流化床干燥實驗報告

1、精品資料北京化工大學(xué)學(xué)生實驗報告實驗名稱：流化床干燥實驗一、目的及任務(wù)了解流化床干燥器的基本流程及操作方法。掌握流化床流化曲線的測定方法，測定流化床床層壓降與氣速的關(guān)系曲線。Xo及恒速階段測定物料含水量及床層溫度隨時間變化的關(guān)系曲線。掌握物料干燥速率曲線測定方法，測定干燥速率曲線，并確定臨界含水量的傳質(zhì)系數(shù)kH及降速階段的比例系數(shù) Kxo、基本原理1、流化曲線當(dāng)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(biāo)系中）。當(dāng)氣速逐漸增加（進(jìn) 入BC段），床層壓降將減小，顆粒逐漸被氣體帶走，此時，便進(jìn)入了氣流輸送

2、階段。D點處流速即被稱為帶出速度（U0）。在流化狀態(tài)下降低氣速，壓降與氣速關(guān)系線將沿圖中的DC線返回至C點。若氣速繼續(xù)降低，曲線將無法按 CBA繼續(xù)變化，而是沿 CA變化。C點處流速被稱為起始流化速 度（Umf）。在生產(chǎn)操作中，氣速應(yīng)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(guān)系，可得到物料含水量（X）與時間（T ）的關(guān)系曲線及物料溫度（3與時間（力的關(guān)系曲線。物料含水量與時間關(guān)系曲線的斜率即為干燥速率（U）。將干燥速率對物料含

3、水量作圖。物料含水量萬。水,k廠絕干物料干燥過程可分為以下三個階段。（1）物料預(yù)熱階段（AB段）在開始干燥時，有一較短的預(yù)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的濕球溫度，傳入的熱量只用來蒸發(fā)物料表面表面的水分，物料含水量隨時間成比例減少，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(kuò)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，物料溫度逐漸上升。物料含水量越小，干燥速率越慢，直至達(dá)到平衡含水量（X*

4、）而終止。干燥速率為單位時間在單位面積上汽化的水分量，用微分式表示為：dW u = Ad式中u干燥速率，kg水/ （m2.s）;A 干燥表面積， m2;d t 相應(yīng)的干燥時間，s;dW 汽化的水分量， kg。圖中的橫坐標(biāo)X為對應(yīng)于某干燥速率下的物料平均含水量。7 Xi Xi iX2式中X某一干燥速率下濕物料的平均含水量；Xi、Xi+1 A。時間間隔內(nèi)開始和終了時的含水量，kg水/kg絕干物料。Gsi -GciXi 一Gci式中Gsi第i時刻取出的濕物料的質(zhì)量，kg;Gci 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

5、料性質(zhì)結(jié)構(gòu)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(dá)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(yīng)的設(shè)計參數(shù)。、裝置及流程1 風(fēng)機(jī)；2、濕球溫度水筒；3、濕球溫度計；4、干球溫度計；5、空氣加濕器;6、空氣流速調(diào)節(jié)閥；7、放凈口； 8、取樣口； 9、不銹鋼筒體；10、玻璃筒體11、氣固分離器；12、加料口； 13、旋風(fēng)分離器；14、孔板流量計(d0=20mm )四、操作要點1、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，測定不同空氣流量下床層壓降。2、干燥實驗(1)實驗開始前將電子天平開啟，并處于待用狀態(tài)。將快速水分測定儀開啟，并處于待用狀態(tài)。準(zhǔn)備一

6、定量的被干燥物料（以綠豆為例），取0.5kg左右放入熱水（6070 C）中泡2030min ，取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用。濕球溫度計水筒中補水，但液面不得超過預(yù)警值。（ 2 ）床身預(yù)熱階段啟動風(fēng)機(jī)及加熱器，將空氣控制在某一流量下（孔板流量計壓差為一定值，3kpa 左右） ，控制加熱器表面溫度（80100 ）或空氣溫度（5070 ）穩(wěn)定，打開進(jìn)料口，將待干燥物料徐徐倒入，關(guān)閉進(jìn)料口。（ 3）測定干燥速率曲線取樣，用取樣管取樣，每隔 23min 一次，取出的樣品放入小器皿中，并記上編號和取樣時間，待分析用。共做810 組數(shù)據(jù)，做完后，關(guān)閉加熱器和風(fēng)機(jī)電源。記錄數(shù)據(jù)，在每次取樣的同時，要記錄

7、床層溫度、空氣干球、濕球溫度、流量和床層壓降等。3 、結(jié)果分析（ 1 ）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910g ，利用快速水分測定儀進(jìn)行分析。（ 2 ）烘箱分析法將每次取出的樣品在電子天平上稱量910g ，放入烘箱內(nèi)烘干，烘箱溫度設(shè)定為120 度，1h 后取出，在電子天平上稱取其質(zhì)量，此質(zhì)量即可視為樣品的絕干物料質(zhì)量。4、注意事項取樣時，取樣管推拉要快，管槽口要用布覆蓋，以免物料噴出。濕球溫度計補水筒液面不得超過警示值。電子天平和快速水分測定儀要按說明操作。五、數(shù)據(jù)處理表1.干燥實驗相關(guān)數(shù)據(jù)記錄表序號空球質(zhì)量/g濕空質(zhì)量/g干空質(zhì)量/g濕球溫度/C干球溫度/C床身溫度/C

8、加熱溫控/C床層壓降/kPa孔板壓降/kPa111.9827.8321.74一一一一一一210.7520.8817.6833.943.541.965.80.963.60313.3328.8025.4834.844.240.567.40.953.61412.7528.2525.0435.244.346.268.00.743.65511.0721.4118.9135.844.749.268.30.773.66613.2224.2721.8136.745.550.969.00.663.70712.0922.6420.4637.346.152.769.70.633.71812.6925.5423.62

9、37.847.054.670.50.573.72912.2223.3121.6038.247.256.470.80.543.77以第一組數(shù)據(jù)計算 含水率 X= (G 濕-G 干)/G 干=(27.83-21.74 ) /(21.74-11.98)=0.6240平均含水率=(X1+X2) /2= (0.6240+0.4618 ) /2=0.5429干燥速率 u= (X1-X2) /(1.5*A t )=(0.6240-0.4618)/(1.5*4)=0.027g ? m-2? min-1相關(guān)計算結(jié)果如下表表2.干燥實驗相關(guān)計算結(jié)果表含水量X平均含水量干燥速率u0.62400.46180.5429

10、0.0270.27330.36750.0310.26120.26720.0020.31890.2900-0.0100.28640.30260.0050.26050.27340.0040.17570.21810.0140.18230.1790-0.001表3.流化實驗相關(guān)計算結(jié)果表序號床層壓降/kPa孔板壓降/kPa空氣壓力/kPa體積流量Vs/m3 h-1空氣流速u10.543.772.953.641.898320.513.412.650.811.798130.433.042.347.761.690040.492.652.044.351.569250.442.261.740.691.44006

11、0.461.941.537.471.326070.431.661.234.451.219080.431.351.030.811.090290.421.060.827.040.9567100.380.810.623.380.8274以第一組數(shù)據(jù)為例Vs = 26.2 p0.54S 一 二d2 4代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得，u=1.7981 m/s六、實驗結(jié)論及誤差分析干燥曲線0.70000.60000.50000.40000.30000.20006050 /溫床4020含水量床層溫度0.10000.0000 01020103040時間t/min干煤速率與平均含水量的關(guān)系1耳冒、石黑)/得叫號+床層壓降與流

12、速關(guān)系 0 6 0.55 0.5 0 45 0.4 0.35 0. 30.5000 0.7000 0.9000 1 1000 1 3000 1.5000 1.7000 1.9000 2. 1000流速/m/s實驗結(jié)果分析1.流化曲線和理論符合的很好，當(dāng)氣速較小時，操作過程處于固定床階段，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。當(dāng)氣速逐漸增加，床層開始膨脹，孔隙 率增大，壓降與氣速的關(guān)系將不再成正比。當(dāng)氣速繼續(xù)增大，進(jìn)入流化階段，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， 但床層壓降基本上保持不變，如曲線的后半段，成一條水平直線。2觀察干燥速率曲線，與

13、理論曲線比較，可以發(fā)現(xiàn)沒有了恒速干燥階段，分析可能原因是， 濕小麥在取樣前還沒達(dá)到流化階段，卻一直被熱空氣給吹著，小麥表面的非結(jié)合水在取樣前已經(jīng)被熱空氣蒸發(fā)沒了。七、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：當(dāng)氣速較小時，操作過程處于固定床階段，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。當(dāng)氣速繼續(xù)增大，進(jìn)入流化階段，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，但床層壓降基本上保持不變，如曲線的后半段，成一條水平直線2 、流化床操作中，存在騰涌和溝流兩種不正?，F(xiàn)象，如何利用床層壓降對其進(jìn)行判斷？怎樣避免他們的發(fā)生？答：騰涌時，床層壓降不平穩(wěn)，壓力表不斷擺動；溝流是床層壓降穩(wěn)定，只是數(shù)值比正常情況下低。溝流是由于流體分布板設(shè)計或安裝上存在問題，應(yīng)從設(shè)計上避免出現(xiàn)溝流，騰涌是由于流化床內(nèi)徑較小而床高于床比徑比較大時，氣體在上升過程中易聚集繼而增大，當(dāng)氣體占據(jù)整個床體截面時發(fā)生騰涌，故在設(shè)計流化床時高徑比不宜過大。3、為什么同一濕度的空氣，溫度較高有利于干燥操作的進(jìn)行？答：因為溫度較高時，水的飽和蒸汽壓大，而空氣的絕度濕度沒有變化，即水的分壓沒 有發(fā)生變化，由 e=生，所以空氣的相對濕度增加，從而有利于干燥的進(jìn)行。Ps4、