化工原理实验报告流化床干燥.docx
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化工原理实验报告流化床干燥
北京化工大学
化工原理实验报告
实验名称：
流化床干燥
班级：
化实1101
学号：
2011011499
姓名：
张肠
同组人：
黄凤磊、陈文汉、杨波
实验日期：
2014.04.24
一、报告摘要
摘要：
本实验利用流化床干燥器对物料干燥速率曲线进行测定。
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。
以此来测定干燥速率。
利用物料的干湿重量变化讣算物料的各种含水量。
二、实验目的及任务
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的测定方法，测定干燥速率曲线，并确定临界含水量X。
及恒速阶段的传质系数匕及降速阶段的比例系数K*。
三、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。
床层压降kPa
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通过，压降与流速成正比，斜率约为1（在双对数坐标中）。
当气速逐渐增加（进入BC段），床层开始膨胀，空隙率增大，压降与气速的关系将不再成比例。
当气速继续增大，进入流化阶段（CD段），固体颗粒随气体流动而悬浮运动，随着气速的增加，床层高度逐渐增加，但床层压降基本保持不变，等于单位面积的床层净重。
当气速增大到某一值后（D点），床层压降将减少，颗粒逐渐被气体带走，此时，便进入了气流输送阶段。
D点处的流速即被称为带走速度。
在流化状态下降低气速,压降与气速的关系曲线将沿图中的DC线返回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点处的流速被称为起始流化速度。
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，可以通过测定床层圧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，可得物料含水量与时间的关系曲线及物料温度与时间的关系曲线。
物料含水量与时间曲线的斜率即为干燥速度。
将干燥速率对物料含水量作图，即为干燥速率曲线。
干燥过程可分为三个阶段。
时间/T
^4-16物料含水量.物斜温度与时间的关系
1
1
1lc
1
1
1
/
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
X*
|Xo
1
1
物科含水星X/kg水・kQ绝干物科
A
比物料预热阶段（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。
b・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。
c・降速干燥阶段（CDE段）
物料含水量减少到某一临界含水量，山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。
物料含水量越少，干燥速率越慢，直至达到平衡含水量而终止。
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
dW
u=
Adr
式中u——干燥速率，Kg水/（川・小
A干燥表面积，nr；dr——相应的干燥时间，s；
dW——汽化的水分量，Ka；
图中横坐标对应于某干燥速率下的物料平均含水量。
壬一X’+X田
2
式中X——某一干燥速率下湿物料的平均含水量;取样、放尽和测温。
床身顶部气固分离段设有加料口和测压口，分别用于物料加料和测压。
空气加热装置山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lmni铠装热电偶，其与人工智能仪表、固态继电器等，实现空气介质的温度控制。
空气加热装置底部设有测量空气干球温度和湿球温度的接口，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。
本装置的旋风分离器，可除去干燥物料的粉尘。
5.实验操作
1•流化床实验
A.加入固体物料至玻璃段底部。
B.调节空气流量，测定不同空气流量下的床层压降。
2•干燥实验
A.实验开始前
a.将电子天平开启，并处于待用状态。
b.准备一定量的干燥物料，取0.5Kg左右放入热水（60〜70"C沖泡20〜30min,取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用。
C•湿球温度计水筒中补水，但液面不得超过警示值。
B.床身预热阶段
a.启动风机和预热器，将空气控制在某一流量下（孔板流量计的压差为一定值，3KPa左右），控制加热器表面温度（80〜10（TC）或空气温度（50〜7（TC）稳定，打开进料口，将待干燥的物料徐徐倒入，关闭进料口。
C•测定干燥速率曲线
a.取样，用取样管（推入或拉出）取样，隔2〜3分钟一次，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，关闭加热器和风机的电源。
b.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
将每次取出的样品，在电子天平上称量9〜10g,放入烘箱内干燥，烘箱温度设定为120°C,50min后取出，在电子天平上称取其质量，此质量可视为样品的绝干物料质量。
4•注意事项
A・取样时，取样管推拉要快，管槽口要用布覆盖，以免物料喷出。
B・湿球温度计补水筒液面不得超过警示值。
C.电子天平要按使用说明操作。
六、实验数据处理
1、干燥实验
组别
时间/min
孔仮圧降/kPa床身圧降/kPa
床身温度/匸
进口温度e
出口温度e
1
3
3.91
0.51
36.8
60
31.2
12
9
—
6
3.93
0.46
43
60
42.9
14.3
3
9
3.92
0.45
50.S
60
47.9
14.6
4
12
3.92
0.46
52.9
60
50.1
13.6
5
15
3.88
0.43
51.3
60
51.5
17.8
6
IS
3.89
0.46
55.3
60
53
16.2
■
i
21
3.88
0.4
56.3
60
53.9
17.6
S
24
3.89
0.38
56.9
60
54.S
17.1
9
27
3.9
0.37
57.4
60
55.3
19.7
10
30
3.9
0.35
57.8
60
55.S
11.4
11
33
3.87
0.35
58.1
60
56.3
14.7
12
36
3.88
0.32
58.5
60
56.5
16.9
干堕/g
盘葩々
G«/g
0€/g
Xkg水/kg绝干物料
Xy场
汽化的水分鲍
千燥速率
11.2
13
S.6
3.4
2.6
0.30S
0.279
0.05S
7.5SE-02
7.S
6.5
5.2
0.250
0.231
0.037
3.2SE-O2
13.6
S.9
5.7
1.7
0.213
0.190
0.016
1.64E-02
12.S
8
5.6
4.S
0.167
0.146
0.012
1.16E-01
16.8
S.8
9
S
0.125
0.120
0.010
5.75E-03
15.5
9.4
6.S
6.1
0.115
0.110
0.009
5.20E-02
16.9
10.3
7.3
6.6
0.106
0.095
0.023
2.95E-02
16.6
10.6
6.5
6
0.0S3
0.06S
0.031
1.74E-O1
19.2
9.7
10
9.5
0.053
0.061
■0.016
1.1SE-01
11.2
S.3
3.1
2.9
0.069
0.057
0.021
2.77E-O2
14.4
7.8
6.9
6.6
0.045
0.037
0.016
5.94E-O2
16.7
9.9
7
6.S
0.029
以笫二组实验为例:
mft=14.3-7.8=6.5g
m=m2-m盘=13-7.8=5.2g
H2=（mm干）/m干=（6.5-5.2）/5.2=0.25汽化的水分量W=H2-H3=0.25-0.213=0.037
U2=（W2-W3）*（-1000）/（l.5*180）
二（0・037-0.046）*（-1000）7（1.5*180）
=0.033/（kg水・m"・s'1）
含水量-床身温度-时间关系曲线
0.350
0.300
0.250
0.200
0.150
0.100
0.050
0.000
干燥速率-含水量关系曲线
2.流化床实验
流化床曲线实验数据
孔板压降/Kpa
流量G/（m3/h）
床层丿E降/Kpa流速u/（m/s）
1
0.3
13.68
0.24
0.484
2
0.39
15.76
0.3
0.558
3
0.49
17.82
0.36
0.631
4
0.66
20.93
0.47
0.741
5
0.88
24.45
0.53
0.865
6
1.34
30.69
0.51
1.086
7
1.88
36.84
0.51
1.304
8
2.5
42.97
0.51
1.521
9
3.18
48.93
0.51
1.732
10
3.91
54.71
0.51
1.936
以第二组为例：
G=26.2*P054=26.2*0.39A0.54=15.76m3/h
u=G/0.25/3.14/0.1A2/3600=15.76/0.25/3.14/0.1A2/3600=0.558
流化床速率压降曲线
七、实验结果分析
干燥实验分析讨论：
山图可以看出，干燥速率在总体上呈现下降趋势，也就是略过了之前的预热阶段和恒速干燥阶段。
同时，山于计算存在较大误差，干燥速率中有上升的现象产生。
按照理论，由于物料内部水分逐渐减少，导致梯度减小，干燥速率应该一直下降才对。
流化床实验分析讨论：
由图中可以看出，床层压降开始时和流速在双对数坐标下成比例增大，当流速达到一定值之后，床层压降不再改变，此时也山固定床变为了流化床。
八、实验误差
干燥实验：
烘干时间不一定充足，可能导致乘凉干重变大，含水量普遍偏小。
流化实验：
床层阻力不均，可能导致压降在波动，不易读取准确数值。
九、思考题
1.流化床压降的对数值先随气速的对数值线性上升，达到一定值以后不再变化,此时床层由固定床变为流化床。
2•①腾涌时压力不稳，压力表不断摇摆；沟流时压降很低，低于正常值。
Q沟流产生的原因是流体分布板设计或安装上存在问题，如想避免，应改变设计；腾涌是床内径小，床高径比较大时，气体积聚增大，占据整个床体截面发生，如想避免，应减小高径比。
3.对于同样湿度的空气而言，温度越高，其水对应的饱和蒸汽压也越高，这样使得相对湿度下降，更加有利于干燥。
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