化工原理流化床干燥實驗報告

1、北 京 化 工 大 學實 驗 報 告流化床干燥實驗一、 摘要本實驗通過對濕的小麥的干燥過程，要求掌握干燥的基本流程及流化床流化曲線的定，流化床床層壓降與氣速的關系曲線，物料含水量及床層溫度隨時間的變化關系，并確定臨界含水量X0及恒速階段的傳值系數(shù)kH及降速階段的比例系數(shù)KX。二、關鍵詞： 流化床干燥、物料干燥速率、物料含水量、流化床床層壓降、臨界含水量三、實驗目的及任務1、熟悉流化床干燥器的基本流程及操作方法。2、掌握流化床流化曲線的測定方法，測定流化床床層壓降與氣速的關系曲線。3、測定物料含水量及床層溫度隨時間變化的關系曲線。4、掌握物料干燥速率曲線的測定方法，測定干燥速率曲線，并確定臨界含

2、水量X0及恒速階段的傳值系數(shù)kH及降速階段的比例系數(shù)KX四、實驗原理1.流化曲線在實驗中，可以通過測量不同空氣流量下的床層壓降，得到流化床床層壓降與氣速的關系曲線。（如圖一）當氣速較小時，操作過程處于固定床階段（AB段），床層基本靜止不動，氣體只能從床層空隙中流過，壓降與流速成正比，斜率約為1（在對數(shù)坐標系中）。當氣速逐漸增加（進入BC段），床層開始膨脹，空隙率增大，壓降與氣速的關系將不再成比例。當氣速繼續(xù)增大，進入流化階段（CD段），固體顆粒隨氣體流動而懸浮運動，隨著氣速的增加，床層高度逐漸增加，但床層壓降基本保持不變，等于單位面積的床層凈重。當氣速增大至某一值后（D點），床層壓降將減小，顆

3、粒逐漸被氣體帶走，此時，便進入了氣流輸送階段，D點處的流速即被稱為帶出速度。在流化狀態(tài)下降低氣速，壓降與氣速的關系線將沿圖中的DC線返回至C點當氣速繼續(xù)降低，曲線無法按CBA繼續(xù)變化，而是沿CA變化。C點處的流速被稱為起始流化速度（umf）在生產(chǎn)操作中，氣速應介于起始流化速度與帶出速度之間，此時床層壓降保持恒定，這是流化床的重要特點。據(jù)此，可以通過測定床層壓降來判斷床層流化的優(yōu)劣。2干燥特性曲線 將濕物料置于一定的干燥條件下，測定被干燥物料的質(zhì)量和溫度隨時間變化的關系，可得到物料含水量（X）與時間（）的關系曲線及物料溫度（）與時間（）的關系曲線。物料含水量與時間關系曲線的斜率即為干燥速率（u）

4、。將干燥速率對物料含水量作圖，即為干燥速率曲線，干燥過程可分為以下三階段。（1） 物料預熱階段（AB段） 在開始干燥時,有一較短的預熱階段,空氣中部分熱量用來加熱物料, 物料含水量隨時間變化不大.（2） 恒速干燥階段（BC段） 由于物料表面存在自由水分,物料表面溫度等于空氣濕球的溫度,傳 入的熱量只用來蒸發(fā)物料表面的水分,物料含水量隨時間成比例減小, 干燥速率恒定且最大.（3） 降速干燥階段（CDE段） 物料含水量減少到某一臨界含水量(X0)，由于物料內(nèi)部水分的擴散慢 于物料表面的蒸發(fā)，不足以維持物料表面保持濕潤，而形成干區(qū)，干 燥速率開始降低，物料溫度開始上升。物料含水量越小，干燥速率越 慢

5、，直至達到平衡含水量（X*）而終止。 干燥速率為單位時間在單位面積上氣化的水分量，用微分式表示 式中 u-干燥速率,kg水/（m2s） A-干燥表面積，m2 d-相應的干燥時間，s Dw-氣化的水分量，kg. 圖3中的橫坐標X為對應于某干燥速率下的物料平均含水量 式中 -某一干燥速率下濕物料的平均含水量；。 -時間間隔內(nèi)開始和終了時的含水量，kg水/kg絕干物料 式中 -第i時刻取出的濕物料的質(zhì)量,kg -第i時刻取出的物料的絕干質(zhì)量，kg 干燥速率曲線只能通過實驗測定，因為干燥速率不僅取決于空氣的性質(zhì)和操作條件，而且還受物料性質(zhì)結構及含水量的影響。本實驗裝置為間歇操作的沸騰床干燥器，可測定達

6、到一定干燥要求所需的時間，為工業(yè)上連續(xù)操作的流化床干燥器提供相應的設計參數(shù)。五、實驗流程圖一、沸騰干燥實驗裝置和流程1風機 2濕球溫度水桶 3濕球溫度計 4干球溫度計 5空氣加熱器 6空氣流量調(diào)節(jié)閥 7放凈口 8取樣口 9不銹鋼筒體 10玻璃筒體 11氣固分離段 12加料口 13旋風分離器 14孔板流量計六、實驗操作1. 干燥實驗（1）實驗開始前 將電子天平開啟，使處于待用狀態(tài) 將烘箱開啟備用 準備好被干燥物料（麥子）（2）床身預熱階段啟動風機及加熱器，將空氣控制在某一流量下，控制表面加熱器溫度，或空氣溫度穩(wěn)定，打開進料口，將待干燥物徐徐倒入，關閉進料口.(3)測定干燥速率曲線 取樣，用取樣管

7、推入拉出取樣，每隔3min一次，取出樣品放入小器皿中，編上編號并記錄取樣時間，稱量取出樣品重量，然后放入烘箱烘烤40min，再次稱量樣品重量，如此取樣8-10次，并記錄。做完后，關閉加熱器和風機電源。 數(shù)據(jù)記錄，每次取樣同時，要記錄床層溫度，空氣干球濕球溫度，流量和床層壓降等。2. 流化床實驗加入固體物料至玻璃段底部，調(diào)節(jié)空氣流量，測定不同流量下的床層壓降。3. 結果分析 快速水分測定儀分析法 將每次取出的樣品，在電子天平上稱量9-10g,利用快速水分測定儀進行分析 烘箱分析法 每次取出樣品，在電子天平上稱量9-10g，放入烘箱內(nèi)烘干，烘箱溫度設定為120，1h后取出，在電子天平上稱取其重量，

8、此質(zhì)量即可視為絕干物料質(zhì)量。4. 注意事項 取樣時，取樣管推拉要快，管槽口用布覆蓋 ，以免物料噴出。 濕球溫度計補水筒液面不得超過警示值。七數(shù)據(jù)記錄與處理1、 原始數(shù)據(jù)記錄時間 空氣流量物料含水量干燥面積Xi平均含水量氣化的水分量干燥速率氣化的水分量351.215610.3824228030.0063150.3824228030.3449115910.0750224230.0660.075022423651.454930.307400380.0079050.307400380.2848302540.0451402520.0317240.045140252951.135630.262260128

9、0.0070350.2622601280.2321475060.0602252440.047560.0602252441251.375270.2020348840.010320.2020348840.1794125040.045244760.0243570.045244761551.295490.1567901230.012150.1567901230.1517602930.0100596610.00460.0100596611851.693310.1467304630.0094050.1467304630.1326295360.0282018520.0166590.0282018522151

10、.53450.118528610.011010.118528610.1140703760.0089164690.0044990.0089164692451.454930.1096121420.0088950.1096121420.0991374660.0209493510.0130840.0209493512751.693310.0886627910.010320.088662791干球溫度濕球溫度物料溫度床層壓降孔板壓降濕樣質(zhì)量干樣質(zhì)量皮重55.238.4440.613.4613.3911.787.575639.447.80.623.4916.915.2810.0156.840.652.20

11、.63.4516.5515.3210.6357.541.555.30.573.4817.0915.78.8257.942.357.90.533.4715.614.336.2358.442.958.30.543.5215.514.588.3158.843.260.50.493.516.6315.768.4259.243.761.50.463.4915.2714.628.6959.64462.30.463.5217.5916.9810.1孔板壓降床層壓降空氣流量空氣流速干燥面積Xi平均含水量氣化的水分量干燥速率氣化的水分量0.20.2610.986452670.3884417240.0063150

12、.3824228030.3449115910.0750224230.0660.0750224230.280.3313.175485530.4658381070.0079050.307400380.2848302540.0451402520.0317240.0451402520.390.4115.757095930.557114630.0070350.2622601280.2321475060.0602252440.047560.0602252440.540.4518.784252680.664144080.010320.2020348840.1794125040.045244760.02435

13、70.045244760.760.4522.591269220.7987465870.012150.1567901230.1517602930.0100596610.00460.01005966110.4726.20.9263384180.0094050.1467304630.1326295360.0282018520.0166590.0282018521.220.4529.16994431.031345040.011010.118528610.1140703760.0089164690.0044990.0089164691.490.4532.495399181.1489212460.0088

14、950.1096121420.0991374660.0209493510.0130840.0209493511.920.4537.263526681.3175052040.010320.0886627912、 示例計算21干燥實驗含水量=（物料濕重物料干重）/物料干重=(5.37-4.08)/4.08=0.316176干燥速率=含水量變化3600/0.75/取樣時間=0.071928683600/0.75/235=1.4691816122流化曲線實驗數(shù)據(jù)氣速=26.8孔板壓降0.54/3600/0.1/0.1/3.14=26.80.20.54/3600/0.1/0.1/3.14=0.42410

15、91423、 繪圖3.1流化床的壓降與氣速曲線3.2干燥速率曲線3.3物料含水量、物料溫度與時間的關系圖形分析 有圖流化床的壓降與氣速曲線可知床層溫度隨時間增加而降低，且溫度變化率逐漸變慢；含水率隨時間增加而降低，且含水量變化率逐漸變慢。 由圖3.2為干燥速率對物料含水量的曲線。本次試驗結果只有降速干燥階段，預熱與恒速階段未顯示出來，如圖可以看出，物料含水率越小，干燥速率越慢，直至平衡含水量。 本次試驗不存在預熱與恒速階段，原因可能與所選取的干燥物料本身性質(zhì)有關。八、結果分析及思考題討論1、誤差分析（1）.從頂部側邊進料口加入濕小麥時，沒把取樣器并旋轉(zhuǎn)清空里面多余物料撥干凈，造成實驗誤差。（2

16、）調(diào)節(jié)空氣閥門不準確，造成孔板壓降值不精確，使實驗有誤差。（3）取樣時忘記清空取樣器內(nèi)殘余小麥，造成取樣誤差。（4）在記錄床層壓降、孔板壓降時讀取數(shù)據(jù)不夠準確，造成實驗誤差。(5)小麥要吹起時記錄的孔板壓降不夠準確。2、思考題（1）本實驗所得的流化床壓降與氣速曲線有何特征？答：分為三個階段：固定床階段；流化床階段；氣流輸送階段，與理論圖曲線基本相符。當氣速較小時，操作過程處于固定床階段（AB段）床層基本靜止不動，氣體只能從床層空隙中流過，壓降與流速成正比，斜率約為1（在雙對數(shù)坐標中）。當氣速逐漸增加（進入BC段），床層開始膨脹，空隙率開始增大，壓降與氣速的關系將不再成比例。 當氣速不斷增大，進入流化床階段（CD段），固體顆粒隨氣體流動而懸浮運動，隨著氣速的增加，床層高度不斷增加，但床層壓降基本保持不變，等于單位面積的床層凈重。當氣速增大至某一值后（D點），床層壓降將減小，顆粒逐漸被氣體帶走，此時，便進入了氣流輸送階段。D點處的流速即被稱為帶出速度（u0）。在流化狀態(tài)下降低氣速，壓降與氣速的關系線將沿圖中的DC線返回至C點。當氣速繼續(xù)降低，曲線無法按CBA繼續(xù)變化，而是沿CA變化。C點處的流速被起為起始流化速度（umf）（2）流化床操作中，存在騰涌和溝流兩種不正常