实验七干燥实验
一、实验目的
1.学习流化床的操作，掌握流化床的一些基本概念。
2.测定流化干燥速率曲线。
3.研究热空气流速对干燥速率的影响（选做）。
4.研究热空气温度对干燥速率的影响（选做）。
5.测定流体通过颗粒层的压降（选做）。
二、实验原理
在干燥设备的设计计算中，往往要了解物料由初始含水量降到最终含水量时，物料应在干燥器内的停留时间，然后就可计算各种干燥器的工艺尺寸。由于干燥过程是一热质同时传递过程，机理复杂，一般先通过间歇干燥实验获得干燥速率的资料。
通过测定干燥过程中物料的含水量或物料的表面温度与干燥时间的关系可以得到干燥曲线，即X～τ曲线或θ～τ曲线。
干燥速度u 等于单位时间从单位被干燥物料的面积上除去的水分重量，即
只要测出各个时间段内物料的失水量就可以计算物料的干燥速度。干燥速度受很多因素的影响，它与物料及干燥介质都有关系。在干燥条件不变的情况下，对于同类的物料，当干燥面积一定时，干燥速度是物料湿含量的函数，表示此函数关系的曲线称为干燥速度曲线。干燥速度曲线也可由干燥曲线求出。
流化操作状态因为具有较好的传热传质效果，在工业中得到广泛应用。流化床干燥器是工业中常见的干燥器。流体自下而上通过固体颗粒床层时，当流体的流速增大至一定程度时，全部颗粒刚好悬浮于向上流动的流体中而能作随机运动，床层处于起始流化状态或临界流化状态。随后，流体流速增大，颗粒床层空隙率增大，但流体的实际流速等于颗粒的沉降速度，流化床原则上有一个明显的上界面。当流体的实际速度超过颗粒的沉降速度时，达到气流输送状态。流化可分为散式流化和聚式流化。
聚式流化的特点为：床层分为乳化相和气泡相。乳化相为固体浓度大的气固均匀混合物，是连续相。气泡相为气泡和可能夹带的少量固体颗粒，是分散相。由于气泡在上界面处破裂，所以上界面是以某种频率上下波动的不稳定界面，床层压降也随之波动。聚式流化见于大多数气—固系统。散式流化的特点为：流体为连续相，固体颗粒均匀分散在流体中，床层没有气泡产生，有一稳定的上界面。通常两相密度差小的系统趋向散式流化，如大多数液—固系统。
流化床的不正常操作状态有腾涌和沟流。腾涌是由于小气泡合并成大气泡并将床层分成几段。气泡到达上部破裂后颗粒分散落下。沟流是由于床层有短路，流体不与颗粒均匀接触
通过沟道穿过。能够进行良好流化的颗粒的直径为20～500μm。
三、实验流程及设备
1.流化干燥试验流程
流化干燥试验的流程如图所示。
2.实验设备
实验设备有：（1）除尘器(袋滤器)，φ130×120mm；（2）干燥塔塔体，φ146×8优质高温玻璃； （3）加水器，0～400mL；（4）气体转子流量计，LZB-25，0～25
；（5）流量调节阀；（6）温度计，0～150℃，Cu50 铜电阻；（7）温度计，0～150℃，Cu50 铜电阻；（8）固体物料取样器；2.3 克/次；（9）实验用干燥物料，30—40 目变色硅胶；（10）压差计，±50cm水；（11）电加热器，3kW。
另有实验用电子天平、微波炉或烘箱。
四、实验步骤及操作要点
1.打开空气旁路阀，接通气源并缓慢调节风量（调节旁路阀），使干燥塔中颗粒物料处于良好的流化状态(注意压差计读数，勿使测压指示液冲出)，观察整个过程物料的状态和测压计读数的变化。
2.向加水器中加入适量的水，调节加水器下部铜旋塞，勿使注入干燥塔的水流速度过大。
加水时应使取样器保持拉出位置，同时塔内处于流化状态。
3.开通风源，打开阀5，调节空气流量为10～12m3/h，接通电源，在智能温度调节仪AI-708 上设定控制温度95～100℃（由老师操作，防止破坏已经设定好的控制程序），加热时注意安全。
4.在气体的流量和温度维持稳定的条件下，每隔一定时间（10min）记录床层温度，并取样分析固体物料的含水量，烘箱温度105℃烘1h，或微波炉干燥1～2min，天平1/1000 精度。
5.取样器的样品槽，在实验中应开口向下。取样时转向上，水平拉出，然后，转动拉杆，倒出样品，拉杆复位。颗粒需回收使用。
6.实验进行直至物料温度明显升高，温度大于61℃，硅胶变蓝即可停止。
7.实验停止步骤：切断电源，待空气进口温度低于 50℃后，然后停止送风。
8.当塔中需要补充硅胶物料时，卸下袋滤器后可加入。
9.当更换硅胶物料时，可用吸尘器的皮管伸入塔体内即可全部吸出。
五、实验数据记录及处理
实验条件：
（1）室温： 13℃ （2）室内相对湿度： 50％
（3）气体流量：
（4）热空气温度： 105℃
数据记录与处理表格
根据实验数据绘出流化干燥曲线。
图一：物料干燥曲线
图二：干燥速率曲线
六、实验结论及讨论
1.绘出实验物料在实验条件下的干燥曲线。
答：如上页图一所示。以序号1为例数据的计算过程：
湿料质量=湿料与容器质量-容器质量=33.58-26.58=7.00g
干料质量 =干料与容器质量-容器质量=32.86-26.58=6.28g
除去水分质量=湿料质量-干料质量=7.00-6.28=0.72g
干基含水量=水分质量/干料质量=0.72/6.28=0.1146kg水/kg干料
2.若要绘出实验物料在实验条件下的干燥速度曲线，如何做？
答：如上页图二所示。根据物料失水量求出干燥速率，以干燥速率与干基含水量作图，得干燥速率曲线。
3.测定干燥速度曲线的意义何在？
答：为了进一步研究干燥速度的变化规律，将干燥曲线中的数据整理成干燥速度与干基含水量间的关系曲线，即干燥速率曲线。该曲线扥为恒速阶段和降速阶段，两个交接处即为临界含水量点，从干燥速率曲线上可更加清楚知道干燥的速率变化。
4.流化床干燥器有什么优点和缺点？
答：优点：物料受热均匀，热交换均匀，干燥强度高，维修方便，噪音低，流态化稳定，无死角和吹穿现象，适应面广，可适用于易碎的干燥。采用全封闭式的结构，有效防止了无聊与空气间的交叉污染，作业环境清洁。缺点：干燥时易产生腾涌和沟涌现象。
第二篇：实验七 洞道干燥教案
实验七洞道干燥实验装置
一. 装置的用途和特点
(一) 用途
1. 供学生做实验，学习干燥曲线和干燥速率曲线及临界湿含量的实验测定方法，加深对干燥操作过程及其机理的理解。
2. 供学生学习干湿球温度湿度计的使用方法，学习被干燥物料与热空气之间对流传热系数的测定方法。
3. 供学生通过实物了解干燥操作中废气循环的流程和概念。
4. 为学生提供一个由气体流量计读数求指定截面处气体流速的实际例子，以便掌握其计算方法。
5. 实验研究恒速干燥速率，临界湿含量，平衡湿含量随其影响因素的变化规律。
(二) 特点
1. 结构紧凑，占地面积小。
2. 干燥介质空气流量的调节范围大。
3. 耗能量小。
4. 实验操作十分方便。
5. 可以很容易地测得常见的典型的干燥曲线，干燥速率曲线和恒速段热空气与被干燥物表面之间的对流传热系数。
二. 装置的基本情况
(一) 流程示意见图 1。
(二) 一些部件和设备的简单情况
1. 洞道干燥器： 空气流通的横截面积见表 2。
2. 鼓风机：上海兴益电器厂BYF7132型三相低噪声中压风机，最大出口风压为1.7[kPa]，电机功率为0.55 [kW]。
3. 空气预热器： 三个电热器并联， 每个电热器的额定功率为450 [W]，额定电压为220 [∨]。
4. 重量变送器： 量程0-200[g]，精度0.1级，输出0-5[V]，供电电源12[VDC]。
5. 压差变送器： 量程0-10[kPa], 精度0.5级，输出4-20[mA]，供电电源24[VDC]。
6．显示仪表：a.重量显示：输入0-5[V],显示0-200[g]，供电电源220[VAC]。
b.压差显示：输入4-20[mA], 显示0-4[kPa]，供电电源220[VAC]。
c.温度显示：输入Cu50, 显示-50-150[℃]，供电电源220[VAC]。
d.温度显示控制仪表：输入Cu50, 显示-50-150[℃]，输出0-5[V],供电电源220[VAC]。(具体使用方法参见仪表使用说明书)
7．被干燥物的试样。
被干燥物料为工业呢，每一套装置所用某种纺织布料的干燥面积、绝干物料量可能稍有差别，具体数值见调试实验的数据表，表2等。
三. 装置的使用方法
(一)实验前的准备工作
1. 将被干燥物料试样进行充分的浸泡。
2. 向湿球温度湿度计的附加蓄水池内，补充适量的水， 使池内水面上升至适当位置。
3. 将被干燥物料的空支架安装在洞道内。
4. 调节新空气入口阀到全开的位置。
(二) 装置的实验操作方法
a.手动操作：
1. 按下电源开关的绿色按键，在按风机开关按钮，开动风机。
2. 调节三个蝶阀到适当的位置，将空气流量调至所需读数。
3. 在温度显示控制仪表上，利用(＜,＞,︿)键调节实验所需温度值，sv窗口显示，此时pv窗口所显示的即为干燥器的干球温度值，按下加热开关，让电热器通电。
4. 干燥器的流量和干球温度恒定达5分钟之后，即可开始实验。此时，读取数字显示仪的读数作为试样支撑架的重量(GD)。
5. 将被干燥物料试样从水盆内取出，控去浮挂在其表面上的水份(使用呢子物料时，最好用力挤去所含的水分，以免干燥时间过长。将支架从干燥器内取出，再将支架插入试样内直至尽头)。
6. 将支架连同试样放入洞道内，并安插在其支撑杆上。注意：不能用力过大，使传感器受损。
7. 立即按下秒表开始计时，并记录显示仪表的显示值。然后每隔一段时间记录数据一次( 记录总重量和时间 )，直至减少同样时间重量的减少是恒速阶段所用时间的8倍时，即可结束实验。注意： 最后若发现时间已过去很长，但减少的重量还达不到所要求的克数，则可立即记录数据。
b.计算机自动采集：
1. 打开计算机程序，点击〈启动风机〉键。
2. 点击〈开始加热〉键，在提示对话窗中输入所需温度，点击〈确定〉。
3. 点击〈实验操作〉下的〈开始实验〉，根据提示的对话窗输入相应的数值，点击〈确定〉。
4. 再弹出的对话窗中点击〈读取操作条件〉，看各项数据达到所需要求并稳定后，将被干燥物料放入干燥箱中，点击〈确定〉开始实验。
注意：放入物料后不要在点击〈读取操作条件〉，那样会使实验程序进入错误状态，无法正常数据的采集和处理。
(三) 装置使用的注意事项
1. 在安装试样时，一定要小心保护传感器，以免用力过大使传感器造成机械性损伤。
2. 在设定温度给定值时，不要改动其它仪表参数，以免影响控温效果。
3. 为了设备的安全，开车时，一定要先开风机后开空气预热器的电热器。停车时则反之。
4．突然断电后，在次开启实验时，检查风机开关、加热器开关是否已被按下，如果被按下，请再按一下使其弹起，不再处于导通状态。
四. 实验结果的处理
(一) 调试实验的结果
1. 调试实验的数据见表2， 表中符号的意义如下：
S─干燥面积， [m2]
GC─绝干物料量， [g]
R─空气流量计的读数， [kPa]
To─干燥器进口空气温度， [℃]
t─试样放置处的干球温度， [℃]
tw─试样放置处的湿球温度， [℃]
GD─试样支撑架的重量， [g]
GT─被干燥物料和支撑架的"总重量"， [g]
G─被干燥物料的重量， [g]
T─累计的干燥时间， [S]
X─物料的干基含水量， [kg水／kg绝干物料]
XAV─两次记录之间的被干燥物料的平均含水量， [kg水／kg绝干物料]
U─干燥速率， [kg水／(s·m2)]
2. 数据的计算举例
以表2所示的实验的第i和i＋1组数据为例
(1) 公式： 被干燥物料的重量 G：
，[g] (1)
，[g] (2)
被干燥物料的干基含水量 X：
， [kg水／kg绝干物料] (3)
，[kg水／kg绝干物料] (4)
两次记录之间的平均含水量 XAV
，[kg水／kg绝干物料] (5)
两次记录之间的平均干燥速率
，[kg水／(s·m2)] (6)
干燥曲线X─T曲线，用X、T数据进行标绘，见图 2。
干燥速率曲线U─X曲线，用U、XAV数据进行标绘，见图 3 。
恒速阶段空气至物料表面的对流传热系数
，[Ｗ／(m2℃)] (7)
流量计处体积流量∨t[m3／h]用其回归式算出。
由流量公式[1]计算
其中，c0-孔板流量计孔流系数，c0=0.65
A0-孔的面积 m2
d0-孔板孔径 ， d0 =0.040 m
- 空气入口温度（及流量计处温度）下的体积流量，m3/h ；
-孔板两端压差，Kpa
-空气入口温度（及流量计处温度）下密度，Kg/m3。
干燥试样放置处的空气流量
，[m3／h] (9)
干燥试样放置处的空气流速
，[m／s] (10)
(2) 数据：以表1实验数据为例进行计算(见表２)
i＝1
i＋1＝2
GT，i＝185.6[g]
GT，i＋1＝184.1[g]
GD＝98.3[g]
由式(1)(2)得： Gi＝87.3[g]， Gi＋1＝85.8[g]
GC＝20.9[g]
由式(3)(4)得： Xi＝3.1770 [kg水／kg绝干物料]
Xi＋1＝3.1053 [kg水／kg绝干物料]
由式(5)得： XAV＝3.1411 [kg水／kg绝干物料]
S＝2×0.139×0.078=0.021684[m2]
Ti＝0 [s]， Ti＋1＝180 [s]
由式(6)得： U＝3.611×10-4 [kg水／(s·m2)]
