流化床干燥试验报告

1、北京化工大学实 验 报 告 流化床干燥实验、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 了解流化床干燥器的基本流程及操作方法。 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。 测定物料含水量及床层温度随时间变化的关系曲线。 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X。及恒速阶段的传质系数灯及降速阶段的比例系数 Kx。三、实验原理1、流化曲线

2、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。气遠u (m s)_£土葢勺謹出一f送当气速较小时，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（进时间T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（uo）。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

3、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（T ）的关系曲线及物料温度（0 ）与时间（T ）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。物料含水量Y kg水垢】绝干物料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。（

4、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（）,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：X22U水=kg/m2?s小麦的比表面积为 1.5m2/kg水1.5X = Xi Xi 1 2式中u干燥速率，kg水/

5、 (m.s );A干燥表面积，mf;d t相应的干燥时间，s;d -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。X_Xi+x片-2式中X某一干燥速率下湿物料的平均含水量；X、X+1 T时间间隔内开始和终了时的含水量，kg水/kg绝干物料。Gsi GcGcikg;Xi =式中GSi第i时刻取出的湿物料的质量，G第i时刻取出的物料的绝干质量，V 263 孔0.5u 气2 m/s气 A 3600 二/4 0.12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

6、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400mn）组

7、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岂装热电偶，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 =26.2Ap°54 （ Vs的单位是m /h，压降的单位是 kpa）求取。本装置的旋

8、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。实验操作1、流化床实验 加入固体物料至玻璃段底部。 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 将电子天平开启，并处于待用状态。 将快速水分测定仪开启，并处于待用状态。 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（6070C）中泡2030min,取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用。 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

9、100C）或空气温度（5070 C）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 取样，用取样管取样，每隔23mi n 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 810组数据，做完后，关闭加热器和风机电源。 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910g，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910g ,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

10、即可视为样品的绝干物料质量。4、注意事项 取样时，取样管推拉要快，管槽口要用布覆盖，以免物料喷出。 湿球温度计补水筒液面不得超过警示值。 电子天平和快速水分测定仪要按说明操作。-13 -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 C孔板压降4.0kPa干球温度57.1 C湿球温度：40.6 °C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t /minG湿/gG干/gG盘/gt物/ CG/gXX103u/g m-2 s-1010.999.465.39481.530.376314.0612.186.5149.91

11、.880.3320.3540.164611.3310.16.0751.91.230.3050.3180.098913.612.16.2652.91.50.2570.2810.1791214.6313.116.14541.520.2180.2370.1441516.9515.731054.81.220.2130.2150.0191813.5312.426.5655.61.110.1890.2010.0872111.5510.585.3856.30.970.1870.1880.0112412.6411.726.0956.70.920.1630.1750.0862716.4115.428.2557.

12、30.990.1380.1510.094以第二组数据为例，计算如下：物料干重G干料=G干-G盘=12.18-6.51=5.67g水分汽化量 G 二 G湿-G干=14.06-12.18=1.88g含水量 X2 二：=5.67 =。332平均含水量 XX2 =0.376 0.332 = 0.354kg水/kg 干料GX, X20.376 0.332k干燥速率u0.164 10 g水m saLAe 1.53601.5江3汇60（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流化曲线测定序口 床层压降孔板压降空气流

13、量空气流速丿序号p床 / kpa如孔/kpa/31qv / m -h_u / m s'10.010.023.1690.11220.220.2111.2800.39930.40.415.9740.56540.570.619.8840.70350.560.7923.0690.81660.561.0827.3120.96670.561.1928.7801.01880.561.3931.2991.10790.541.633.7701.194100.551.7735.6621.261110.51.9937.9911.343120.512.4142.1301.490130.482.8245.860

14、1.622140.53.0447.7591.689以第一组是数据为例，计算如下：qV =262巾孔孔54=26.2 0.02°.54=3.169m3 h=0.112m s'4 汉3.1693.142 0.1 0.1 3600七实验结果分析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

15、，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£。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

16、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 0 =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、为什么同一湿度的空气，温度较高有利于干燥操作的进行？答：因为温度较高时，水的饱和蒸汽压大，而空气的绝度湿度没

17、有变化，即水的分压没有发生变化，由.二PC，所以空气的相对湿度增加，从而有利于干燥的进行。Ps4、流化床操作中，存在腾涌和沟流两种不正常现象，如何利用床层压降对其进行判断？ 怎样避免他们的发生？答：腾涌时，床层压降不平稳，压力表不断摆动；沟流是床层压降稳定，只是数值比 正常情况下低。沟流是由于流体分布板设计或安装上存在问题，应从设计上避免出现 沟流，腾涌是由于流化床内径较小而床高于床比径比较大时，气体在上升过程中易聚 集继而增大，当气体占据整个床体截面时发生腾涌，故在设计流化床时高径比不宜过 大。5、干燥开始10分钟时，计算进、出干燥器的湿空气的性能参数(假设湿空气进出干燥器为绝热增湿过程)，

18、要求使用公式计算和I-H图两种方法。查I-H图得：10min 时tt wp水汽H$I进口湿空气70 C35.1 C3.2kpa0.021kg/kg 干9.9%125kj/kg出口湿空气57.1 C35.1 C4.0kpa0.026 kg/kg 干23.5%125kj/kg查图步骤：1、 由出口湿球温度线t=35.1 C与 护100%交点，沿恒焓线与干球温度线 t=57.C交于一点即 为出口空气状态点，可直接读得湿度 H2、相对湿度$2、沿恒焓线读得焓11、湿度与水汽分 压线交点可读得分压 p水汽2、由出口状态点沿恒焓线与进口温度交点可得进口温度状态点，同上可读得相关数据。公式计算：查表得：tas=35.1 C Pas=5.629kpa ras=2417.5kj/kgHas=0.622*Pas/(P-Pas)=0.0371 kg/kg 干等焓过程t W1=t w2由 t as=t-r as/c pH(Has-H)得：35.1=t-2417.5/(1.01 + 1.88H)/(0.0371-H)t入=70C时H1=0.0219 kg/kg 干P 水汽 1=H1*P/(H1+0.622)=3.40kpa查表得 t=70 C 时 ps=31.16kpa仁 P水汽