實驗四 流化床干燥器干燥曲線的測定

實驗流化床干燥器干燥曲線的測定一、 實驗?zāi)康墓腆w干燥是利用熱能使固體物料與濕分分離的操作。在工業(yè)中，固體干燥有多種方法。其中以對流干燥方法應(yīng)用最為廣泛。對流干燥是利用熱空氣或其它高溫氣體介質(zhì)掠過物料表面，介質(zhì)向物料傳遞熱能，同時物料向介質(zhì)中擴(kuò)散濕分，達(dá)到去濕的目的。對流干燥過程中，同時在氣固兩相間發(fā)生傳熱和傳質(zhì)過程，其過程機(jī)理頗為復(fù)雜。并且，對流干燥設(shè)備的型式又多種多樣。因此，目前對干燥過程的研究仍以實驗研究為主。干燥過程的基礎(chǔ)實驗研究是測定固體濕物料的干燥曲線，臨界濕含量和干燥速度曲線等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本試驗采用流化床干燥器，以熱空氣為干燥介質(zhì)，以水為濕分，測定固體顆粒物料（硅膠球形顆粒）的干燥曲線和干燥速度曲線，以及臨界點和臨界濕含量。通過實驗掌握對流干燥的實驗研究方法，了解流化床干燥器的主要結(jié)構(gòu)與流程，以及流態(tài)化干燥過程的各種性狀，并進(jìn)而加深對干燥過程原理的理解。二、 實驗原理干燥曲線在流化床干燥器中，顆粒狀濕物料懸浮在大量的熱空氣流中進(jìn)行干燥。在干燥過程中，濕物料中的水分隨著干燥時間增長而不斷減少。在恒定空氣條件（即空氣的溫度、濕度和流動速度保持不變）下，實驗測定物料中含水量隨時間的變化關(guān)系。將其標(biāo)繪成曲線，即為濕物料的干燥曲線。濕物料含水量可以濕物料的質(zhì)量為基準(zhǔn)（稱之為濕基），或以絕干物料的質(zhì)量為基準(zhǔn)（稱之為干基）來表示：當(dāng)濕物料中絕干物料的質(zhì)量為mc，水的質(zhì)量為mw時，則以濕基表示的物料含水量為(1)(2)⑶⑷w= wkg（水(1)(2)⑶⑷m+m以干基表示的濕物料含水量為W=竺w kg（水）/kg（絕干物料）mc濕含量的兩種表示方法存在如下關(guān)系：Ww= 1+W1一w在恒定的空氣條件下測得干燥曲線如圖1所示。顯然，空氣干燥條件的不同干燥曲線的位置也將隨之不同。

kg（水）kg（水）/kg（絕干物料）干燥速度曲線物料的干燥速度即水分汽化的速度。若以固體物料與干燥介質(zhì)的接觸面積為基準(zhǔn)圖2干燥速度曲線則干燥速度可表示為N=mcdW kg?m-2?s圖2干燥速度曲線則干燥速度可表示為aAdt若以絕干物料的質(zhì)量為基準(zhǔn)，則干燥速度可表示為dWN= s-1或kg（水）?kg-1（絕干物料）?s-1 （6）Adt式中：mc—絕干物料的質(zhì)量，kg；A一氣固相接觸面積，m2；W一物料的含水量kg（水）?kg-1（絕干物料）;

t一氣固兩相接觸時間，也即干燥時間，s。由此可見，干燥曲線上各點的斜率即為干燥速度。若將各點的干燥速度對固體的含水量標(biāo)繪成曲線，即為干燥速度曲線，如圖2所示。干燥速度曲線也可采用干燥速度對自由含水量進(jìn)行標(biāo)繪。在實驗曲線的-AW-AWAts-1臨界點和臨界含水量從干燥曲線和干燥速度曲線可知，在恒定干燥條件下，干燥過程可分為如下三個階段：（1） 物料預(yù)熱階段當(dāng)濕物料與熱空氣接觸時，熱空氣向濕物料傳遞熱量，濕物料溫度逐漸升高，一直達(dá)到熱空氣的濕球溫度。這一階段稱為預(yù)熱階段，如圖1和圖2中的AB段。（2） 恒速干燥階段由于濕物料表面存在液態(tài)的非結(jié)合水，熱空氣傳給濕物料的熱量，使表面水分在空氣濕球溫度下不斷氣化，并由固相向氣相擴(kuò)散。在此階段，濕物料的含水量以恒定的速度不斷減少。因此，這一階段稱為恒定干燥階段，如圖1和圖2中的BC段。（3） 降速干燥階段當(dāng)濕物料表面非結(jié)合水已不復(fù)存在時，固體內(nèi)部水分由固體內(nèi)部向表面擴(kuò)散后氣化，或者氣化表面逐漸內(nèi)移，因此水分的汽化速度受內(nèi)擴(kuò)散速度控制，干燥速度逐漸下降，一直達(dá)到平衡含水量而終止。因此這個階段稱為降速干燥階段，如圖1和圖2中的CDE段。在一般情況下，第一階段相對于后兩階段所需時間要短得多，因此一般可略而不計，或歸入BC段一并考慮。根據(jù)固體物料特性和干燥介質(zhì)的條件，第二階段與第三階段的相比較，所需干燥時間長短不一，甚至有的可能不存在其中某一階段。第二階段與第三階段干燥速度曲線的交點稱為干燥過程的臨界點，該交點上的含水量稱為臨界含水量。干燥速度曲線中臨界點的位置，也即臨界含水量的大小，受諸多因素的影響。它受固體物料的特性，物料的形態(tài)和大小，物料的堆積方式，物料與干燥介質(zhì)的接觸狀態(tài)以及干燥介質(zhì)的條件（濕度、溫度和風(fēng)速）等因素的復(fù)雜影響。例如，同樣的顆粒狀固體物料在相同的干燥介質(zhì)條件下，在流化床干燥器中干燥較在固定床中干燥的臨界含水量要低。因此，在實驗室中模擬工業(yè)干燥器，測定干燥過程臨界點的臨界含水量，干燥曲線和干燥速度曲線，具有十分重要的意義。三、實驗裝置流化干燥實驗裝置由流化床干燥器、空氣預(yù)熱器、風(fēng)機(jī)和空氣流量與溫度的測量與控制儀表等幾個部分組成。該實驗儀的裝置流程如圖3所示。圖3流化床干燥器干燥曲線測定的實驗裝置流程1.風(fēng)機(jī)2.放空閥門3.調(diào)節(jié)閥們4.消聲器5.孔板流量計6.空氣預(yù)熱器7.流化床干燥器8.排氣口9.采樣器10.卸料口11.U形壓差計12.溫度控制與測量儀空氣由風(fēng)機(jī)經(jīng)孔板流量計和空氣預(yù)熱器進(jìn)入流化床干燥器。熱空氣由干燥器底部鼓入，經(jīng)分布板分布后，進(jìn)入床層將固體顆粒流化并進(jìn)行干燥。濕空氣由器頂排出，經(jīng)擴(kuò)大段沉降和過濾器過濾后放空?？諝獾牧髁坑烧{(diào)節(jié)閥和旁路放空閥聯(lián)合調(diào)節(jié)，并由孔板流量計計量。熱風(fēng)溫度由溫度控制儀自動控制，并由數(shù)字顯示出床層溫度。物料加入采用間歇操作方式，由干燥器頂部加入，試驗畢在流化狀態(tài)下由下部卸料口流出。分析用試樣由采樣器定時采集。流化床干燥器的床層壓降由U形壓差計測取。四、實驗方法實驗的準(zhǔn)備工作：將硅膠顆粒用純水浸透，瀝去多余水分，密閉靜止1—2小時后待用。將稱量瓶洗凈、烘干，稱重后放入保干器中待用。完全開啟放空閥門，并關(guān)閉干燥器的入口調(diào)節(jié)閥，然后啟動風(fēng)機(jī)。按預(yù)定的風(fēng)量緩慢調(diào)節(jié)風(fēng)量(風(fēng)機(jī)上的旋鈕、放空閥和入口調(diào)節(jié)閥三者聯(lián)合調(diào)節(jié))。本實驗的風(fēng)量一般控制在30m3?h-i左右為宜。按預(yù)定的干燥溫度調(diào)定控溫儀上的設(shè)定值，然后打開電熱器的開關(guān)和測溫開關(guān)，直至床層溫度恒定。熱風(fēng)溫度的選定與空氣濕度和物料性質(zhì)等有關(guān)，本實驗以采用60—80°C為宜。實驗操作步驟：適當(dāng)減少風(fēng)量，將準(zhǔn)備好的濕物料由器頂迅速倒入干燥器床層內(nèi)，適當(dāng)增大風(fēng)量，使顆粒松動后，測量靜床層堆積高度。迅速將風(fēng)量調(diào)回到預(yù)定值，待流化均勻后，測量床層流化高度，并同時開始測定干燥過程的第一組數(shù)據(jù)(也即起始濕含量)。然后，每隔5分鐘采集一次試樣，記錄一次床層溫度和壓降，直至干燥過程結(jié)束。本試驗一般要求采集10—12組數(shù)據(jù)。每次采集的試樣放入稱量瓶后，迅速將蓋蓋緊。用天平稱取各瓶重量后，放入烘箱在150—170C下烘2—4小時。烘干后將稱量瓶放入保干器中，冷卻后再稱重。實驗完畢，先關(guān)閉電熱器，直至床層溫度冷卻至接近室溫時，打開卸料口收集固體顆粒于容器中待用。然后，依次打開放空閥，關(guān)閉入口調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，最后切斷電源。若欲測定不同空氣流量或溫度下的干燥曲線，則可重復(fù)上述實驗步驟進(jìn)行實驗。實驗注意事項：實驗開始時，一定要先通風(fēng)，后開電熱器；實驗畢，一定要先關(guān)掉電熱器，待空氣溫度降至接近室溫后，才可停止通風(fēng)，以防燒毀電熱器?？諝饬髁康恼{(diào)節(jié)，先由放空閥粗調(diào)，再由調(diào)節(jié)閥細(xì)調(diào)，切莫在放空閥和調(diào)節(jié)閥全閉下啟動風(fēng)機(jī)。使用采樣器時，轉(zhuǎn)動和推拉勿用力過猛，并要注意正確掌握拉動的位置和扭轉(zhuǎn)的方向和時機(jī)。試樣的采集、稱重和烘干都要精心操作，避免造成大的實驗誤差，或因操作失誤而導(dǎo)致實驗失敗。五、實驗結(jié)果測量并記錄實驗基本參數(shù)(1)流化床干燥器床層內(nèi)徑：d= 125mm靜床層高度：H=mmm(2)固體物料固體物料種類：硅膠顆粒平均直徑：d=0.3?1.0mm濕分種類：水起始濕含量：kg（水）/kg（絕干料）(3)干燥介質(zhì)干燥介質(zhì)種類：空氣干球溫度：T0=C濕球溫度：T=w,cC

濕度：H尸kg(水)/kg(絕干空氣)(4)孔板流量計銳孔內(nèi)徑：do=18mm管內(nèi)徑：di=26mm孔流系數(shù)：%=0.642.記錄測得的實驗數(shù)據(jù)(1)實驗條件操作壓力：P=MPa空氣流量計讀數(shù)：R0=mmH2O空氣流量：V=s,om3?st空氣的空塔速度：uo=m-st空氣的入塔溫度：T1=°C流化床的流化高度：Hf=mm流化床的膨脹比：R=(2)實驗數(shù)據(jù)實驗序號實驗序號1234567干燥時間t/min床層溫度T/C床層壓降bAp/mmHO