實驗報告流化床干燥實驗

1、北京化工大學實驗報告課程名稱： 化工原理實驗 實驗日期： 班級：姓名： 同組人：裝 置型號： 沸騰干燥實驗裝置流化床干燥實驗一、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

2、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

3、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，

4、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）。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

5、（ 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，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 u dW Ad式中 u干燥速率 ,kg 水 /（m2s）A 干燥表面積， m2d- 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 X Xi Xi 12式中 X 某一干燥速率下濕物料的平均含水量；。Xi,Xi 1時間間

6、隔內(nèi)開始和終了時的含水量， kg水/kg 絕干物料Xi Gsi GciGci式中 Gsi 第 i 時刻取出的濕物料的質(zhì)量 ,kgGci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(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

7、 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

8、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(jié)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，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

9、的水分量3 51.21561 0.382422803 0.006315 0.382422803 0.344911591 0.075022423 6 51.45493 0.30740038 0.007905 0.30740038 0.284830254 0.045140252 9 51.13563 0.262260128 0.007035 0.262260128 0.232147506 0.060225244 12 51.37527 0.202034884 0.01032 0.202034884 0.179412504 0.04524476 15 51.29549 0.156790123 0.0

10、1215 0.156790123 0.151760293 0.010059661 18 51.69331 0.146730463 0.009405 0.146730463 0.132629536 0.028201852 21 51.5345 0.11852861 0.01101 0.11852861 0.114070376 0.008916469 24 51.45493 0.109612142 0.008895 0.109612142 0.099137466 0.020949351 27 51.69331 0.088662791 0.01032 0.088662791 干球溫度 濕球溫孔板壓濕

11、樣質(zhì)干樣 度 物料溫度 床層壓降 降 量 質(zhì)量 皮重55.2 38.4 44 0.61 3.46 13.39 11.78 7.57干 燥 56 39.4 47.8 0.62 3.49 16.9 15.28 56.8 40.6 52.2 0.6 3.45 16.55 15.32 57.5 41.5 55.3 0.57 3.48 17.09 15.7 57.9 42.3 57.9 0.53 3.47 15.6 14.33 58.4 42.9 58.3 0.54 3.52 15.514.58 58.8 43.2 60.5 0.49 3.5 16.63 15.76 59.2 43.7 61.5 0.4

12、6 3.49 15.27 14.62 59.6 4462.3 0.46 3.52 17.59 16.98孔 板壓降 床層壓降 空氣流量 空氣流速0.2 0.26 10.98645267 0.388441724 0.28 0.33 13.17548553 0.465838107 0.39 0.41 15.75709593 0.55711463 0.54 0.45 18.78425268 0.66414408 0.76 0.45 22.59126922 0.798746587 1 0.47 26.2 0.9263384181.22 0.45 29.1699443 1.031345041.49 0.

13、45 32.49539918 1.1489212461.92 0.45 37.26352668 1.3175052042、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=0.07192868 3600/0.75/235=1.4691816122 流化曲線實驗數(shù)據(jù) 氣速=26.8孔板壓降0.5 4/3600/0.1/0.1/3.14=26.8 0.20.54/3600/0.1/0.1/3.14=0.4241091423、繪圖3.1流化床的壓降與氣速曲線 10.01 10.63

14、 8.82 6.23 8.31 8.42 8.69 10.13.2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(jié)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(jié)果分析及思考題討論1、誤差分析（1）.從頂部側(cè)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

15、料撥 干凈，造成實驗誤差。（2）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

16、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?，F(xiàn)象，如何利用床層壓降對其 進行判斷？怎樣避免它