流化床干燥实验(1).doc

实验名称：流化床干燥实验实验目的：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的测定方法，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。实验仪器： 电子测量仪、烘箱、流化床实验设备一套实验原理：1、 流化曲线 在试验中，可以通过测量不同空气流量下的床层压降，得到流化床床层压降与气速的关系曲线如下气体流速 u /m/su0床层压降p /kPaumf流化曲线B CA ADE 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，压降与气流成正比，斜率约为1（在双对数坐标系中）。当气速逐渐增加（进入BC段），床层开始膨胀，空隙率增大，压降与气速的关系将不再成比例。 当气速继续增大，进入流化阶段（CD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，但床层压降基本保持不变，等于单位面积的床层净重。当气速增大至某一值后（D点），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点出的流速即被称为带出速度（u0）。 在流化状态下降低气速，压降与气速的关系线将沿图中的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点处的流速被称为起始流化速度（umf）。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（）的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，即为干燥速率曲线。干燥过程可分以下三个阶段。时间 物料含水量/kg水/kg绝干物料物料含水量、物料温度与时间的关系物料温度/A B BACCE 图-1物料含水量X/kg水/kg 绝干物料干燥速率u/kg水/m2/h干燥速率曲线DEX*XoCBA 图-2（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（Xo）,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 式中，u干燥速率，kg水/(m2s) A干燥表面积，m2 d相应的干燥时间，s dW汽化的水分量，kg图2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，某一干燥速率下湿物料的平均含水量； 、时间间隔内开始和终了时的含水量，kg水/kg绝干物料 式中，第i时刻取出的湿物料的质量，kg 第i时刻取出的物料的绝干质量，kg 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，而其还受物料性质结构及含水量的影响。实验流程图：图1、流化床干燥实验装置流程示意图1、空气加热器 2、放净口 3、不锈钢筒体 4、取样口5、玻璃筒体 6、气固分离段 7、加料口 8、旋风分离器9、孔板流量计d0=20mm 10、风 机 11、湿球温度水筒 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，其余军用不锈钢制造。床身筒体部分由不锈钢段（直径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）。不锈钢筒体上设有物料取样器、放净口和温度计接口等，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和测压口，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，其与人工智能仪表、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接口，以测定空气的干、湿球温度。实验步骤：1、 干燥实验（1）、实验开始前的准备a、将电子天平开启，并处于待用状态。b、打开烘箱电源，并将盛绿豆的小器皿按19的序号编号，称量各自的重量，记录下来。c、打开实验设备总电源，启动风机，使风机在50HZ下运转，同时打开手动控制按钮，调节加热器电源电压，使筒体内温度达到65左右。d、关掉风机，将浸湿的绿豆导入到筒体内，在打开风机使其在50HZ下运转，开始干燥实验。（2）、开始实验及数据采集a、4分钟后通过取样管从筒体中取小器皿的绿豆，称量重量，并记下此时的床身温度、干球温度、湿球温度、空气压力、孔板压降、床层压降。将称量后的样品放入烘箱内烘干。接下来按同种方法每4分钟取一次数据。b、数据取完以后，等样品烘干以后取出，称量重量，并记录下对应的重量。2、流化床实验a、风机在50HZ下运转，记录第一组数据，即空气压力、孔板压降、床层压降。接下来将风机每调低5HZ记录一组数据，注意等数据稳定以后再记录。b、实验完毕，将筒体内的绿豆清理出来，关掉加热器和风机电源。打扫实验室并离开。实验数据及处理：1、 流化床压降与气速关系图根据公式Vs=26.2P0.54求出Vs, 由u=Vs/A求得u, A=3.140.052=7.8510-3m2由以上公式求得各u值如数据表所示。根据数值可在双对数坐标系中描出关系图如下：Vs=26.2P0.54 取第一组数据计算，Vs=26.23.720.54=53.26 m3/hu=Vs/A，取第一组数据计算，u=53.264/(3.1436000.10.1)=1.88 m/s频率/HZ50.00 45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 空气压力/Kpa2.90 2.30 1.80 1.40 1.00 0.70 0.50 0.30 0.10 孔板压降/Kpa3.72 3.02 2.38 1.83 1.34 0.91 0.59 0.36 0.20 床层压降/Kpa0.51 0.48 0.45 0.43 0.42 0.36 0.24 0.15 0.09 Vs/ m3/h53.26 47.59 41.85 36.31 30.69 24.90 19.70 15.09 10.99 u/m/h6784.61 6062.27 5330.69 4625.46 3909.02 3171.86 2510.10 1922.36 1399.55 Lg(P*1000)2.71 2.68 2.65 2.63 2.62 2.56 2.38 2.18 1.95 lgu3.83 3.78 3.73 3.67 3.59 3.50 3.40 3.28 3.15 2、 求干燥速率和物料含水量关系、平衡含水量、恒速干燥阶段的传质系数KH（1）、干燥速率与含水量关系图的求取 Gsi= m2- m1 =20.46-11.05=9.41 g Gci= m3- m1 =17.28-11.05=6.23 g Xi=（Gsi - Gci）/ Gci =（9.41-6.23）/6.23=0.51 X=( Xi + Xi+1)/2=(0.51+0.23)=0.37 u= Xi /(A* )=0.511.234600.115 kg水m-2s-1干燥速率与含水量相关数据表：时间i/min0.004.008.0012.0016.0020.0024.0028.0032.00器皿质量m1/g11.0510.1712.6011.1613.0212.0812.1911.0611.44器皿+湿物料质量m2/g20.4618.4419.7117.7319.8516.0022.3117.5623.91器皿+绝干物料质量m3/g17.2816.9018.3016.4918.4815.1221.0016.5822.80湿物料质量Gsi /g9.418.277.116.576.833.9210.126.5012.47绝干物料质量Gci /g6.236.735.705.335.463.048.815.5211.36含水量Xi0.510.230.250.230.250.290.150.180.10平均含水量X0.370.240.240.240.270.220.160.14U / kg水m-2h-10.1150.1470.1480.1560.3230.0570.1090.029所得关系图如下： （2）、处理流化床床层压降与气速的关系曲线、物料含水量及床层温度随时间变化的关系曲线的数据，所得各数据如下表：取第一组数据处理 V1=26.2*P0.54=26.2*3.660.54=52.79 m3/h Vs =52.79*101.3*(273.15+42.4)/(2.80+90)*293.15=62.03 m3/h u =4*62.03/(3600*3.14*0.01)=2.20 m/s时间 min0.004.008.0012.0016.0020.0024.0028.00床身温度42.4046.4049.9051.8053.7055.4057.4059.30干球温度54.8055.3055.9056.2056.9057.2057.6057.80湿球温度70.3071.2071.8072.1072.8073.2073.6073.90空气压力kPa2.802.902.902.802.802.802.902.90孔板压降kPa3.663.683.703.643.653.673.693.71床层压降kPa0.810.730.680.660.600.530.490.45V1 m3/h52.7952.9553.1052.6452.7252.8753.0353.18Vs m3/h62.0362.9463.8163.6964.1664.6865.2065.76U m/s2.202.232.262.252.272.292.312.33 所得各关系图如下： （3）、平衡含水量、恒速干燥阶段的传质系数KH。由于实验中取样品时没有转动取样管使所取数据不准确，从而使所求速率出现太大的波动，无规律可循，所以无法有效显示出干燥速率与含水量的关系，也就无法读出临界含水量下的干燥速率。利用另一组实验所得数据进行传质系数的求取，数据如下表：时间i/min0.0004.0008.00012.00016.00020.00024.00028.00032.000器皿质量m1/g12.08012.66013.69013.38015.46013.31011.75012.85012.540器皿+湿物料质量m2/g21.70022.61022.24022.79023.00022.89019.53020.82020.530器皿+绝干物料质量m3/g18.03020.25020.27020.94021.53021.35018.27019.55019.500干球温度89.280.781.581.982.679.977.772.980.80湿球温度32.733.333.332.933.233.233.233.333.14湿物料质量Gsi /g9.6209.9508.5509.4107.5409.5807.7807.9707.990绝干物料质量Gci /g5.9507.5906.5807.5606.0708.0406.5206.7006.960含水量Xi0.6170.3110.2990.2450.2420.1920.1930.1900.148平均含水量X0.4640.3050.2720.2430.2170.1920.1910.169u / kg水m-2h-13.7923.6512.9842.9532.3362.3572.3121.805利用干燥速率与平均含水量作图如下： 由上图可以读出临界含水量Xc=0.310，对应干燥速率uo=3.65 kg水m-2h-1 看表知干燥速率uo =3.65 kg水m-2h-1时，干球温度33.3，湿球温度81.5，查化工原理下册P237知对应的空气湿度H=0.015 kg水汽/kg空气 在t=81.5时，查化工原理上册P264水的饱和蒸汽压表可知，此时Ps=50301.635 Pa，P=90 kPa Hw=0.622=0.622=1.267 kg水汽/kg空气 由公式uo =kH(Hw-H)求得传值系数kH，kH=2.915 kg空气m-