流化床干燥实验报告.docx

流化床干燥实验报告.docx

《流化床干燥实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流化床干燥实验报告.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

流化床干燥实验报告

北京化工大学

实验报告

流化床干燥实验

一、摘要

本实验利用流化床干燥器对物料干燥速率曲线进行测定。

本实验装置为间歇操作的沸腾床干燥器，可测定达到一定干燥要求所需的时间。

以此来测定干燥速率。

利用物料的干湿重量变化计算物料的各种含水量。

关键词：

干燥速率含水量传质系数kH比例系数KX

二、实验目的

①了解流化床干燥器的基本流程及操作方法。

②掌握流化床流化曲线的测定方法，测定流化床床层压降与气速的关系曲线。

③测定物料含水量及床层温度随时间变化的关系曲线。

④掌握物料干燥速率曲线测定方法，测定干燥速率曲线，并确定临界含水量X0及恒速阶段的传质系数kH及降速阶段的比例系数Kx。

三、实验原理

1、流化曲线

在实验中，可以通过测量不同空气流量下的床层压降，得到的流化床床层压降和气速的关系曲线。

当气速较小时，操作过程处于固定床阶段（AB段），床层基本静止不动，气体只能从床层空隙中流过，压降与流速成正比，斜率约为1（在双对数坐标系中）。

当气速逐渐增加（进入BC段），床层压降将减小，颗粒逐渐被气体带走，此时，便进入了气流输送阶段。

D点处流速即被称为带出速度（u0）。

在流化状态下降低气速，压降与气速关系线将沿图中的DC线返回至C点。

若气速继续降低，曲线将无法按CBA继续变化，而是沿CA’变化。

C点处流速被称为起始流化速度（umf）。

在生产操作中，气速应介于起始流化速度与带出速度之间，此时床层压降保持恒定，这是流化床的重要特点。

据此，可以通过测定床层压降来判断床层流化的优劣。

2、干燥特性曲线

将湿物料置于一定的干燥条件下，测定被干燥物料的质量和温度随时间变化的关系，可得到物料含水量（X）与时间（τ）的关系曲线及物料温度（θ）与时间（τ）的关系曲线。

物料含水量与时间关系曲线的斜率即为干燥速率（u）。

将干燥速率对物料含水量作图，即为干燥曲线。

干燥过程可分为以下三个阶段。

（1）物料预热阶段（AB段）

在开始干燥时，有一较短的预热阶段，空气中部分热量用来加热物料，物料含水量随时间变化不大。

（2）恒速干燥阶段（BC段）

由于物料表面存在自由水分，物料表面温度等于空气的湿球温度，传入的热量只用来蒸发物料表面表面的水分，物料含水量随时间成比例减少，干燥速率恒定且最大。

（3）降速干燥阶段（CDE段）

物料含水量减少到某一临界含水量（X0），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，而形成干区，干燥速率开始降低，物料温度逐渐上升。

物料含水量越小，干燥速率越慢，直至达到平衡含水量（X*）而终止。

干燥速率为单位时间在单位面积上汽化的水分量，用微分式表示为：

[kg/m2•s]—小麦的比表面积为1.5m2/kg

式中u——干燥速率，kg水/（m2.s）；

A——干燥表面积，m2；

dτ——相应的干燥时间，s；

dW——汽化的水分量，kg。

图中的横坐标X为对应于某干燥速率下的物料平均含水量。

式中X——某一干燥速率下湿物料的平均含水量；

Xi、Xi+1——Δτ时间间隔内开始和终了时的含水量，kg水/kg绝干物料。

式中Gsi——第i时刻取出的湿物料的质量，kg；

Gci——第i时刻取出的物料的绝干质量，kg。

[m/s]

干燥速率曲线只能通过实验测定，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含水量的影响。

本实验装置为间歇操作的沸腾床干燥器，可测定达到一定干燥要求所需的时间，为工业上连续操作的流化床干燥器提供相应的设计参数。

四．实验流程

1风机；2、湿球温度水筒；3、湿球温度计；4、干球温度计；5、空气加湿器；

6、空气流速调节阀；7、放净口；8、取样口；9、不锈钢筒体；10、玻璃筒体

11、气固分离器；12、加料口；13、旋风分离器；14、孔板流量计（d0=20mm）

本装置主要包括三部分：

流化床干燥设备、调节仪表和控制系统。

本装置的所有设备，除床身筒体一部分采用高温硬质玻璃外，其余均采用不锈钢制造，因此耐用、美观，上图为本装置的流程图。

床身筒体部分由不锈钢段（内径100mm，高100mm）和高温硬质玻璃段（内径100mm，高400mm）组成，顶部有气固分离段（内径150mm，高250mm）。

不锈钢段筒体上设有物料取样器、放净口、温度计接口等，分别用于取样、放净和测温。

床身顶部气固分离段设有加料口、测压口，分别用于物料加料和测压。

空气加热装置由加热器和控制器组成，加热器为不锈钢盘管式加热器，加热管外壁设有1mm铠装热电偶，它与人工智能仪表、固态继电器等，实现空气介质的温度控制。

空气加热装置底部设有测量空气干球温度和湿球温度的借口，以测量空气的干球温度和湿球温度。

本装置空气流量采用孔板流量计计量，其流量Vs可通过（VS的单位是m3/h，压降的单位是kpa）求取。

本装置的旋风分离器，可除去干燥物料的粉尘。

本实验引入了计算机在线数据采集和控制技术，加快了数据记录和处理速度。

五．实验操作

1、流化床实验

①加入固体物料至玻璃段底部。

②调节空气流量，测定不同空气流量下床层压降。

2、干燥实验

（1）实验开始前

①将电子天平开启，并处于待用状态。

②将快速水分测定仪开启，并处于待用状态。

③准备一定量的被干燥物料（以绿豆为例），取0.5kg左右放入热水（60~70℃）中泡20~30min，取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用。

④湿球温度计水筒中补水，但液面不得超过预警值。

（2）床身预热阶段

启动风机及加热器，将空气控制在某一流量下（孔板流量计压差为一定值，3kpa左右），控制加热器表面温度（80~100℃）或空气温度（50~70℃）稳定，打开进料口，将待干燥物料徐徐倒入，关闭进料口。

（3）测定干燥速率曲线

①取样，用取样管取样，每隔2~3min一次，取出的样品放入小器皿中，并记上编号和取样时间，待分析用。

共做8~10组数据，做完后，关闭加热器和风机电源。

②记录数据，在每次取样的同时，要记录床层温度、空气干球、湿球温度、流量和床层压降等。

3、结果分析

（1）快速水分测定仪分析法

将每次取出的样品在电子天平上称量9~10g，利用快速水分测定仪进行分析。

（2）烘箱分析法

将每次取出的样品在电子天平上称量9~10g，放入烘箱内烘干，烘箱温度设定为120度，1h后取出，在电子天平上称取其质量，此质量即可视为样品的绝干物料质量。

4、注意事项

①取样时，取样管推拉要快，管槽口要用布覆盖，以免物料喷出。

②湿球温度计补水筒液面不得超过警示值。

③电子天平和快速水分测定仪要按说明操作。

六．实验数据处理

1．干燥速率曲线测定

（1）原始数据处理

表1干燥速率曲线测定

空气温度：

65℃

孔板压降4.0kPa

干球温度57.1℃

湿球温度：

40.6℃

时间

湿小麦和盘的质量

干小麦和盘的质量

盘重

物料温度

汽化量

含水量

平均

干燥速率

τ/min

G湿/g

G干/g

G盘/g

t物/℃

G/g

X

103u/g·m-2·s-1

0

10.99

9.46

5.39

48

1.53

0.376

3

14.06

12.18

6.51

49.9

1.88

0.332

0.354

0.164

6

11.33

10.1

6.07

51.9

1.23

0.305

0.318

0.098

9

13.6

12.1

6.26

52.9

1.5

0.257

0.281

0.179

12

14.63

13.11

6.14

54

1.52

0.218

0.237

0.144

15

16.95

15.73

10

54.8

1.22

0.213

0.215

0.019

18

13.53

12.42

6.56

55.6

1.11

0.189

0.201

0.087

21

11.55

10.58

5.38

56.3

0.97

0.187

0.188

0.011

24

12.64

11.72

6.09

56.7

0.92

0.163

0.175

0.086

27

16.41

15.42

8.25

57.3

0.99

0.138

0.151

0.094

以第二组数据为例，计算如下：

物料干重

水分汽化量

含水量

平均含水量

干燥速率

（2）干燥速率曲线描绘

根据表1中的数据描绘出物料含水量和时间的关系曲线、物料温度和时间的关系曲线、干燥速率曲线如下：

2、流化曲线测定

表2流化曲线测定

序号

床层压降

孔板压降

空气流量

空气流速

1

0.01

0.02

3.169

0.112

2

0.22

0.21

11.280

0.399

3

0.4

0.4

15.974

0.565

4

0.57

0.6

19.884

0.703

5

0.56

0.79

23.069

0.816

6

0.56

1.08

27.312

0.966

7

0.56

1.19

28.780

1.018

8

0.56

1.39

31.299

1.107

9

0.54

1.6

33.770

1.194

10

0.55

1.77

35.662

1.261

11

0.5

1.99

37.991

1.343

12

0.51

2.41

42.130

1.490

13

0.48

2.82

45.860

1.622

14

0.5

3.04

47.759

1.689

以第一组是数据为例，计算如下：

七．实验结果分析

1.流化曲线和理论符合的很好，当气速较小时，操作过程处于固定床阶段，床层基本静止不动，气体只能从床层空隙中流过，压降与流速成正比。

当气速逐渐增加，床层开始膨胀，孔隙率增大，压降与气速的关系将不再成正比。

当气速继续增大，进入流化阶段，固体颗粒随气体流动而悬浮运动，随着气速的增加，床层高度逐渐增加，但床层压降基本上保持不变，如曲线的后半段，成一条水平直线。

2．观察干燥速率曲线，与理论曲线比较，可以发现没有了恒速干燥阶段，分析可能原因是：

（1）湿小麦在取样前还没达到流化阶段，却一直被热空气给吹着，小麦表面的非结合水在取样前已经被热空气蒸发没了；

（2）取样时间间隔不均匀，有的大于3min，有的小于3min；（3）干燥过程中有额外小麦粒掉入或本身的小麦粒蹦出实验所取的物料，导致含水量和干料重量出现较大误差。

八、思考题

1、本实验所得的流化床压降与气速曲线有何特征？

答：

当气速较小时，操作过程处于固定床阶段，床层基本静止不动，气体只能从床层空隙中流过，压降与流速成正比。

当气速继续增大，进入流化阶段，固体颗粒随气体流动而悬浮运动，随着气速的增加，床层高度逐渐增加，但床层压降基本上保持不变，如曲线的后半段，成一条水平直线

2、本装置在加热器入口处安装有干、湿球温度计，假设干燥过程为绝热增湿过程，如何求得干燥器内空气的平均湿度H？

答：

有入口干、湿球温度可以求得进口空气湿度H1由于干燥器内物料存在非结合水，且气液接触充分，故出口空气可以看成饱和空气，绝热增湿过程为恒焓过程，再由恒焓条件与出口空气φ=100%即可求得出口空气湿度H2，从而求得干燥器内空气平均湿度H=0.5*（H1+H2）

3、为什么