点击电源开关和开始实验按钮,启动风机,调节电动调节阀的开度,将风量设置为0。025kg/s,设置空气进口温度为60.0℃让其加热,待空气温度在计算机屏上显示为一条直线时(或与设定值偏差小于1℃),可采样进行稳定分析,当计算机判断为稳定后,可对干燥物料进行加水浸湿,同时对湿球温度计进行加水,加水结束后,干燥即自动开始。

  得到的图较为杂乱无章,与理论的图形不是很贴切,但可由图中近似得出临界含水量Xc的位置。为得到更为贴切的U—X曲线,我以上图为参考,以Xc=0。12276为分界点,在下面对X—t曲线进行分段拟合。结果如下:

  空气流速:对于某一个风机和管路组成的系统,理论上能够最终靠分别改变风机和管路的特性曲线来条件空气流量。由于风机的转速、半径均不可调,因此只能改变管路特性,本实验即通过对电动调节阀的设置来改变管路阻力,使操作点产生移动,从而控制空气流量。只要在操作的流程中保持阀门开度不变,就可保证空气流量不变;通过入口的孔板流量计可以检测空气流量是否恒定。

  物料中所含湿分性质不同,反映在物料的干燥上,其过程的变化也必各异.为减少影响因素,本实验将湿物料在恒定干燥条件下(即干燥介质空气的温度、湿度、速度以及与物料接触的情况均维持恒定)进行干燥.实验中,通过对湿物料在不同时间内重量的称量,即可求得干燥时间τ与物料湿重量G的关系,将数据加以整理可得到物料的干燥曲线X~τ和干燥速率曲线U~X。

  在本实验中,测出物料失重与时间的关系 ,即得出 , 曲线,进而求出、和 ,并最终求出恒速阶段的传质系数 和传热系数。

  实验室提供的已知物理数据为:物料绝干重量Gc=12.683g,干燥面积A=43.709cm2。

  1、第一组实验(进口温度60℃,空气流量0。025kg/s)干燥特性曲线的求取

  可得一组t、X、U的关联数据。将恒速和降速阶段的U—X数据绘在同一张图上,得:

  物料接触状况:将物料做成薄圆饼状,并使正面垂直于风向再加以固定,确保接触方式维持恒定,并且有较大的接触面积,使干燥速率较快。

  根据上面得到的Xi—t关系数据,得到部分U—X数据见表3。以240s处为例,

  3、当干燥物料的重量不再明显减轻时,此干燥条件下的干燥实验已结束,将此条件下数据来进行取点保存,每隔30s取一个点。

  由图中可知,温度从60℃上升到75℃时,临界含水量Xc下降,平衡含水量X*下降,恒速阶段干燥速率上升.Xc的变化与理论产生了矛盾。

  理论上来讲,温度上升后,物料表面水分汽化速率加快,而内部水分扩散速率不变,因此会提前进入降速干燥阶段,即Xc增大;而由于温度上升后,同一湿度空气的相对湿度下降,因而传质推动力增大,恒速阶段干燥速率上升;同时其干燥能力增大,平衡时物料的平衡含水量X*减小。

  由于未悬挂物料时,重量传感器的读数恒为—1.650g,即基线非零,因此物料的实际重量应加上此读数,如第240s处,Gi=13.9691。650=15。619g。

  实验过程中每隔30s采集一次数据,得到干燥物在各个时刻ti的重量Gi,将实验数据绘成一条曲线。683g,可求得Xi的值。以240s数据为例计算:

  由图中可以较清楚地看出,临界含水量Xc=0.12276,平衡水量X*=0.450。恒速阶段干燥速率

  4、改变气温或气速等操作条件,做出不同空气参数下的干燥特性曲线,同时求出各自的临界含水量、平衡含水量以及恒速阶段的干燥速度、传质系数和传热系数。

  实验装置为洞道敞开式干燥装置,如下图1所示,风机将空气送入预热室进行预热,冷空气经电加热到T1温度后,进入干燥室将热能供给物料,然后直接排放至大气。

  1、在测量过程中,悬挂的物料受空气流动的作用,会不时地小角度摆动,因此实验过程中测得物料的重量总是有小幅抖动,特别是本实验过程中重量变化本来就不大,导致影响更明显,因此会有一定的误差.

  2、由于实验数据波动比较厉害,临界点Xc较难判断,因此可能是在某一次实验数据处理时Xc判断错误,才导致实验结果的矛盾。由于恒速段和降速段的曲线都是经方程拟合平滑处理的,和实际过程会有一定偏差,拟合方程的形式也会对结果有影响。

  临界湿含量XC,即为恒速与降速阶段的转折点,临界湿含量对于干燥过程研究和干燥器的设计都是十分重要的。

  干燥速度定义为单位时间、单位干燥表面积所干燥除去的湿分重量,以代表之,故:

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