流化床干燥实验

化工原理实验报告化工原理实验报告 学院 学院 专业 专业 班级 班级 姓名姓名学号学号实验组号实验组号 实验日期实验日期指导教师指导教师成绩成绩 实验名称实验名称流化床干燥实验流化床干燥实验 一 实验目的一 实验目的 1 了解流化床干燥装置的基本结构 工艺流程和操作方法 2 学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法 3 掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速阶段干燥速率 临界含水量 平衡含水 量的实验分析方法 4 实验研究干燥条件对于干燥过程特性的影响 二 实验原理二 实验原理 在设计干燥器的尺寸或确定干燥器的生产能力时 被干燥物料在给定干燥条件下的干燥速 率 临界湿含量和平衡湿含量等干燥特性数据是最基本的技术依据参数 由于实际生产中被干 燥物料的性质千变万化 因此对于大多数具体的被干燥物料而言 其干燥特性数据常常需要通 过实验测定而取得 按干燥过程中空气状态参数是否变化 可将干燥过程分为恒定干燥条件操作和非恒定干燥 条件操作两大类 若用大量空气干燥少量物料 则可以认为湿空气在干燥过程中温度 湿度均 不变 再加上气流速度以及气流与物料的接触方式不变 则称这种操作为恒定干燥条件下的干 燥操作 1 干燥速率的定义 干燥速率定义为单位干燥面积 提供湿分汽化的面积 单位时间内所除去的湿分质量 即 kg m2s 11 1 C G dXdW U AdAd 式中 干燥速率 又称干燥通量 kg m2s U 干燥表面积 m2 A 汽化的湿分量 kg W 干燥时间 s 绝干物料的质量 kg Gc 物料湿含量 kg 湿分 kg 干物料 负号表示随干燥时间的增加而减少 XX 2 干燥速率的测定方法 方法一 1 将电子天平开启 待用 2 将快速水分测定仪开启 待用 3 准备 0 5 1kg 的湿物料 待用 4 开启风机 调节风量至 40 60m3 h 打开加热器加热 待热风温度恒定后 通常可 设定在 70 80 将湿物料加入流化床中 开始计时 每过 4min 取出 10 克左右的物料 同 时读取床层温度 将取出的湿物料在快速水分测定仪中测定 得初始质量和终了质量 i G iC G 则物料中瞬间含水率为 i X 11 2 iC iCi i G GG X 方法二 数字化实验设备可用此法 利用床层的压降来测定干燥过程的失水量 1 准备 0 5 1kg 的湿物料 待用 2 开启风机 调节风量至 40 60m3 h 打开加热器加热 待热风温度恒定后 通常可设 定在 70 80 将湿物料加入流化床中 开始计时 此时床层的压差将随时间减小 实验至 床层压差 恒定为止 则物料中瞬间含水率为 e p i X 11 3 e e i p pp X 式中 时刻 时床层的压差 p 计算出每一时刻的瞬间含水率 然后将对干燥时间作图 如图 11 1 即为干燥 i X i X i 曲线 图 11 1 恒定干燥条件下的干燥曲线 上述干燥曲线还可以变换得到干燥速率曲线 由已测得的干燥曲线求出不同下的斜率 i X 再由式 11 1 计算得到干燥速率 将对作图 就是干燥速率曲线 如图 11 2 i i d dX UU X 所示 图 11 2 恒定干燥条件下的干燥速率曲线 将床层的温度对时间作图 可得床层的温度与干燥时间的关系曲线 3 干燥过程分析 预热段 见图 11 1 11 2 中的 AB 段或 A B 段 物料在预热段中 含水率略有下降 温度则升至湿球温度 tW 干燥速率可能呈上升趋势变化 也可能呈下降趋势变化 预热段经 历的时间很短 通常在干燥计算中忽略不计 有些干燥过程甚至没有预热段 恒速干燥阶段 见图 11 1 11 2 中的 BC 段 该段物料水分不断汽化 含水率不断下降 但由于这一阶段去除的是物料表面附着的非结合水分 水分去除的机理与纯水的相同 故在恒 定干燥条件下 物料表面始终保持为湿球温度 tW 传质推动力保持不变 因而干燥速率也不 变 于是 在图 11 2 中 BC 段为水平线 只要物料表面保持足够湿润 物料的干燥过程中总处于恒速阶段 而该段的干燥速率大小 取决于物料表面水分的汽化速率 亦即决定于物料外部的空气干燥条件 故该阶段又称为表面 汽化控制阶段 降速干燥阶段 随着干燥过程的进行 物料内部水分移动到表面的速度赶不上表面水分的 气化速率 物料表面局部出现 干区 尽管这时物料其余表面的平衡蒸汽压仍与纯水的饱和 蒸汽压相同 但以物料全部外表面计算的干燥速率因 干区 的出现而降低 此时物料中的的 含水率称为临界含水率 用表示 对应图 11 2 中的 C 点 称为临界点 过 C 点以后 干 Xc 燥速率逐渐降低至 D 点 C 至 D 阶段称为降速第一阶段 干燥到点 D 时 物料全部表面都成为干区 汽化面逐渐向物料内部移动 汽化所需的热量 必须通过已被干燥的固体层才能传递到汽化面 从物料中汽化的水分也必须通过这一干燥层才 能传递到空气主流中 干燥速率因热 质传递的途径加长而下降 此外 在点 D 以后 物料中 的非结合水分已被除尽 接下去所汽化的是各种形式的结合水 因而 平衡蒸汽压将逐渐下降 传质推动力减小 干燥速率也随之较快降低 直至到达点 E 时 速率降为零 这一阶段称为降 速第二阶段 降速阶段干燥速率曲线的形状随物料内部的结构而异 不一定都呈现前面所述的曲线 CDE 形状 对于某些多孔性物料 可能降速两个阶段的界限不是很明显 曲线好像只有 CD 段 对 于某些无孔性吸水物料 汽化只在表面进行 干燥速率取决于固体内部水分的扩散速率 故降 速阶段只有类似 DE 段的曲线 与恒速阶段相比 降速阶段从物料中除去的水分量相对少许多 但所需的干燥时间却长得多 总之 降速阶段的干燥速率取决与物料本身结构 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 三 实验装置三 实验装置 1 装置流程 本装置流程如图 11 3 所示 1 加料斗 2 床层 可视部分 3 床层测温点 4 进口测温点 5 风加热器 6 转子流量计 7 风机 8 U 形压差计 9 取样口 10 排灰口 11 旋风分离器 图 11 3 流化床干燥实验装置流程图 2 主要设备及仪器 1 鼓风机 BYF7122 370W 2 电加热器 额定功率 2 0KW 3 干燥室 100mm 750mm 4 干燥物料 耐水硅胶 5 床层压差 Sp0014 型压差传感器 或 U 形压差计 四 实验步骤四 实验步骤 1 实验步骤 1 开启风机 2 打开仪表控制柜电源开关 加热器通电加热 床层进口温度要求恒定在 70 80 左右 3 将准备好的耐水硅胶 绿豆加入流化床进行实验 4 每隔 4min 取样 5 10 克左右分析或由压差传感器记录床层压差 同时记录床层温度 5 待干燥物料恒重或床层压差一定时 即为实验终了 关闭仪表电源 6 关闭加热电源 7 关闭风机 切断总电源 清理实验设备 2 注意事项 必须先开风机 后开加热器 否则加热管可能会被烧坏 破坏实验装置 五 原始数据记录五 原始数据记录 干燥时间干燥时间床层温度床层温度床层压力床层压力 X Xi iU U 60 529 20 510 0 120 730 70 460 6 7E 05 180 831 70 470 0 00013 241 032 00 490 0 301 032 10 440 0 361 332 60 420 6 69E 05 421 533 60 410 6 7E 05 481 735 60 420 0 542 038 70 390 0 602 442 30 370 161296 68E 05 662 645 90 360 5 9E 05 722 949 70 350 0 783 353 00 350 0 843 556 00 330 0 903 858 40 31 六 数据处理六 数据处理 GC 2 5kg A 2m2 0 0 1 0 5 0 31 0 31 2 0 49 0 31 0 31 U 0 kg m2s G 0 25 0 0 2 60 5 0100200300400500600700800900 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 X线线 干干燥燥时时间间 X 00 10 20 30 40 50 60 7 0 0 00005 0 0001 0 00015 0 0002 0 00025 0 0003 0 00035 干干燥燥速速率率曲曲线线图图 X 干干燥燥速速率率U 01002003004005006007008009001000 0 10 20 30 40 50 60 70 温温度度与与时时间间的的关关系系曲曲线线 温温度度T 七 实验结果及讨论七 实验结果及讨论 1 通过对实验数据进行计算分析作图 得到干燥速率曲线 通过分析 与理论曲线比较 发现有较多误差点 可能原因是某一阶段一直被热空气加热 吸水硅胶表面的非结合水在取样 前已经被热空气蒸发没了 也有可能是实验操作不当 在处理干燥速率曲线图时 把图中的误 差点排除后做得最后的干燥速率图 2 干燥速率曲线的意义 干燥是一个传热传质同时进行的复杂过程 目前为止 干燥的计 算仍需要以实验为基础 不同的物料有不同的干燥特征 因此就有不同的干燥曲线 通过干燥 曲线可以计算干燥过程的时间 这就为干燥器的设计提供了重要的依据 八 思考题八 思考题 1 1 什么是恒定干燥条件 本实验装置中采用了哪些措施来保持干燥过程在恒定干燥条件下进什么是恒定干燥条件 本实验装置中采用了哪些措施来保持干燥过程在恒定干燥条件下进 行 行 答 恒定干燥条件指干燥介质的温度 湿度 流速及与物料的接触方式 都在整个干燥过 程中均保持恒定 本实验中 利用转子流量计使流速固定在 80m3 h 密封干燥箱并利用加热 器保持温度恒定在 75 湿料铺平湿毛毡后 干燥介质与湿料的接触方式也恒定 2 2 控制恒速干燥阶段速率的因素是什么 控制降速干燥阶段干燥速率的因素又是什么 控制恒速干燥阶段速率的因素是什么 控制降速干燥阶段干燥速率的因素又是什么 答 恒速干燥阶段的干燥速率的大小取决于物料表面水分的汽化速率 亦取决定于物料外 部的干燥条件 所以恒定干燥阶段又称为表面汽化控制阶段 降速阶段的干燥速率取决于物料 本身结构 形状和尺寸 而与干燥介质的状态参数关系不大 故降速阶段又称物料内部迁移控 制阶段 3 3 为什么要先启动风机 再启动加热器 实验过程中床层温度是如何变化 为什么 如何判为什么要先启动风机 再启动加热器 实验过程中床层温度是如何变化 为什么 如何判 断实验已经结束 断实验已经结束 答 让加热器通过风冷慢慢加热 避免损坏加热器 反之如果先启动加热器 通过风机的 吹风会出现急冷 高温极冷 损坏加热器 理论上干 湿球温度是不变的 但实验过程中干球 温度不变 但湿球温度缓慢上升 估计是因为