北京化工大学
化工原理
实验报告
实验名称: 流化床干燥实验
班 级: 环工0903
学 号: 200912102
姓 名: 滕飞
一、实验目的及人物
1.了解流化床干燥器的基本流程及操作方式。
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的测定方法,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、实验原理
1、流化曲线
在实验中可以通过测量不同空气流量下的床层压降,得到流化床床层压降与气速的关系曲线(下图)。
当气速较小时,操作过程处于固定床阶段(AB段),床层基本不动,压降与流速成正比,斜率约为1。当气速逐渐增加(进入BC段),床层开始膨胀,压降与气速关系不再成比例。当气速逐渐增大,进入流化阶段(CD段),固体颗粒随气体流动而悬浮运动,随气速增加床层高度逐渐增加,但床层压降基本保持不变。当气速增大到某一值(D点),床层压降减小,颗粒逐渐被气体带走,此时便进入气流输送阶段。D点处流速即为带出速度。在流化状态下降低气速,压降与气速关系将沿图中DC线返回至C点。若气速继续降低,曲线沿CA’变化。C点处流速被称为起始流化速度。
2、干燥特性曲线
将湿物料置于一定干燥条件下,测定被干燥物料的质量和温度随时间变化的关系,可见物料含水量(X)与时间(t)的关系曲线及物料温度(θ)与时间(t)的关系曲线(如下图左)。物料含水量与时间关系曲线的斜率即为干燥速率(u)。将干燥速率对物料含水量作图,及干燥速率曲线(如下图右)。
干燥过程分为以下三个阶段:
(1)物料预热阶段(AB段):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湿球温度,传入热量只用来蒸发物料表面的水分,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(Xo),由于物料内部水分扩散慢于物料表面蒸发,不足以维持物料表面湿润,而形成干区,干燥速率开始降低,物料速度逐渐上升,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:
式中u——干燥速率,kg水/(m2.s);
A——干燥表面积,m2;
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。
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。
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、装置和流程
流化床干燥实验装置如下图:
1-风机;2-湿球温度水桶;3-湿球温度计;4-干球温度计;5-空气加热器;
6-空气流量调节阀;7-放净口;8-取样口;9-不锈钢筒体;10-玻璃筒体;
11-气固分离段;12-加料口;13-旋风分离器;14-孔板流量计。
本装置主要包括三部分:流化床干燥设备、调节仪表和控制系统。
本装置的所有设备,除床身筒体一部分采用高温硬质玻璃外,其余均采用不锈钢制造,因此耐用、美观,图1为本装置的流程图。
床身筒体部分由不锈钢段(内径100mm,高100mm)和高温硬质玻璃段(内径100mm,高400mm)组成,顶部有气固分离段(内径150mm,高250mm)。不锈钢段筒体上设有物料取样器、温度计等,分别用于取样、放净和测温。床身顶部气固分离段设有加料、测压,分别用于物料加料和测压。
空气加热装置由加热器和控制器组成,加热器为不锈钢盘管式加热器,加热管外壁设有1mm铠装热电偶,它与人工智能仪表、固态继电器等,实现空气介质的温度控制。同时,计算机可实现对仪表的控制。
空气加热装置底部设有空气介质的干球温度和湿球温度接口,以测定空气的干、湿球温度。
本装置空气流量采用孔板流量计计量,其流量Vs可以通过
本实验装置的旋风分离器,可以除去干燥物料的粉尘。
本实验引入了计算机在线数据采集和控制技术,加快了数据的记录和处理速度。
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
六、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:开始可认为压降随气速线性增加,后随气速增加维持一个基本稳定的值。
2.流化床操作中,存在腾涌和沟流两种不正常的现象,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,温度较高的有利于干燥进行?
答: 温度不同而湿度相同的空气,其相对湿度不同。温度高的空气,饱和蒸汽压低,相对湿度低,而相对湿度越低,其吸湿能力越强,故其干燥能力也就越强。
4、本装置在加热其入口处装有干、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:绝热增湿过程即等焓过程。已知入口湿球温度,由等温线交于相对湿度等于100%线 ,由等焓线上延交于干球温度t等温线,交点即空气的进口状态,其湿度为过点横轴的垂线。
此湿度亦可由公式计算而得,同时需要湿球温度下的潜热值与湿度值,即可求得进口状态下湿度。
第二篇:流化床干燥实验指导书-学生
流化床干燥实验
一、实验目的
1. 了解流化床干燥装置的基本结构、工艺流程和操作方法。
2. 学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法。
3. 掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速阶段干燥速率、临界含水量、平
衡含水量的实验分析方法。
4. 实验研究干燥条件对于干燥过程特性的影响。
二、基本原理
在设计干燥器的尺寸或确定干燥器的生产能力时,被干燥物料在给定干燥条件下的干燥速率、临界湿含量和平衡湿含量等干燥特性数据是最基本的技术依据参数。由于实际生产中被干燥物料的性质千变万化,因此对于大多数具体的被干燥物料而言,其干燥特性数据常常需要通过实验测定而取得。
按干燥过程中空气状态参数是否变化,可将干燥过程分为恒定干燥条件操作和非恒定干燥条件操作两大类。若用大量空气干燥少量物料,则可以认为湿空气在干燥过程中温度、湿度均不变,再加上气流速度以及气流与物料的接触方式不变,则称这种操作为恒定干燥条件下的干燥操作。
三、实验步骤与注意事项
1.实验步骤
(1)开启风机。
(2)打开仪表控制柜电源开关,加热器通电加热,床层进口温度要求恒定在70~80℃左右。
(3)将准备好的耐水硅胶/绿豆加入流化床进行实验。
(4)每隔4min取样5~10克左右分析,同时记录床层温度。
(5)待耐水硅胶/绿豆恒重时,即为实验终了,关闭仪表电源。
(6)关闭加热电源。
(7)关闭风机,切断总电源,清理实验设备。
2. 注意事项
必须先开风机,后开加热器,否则加热管可能会被烧坏,破坏实验装置。
五、实验报告
1. 绘制干燥曲线(含水量~时间关系曲线);
2. 根据干燥曲线作干燥速率曲线;
3. 读取物料的临界湿含量;
4. 绘制床层温度随时间变化的关系曲线;
六、思考题
1. 控制恒速干燥阶段速率的因素是什么?控制降速干燥阶段干燥速率的因素又是什么?
2. 为什么要先启动风机,再启动加热器?实验过程中床层温度是如何变化?为什么?如何判断实验已经结束?