化工原理實(shí)驗(yàn)流化床干燥實(shí)驗(yàn)報(bào)告(共11頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上北京化工大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告流化床干燥實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：2012年5月18日流化床干燥實(shí)驗(yàn)摘要：本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定不同空氣流量下的床側(cè)壓降及干濕物料的質(zhì)量，從而確定流化床床層壓降與氣速的關(guān)系曲線及流化床的干燥特性曲線。通過實(shí)驗(yàn)，了解流化床的使用方法及其工作原理。關(guān)鍵詞：干燥，干燥速率曲線，流化床床層壓降一、目的及任務(wù)1.了解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(cè)定方法，測(cè)定流化床床層壓降與氣速的關(guān)系曲線。3.測(cè)定物料含水量及床層溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。4.掌握物料干燥速率曲線的測(cè)定方法，測(cè)定干燥速率曲線，并確定臨界含水量及恒速階段的傳質(zhì)細(xì)述及降速階段的

2、比例系數(shù)。二、基本原理干燥操作是采用某種方式將熱量傳給濕物料，使?jié)裎锪现兴终舭l(fā)分離的操作。干燥操作同時(shí)伴有傳熱和傳質(zhì)，而且涉及到濕分以氣態(tài)或液態(tài)的形式自物料內(nèi)部向表面?zhèn)髻|(zhì)的機(jī)理。由于物料含水性質(zhì)和物料形狀上的差異，水分傳遞速率的大小差別很大。干燥實(shí)驗(yàn)的目的是用來測(cè)定干燥曲線和干燥速率曲線。為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)的影響因素，干燥實(shí)驗(yàn)是在恒定的干燥條件下進(jìn)行的，即實(shí)驗(yàn)為間歇操作，采用大量空氣干燥少量的物料，且空氣進(jìn)出干燥器時(shí)的狀態(tài)如溫度、濕度、氣速以及空氣與物料之間的流動(dòng)方式均恒定不變。1、流化曲線 在實(shí)驗(yàn)中，可以通過測(cè)量不同空氣流量下的床層壓降，得到的流化床床層壓降與氣速的關(guān)系曲線。圖1：流化曲線當(dāng)氣速較

3、小時(shí)，操作過程處于固定床階段（AB段），床層基本靜止不動(dòng)，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(duì)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(shí)，便進(jìn)入了氣流輸送階段。D點(diǎn)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(diǎn)。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(diǎn)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(shí)床層壓降保持恒定，這是流化床的重要特點(diǎn)。據(jù)此，可以通過測(cè)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

4、物料置于一定的干燥條件下，測(cè)定被干燥物料的質(zhì)量和溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系，可得到物料含水量（X）與時(shí)間（）的關(guān)系曲線及物料溫度（）與時(shí)間（）的關(guān)系曲線。物料含水量與時(shí)間關(guān)系曲線的斜率即為干燥速率（u）。將干燥速率對(duì)物料含水量作圖，即為干燥速率曲線。 圖2：物料含水量、物料溫度與時(shí)間的關(guān)系圖3：干燥速率曲線圖干燥過程可分為以下三個(gè)階段：（1） 物料預(yù)熱階段（AB段） 在開始干燥時(shí)，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(shí)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(shí)間成比

5、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(rùn)，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*）而終止。 干燥速率為單位時(shí)間在單位面積上汽化的水分量，用微分式表示為： 式中u干燥速率，kg水/（m2.s）；A干燥表面積，m2；d相應(yīng)的干燥時(shí)間，s；dW汽化的水分量，kg。圖中的橫坐標(biāo)X為對(duì)應(yīng)于某干燥速率下的物料平均含水量。 式中X某一干燥速率下濕物料的平均含水量；Xi、Xi+1時(shí)間間隔內(nèi)開始和終了時(shí)的含水量，kg水/

6、kg絕干物料。 式中Gsi第i時(shí)刻取出的濕物料的質(zhì)量，kg；Gci第i時(shí)刻取出的物料的絕干質(zhì)量，kg。干燥速率曲線只能通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，因?yàn)楦稍锼俾什粌H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(shí)驗(yàn)裝置為間歇操作的沸騰床干燥器，可測(cè)定達(dá)到一定干燥要求所需的時(shí)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(jì)參數(shù)。三、裝置和流程本裝置主要包括三部分：沸騰干燥設(shè)備、調(diào)節(jié)儀表和控制系統(tǒng)。下面分別加以說明：本裝置的所有設(shè)備，除床身筒體一部分采用高溫硬質(zhì)玻璃外，其余均采用不銹鋼制造，因此耐用、美觀，圖1為本裝置的流程圖。床身筒體部分由不銹鋼段（內(nèi)徑100mm，高100mm）和高溫硬質(zhì)玻

7、璃段（內(nèi)徑100mm，高400mm）組成，頂部有氣固分離段（內(nèi)徑150mm，高250mm）。不銹鋼段筒體上設(shè)有物料取樣器、放凈口、溫度計(jì)接口等，分別用于取樣、放凈和測(cè)溫。床身頂部氣固分離段設(shè)有加料口、測(cè)壓口，分別用于物料加料和測(cè)壓?？諝饧訜嵫b置由加熱器和控制器組成，加熱器為不銹鋼盤管式加熱器，加熱管外壁設(shè)有1mm鎧裝熱電偶，它與人工智能儀表、固態(tài)繼電器等，實(shí)現(xiàn)空氣介質(zhì)的溫度控制。同時(shí)，計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的控制?？諝饧訜嵫b置底部設(shè)有空氣介質(zhì)的干球溫度和濕球溫度接口，以測(cè)定空氣的干、濕球溫度。本裝置的旋風(fēng)分離器，可除去干燥物料的粉塵。沸騰干燥實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示：圖4：沸騰干燥實(shí)驗(yàn)裝置和流程1 風(fēng)機(jī)

8、；2、濕球溫度水筒；3、濕球溫度計(jì)；4、干球溫度計(jì)；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(jì)（d0=20mm）四、操作要點(diǎn)（1） 準(zhǔn)備工作： 將電子天平開啟，并處于待用狀態(tài)； 將快速水分測(cè)定儀開啟，并處于待用狀態(tài)； 準(zhǔn)備一定量的被干燥物料（以小麥為例，約2kg），取1.5kg左右放入熱水（或沸水）中泡數(shù)分鐘，取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用； 往濕球溫度計(jì)水筒中補(bǔ)水，但液面不得超過警示值； 將電子天平開啟，并處于待用狀態(tài)； 將快速水分測(cè)定儀開啟，并處于待用狀態(tài)； 準(zhǔn)備一定量的被

9、干燥物料（以小麥為例，約2kg），取1.5kg左右放入熱水（或沸水）中泡數(shù)分鐘，取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用； 往濕球溫度計(jì)水筒中補(bǔ)水，但液面不得超過警示值。（2） 床身預(yù)熱階段：?jiǎn)?dòng)風(fēng)機(jī)及加熱器，設(shè)定進(jìn)入干燥器的空氣溫度（在6080范圍內(nèi)）數(shù)分鐘，并打開進(jìn)料口，將待干燥物料徐徐倒入，關(guān)閉進(jìn)料口后，確定風(fēng)速在某一流量下操作。（3） 測(cè)定干燥速率曲線： 取樣：用取樣管（推入或拉出）取樣，每隔510分鐘一次，取出的樣品放入小器皿中，并記上編號(hào)和取樣時(shí)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)的電源； 記錄數(shù)據(jù)，在每次取樣的同時(shí)，要記錄床層溫度、空氣干、濕球溫度和流量、床層壓降等

10、。（4） 測(cè)定流化曲線：將氣量控制閥開至最大，待數(shù)分鐘后，調(diào)節(jié)控制閥開度（關(guān)小），每次改變開度（改變風(fēng)速），記錄相應(yīng)的床層壓降和空氣流量，直至閥門關(guān)閉，約810組數(shù)據(jù)。（5） 注意事項(xiàng)1.加料時(shí)，要停風(fēng)機(jī)，加料速度不能太快；2.取樣時(shí)，取樣管推拉要快，管槽口要用布覆蓋，以免物料噴出；3.濕球溫度計(jì)補(bǔ)水筒液面不得超過警示值；4.電子天平和快速水分測(cè)定儀要按使用說明操作。五、數(shù)據(jù)處理1. 干燥速率曲線測(cè)定數(shù)據(jù)小麥比表面積：表一：流化床干燥條件數(shù)據(jù)時(shí)間 min濕小麥 g干小麥 g物料溫度 干基含水量Xi汽化水分量W干燥速率u3 10.30 6.91 34.10 0.4906 0.0313 0.417

11、1 6 13.09 8.97 44.50 0.4593 0.0600 0.8000 9 12.16 8.69 50.50 0.3993 0.0623 0.8312 12 13.49 10.09 51.60 0.3370 0.0444 0.5920 15 13.74 10.63 52.30 0.2926 0.0389 0.5189 18 12.01 9.58 52.80 0.2537 0.0417 0.5559 21 11.55 9.53 53.20 0.2120 0.0257 0.3432 24 11.02 9.29 53.40 0.1862 0.0016 0.0216 27 12.00 10

12、.13 54.50 0.1846 0.0010 0.0134 30 3.03 2.56 55.90 0.1836 計(jì)算過程示例（以第一組數(shù)據(jù)為例）：小麥含水量：平均含水量：汽化水分量：干燥速率：2. 流化床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)沸騰床內(nèi)徑：0.1m表二：流化床壓降與流速實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)床層壓降 kPa孔板壓降 kPa干球溫度濕球溫度Qu氣速 m/s0.23 0.28 50.70 44.70 19.30 0.68 0.30 0.37 59.10 49.20 20.64 0.73 0.35 0.44 60.50 49.60 21.51 0.76 0.38 0.46 62.20 50.10 21.75 0.77 0.40

13、 0.49 62.80 50.40 22.08 0.78 0.44 0.62 63.70 50.70 23.36 0.83 0.42 0.76 64.70 51.00 24.53 0.87 0.41 1.93 64.30 50.80 30.68 1.09 0.39 2.48 63.20 50.40 32.58 1.15 0.40 2.75 62.10 49.90 33.40 1.18 0.37 2.81 61.40 49.60 33.57 1.19 0.36 3.03 59.70 48.70 34.19 1.21 計(jì)算過程示例（以第一組數(shù)據(jù)為例）：六、作圖分析及結(jié)果討論1.干燥特性曲線由表一和

14、表二數(shù)據(jù)，作出物料含水量、物料溫度與時(shí)間的關(guān)系圖像及干燥速率圖像，如下所示：由圖5可以看出，隨著干燥的進(jìn)行，物料含水量不斷下降，而床層溫度不斷上升，且床層溫度幾乎沒有穩(wěn)定不變的階段。這說明濕小麥中的非結(jié)合水含量很少，熱量不僅用于水分的汽化，還使物料溫度升高。由圖6可以看出，隨著干燥過程的進(jìn)行（含水量減小的方向），干燥速率先增大（物料預(yù)熱階段），后基本保持不變（恒速干燥階段），最后持續(xù)下降（降速干燥階段）。就本干燥過程而言，恒速干燥階段很短而降速干燥階段較長(zhǎng)，也說明了小麥物料中非結(jié)合水分含量較少，干燥過程主要是對(duì)結(jié)合水分的干燥。同時(shí)，從圖中也可大致讀出平衡含水量Xc=0.37kg水/kg絕干物料

15、。2.流化曲線該流化曲線是在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中作出的。從圖中可以看出，隨著氣速的增大，壓降先線性增大，后基本保持不變。這是由于在較低氣速時(shí)，操作過程處于固定床階段，氣體只能從床層空隙中通過，壓降與流速成正比。當(dāng)氣速增大到一定程度時(shí)（u=0.83m/s），進(jìn)入流化階段，床層壓降基本保持不變。七、誤差分析1. 干燥實(shí)驗(yàn) A由于沸騰床內(nèi)物料含水量不可能完全均勻相等，因而用索取樣品含水量代替物料整體含水量進(jìn)行計(jì)算會(huì)造成一定誤差。 B烘干時(shí)間不足，造成稱量干重變大，使得所測(cè)含水量普遍偏小。2. 流化實(shí)驗(yàn) 空氣經(jīng)過床層時(shí)，由于床層阻力不均，造成壓降不斷波動(dòng)，數(shù)據(jù)難以讀取，尤其是在流化狀態(tài)，數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，因而讀取

16、的數(shù)據(jù)十分不準(zhǔn)確，但已足以表達(dá)壓降隨流速變化的趨勢(shì)。八、 思考題1. 本實(shí)驗(yàn)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(shí)，操作過程處于固定床階段，床層基本靜止不動(dòng)，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(dòng)而懸浮運(yùn)動(dòng)，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(duì)其進(jìn)行判斷？怎樣避免他們的發(fā)生？答：騰涌時(shí)，床層壓降不平穩(wěn)，壓力表不斷擺動(dòng)；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(jì)或安裝上存在問題，應(yīng)從設(shè)計(jì)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(shí)，氣體在上升過程中易聚集繼而增大，當(dāng)氣體占據(jù)整個(gè)床體截面時(shí)發(fā)生騰涌，故在設(shè)計(jì)流化床時(shí)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：