4.9干燥实验

一、             实验目的

1、  学习物料含水量的测定方法。

2、  了解和掌握湿物料连续流化干燥的方法。

3、  学习干燥操作中物料、热量衡算和体积对流传热系数(α_v)的估算方法。

二、             实验内容

1、  每组在固定的空气流量和温度下对物料进行流态化干燥。

2、  测量物料的脱水速率、空气与物料间的对流传热系数、热损失及热效率。

三、             实验原理

当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始汽化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为两个阶段：恒速干燥阶段和降速干燥阶段。

流化床干燥器是流态化技术在干燥操作中的应用，热空气通过装有颗粒物料的干燥器，使颗粒在流化床中上下翻动，彼此碰撞混合，气固间进行传热、传质。

本实验在恒定的干燥条件下对硅胶颗粒进行干燥，测量物料的脱水速率、空气与物料间的对流传热系数、热损失及热效率。

1、空气流量测定

采用孔板流量计，材质─铜板；孔径─17.0毫米。

实际的气体体积流量随操作的压强和温度而变化，测量时需作校正。具体方法:

     ① 流量计处的体积流量：       

                    (m³／s)                 (4-36)

—孔板流量计的流量系数，=0.67；

—空气在时的密度，kg/m³；

 —流量计处压差，Pa；

— 流量计处的温度，℃。

     ② 若设备的气体进口温度与流量计处的气体温度差别较大，两处的体积流量是不同的(例如流化床干燥器)，此时体积流量需用状态方程作校正(对空气在常压下操作时通常用理想气体状态方程)。例如:流化床干燥器，气体的进口温度为t₁，则体积流量V₁为:

                     (m³／h)                       (4-37)

2、湿度测定

    ①空气湿度：只测实验时的室内空气湿度。用干、湿球湿度计测取。干燥器出口空气湿度由物料脱水量衡算得到。

②物料湿度测定：用快速水份测定仪，使用方法见说明书。

3、 物料量计算:

   输入＝实际加料量△G₁＝G₀₁－G₁₁

   进料速率                                                    (4-38)

   绝干料G_C＝G₁(1－w₁)

   以干基为基准的湿含量      

   脱水速率W＝G_C(X₁－X₂)                                                  (4-39)

 4、 热量衡算

   输入Q_入＝Q_P＋Q_D＝Up²/Rp＋Ud²/Rd                                         (4-40)

   其中  预热器实际加热电压Up

         干燥器实际保温电压Ud

   输出Q_出＝L(I₂－I₀)＋G_C(I₂′－I₁′)   (Ｗ)                               (4-41)

   空气湿度

                                               (4-42)

   干燥器进口处空气湿比容

                                           (4-43)

   绝干气流量                                                    (4-44)

   干燥器出口空气湿度                                       (4-45)

   空气焓值 I (kJ／kg)计算：

   干燥器出口处   I₂＝(1.01＋1.88H₂)×t₂＋2490H₂                                         (4-46)

   干燥器进口处   I₁＝(1.01＋1.88H₁)t₁+2490H₁

   流量计处       I₀＝(1.01＋1.88H₀)×t₀＋2490×H₀                                     (4-47)

   物料焓值I＇计算：     I′＝(Cs＋XCw)×θ                              (4-48)

   输出：Q_出＝L(I₂－I₀)＋G_C(I₂′－I₁′)   (Ｗ)                              (4-49)

   热量损失Q_损=                                                 (4-50)

5、 对流传热系数计算:

                            (W/m³·℃)                       (4-51)

   气体向固体物料传热的后果是引起物料升温和水分蒸发。

   其传热速率Q＝Q₁＋Q₂(Ｗ)

             Q₁=GcC_m2(θ₂-θ₁)=Gc(C_m+C_wX₂) (θ₂-θ₁)      (W)                (4-52)

             Q₂=W(I_V'-I_L')=W[(r_0℃+C_Vθ_m)-C_Wθ₁]          (W)                (4-53)

     式中：Q₁—湿含量为X₂的物料从θ₁升温到θ₂所需要的传热速率。

           Q₂─Ｗ(kg／s)水在气化所需的传热速率。

　　　     C_m2─出干燥器物料的湿比热 (kJ／kg绝干料·℃)

           Iv′─θ_m温度下水蒸气的焓,  kJ／kg

           I_L′─θ₁温度下液态水的焓,  kJ／kg

           θ_m＝（θ₁＋θ₂）／2

      流化床干燥器有效容积

      气相和固相之间推动力

           （℃）                                 (4-54)

6、热效率η计算：

                        (4-55)

        Q_蒸＝Ｗ(2490＋1.88t₂－4.187θ₁)                                   (4-56)

                        

四、    实验装置

                    图4-17  流化床干燥操作实验流程示意图

1—风机（旋涡泵）；2—旁路阀（空气流量调节阀）；3—温度计（测气体进流量计前的温度）；4—压差计（测流量）；5—孔板流量计；6—空气预热器（电加热器）；7—空气进口温度计；8—放空阀；9—进气阀；10—出料接收瓶；11—出料温度计；12—分布板（80不锈钢丝网）；13—流化床干燥器（玻璃制品，表面镀以透明导电膜）；14—透明膜电加热电极引线；15—粉尘接收瓶；16—旋风分离器；17—干燥器出口温度计；18—取干燥器内剩料插口；19—带搅拌器的直流电机（进固料用）；20、21—原料（湿固料）瓶；22—压差计；23—干燥器内剩料接收瓶；24—吸干燥器内剩料用的吸管（可移动）。

设备的主要技术数据：

  流化床干燥器（玻璃制品，用透明膜加热新技术保温）    

   流化床层直径D: Φ80×2.5毫米（内径75毫米）

   床层有效流化高度h:100毫米（固料出口）

      总高度: 530毫米

      流化床气流分布器: 80目不锈钢丝网(二层)

   物料

      变色硅胶: 1.0 ─ 1.6毫米粒径

      绝干料比热Cs＝0.783kJ／kg ·℃  (t＝57℃)(查无机盐工业手册)

      每次实验用量:400-500克(加水量30-40毫升)

    机电设备

    ⒈风机─旋涡式气泵

    该风机能两用, 即作鼓风和抽气均可。本实验中正常操作时作鼓风机用，一旦操作结束，为取出干燥器内剩余物料就将此风机作为抽气机用。具体方法是①停风机，将气泵的吸气口与剩余料接收瓶(见流程示意图23标箭头处的接口)用软管连接好，②将吸管24(见流程图一，下同)放入干燥器上口18内；③打开气泵旁路阀2； ④启动风机(按风机开关16，见附图二)即可将干燥器内物料抽干净。用毕，将气泵吸气口上软管拔出，即可。

    ⒉加料电机为直流调速电机，最大电压为12V，使用中一般控制在1.5～12V即可。

⒊预热器: 电阻丝加热，用调压器调电压来控制温度。

    ⒋干燥器保温: 干燥器(玻璃制品)外表面上镀以导电膜代替电阻丝，可通电加热，用调压器调电压控温。

表一

      实验操作参数(参考值)

五、实验方法及步骤

   ㈠ 实验前准备、检查工作

    ⒈按流程示意图检查设备,容器及仪表是否齐全、完好。

    ⒉按快速水份测定仪说明书要求，调好水份仪冷热零点，待用。

    ⒊将硅胶筛分好所需粒径，并缓慢加入适量水，搅拌均匀，在工业天平上称好所用重量，备用。

    ⒋风机流量调节阀2打开，放空阀8打开，进气阀9关闭(见流程示意图)。

    ⒌向干、湿球湿度计的水槽内灌水，使湿球温度计处于正常状况。

    ⒍准备秒表一块(或用手表计时)。

    ⒎记录流程上所有温度计的温度值。

   ㈡ 实验操作

    ⒈从准备好的湿料中取出多于10g(克)的物料，拿去用快速水份测定仪（用户自备）测进干燥器的物料湿度w₁。

    ⒉启动风机，调节流量到指定读数。接通预热器电源，将其电压逐渐升高到100V左右，加热空气。当干燥器的气体进口温度接近60 ℃时,打开进气阀9,关闭放空阀8，调节阀2使流量计读数恢复至规定值。同时向干燥器通电, 保温电压大小以在予热阶段维持干燥器出口温度接近于进口温度为准 。

    ⒊启动风机后, 在进气阀尚未打开前，将湿物料倒入料瓶，准备好出料接收瓶。

    ⒋待空气进口温度(60 ℃)和出口温度基本稳定时，记录有关数据，包括干、湿球湿度计的值。启动直流电机，调速到指定值，开始进料。同时按下秒表，记录进料时间，并观察固粒的流化情况。

    ⒌加料后注意维持进口温度t₁不变、保温电压不变、气体流量计读数不变。

    ⒍操作到有固料从出料口连续溢流时，再按一下秒表，记录出料时间。

    ⒎连续操作30分钟左右。此期间,每隔一定时间(例如5分钟)记录一次有关数据，包括固料出口温度θ₂。数据处理时，取操作基本稳定后的几次记录的平均值。

    ⒏关闭直流电机旋钮，停止加料，同时停秒表记录加料时间和出料时间，打开放空阀，关闭进气阀，切断加热和保温电源。

　　⒐将干燥器的出口物料称量和测取湿度w₂(方法同w₁)。放下加料器内剩的湿料, 称量，确定实际加料量和出料量。并用旋涡气泵吸气方法取出干燥器内剩料、称量。

⒑停风机，一切复原(包括将所有固料都放在一个容器内)。

六、实验装置注意事项

    ⒈干燥器外壁带电，操作时严防触电，平时玻璃表面应保持干净。

    ⒉实验前一定要弄清楚应记录的数据，要掌握快速水份测定仪的用法，正确测取固料进、出料湿含量的数值。

    ⒊实验中风机旁路阀一定不能全关。放空阀实验前后应全开，实验中应全关。

    ⒋加料直流电机电压不能超过12V。保温电压一定要缓慢升压。

    ⒌注意节约使用硅胶，并严格控制加水量，绝不能过大，小于0.5 毫米粒径的硅胶也可用来做为被干燥的物料，只是干燥过程中旋风分离器不易将细粉粒分离干净而被空气带出。       

⒍本实验设备，管路均未严格保温，主要目的是观察流化床干燥的全过程，所以热损失很大。

七、附  录

 

流化床干燥操作实验原始数据记录表

八、报告内容

1、根据实验结果计算出物料的脱水速率、空气与物料间的对流传热系数、热损失及热效率。

2、回答下列思考题：

第二篇：喷雾干燥实验讲义

第三部分 一、实验目的 喷雾干燥实验

（1） 掌握喷雾干燥的原理、流程和设备。

（2） 熟悉喷雾干燥的特点及应用范围。

（3） 了解喷雾干燥的关键部件——雾化器的基本形式及选择原则。

（4） 掌握根据物料的特性选择合适的喷雾干燥工艺条件，获得合格的产品。

二、实验任务

（1） 测定进风温度与产品含水量的关系。

（2） 测定进料量与产品含水量的关系。

（3） 测定进风量与产品含水量的关系。

（4） 测定雾化空气流量与产品含水量的关系。

三、实验原理

喷雾干燥是将物料（溶液、浆液、乳浊液或悬浮液）通过雾化装置喷雾成细 小的液滴，与干燥介质（热风）接触进行热量、质量交换，使雾状液滴中的溶剂 （水）迅速汽化并被干燥介质带走，从而获得粉状或颗粒状成品的干燥过程。

喷雾干燥不需要将物料预先进行机械分离，而直接将物料液雾化成几十微米 的小液滴，直径为 10~60μm，通常 1kg 料液雾化后表面积可达 100~600m2，这

样热交换非常迅速，水分汽化极快，干燥时间很短，仅为 5~30s，得到粒径为 30~50 μm 质量较好的产品。

喷雾干燥器一般根据其雾化机理分为气流式喷雾干燥、压力式喷雾干燥和离 心式喷雾干燥三种。

喷雾干燥的形式主要有：（a）并流式、（b）逆流式、（c）组合式和（d）旋

转式四种，流程图如图 1 所示。 图 1 (a) (b) (c)

(d)

122 喷雾干燥形式

（a） 并流式：被喷雾的物料和热空气按同一方向通过干燥室，在干燥室里，经

过喷嘴雾化

后的物料和热空气进行接触，最后干燥成产品。

（b） 逆流式：被喷雾的物料和热空气以相反方向通过干燥室，热空气向上流动，

而产品向下通过热空气进入产品收集罐。湿气被蒸发掉，产品变得很热， 这种方法适合于热稳定性的产品。

（c） 组合式：把并流式和逆流式两种方法的优点组合起来，物料向上喷射，仅

仅在热带区停留在很短的时间来蒸发水分，在重力的作用下，产品很快进 入冷却区。

（d） 旋转式：物料流经高速旋转的雾化器时，被雾化成很细的颗粒，和热空

气同一方向流动，产品的干燥方式和并流式比较相似。 四、喷雾干燥的特点及应用

喷雾干燥技术及设备之所以在众多的干燥器中占有重要的位置，是因为它有 着其他干燥器无法比拟的优点:

(1)瞬间干燥。料液经雾化器雾化后，其比表面积瞬间增大若干倍，与热空 气的接触面积增大，雾滴内部水分向外迁移的路径大大缩短，提高了传热传质速 率，干燥时间 5~35 秒左右，已蒸发掉 95~90%的水分

(2)物料本身不承受高温。虽然喷雾干燥的热风温度比较高，但在接触雾滴 时，大部分热量都用于水分的蒸发，所以尾气温度并不高，绝大多数操作尾气温 度都在 70 一 110℃之间，物料温度也不会超过周围热空气的湿球温度，对于一 些热敏性物料也能保证其产品质量。

(3)产品质量好。如果对产品有特殊需要，还可以在干燥的同时制成微粒产 品，即所谓的喷雾造粒。能够提高分散性、流动性和溶解性，还具有防尘作用， 如果芯材和壁材选择得当，在干燥的同时能制成微胶囊，保证被干燥物料原有的 风味和特色，还能提高储存性能。

(4)减少公害，保护环境。对于一些可能产生公害物料的干燥，可以在封闭 的系统中进行干燥，在干燥的同时可将有霉、有味、污染性物质焚烧掉，防止污 染环境。

(5)生产控制方便。喷雾干燥系统可以实现自动化操作，消除人为因素，使 产品质量稳定。

喷雾干燥技术广泛用于奶制品、蛋类、饮料、香料、植物蛋白质、水果、蔬 菜、碳水化合物的生产。而且，在喷雾干燥技术基础上发展起来的喷雾干燥微胶

囊化、食品的泡沫喷雾干燥、咖啡喷雾冷冻干燥技术使喷雾干燥技术又上了一个

123

新的台阶。

五、实验装置

喷雾干燥器系统由三部分组成，如图 2 所示。

（1） 由空气过滤器、加热器和风机所组成的干燥介质（空气）的加热和输送系

统；

（2） 由雾化器和干燥室组成的喷雾干燥器‘

（3） 由旋风分离器和袋滤器等组成的气固分离系统。

1—空气过滤器

机

气调节器 9 11 12 2 6 10 1 7 3 5 4 图 2 B—290 型喷雾干燥器流程 2—加热器 3—喷雾干燥室 4—旋风分离器 11—进料蠕动泵 12—料液瓶 8 5—离心风 6—入口温度传感器 10—雾化器 7—出口温度传感器 8—产品收集器 9—压缩空

压缩机提供的压缩空气经调节器 9 进入雾化器 10。料液由进料蠕动泵控制 进入雾化器 10，雾化器在压缩空气的作用下将料液雾化进入干燥室 3.空气经滤 后，在加热器 2 加热至预定的温度后，进入干燥器 5，与雾滴并流向下运动时， 发生干燥，将雾滴中的湿分去掉，湿分进入热空气中。干燥后的产品被热空气流 带入旋风分离器 4 进行气—固分离。排出的气流再进入袋滤器，进一步分离气流

中的细小颗粒。

124

六、 实验方法

1. 料液的配置

用电子天平称取一定量干的粉状固体物 m 克，用量筒量取 n 毫升清水，将 m 克固体倒入 n 毫升清水中，配置成一定浓度的料液。一般固含量在 20~30%之 间比较合适。

2. 实验数据的读取

空气进口、出口温度、离心风机流量和蠕动泵的流量直接在控制面板上读取，雾 化空气流量由转子流量计读取。

3. 产品含水量的测定

将收集到的产品称重得 W 克后，放入恒温干燥箱，在 95℃左右温度下干燥 12 小时后，等到绝干产品量 Wc 克，产品含水率为

ω=（W-Wc）/W×100%

七、实验操作

①打开主机电源，主机自检，正常后显示实际的温度、风机的开度、进料的大小 等。

②启动风机，把风机的开度调为 100%。

③根据物料的特性和含固量的多少，设定进口温度，启动加热器进行预热。

④当进口温度达到设定值时，调节风机的开度，打开压缩空气的阀门，通过转子 流量计调节压缩空气的流量。

⑤当进出口温度都稳定后，设定喷嘴的清洗次数，一般设为 3 次；启动蠕动泵， 观察物料雾化的状态、粘壁的程度和出口温度的变化情况。各种物料的进、出口 温度应根据其工艺特性决定，也与物料的浓度、粘度、相对密度等有关。

⑥根据物料的干燥情况，调整进口温度、进料量、风机的开度，注意观察系统的 真空度，当真空度小于 70mbar 时，应停机，更换滤布。

⑦干燥完成后，先停止蠕动泵和加热，等进出口温度低于 60℃后，才能停风机， 卸下收集器，取出物料。

⑧以上工作完成后，将雾化器、旋风分离器、收集器和干燥室清洗干净，关掉压 缩机和主机电源。