流化床干燥实验报告材料.docx
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流化床干燥实验报告材料
北方民族大学
学生实验报告
院（部）：
化学与化学工程
姓名：
汪远鹏学号：
********
专业：
过程装备与控制工程班级：
153
同组人员：
田友安世康虎贵全
课程名称：
化工原理实验
实验名称：
流化床干燥实验
实验日期：
2017.10.30批阅日期：
成绩：
教师签名：
北方民族大学教务处制
实验名称：
流化床干燥实验
一、目的及任务
①了解流化床干燥器的基本流程及操作方法。
②掌握流化床流化曲线的测定方法，测定流化床床层压降与气速的关系曲线。
③测定物料含水量及床层温度随时间变化的关系曲线。
④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X0及恒速阶段的传质系数kH及降速阶段的比例系数Kx。
二、基本原理
1、流化曲线
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（u0）。
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（τ）的关系曲线及物料温度（θ）与时间（τ）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。
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。
（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（X0），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：
式中u——干燥速率，kg水/（m2.s）；
A——干燥表面积，m2；
dτ——相应的干燥时间，s；
dW——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。
式中X——某一干燥速率下湿物料的平均含水量；
Xi、Xi+1——Δτ时间间隔内开始和终了时的含水量，kg水/kg绝干物料。
式中Gsi——第i时刻取出的湿物料的质量，kg；
Gci——第i时刻取出的物料的绝干质量，kg。
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。
三、装置及流程
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）
四、操作要点
1、流化床实验
①加入固体物料至玻璃段底部。
②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
①将电子天平开启，并处于待用状态。
②将快速水分测定仪开启，并处于待用状态。
③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（60~70℃）中泡20~30min，取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用。
④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（80~100℃）或空气温度（50~70℃）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
①取样，用取样管取样，每隔2~3min一次，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8~10组数据，做完后，关闭加热器和风机电源。
②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9~10g，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9~10g，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，此质量即可视为样品的绝干物料质量。
4、注意事项
①取样时，取样管推拉要快，管槽口要用布覆盖，以免物料喷出。
②湿球温度计补水筒液面不得超过警示值。
③电子天平和快速水分测定仪要按说明操作。
五、数据处理
表1干燥实验相关计算结果表
干燥表面积A=1.5
时间/min
湿料质量/g
干燥后的质量/g
床层温度/℃
含水量
/kg水/kg绝干物料
汽化水份量dW/kg
干燥速率u/kg水/（
s）
0
5.73
3.65
20.70
0.5699
0.1380
0.0003068
5
6.30
4.40
37.40
0.4318
0.1377
0.0003060
10
7.26
5.61
46.30
0.2941
0.0702
0.0001561
15
7.38
6.03
49.00
0.2239
0.0392
0.0000871
20
7.57
6.39
51.10
0.1847
0.0461
0.0001024
25
7.97
7.00
53.00
0.1386
0.0427
0.0000948
30
6.40
5.84
54.80
0.0959
0.0267
0.0000594
35
6.80
6.36
56.40
0.0692
以第一组数据计算：
含水量
=
=
水/kg绝干物料=0.5699kg水/kg绝干物料
汽化水份量dW=（0.5699-0.4318）kg=0.1380kg
干燥速率u=
=
kg水/（
s）=0.0003068kg水/（
s）
图1干燥速率-物料含水量关系图
由图可得，平衡含水量
约为0.43kg水/kg绝干物料
图2物料含水量、物料温度与时间关系
表2流化实验相关计算结果表
Vs=26.2
d=100mm
序号
孔板压降/kPa
床层压降/kPa
体积流量Vs/
空气流速um/s
1
3.79
0.51
53.80
1.904
2
3.40
0.53
50.73
1.795
3
3.01
0.52
47.50
1.681
4
2.63
0.53
44.16
1.563
5
2.26
0.52
40.69
1.440
6
1.96
0.51
37.68
1.333
7
1.63
0.52
34.11
1.207
8
1.33
0.50
30.56
1.081
9
1.06
0.49
27.04
0.957
10
0.85
0.43
24.00
0.849
以第一组数据为例
代入相关数据可得:
u=1.904m/s
图3流化床ΔP-u关系
六、实验结论及分析
图1干燥速率-物料含水量关系图
图2物料含水量、物料温度与时间关系
图3流化床ΔP-u关系
实验结果分析
1.由图1可以看出，随着干燥的进行（含水量减小的方向），干燥速率先是增大（即为物料预热阶段），然后基本保持不变（恒速干燥阶段），最后持续下降（降速干燥阶段）。
2．由图2可看出，随着干燥的进行，物料含水量不断下降，而床层温度不断上升，且床层温度几乎没有稳定不变的阶段，说明热量不仅用于水分的汽化，还使得物料温度升高。
3.由图3可看出，随着气速的增加，床层压降也随着增加。
七、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、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。
3、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φ=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）
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