流化床干燥实验报告(3400字)

发表于:2020.10.15来自:www.fanwen118.com字数:3400 手机看范文

北京化工大学 学生实验报告

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

流化床干燥实验报告

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)

流化床干燥实验报告

。将干燥速率对物料含水量作图。

流化床干燥实验报告

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: u?

2dW Ad?式中u——干燥速率,kg水/(m.s);

2 A——干燥表面积,m;

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。 X?Xi?Xi?1 2

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。 Xi?Gsi?Gci Gci

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

流化床干燥实验报告

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.干燥实验相关数据记录表

流化床干燥实验报告

流化床干燥实验报告

以第一组数据计算

含水率X=(G湿-G干)/G干=(27.83-21.74)/(21.74-11.98)=0.6240 平均含水率=(X1+X2)/2=(0.6240+0.4618)/2=0.5429 干燥速率u=(X1-X2)/(1.5*△τ)=(0.6240-0.4618)/(1.5*4)

=0.027g?m-2?min-1

相关计算结果如下表

流化床干燥实验报告

流化床干燥实验报告

Vs26.2?p0.54

u??

S?d2代入相关数据可得,u=1.7981 m/s

六、实验结论及误差分析

流化床干燥实验报告

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流化床干燥实验报告

实验结果分析

1. 流化曲线和理论符合的很好, 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。当气速逐渐增加,床层开始膨胀,孔隙率增大,压降与气速的关系将不再成正比。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.观察干燥速率曲线,与理论曲线比较,可以发现没有了恒速干燥阶段,分析可能原因是,湿小麦在取样前还没达到流化阶段,却一直被热空气给吹着,小麦表面的非结合水在取样前已经被热空气蒸发没了。

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、为什么同一湿度的空气,温度较高有利于干燥操作的进行?

答:因为温度较高时,水的饱和蒸汽压大,而空气的绝度湿度没有变化,即水的分压没有发生变化,由??PC,所以空气的相对湿度增加,从而有利于干燥的进行。 PS

4、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)




第二篇:流化床干燥说明书 5500字

流 化 床 干 燥 操 作 实 验 装 置

天津大学化工学院

化工基础实验中心

20xx年2月

目录

一.实验设备的特点

二.设备的主要技术数据

三.实验设备的基本情况

四.实验方法及步骤

五.实验装置注意事项

六.附录

一.实验设备的特点

⒈本实验属操作型实验。其主要目的是让学生了解和掌握湿物料连续流化干燥的方法及干燥操作中物料、热量衡算和体积对流传热系数(αv)的估算方法。同时也可证明流化干燥的明显优点之一是气-固间对流传热效果好(αv大)。

⒉主体设备全透明。用透明膜加热新技术保温设备,实验过程中可清晰地观察颗粒的流化状况。选用变色硅胶作物料,使干燥情况更直观、形象。

⒊装置小型化,选用新型旋涡气泵,能耗低、噪声小,且便于学生动手操作。

二.设备的主要技术数据

㈠ 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毫米(内径76毫米)

床层有效流化高度h:80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)

㈡ 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)

㈢ 空气流量测定

⒈用自制孔板流量计,材质─铜板;孔径─17.0毫米。

⒉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V0: V0?C0A02?(P1?P2) (m3/s)

C0—孔板流量计的流量系数,C0=0.67;

?—空气在t0时的密度,kg/m;

P1?P2 —流量计处压差,Pa;

t0— 流量计处的温度,℃。 3

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: V1?V273?t1

273?t (m3/h)

㈣ 机电设备

⒈风机─旋涡式气泵(规格详见说明书)

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3~12V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。

㈤ 湿度测定

⒈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。

⒉物料湿度测定:用快速水份测定仪,使用方法见说明书。

㈥ 体积对流传热系数αv的计算方法

物料和热量衡算及体积对流传热系数αv的计算方法参见化工原理干燥章节和附录中实验数据处理的计算过程。

㈦ 实验操作参数 (参考值)

流化床干燥说明书

三. 实验设备的基本情况

⒈实验设备流程示意图:见附录一。

⒉实验装置加料、加热、保温电器电路图:见附录二。

四. 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)。

五.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。

六.附 录

附录一: 流程示意图

附录二:干燥装置电路图

附录三:实验数据及计算过程

流化床干燥操作实验原始数据记录表

流化床干燥说明书

数据整理

1. 物料量计算:

输入=实际加料量△G1=G01-G11=668.8-352.0=316.8(g) 进料速率 GC??G1??1

-3?316.81800?0.176?10?3(kg/s) -3 绝干料GC=G1(1-w1)=0.176×10 ×(1-0.2235)=0.136×10(kg/s)

以干基为基准的湿含量X?

X1?0.22351?0.2235w1?w ?0.090

1?0.090?0.0989

-3?0.287 X-32 脱水速率W=GC(X1-X2)=0.176×10 (0.287-0.0989)=0.0331×10 (kg/s)

2. 热量衡算

输入Q入=QP+QD=Up/Rp+Ud/Rd

其中 预热器实际加热电压Up=102(V)

干燥器实际保温电压Ud=86(V)

Q入=102/33.8 +86/156.1=307.8+47.3=355.2(W) 输出Q出=L(I2-I0)+GC(I2′-I1′) (W)

空气质量流量L(kg/s)计算:

流量计读数P1?P2=1.43(kPa),流量计处温度为37.8℃,流量计处的体积如下: V0?C0A02(P1?P2) (m/s)

2-42332222?C0=0.67, A0=π/4×d0=2.269×10m , 空气在37.8℃时的密度为1.139kg/m 2

1.139

3 V0?0.67?2.269?10?4??1330?73.5?10?4(m/s)?26.4(m/h) 33 由此得流量计处体积流量V0=26.4(m/h)

而实际操作中,干燥器进口温度为67.6 ℃,因此根据状态方程得 V进?26.4?

H0?H1?0.622?273?67.6273?37.8?28.9(m/h) 3?PsP??Ps?0.622?0.46?2267.9

101325?0.46?2267.9?0.00647

(由t0=25℃,tw=18.5℃得相对湿度φ=46%,查得25℃时空气的饱和蒸汽压Ps=2267.9Pa)

干燥器进口处空气湿比容 VH?(0.772?1.244H)?t?273273

273?67.8

273

?3 ?0.973(m/kg)3?(0.772?1.244?0.00647)? 绝干气流量 L?V进

VH?28.90.973?3600?8.25?10(kg/s)

干燥器出口空气湿度 H2?WL?H1?0.0331?108.25?10?3?3?0.00647?0.0104

空气焓值 I (kJ/kg)计算:

干燥器出口处 I2=(1.01+1.88H2)×t2+2490H2

=(1.01+1.88×0.0104)×52.2+2490×0.0104 =81.01(kJ/kg)

干燥器进口处 I1=(1.01+1.88H1)t1+2490H1

=(1.01+1.88×0.00647)×67.8+2490×0.00647 =85.41 (kJ/kg)

流量计处 I0=(1.01+1.88H0)×t0+2490×H0

=(1.01+1.88×0.00647)×37.8+2490×0.00647 =54.74(kJ/kg)

物料焓值I'计算: I′=(Cs+XCw)×θ

 物料进口处 I1'=(0.783+0.287×4.187)×25=49.6(kJ/kg) 物料出口处 I2'=(0.783+0.0989×4.187)×44.1=52.79(kJ/kg) 输出:Q出=L(I2-I0)+GC(I2′-I1′) (W)

Q出=8.25×10(81.01-54.74)+0.1252×10(52.79-49.6) =241.8×10(KW)=242(W)

热量损失Q损=Q入?Q出

Q入?355?242355?32% -3-3-3

3. 对流传热系数?V计算: ?V?QV??tm (W/m·℃) 3

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=GcCm2(θ2-θ1)=Gc(Cm+CwX2) (θ2-θ1) (W)

Q2=W(IV'-IL')=W[(r0℃+CVθm)-CWθ1] (W)

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。

Cm2─出干燥器物料的湿比热 (kJ/kg绝干料·℃)

Iv′─θm温度下水蒸气的焓, kJ/kg

IL′─θ1温度下液态水的焓, kJ/kg

θm=(θ1+θ2)/2=(25+37.8)/2 =31.4℃

Q=8.25×10×(0.783+4.187×0.0647)×(37.8-25)+

0.0331×10×[(2490+1.88×31.4)-4.187×25]

=192×10(KW)=192(W)

流化床干燥器有效容积V??

4D1h?

-3-3-3-32?43?0.0752?0.080 =0.353×10(m)

气相和固相之间推动力 ?tm?(t1??m)?(t2??m)

lnt1??m

t2??m

192

3.53?10?4?(67.8?31.4)?(52?31.4)ln67.8?31.452?31.43?27.75(℃) ?V?

4. 热效率η计算: ???27.753?19.6?10(W/m·℃) 干燥过程中蒸发水分所

向干燥器提供热量消耗的热量Q入Q蒸?100%

Q蒸=W(2490+1.88t2-4.187θ1)

=0.0165×10(2490+1.88×53.4-4.187×25) ×10=41.01 (W) Q入=425.6W ??41.01

425.6?9.6% -33

实验结果表明体积对流传热系数和热效率值符合文献数据。热损失偏大,其主要原因是管路采用不锈钢制作且管路未保温所致。

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