流化干燥操作和干燥速度曲线的测定
一、实验目的
（1）掌握测定物料干燥速度曲线的工程意义；
（2）熟悉流化干燥设备的流程、工作原理及特点；
（3）了解影响干燥速度曲线的因素。
二、基本原理
干燥过程是通过某种方式将热量传给含水物料，使含水物料中的水分蒸发分离的过程。这一过程同时伴有传热和传质，比较复杂。目前仍主要依赖于实验来解决干燥操作中的问题。为了确定湿物料的干燥条件，例如已知干燥要求（即被干燥物料的最终湿含量），当干燥面积一定时，确定所需的干燥时间；或干燥时间一定时，确定所需的干燥面积，必须掌握湿物料的干燥特性即干燥速度曲线。
物料的含水量，可以用相对于物料总量的水分含量，即以湿物料为基准的水分含量、用符号w来表示。但在干燥过程中，物料总量是随着水分的减少而不断减少，所以采用以绝对干物料量为基准的水分含量C表示更为方便。在w和C之间有如下关系：
C = w /（ 1 - w ）
W = C /（ 1 + C ）
1．干燥过程
若将非常湿的物料置于一定的干燥条件下，例如在有一定湿度、温度和风速的大量热空气气流中，测定被干燥物料的湿含量和温度随时间的变化，可发现干燥过程分为如下三个阶段：（1）物料预热阶段；（2）
恒速干燥阶段；（3）降速干燥阶段。非常潮湿的物料因其表面有液态水存在，当它置于恒定条件的大量热空气气流中时，其温度逐渐升至热风的湿球温度，在达到湿球温度之前的阶段称为预热阶段。在随后的第二阶段中，由于物料表面存有液态水，物料温度约等于空气的湿球温度，传入的热量只用于汽化物料表面水分。此阶段中，物料的干基含水率C
随时间线性地减少，因此其干燥速率不变，为恒速干燥阶段。当物料表面已无液态水存在时，便进入第三阶段。此时，传入的热量使湿物料的温度从湿球温度开始上升，物料温度的上升提高了其毛细孔中水份的汽化分压，但水份由物料内部扩散至表面后的蒸发慢于物料表面水份的蒸发，因此干燥速率很快降低，此为降速干燥阶段。
2．影响气流干燥过程的主要因素
（1）气流条件
1） 气流的温度；
2） 气流的湿度；
3） 气流的流速。
（2）湿物料的条件
1） 湿物料的物性；
2） 湿物料与热气流的接触状态。
3．干燥速率的表示
干燥速率即水份汽化率
可用单位时间内在单位干燥面积上汽化的水量表示：
也可用绝对干物料在单位时间内所汽化的水量表示：
式中， A 为被干燥物料的汽化面积；
为干燥时间；
W 为从被干燥物料所汽化的水分量；
C 为干基湿含量；
为绝对干物料质量。
因为 
所以 
流化干燥采用
的表达式。因此，实验测得的干基湿含量随时间变化的曲线的斜率即是。
三、实验内容
测定一定干燥条件下的物料干燥速率曲线。
四、实验装置
本实验采用流化床干燥器，以热空气气流干燥变色硅胶。流化床干燥器内径为140mm。
由鼓风机输送的空气流经转子流量计计量和电加热器预热后，通过流化床的分布板进行气流分布，与床层中颗粒状的湿物料进行流态化的接触并进行气流干燥。干燥后的湿气流上升至干燥器顶部的除尘器后放入空间。空气流的速度和温度，分别由阀门和自耦变压器调节；空气流的湿度由干湿球温度计检测。
五、实验操作原则
（1）预先调节气流量约 12-14 m3／h 使流化床中颗粒层处于良好的流化状态。
（2）通电预热气流至100-105℃左右，待空气温度稳定后，每隔5分钟记录一次床层温度，每隔10分钟取样分析一次，直至实验结束。
（3）每次取样后，瓶子必须盖紧再去称重，称重后则要取下瓶盖放入120℃以上的烘箱烘干约20分钟（近似于绝干物料）。样品瓶由烘箱取出时也必须盖紧，然后再去称重。
（4）样品干基湿含量的求取方法：
式中，
为连盖空瓶重量；
为取样后样品与空瓶总重量；
第二篇：干燥速率速率曲线的测定实验
实 验 名 称： 干燥速率曲线测定实验
学 院： 化学工程学院
专 业： 化学工程与工艺
班 级： 化工 班
姓 名：
学 号： 序号：
同组者姓名：
指 导 教 师：
日 期：
一、实验目的
1．熟悉常压洞道式（厢式）干燥器的构造和操作；
2．测定在恒定干燥条件（即热空气温度、湿度、流速不变，物料与气流的接触方式不变）下的湿物料干燥曲线和干燥速率曲线；
3．测定该物料的临界湿含量X0；
4．掌握有关测量和控制仪器的使用方法。
二、基本原理
当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始气化，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。
第一个阶段为恒速干燥阶段。在过程开始时，由于整个物料的湿含量较大，其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此，干燥速率为物料表面上水分的气化速率所控制，故此阶段亦称为表面气化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的气化，物料表面的温度维持恒定（等于热空气湿球温度），物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。
第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的气化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减小，故干燥速率不断下降。
恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式。
恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实验在恒定干燥条件下对毛毡物料进行干燥，测定干燥曲线和干燥速率曲线，目的是掌握恒速段干燥速率和临界含水量的测定方法及其影响因素。
⒈干燥速率的测定
（7-1）
式中：
—干燥速率，kg /（m2·h）；
—干燥面积，m2，（实验室现场提供）；
—时间间隔，h；
—时间间隔内干燥气化的水分量，kg。
⒉ 物料干基含水量
（7-2）
式中：
—物料干基含水量，kg水/ kg绝干物料；
—固体湿物料的量，kg；
—绝干物料量，kg。
⒊ 恒速干燥阶段，物料表面与空气之间对流传热系数的测定
（7-3）
（7-4）
式中：
—恒速干燥阶段物料表面与空气之间的对流传热系数，W/（m2·℃）；
—恒速干燥阶段的干燥速率，kg/（m2·s）；
—干燥器内空气的湿球温度，℃；
—干燥器内空气的干球温度，℃；
—℃下水的气化热，J/ kg。
⒋ 干燥器内空气实际体积流量的计算
由节流式流量计的流量公式和理想气体的状态方程式可推导出：
（7-5）
式中：
—干燥器内空气实际流量，m3/ s；
—流量计处空气的温度，℃；
—常压下t0℃时空气的流量，m3/ s；
—干燥器内空气的温度，℃。
（7-6）
（7-7）
式中：C0—流量计流量系数，C0=0.67
A0—节流孔开孔面积，m2；
d0—节流孔开孔直径， d0=0.050 m；
ΔP—节流孔上下游两侧压力差，Pa；
ρ—孔板流量计处时空气的密度，kg/m3。
三、实验装置
1．装置流程
空气用风机送入电加热器，经加热的空气流入干燥室，加热干燥室中的湿毛毡后，经排出管道排入大气中。随着干燥过程的进行，物料失去的水分量由称重传感器和智能数显仪表记录下来。实验装置如图1所示。
图1 干燥装置图
1-风机 2-可移动实验框架 3-旁路阀 4-气路管道 5-差压传感器 6-不锈钢孔板流量计 7-电加热管 8-风量均布器 9-支杆 10、11-湿球、干球温度传感器 12-可视门 13-精密称重传感器 14-蝶阀3 15-蝶阀2 16-蝶阀1 17-总电源空气开关 18-仪表电源开关 19-变频器电源开关 20-风机电源切换开关 21-电加热管停止按钮 22-干球温度手自动切换开关及手动调节旋钮 23-干球温度自动调节仪 24-指示灯 25-电加热管启动按钮 26-加热管电压指示 27-智能风量控制仪 28-智能多路液晶显示仪 29-变频器
（1）风机电源切换开关：有三个位：直接、停止、变频分别为风机电源由电网直接提供、风机停止和风机电源由变频器提供。
（2）智能多路液晶显示仪的1~3通道分别为：空气流量、湿球温度、称重重量。
（3）风机电源切换开关：为3位开关，当开关打到左边位置时为直接电源给风机供电；当开关打到中间位置时为停止位置；当开关打到右边位置时为变频器输出电源给风机供电。相应上面的指示灯指示的是直接风机供电时的风机电源指示。
（4）风量控制：可通过仪表实现自动控制及调节旋钮实现手动风量控制，但风量不得低于50m3/h，否则会因为风量过小而使烧坏加热管。控制方法是：1）手动控制时，将风量手自动切换开关打到手动位置，通过调节手动旋钮即可对变频器输出控制，从而控制风机风量；2）自动控制时，将手自动切换开关打到自动位置，这时可通过仪表对变频器输出控制，从而也实现了对风机风量的控制。
2．主要设备及仪器
（1） 鼓风机：MY250W，250W
（2） 电加热器：4.5KW
（3） 干燥室：180mm×180mm×1250mm
（4） 干燥物料：湿毛毡
（5） 称重传感器：YZ108A型，0～300g。
四、实验步骤与注意事项
1、实验步骤
1）．打开仪表控制柜上的仪表电源开关，开启仪表。
2）．打开仪表控制柜上的风机电源开关，开启风机，这时加热管停止按钮灯亮。
3）．按下加热管启动按钮，启动加热管电源，刚开始加热时，打开加热管电源开关，可通过仪表实现自动控制及调节旋钮实现手动控制干球温度。其方法是：（1）手动控制时，将手自动切换开关打到手动位置，通过调节手动旋钮即可对加热管电压实现控制，从而控制干球温度；（2）自动控制时，将手自动切换开关打到自动位置，这时可通过仪表对加热管的电压进行控制，从而也实现了对干球温度的控制。干燥室温度（干球温度）要求恒定在70℃。
4）．将毛毡加入一定量的水并使其润湿均匀，注意水量不能过多或过少。
5）．当干燥室温度恒定在70℃时， 一定在老师的指导下或由老师将湿毛毡十分小心地悬挂于称重传感器下的托盘上。放置毛毡时应特别注意不能用力下拉，因称重传感器是非常精密的仪器，且其测量上限仅为300克，稍微的力均会完全损坏称重传感器导致不能再使用。
6）．记录时间、毛毡和剩余水的重量（即为重量显示仪的读数），每分钟记录一次数据；每两分钟记录一次干球温度和湿球温度。
7）．待毛毡恒重时，即为实验终了时，按下停止按钮，停止加热，注意保护称重传感器，一定在老师的指导下或由老师非常小心地取下毛毡。
8）．等20分钟后，当干球温度降到30度左右时关闭风机电源、关闭仪表电源，清理实验设备。
2、注意事项
1）．必须先开风机，后开加热器，否则加热管可能会被烧坏。
2）．特别注意传感器是非常精密的仪器，且其负荷量仅为300克，放取毛毡时必须十分小心，绝对不能下拉或用力上提，否则会完全损坏称重传感器导致不能再使用。
3）．风量不得低于50m3/h，否则会因为风量过小而烧坏加热管。
五. 原始实验数据（附页）
六．数据处理
本实验中：托盘质量m1=28.6g
毛毡绝干质量Gc’=12.70g
毛毡干燥面积S=287.84 m2
以时间t=2min时为例计算：
固体湿物料的量G’=（82.0-28.6）g=53.4g=0.0534kg
物料干基含水量X=（G- Gc’）/ Gc’=(0.0534-0.0127)/0.0127=3.205kg
ΔW’=0.0545-0.0534=0.0011kg
干燥速率U=ΔW’/（S*Δt）=0.0011/(287.84*10-4*1/60)=2.293 kg /（m2·h）
以此方法计算得到下表：
2.图表制作
①根据上表以干基含水量X为纵坐标，以t/min为横坐标，可得到如下曲线图可以作得干燥曲线图:
②根据上表以X为横坐标，以U为纵坐标可作得干燥速率曲线：
由上图可知，物料的临界湿含量X0=1.10
七、结果分析与讨论
由图可以看出，实验所得结果不是很理想，主要原因可能是实验仪器自动加热装置存在损坏，所以使得实验数据出现一定的误差。
八、思考题解答
1.毛毡含水是什么性质的水分？
答：毛毡含水有自由水和平衡水，其中干燥除去的为自由水。
2.实验过程中干、湿球温度计是否变化？为什么？
答：干球温度是变化的。干球温度是指空气温度，由于空气流量是不稳的，干燥温度是在70℃上下波动的。
湿球温度也是在变化的。由于失水量是在变化的，同时干球温度也是变化的。
3.恒定干燥条件是指什么？
答：在间歇干燥实验中，用大量的热空气干燥少量的湿物料，空气的温度、湿度、气速及流动方式都恒定不变。
4.如何判断实验已结束？
答：毛毡恒重，即重量显示仪的读数不变。 但实际试验中不可能出现恒定不变的情况，会有上下的小浮动。