北京化工大學(xué)流化干燥實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、北京化工大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)告實(shí)驗(yàn)名稱：流化干燥實(shí)驗(yàn)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：同組成員：實(shí)驗(yàn)日期：、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)定流化床中小麥的流化曲線2、測(cè)定濕小麥的干燥曲線和干燥速率曲線、實(shí)驗(yàn)原理固體流化是利用介質(zhì)流體的流動(dòng)將固體顆粒懸浮起來，從而使固體具有流體的表觀特 征，同時(shí)使固體在傳熱、傳質(zhì)、混合、反應(yīng)以及輸送等方面有強(qiáng)化作用的操作。干燥是將熱 量傳遞給濕物料，汽化并除去其中濕組份的單元操作。本實(shí)驗(yàn)將固體流化與對(duì)流干燥結(jié)合起來，強(qiáng)化了干燥效果，可使小麥含水率x,在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)降到平衡值X*附近，如圖6-3,干燥過程中是否出現(xiàn)恒速段受物料含水量和營氣攜帶水能力等影響。不同空氣流量下的流化床壓陣如圖1所示圖1、

2、流化曲線（雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系）CD段）。在實(shí)際操作中，氣速應(yīng)介 BC中間水平段）。0.51000 1.25,m/ su= A _ ,20.7854 0.12當(dāng)氣速小于初始流化氣速 Umf時(shí)，物料處于靜止?fàn)顟B(tài)（上行過程如AB段），當(dāng)氣速大于顆粒沉降速度lit時(shí)，物料被氣體帶出流化床干燥器（如 于兩者之間，此時(shí)床層壓陣相對(duì)恒定，干燥效果較好（如空氣流速由孔板流量計(jì)測(cè)定：2V 0.62 0.7854 0.022 p板p孔板孔板壓降，kPa干燥曲線（如圖2）和干燥速率曲線（如圖 3）受物料性質(zhì)、全氣性質(zhì)、設(shè)備操作等因 素影響，常用的確定方法有：1、濕物料取樣法：通過取樣測(cè)定每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的濕小麥的干基含水率X和

3、物料表面溫度（床層溫度）確定干燥曲線X。和0 t ,再根據(jù)1千克干小麥的表面積值 （A/G干）等,確定干燥速率曲線 NAX。時(shí)間T圖2、干燥曲線V H一.甩賽.1Xc含水率X圖3、干燥速率曲線時(shí)刻濕小麥的含水量測(cè)量值：X iG海 G千人-（作含水量x寸間。關(guān)系的平滑曲線）G干i時(shí)刻的含水量修正值：Xi取X，平滑曲線上，i時(shí)刻對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值i時(shí)刻到i+1時(shí)刻的平均含水量:X=Xi+1+Xi2i時(shí)刻到i+1時(shí)刻的平均干燥速率:NaX2kg /m gsA/G干1000g Xi+1 Xi 2 1TT，ggm s1.52、濕空氣分析法：測(cè)量每個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)、出干燥器的全氣濕度，以及空氣流量，通過全 氣中的水

4、分衡算和初始條件即可確定被干物料的干燥速率曲線，物料表面溫度9直接測(cè)量。i時(shí)刻干燥器的進(jìn)口空氣濕度：H1 0.622-p&- p總1 110000Pa ,kg/kgPh.,1p 7K 汽,1M,i= 1gps,1iexp 73.6497258.2Ti7.30371n 14.1653 10 6Tl2 ,Pa器 的 出 口空106000Pa ,kg/kgP水汽,2H20.622p總,2Ph.,2p7K 汽,272582P7K汽2= 2022exp 73.649 7.30371n T24.1653 10 6T22 ,PaT2i時(shí)刻空氣質(zhì)量流量：20.5qm，氣 0.62 0.7854 0.022 p

5、孔板 1000 1.251000, g/si時(shí)刻空氣帶走水量：qm小qm,氣H2 H1 H2,0 H1,0 ,g/si時(shí)刻干燥速率：NA qm至，ggm 2s 1 （以絕干物料表面積為基準(zhǔn)）1.5 G干/1000式中1.5表示每千克絕干物料的表面積為1.5m2。i時(shí)刻每秒累積帶走水量：G水qm,1 l qm,2 l Lqm,i l,gi時(shí)刻含水率：Xi G一Gt （G總水、G干需實(shí)驗(yàn)開始時(shí)測(cè)定，g）G干3、干燥速率除了實(shí)驗(yàn)測(cè)定外，也可按傳熱、傳質(zhì)速率估算（或反向驗(yàn)證kH、a）:21Na % Hw H t tw ,kggm s rwt 干燥器進(jìn)口的空氣溫度（按t1計(jì)），C；H一干燥器進(jìn)口的空氣濕

6、度（按H計(jì)），kg/kg; 干燥器內(nèi)的空氣與濕物料表面間的對(duì)流給熱系數(shù)，kW?m2C-1 ；tw一一干燥器入口空氣的濕球溫度，C；H干燥器入口濕球溫度 tw下的飽和濕度，kg/kg ;rw一一水在溫度tw下的汽化潛熱，kJ/kg ;kH以H為推動(dòng)力的傳質(zhì)系數(shù)，kg?m2s-1。確定2*關(guān)系后,根據(jù)下式可以計(jì)算間歇干燥過程的時(shí)間:0d0 （微分式:NA1 dXA/GcTc可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合燥器的熱量衡算（下標(biāo) 1NAX關(guān)系式，積分求出干燥時(shí)間T , 代表進(jìn)口， 2代表出口）：對(duì)比真實(shí)時(shí)間修改模型。干qm,1gI1Gcgcpm,1g 1 Q補(bǔ) qm,2gI2 GcgCpm,2 g 2 Q失可根據(jù)上

7、式計(jì)算干燥器的熱量損失及熱效率等。三、實(shí)驗(yàn)流程,H.,日W3.2(-流化干燥實(shí)驗(yàn)帶控制點(diǎn)工藝流程1、風(fēng)機(jī) 2、預(yù)熱器3、流量調(diào)節(jié)閥4、取樣器5、流化床干燥器6、加料口7、旋風(fēng)分離器8、孔板流量計(jì)（do=20mm）TI01 出口空氣溫度，C； 4 I02 出口相對(duì)濕度；TIC03 進(jìn)口空氣溫度，C；。I04 進(jìn)口相對(duì)濕度；A PI05 床層壓降，kPa；A PI06 孔板 壓降，kPa;TI07 床層溫度 ，C； PI08 一一空氣壓力，kPa； TIC09 加熱器壁溫，C。四、實(shí)驗(yàn)操作（濕全氣分析法）1、啟動(dòng)風(fēng)機(jī)變頻器、加熱器，調(diào)節(jié)閥開到最大預(yù)熱設(shè)備，推拉取樣器清空殘料；2、運(yùn)行軟件點(diǎn)開始計(jì)時(shí)

8、，600秒后查看報(bào)表，流程畫面輸入 H2,0、Hi,。；3、擦干濕小麥表面水分，稱取 500克作為被干物料，另取 10克測(cè)含水率X0；4、點(diǎn)擊軟件畫面“停止計(jì)時(shí)”，關(guān)閉加熱器、變頻器，拔出取樣器，進(jìn)料口加濕小麥；5、關(guān)進(jìn)料口，點(diǎn)擊“開始計(jì)時(shí)”，記錄開始時(shí)間，同時(shí)啟動(dòng)變頻器、加熱器，查看軟件“趨勢(shì)曲線”；6、干燥1500秒后，取出物料，點(diǎn)“停止計(jì)時(shí)”，稱重干燥后小麥，從中取約10克測(cè)含水率x原始數(shù)據(jù)另存為 Excel文件，選15組相關(guān)數(shù)據(jù)作圖；7、關(guān)加熱器、變頻器，包括剛才取出物料共加入800克小麥，測(cè)流化曲線；8、只開風(fēng)機(jī)，找到起始流化點(diǎn)孔板壓降和床層壓漿，初步記入表2第6點(diǎn)；9、從小到大改變

9、氣量，床層固定態(tài)做5個(gè)點(diǎn)，臨界態(tài)1個(gè)點(diǎn)，流化態(tài)4個(gè)點(diǎn);10、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出干燥器內(nèi)小麥，清理實(shí)驗(yàn)臺(tái)面和地面上的麥粒，關(guān)變頻器等。注意事項(xiàng)：1、實(shí)驗(yàn)過程中取樣器處于“拔出”狀態(tài)；2、烘箱內(nèi)有125C,取、放物料測(cè)含水率要戴手套，烘1h以上認(rèn)為到絕干；3、本次實(shí)驗(yàn)有4套裝置，一半同學(xué)先做，另一半后做，實(shí)驗(yàn)講解只有開始前一次。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.干燥速率曲線(1 )實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算表1、干燥及速率曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)表H2,0kg水/kg干氣H,0kg水/kg干氣樣品(g)干基含水量X0開始時(shí)間干燥后 (g)干基含 水量X。G干(g)G總水(g)0.009000.00720500.051.67%

10、15時(shí)53分27秒394.416.07%339.8160.2表2干燥及速率曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表時(shí)間T出口溫 度 t 21c出口相 對(duì)濕度$ 2進(jìn)口溫 度 11/ C進(jìn)口相 對(duì)濕度$ 1床層溫 度。/ C孔板壓降A(chǔ) p 孔/kPa帶走水 量qm,水/g累積水 量G水/g含水率X干燥速率/gm2 s-1140.817.848.77.028.70.10.00470.0047.15%0.016132.265.561.06.629.74.00.18589.0644.48%0.367131.966.960.86.630.24.00.189110.7543.98%0.379131.767.160.46.631

11、.04.00.187714.3442.93%0.3712132.061.960.06.632.64.00.166618.9641.57%0.3314132.854.660.16.634.34.00.138521.8740.71%0.2716134.046.560.06.636.13.90.109224.1140.05%0.2120137.235.760.16.740.43.90.081227.5739.03%0.1630142.424.860.16.347.33.90.066534.1437.10%0.1350145.919.860.06.150.63.90.060545.6133.72%0.

12、1270147.117.960.16.051.73.90.053155.9730.68%0.1090148.016.360.15.752.43.90.049265.3927.90%0.10110148.617.660.17.053.03.90.043973.9125.40%0.09130149.315.460.06.153.54.00.042581.8823.05%0.08150149.714.860.16.153.94.00.037589.0520.94%0.07以第一組數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算：394.4g394.4g “八 c干物料質(zhì)量：G干=-339.8g1 X 1 16.07%濕物料總含水量

13、： G總水 樣品質(zhì)量 G干500 339.8 160.2 g含水率：X?？偹?G水160.2 0.00 100% 47.15%G 干339.8干燥速率： N A qm, 0.0047 0.01g gm 2gs1.5 G 干/1000 1.5 339.81000(2)干燥速率曲線描繪根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)描繪出物料含水量和時(shí)間的關(guān)系曲線、物料溫度和時(shí)間的關(guān)系曲線、 干燥速率曲線如下：度溫層床55 一Oft50含水率X45床層溫度()40353025(s)L 50%l 45%l 40%l 25%-20%0.400.000.350.300.250.200.150.100.05一一干燥速率干燥速率曲線) s

14、m g 率 速20%25%30%35%40%45%50%含水率X2.流化曲線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算表3、干燥及速率曲線測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表(A p孔Q=0.07kPa)序號(hào)孔板壓降A(chǔ) p 孔/kPa孔板壓降 矯正值A(chǔ)p孔/kPa空氣流速u 氣/m - s-1床層壓降A(chǔ) p/kPa10.100.030.170.1420.300.230.480.3330.480.410.640.4940.680.610.770.6650.880.810.890.8261.060.990.990.8771.711.641.270.8782.352.281.500.8793.022.951.700.86103.623.551.

15、870.85以第一組數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算：孔板壓降矯正值：p孔p孔出L,o 0.10 0.07 0.03kPa2,0.5V 0.62 0.7854 0.022 p孔 1000 .25空氣流速：u氣 2A0.7854 0.120.62 0.7854 0.0222 0.03 1000 .25=20.7854 0.120.17mgs干燥速率曲線描繪根據(jù)表3的數(shù)據(jù)描繪出流化曲線(雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系)如下:流化曲線恒晅晅晦蛔畫晅!:工代一十二二二二二三三:三m)盧uii里!|閆!汪川|可| 謁市笥痣話薩麗王i 比U ! gm 上!”!卿同幽忸配“麗詢闔HI姿三Irltliill,lliIrllli晅晅蚓仁七七-!

16、-:士1:二”二198765 4 3 9 0006000C占0,降壓層床1空氣流速u (m s-1)0.1六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.干燥速率曲線與理論曲線比較，可以發(fā)現(xiàn)恒速干燥階段不明顯，分析可能原因是：(1)從原始數(shù)據(jù)中選出的 15個(gè)點(diǎn)，對(duì)恒速干燥階段的體現(xiàn)不明顯；(2)向干燥器中加入小麥時(shí)，有部分小麥散落到地面或滯留在進(jìn)口中未恰當(dāng)進(jìn)入干燥 器，導(dǎo)致含水量和干料重量出現(xiàn)較大誤差，進(jìn)而加大系統(tǒng)誤差；(3)風(fēng)機(jī)風(fēng)速較小，無法滿足形成穩(wěn)定持續(xù)的恒速干燥階段的需要。.流化曲線和理論符合的較好，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)氣速逐漸增

17、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(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，接近一條水平直線。但是和理論曲線相比，任然可以發(fā)現(xiàn)在固定床階段和流化床階段的交界處沒有理論上應(yīng) 該有的小突起，分析原因是實(shí)驗(yàn)所取的10個(gè)點(diǎn)對(duì)其體現(xiàn)不明顯。七、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

18、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。流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：由 國，當(dāng)溫度較高時(shí)，水的飽和蒸汽壓PS大，而空氣的絕度濕度 H沒有變PS化，即水的分壓PV沒有發(fā)生變化，所以空氣的相對(duì)濕度增加，從而有利于干燥的進(jìn)行。4、本裝置在加熱器入口處安裝有干、濕球溫度計(jì)，假設(shè)干燥過程為絕熱增濕過程，如何求得干