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工业烘箱干燥温度对干燥过程影响的研究

更新时间:2009-03-28

工业烘箱在建材、纺织、造纸、电工电子等行业生产中得到了广泛的应用,而干燥过程是一个涉及传质与传热高能耗的复杂过程,干燥物质的特性、介质、温度、压力、气流流量等条件对干燥过程都会产生不同的影响[1-2]

在工业生产中,一味地提高干燥温度来达到干燥效果,也不尽合理。本文通过对木块进行干燥温度相关性的实验分析,研究物料在干燥过程中的最佳干燥温度,并对干燥曲线进行拟合,以获得最优化干燥控制模型和经验公式,这对工业烘箱的产品设计,优化温度控制系统,降低工业烘箱能耗水平具有重要意义。

酸值可以表示油脂中游离脂肪酸(FFA)的含量,是评定油脂品质好坏的一个重要指标。在烘焙过程中,高温会使油脂中的酯键断裂,产生游离脂肪酸;同时断键产生的游离脂肪酸将会分解或者聚合,使酸价降低[18];高温也会产生不稳定的氢过氧化物,分解产生一些小分子物质醛、酮、酸等,也会导致酸价的升高[19]。

比较两组患者的复发情况以及治疗依从性和健康宣教知晓情况;依从性问卷调查内容包括:(1)按医嘱服药;(2)滥用药或自行停药情况;(3)合理饮食;(4)戒烟戒酒;(5)定期复查;(6)作息是否规律;(7)情绪状态等基本情况,完成上述七项表示具有完全依从,如果只是做到前五项属于部分依从,否则属于不依从[3] ,依从率=完全依从率+部分依从率。

1 干燥曲线与干燥温度的相关性实验

1.1 物料温度与时间的关系

对干燥过程中的物料温度可以将其分为三段来分析[3-4],物料温度与干燥时间的关系曲线如图1所示。

目前,描述物料干燥过程应用最广泛的数学模型主要有 Newton 模型[8]、Henderson-Pabis 模型[9]、Page 模型[10]和Wang-Singh模型[11]4种。干燥模型方程见表2[7]

吐哈油田采出水处理后回注量占油田总注水的72.33%。管道输送处理后的油田采出污水,不可避免地产生结垢问题,管道结垢不但会加速管道腐蚀,而且加大了管道沿程摩阻系数,导致系统压力损失较大,注水系统单耗上升。如雁木西联合站到雁20配水间φ114×13的配水支干线,管线长度3738 m,起点压力为23.8 MPa,沿程压降达1.8 MPa,理论计算压力损失不应大于0.08 MPa。建议采取污水处理装置,提高注水的水质质量,或者在介质中加入防腐剂,减少管线结构和腐蚀。

其次是恒速段(BC段):随着物料温度的升高,当温度达到水分子的湿球温度,物质的干燥速率达到最大值,此时物料吸收的热量等于水分子蒸发的热量,物料的表面温度和中心温度不再发生变化,此时由于温度的恒定导致传质速率稳定在某一数值。

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最后是减速段(CD段):经过一段稳定时间的干燥,物料表面的含水量减少,此时物体从外界吸收的热量要大于水份蒸发所带走的热量,物料吸收的热量部分转换为自身的内能,物料表面开始升温,直到物料与环境达到温度湿度的平衡,至此认为干燥结束。

  

图1 物料温度与干燥时间的关系曲线

由于干燥的增速段一般比较短,所以往往将增速段和恒速段统称为第一期,将减速段称作第二期,在干燥过程中,第一期为主要阶段。

秘色瓷文化具有自身的文化优势,这是不可否认。但是文化的进步过程中,文化之间的交流是必不可少的。加强文化之间的沟通交流可以让秘色瓷文化获得更好的发展。例如新时代背景下,人们对于健康的品质生活追求越来越高,饮茶的人也越来越多。而秘色瓷文化和茶文化有着密切的关系。在古代,唐代茶圣陆羽就在自己所撰写的《茶经》中对于茶具的选择有着较高的要求。茶具的配置也被看作是饮茶人品位追求、文化内涵的体现。而秘色瓷作为一种具有高档瓷器被大众所追捧。中国人对于茶文化的热爱,在一定程度上也带动了秘色瓷文化的发展。新时代背景下,我们在打造秘色瓷品牌文化的过程中,也可以积极将其与茶文化结合在一起。

①1987年 《医疗事故处理办法》第二条 本办法所称的医疗事故,是指在诊疗护理过程中,因医务人员诊疗护理过失,直接造成病员死亡、残废、组织器官损伤导致功能障碍的。

1.2 实验过程

1.2.1 实验仪器与设备

干燥过程中采用上海精宏电热恒温干燥箱,温度由XMTD-8222智能温度控制仪测定,控温精度为0.1℃,温度波动度为±0.5℃。木块质量用METTLER TOLEDO204T天平测量,精度为0.1 mg。实验数据处理及干燥曲线拟合软件采用Origin软件。

1.2.2 实验样品及处理

在木材店裁出多个形状规则和表面完好的小木块进行实验。先将木块放置在水中24 h以上,让木块吸足水份,从水中取出后用纸巾将表面的水份吸干,使其不会滴水。

观察组中老年糖尿病合并脑梗塞患者检出率90.00%(阴性患者10例、百分比为10.00%;阳性患者90例、百分比为90.00%)高于对照组中老年糖尿病患者检出率80.00%,差异有统计学意义(P<0.05),见表1。

1.2.3 干燥介质参数设定

选取热风温度分别为50℃、60℃、70℃和80℃,风速为0.18 m/s(烘箱无法调节风速),空气入口湿度为0.1 kg/kg。

[2]白文华,黄清明,包能胜,等.凹版印刷烘箱干燥过程分析与节能优化设计[J].包装工程,2010,31(23):28-31.

1.2.4 实验步骤

实验前,先将热风循环烘箱调整到需要的温度,并让烘箱空载运行1h以上,使实验用的烘箱的温度稳定在实验所需的温度。将木块置于烘箱中,用秒表计时,每隔5 min取出试样测量其质量,每次测量时间不超过40 s。当相邻两次质量之差小于前两次测量质量减少量的1/10时,可以将测量时间间隔调整为20 min;并视实际情况,逐渐将木块的测量时间扩展到40 min一次,当测量出的木块质量与上一次木块质量之差小于0.01 g的时候可以结束实验,并认为木块得到了完全的干燥。

1.3 实验数据的处理

实验首先得到的数据有:时间t、木块的质量以及最终干燥的质量,由公式(1)可以得到各个时刻木块的含湿量:

 

为了消除或者减小由实验对象引起的含湿量的差异,干燥领域定义了一个干燥水分比M

 

残差平方和RSS:

干燥速率:两段时间含湿量的变化与时间的比值为该段中间时刻的干燥速率。

 

式中,t1t2是两个相邻的时刻,dt1dt2分别为t1t2两个时刻所对应的含湿量,vt1t2两个时刻中间时刻的干燥速率。

1.4 实验结果与分析

1.4.1 含湿量与时间的关系曲线

含湿量与时间的关系曲线如图2所示。木块的含湿量随着干燥时间的增加而减少,在200 min以后,木块含湿量的下降速度明显减小。木块中的水份可以分为自由水(直径将大于10-5cm毛细管)和吸着水两个部分[5]。从时间上看前期吸收的热量主要是用于干燥自由水,随着自由水的减少,含湿量的变化速率会减小;干燥后期主要是对吸着水的干燥,因为微毛细管对于水份的束缚力很高,物料的含湿量变化极其缓慢。

从温度为60℃、70℃、80℃的干燥曲线来看,木块在环境温度较高时,含湿量变化越快。

  

图2 含湿量与时间的关系曲线

1.4.2 干燥速率与时间的关系曲线

干燥速率与时间的关系曲线如图3所示。干燥前期:环境温度越高木块干燥速率较高。干燥后期:各温度下的干燥速率的差别并不是很大,但是从干燥的终点来看,干燥温度越高其达到终点的时间越短。在含湿量接近0的区间范围内,各温度几乎同时到达。

因此,木块的干燥模型的表达式为:

  

图3 干燥速率与时间的关系曲线

2 干燥模型的建立

2.1 统计检验参数[6]

式中,dt为在t时刻的物料的含湿量;de为物料的平衡含湿量。

 

决定系数R-Square:

 

参考文献:

本文的所有绿地指标均来自《中国城市统计年鉴》.国内旅游收入数据大部分来自于安徽省、江苏省、河南省统计年鉴和每个地级市的统计公报,山东省7个地级市的旅游数据主要来源于山东旅游政务网,淮北、开封、周口、商丘4个地级市的2006,2009和2010年的旅游数据均来自《中国区域统计年鉴》.

 

式中,k为方程中参数的个数;代表实验得到的水分比;代表模型所预测的水分比。

模型的选择标准:在以上3个参数中校正决定系数和决定系数R-Square越接近1,表明拟合优度越高,拟合的模型与实际越接近;加权卡方检验系数Reduced Chi-Sqr则是越小越好[7]

首先是增速段(AB段):物料在放入烘箱后迅速吸收热量,传质的速率逐渐增加。

 

表2 干燥模型方程

  

?

在Origin[6]中用自定义的模式将以上函数式全部添加到Origin的函数库中,然后用Excel按照木块M的计算式处理过的数据导入Origin并对实验得到的数据进行拟合,不同温度下木块曲线拟合如图4所示,80℃曲线拟合结果见表3。

 
 
 
  

图4 不同温度下木块干燥曲线拟合

 

表3 80℃曲线拟合结果

  

?

由以上4种模型的拟合结果可以看出Wang-Singh模型的曲线拟合结果明显与实验数据不符合。Newton模型、Henderson-Pabis模型、Page模型的校正决定系数分别为 0.987 57、0.99 389、0.999 44,排除了 Newton 模型,然后用Origin对Henderson-Pabis模型和Page模型来进行比较,结果见图5。

 
  

图5 不同温度下Henderson-Pabis模型和Page模型比较结果

通过比较两个模型的AIC值测试结果显示,Page模型有较低的AIC值,确定以Page模型作为木块的拟合结果,并对不同温度下的page模型的参数kn做线性拟合,k点的分布比较符合线性分布,n点的分布比较符合多项式分布,kn的拟合结果如下[12]

 

温度在60℃、70℃、80℃时,木块的干燥速率曲线并没有出现恒速段;在50℃时,开始阶段出现了恒速段。所以,干燥过程并不像之前在干燥时间求法中描述的一样,由恒速段和减速段两个阶段组成,有的时候可能只呈现一个减速段。

 

按照上述公式,取30℃和40℃作为检验温度,其曲线随着温度的降低变得越来越陡峭,也就是说干燥效果随着温度的降低变得越好,这一点与实际严重不符,所以这个经验方程不适用于所有温度条件。

假设干燥的经验方程分为恒速段和减速段。由于时间的限制,恒速段的经验方程无法获取,仅能得到减速段的干燥过程的经验方程。kn都以线性拟合,其结果如下:

 

那么经验公式可以表达为:

 

这个公式表达出来的是温度越高,干燥效果越好,但这仅在有减速段的干燥过程中呈现出来的结果。对有恒速段的干燥过程曲线和没有恒速段的干燥过程曲线进行比较,木块M在不同温度下干燥水份比曲线如图6所示。

从图6曲线可以看出,在不同温度的干燥效果为80℃>70℃等于50℃>60℃。在50℃时的干燥效果突出,说明物质在干燥过程中存在最佳的干燥温度,即存在恒速干燥段。在温度为50℃条件下,干燥前期木块中的水份能够保持一定的传质与传热平衡速率来维持恒速干燥。恒速干燥段木块吸收的全部热量用于水份蒸发,使干燥效果达到最大化。在温度高于50℃时,木块内部的传热速率大于水分子的传质速率,使前期干燥过程直接进入减速干燥段,木块从环境吸收的热量只有部分用于水份干燥,剩余的部分用于木块外部区域的升温。按照蒸发前沿理论,减速段的蒸发面在木块内部干区和湿区的分界面处[13]。温度在干区呈线性分布,蒸发界面的温度要低于环境温度,水份在蒸发界面蒸发需要经过干区才能达到外界。所以,相较于在环温为50℃的恒速段过程,在环温为60℃时的效率要低一些。在环温为50℃以下经过恒速段到达减速段时,木块的表面湿度要比在环温为60℃下的表面湿度要高,所以才会呈现出50℃的干燥曲线斜率前期比60℃前期要陡,而后期要比60℃时缓。当环温达到70℃时,环温过高,换热较强,与恒速段的优势相抵消,所以干燥曲线与环温在50℃时的接近。当环境温度调到80℃时,恒速段的优势不在呈现,80℃时的干燥曲线在50℃时的下方。

在干燥过程中,存在恒速段的干燥段在一定程度上要优于没有恒速段的干燥过程。

  

图6 木块M在不同温度下干燥水份比曲线

3 结语

本文通过对木块干燥温度与干燥过程的研究得出以下结论:

1)干燥过程存在恒速段和减速段。干燥温度对干燥过程的影响并不是简单的线性关系。

2)干燥过程存在最佳的干燥温度条件,对干燥过程建立合适的控制模型及对后序的工业生产具有重要的指导意义。

3)在生产过程中必须注意公式的使用条件,干燥过程影响的因素很多,应根据工业生产的要求建立合适的干燥经验公式。

加权卡方检验系数Reduced Chi-Sqr:

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鉴于前述中国BITs“保护与安全条款”存在的问题、中国在发展中国家投资及其人员面临安全风险极高的严峻形势,有必要重构新时代中国投资条约中“保护与安全”条款。重构的基本思路如下:

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采用SPSS 23.0统计软件进行数据分析。定量资料以均数±标准差(x±s)表示,先进行正态性分析;正态分布资料采用两独立样本t检验、非正态分布资料采用两独立样本Mann-Whitney U检验,定性资料用百分数(%)表示、采用卡方检验进行组间比较。当P<0.05时表示差异具有统计学意义。

[4]陶文铨,杨世铭.传热学[M]北京:高等教育出版社,2006:462-463.

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KS值为TPR与FPR之差的最大值,KS值可以反映模型的最优区分效果,此时所取的阈值一般作为定义好坏正负类的最优阈值。计算公式如式(7)。

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本文主要基于抑郁症治疗相关的一些综述、临床应用指南等文献,对各种治疗方式的疗效机制、副作用、疗效比较、临床使用推荐、发展历史和研究方向等内容进行介绍。

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针对耦合透镜的相对孔径、焦平面光斑横向偏移、轴向偏移和随机角抖动参量,数值计算和实验分析少模光纤耦合效率所受到的影响.接收光学系统为地面大口径接收天线,将入射光束聚焦至少模光纤后焦面上.系统中通信光波长λ=1 550 nm.

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刘广赟,李彦,方良铖,朱群志
《能源研究与利用》 2018年第02期
《能源研究与利用》2018年第02期文献

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