1、北京化工大學(xué)學(xué)生實驗報告實驗名稱：流化床干燥實驗一、目的及任務(wù) 了解流化床干燥器的基本流程及操作方法。 掌握流化床流化曲線的測定方法，測定流化床床層壓降與氣速的關(guān)系曲線。 測定物料含水量及床層溫度隨時間變化的關(guān)系曲線。Xo及恒速階段 掌握物料干燥速率曲線測定方法，測定干燥速率曲線，并確定臨界含水量 的傳質(zhì)系數(shù)kH及降速階段的比例系數(shù) Kx。二、基本原理1、流化曲線CJ氣遠u (m s)當(dāng)氣速較小時，操作過程處于固定床階段（AB段），床層基本靜止不動，氣體只能從床層空隙中流過，壓降與流速成正比， 斜率約為1 （在雙對數(shù)坐標(biāo)系中）。當(dāng)氣速逐漸增加（進 入BC段），床層壓降將減小，顆粒逐漸被氣體帶走

2、，此時，便進入了氣流輸送階段。D點處流速即被稱為帶出速度（uo ）。在流化狀態(tài)下降低氣速，壓降與氣速關(guān)系線將沿圖中的DC線返回至C點。若氣速繼續(xù)降低，曲線將無法按 CBA繼續(xù)變化，而是沿CA變化。C點處流速被稱為起始流化速度 （umf）。在生產(chǎn)操作中，氣速應(yīng)介于起始流化速度與帶出速度之間，此時床層壓降保持恒定，這是流化床的重要特點。據(jù)此，可以通過測定床層壓降來判斷床層流化的優(yōu)劣。2、干燥特性曲線將濕物料置于一定的干燥條件下，測定被干燥物料的質(zhì)量和溫度隨時間變化的關(guān)系，可得到物料含水量（X與時間（t）的關(guān)系曲線及物料溫度（e與時間（t的關(guān)系曲線。物料含水量與時間關(guān)系曲線的斜率即為干燥速率（u）。

3、將干燥速率對物料含水量作圖。T-電*墨專戰(zhàn)H-物料含水壘疋跑水我/絕干物料干燥過程可分為以下三個階段。（1）物料預(yù)熱階段（AB段）在開始干燥時，有一較短的預(yù)熱階段，空氣中部分熱量用來加熱物料，物料含水量隨時間變化不大。（2）恒速干燥階段（BC段）由于物料表面存在自由水分，物料表面溫度等于空氣的濕球溫度，傳入的熱量只用來蒸發(fā)物料表面表面的水分，物料含水量隨時間成比例減少，干燥速率恒定且最大。（3）降速干燥階段（CDE段）物料含水量減少到某一臨界含水量（X），由于物料內(nèi)部水分的擴散慢于物料表面的蒸發(fā)， 不足以維持物料表面保持濕潤，而形成干區(qū)，干燥速率開始降低，物料溫度逐漸上升。物料 含水量越小，干

4、燥速率越慢，直至達到平衡含水量（X）而終止。干燥速率為單位時間在單位面積上汽化的水分量，用微分式表示為：dWu =Ad t式中U -干燥速率，kg水/(m.s）；AA干燥表面積，m;d t -相應(yīng)的干燥時間，s;dW汽化的水分量， kg。圖中的橫坐標(biāo)X為對應(yīng)于某干燥速率下的物料平均含水量。X Xi Xi 1-2式中X某一干燥速率下濕物料的平均含水量；X、X+1 T時間間隔內(nèi)開始和終了時的含水量，kg水/kg絕干物料。XiGsi - GeGci式中GSi 第i時刻取出的濕物料的質(zhì)量，kg ;GCi第i時刻取出的物料的絕干質(zhì)量，kg。干燥速率曲線只能通過實驗測定， 因為干燥速率不僅取決于空氣的性質(zhì)

5、和操作條件，而且還受物料性質(zhì)結(jié)構(gòu)及含水量的影響。 本實驗裝置為間歇操作的沸騰床干燥器，可測定達到一定干燥要求所需的時間，為工業(yè)上連續(xù)操作的流化床干燥器提供相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)。、裝置及流程1風(fēng)機；2、濕球溫度水筒；3、濕球溫度計；4、干球溫度計；5、空氣加濕器；6、空氣流速調(diào)節(jié)閥；7、放凈口； 8、取樣口； 9、不銹鋼筒體；10、玻璃筒體11、氣固分離器；12、加料口； 13、旋風(fēng)分離器；14、孔板流量計（d0=20mm）四、操作要點1、流化床實驗 加入固體物料至玻璃段底部。 調(diào)節(jié)空氣流量，測定不同空氣流量下床層壓降。2、干燥實驗（1）實驗開始前 將電子天平開啟，并處于待用狀態(tài)。 將快速水分測定儀開

6、啟，并處于待用狀態(tài)。 準(zhǔn)備一定量的被干燥物料 （以綠豆為例），取0.5kg左右放入熱水（6070C）中泡2030min, 取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用。 濕球溫度計水筒中補水，但液面不得超過預(yù)警值。（2）床身預(yù)熱階段啟動風(fēng)機及加熱器，將空氣控制在某一流量下（孔板流量計壓差為一定值，3kpa左右），控制加熱器表面溫度（80100 C）或空氣溫度（5070C）穩(wěn)定，打開進料口，將待干燥物 料徐徐倒入，關(guān)閉進料口。（3）測定干燥速率曲線 取樣，用取樣管取樣，每隔23mi n 次，取出的樣品放入小器皿中，并記上編號和取樣時間，待分析用。共做 810組數(shù)據(jù)，做完后，關(guān)閉加熱器和風(fēng)機電源。 記錄數(shù)據(jù)

7、，在每次取樣的同時，要記錄床層溫度、空氣干球、濕球溫度、流量和床層壓降 等。3、結(jié)果分析(1 )快速水分測定儀分析法將每次取出的樣品在電子天平上稱量910g，利用快速水分測定儀進行分析。(2)烘箱分析法將每次取出的樣品在電子天平上稱量910g，放入烘箱內(nèi)烘干，烘箱溫度設(shè)定為120度,1h后取出，在電子天平上稱取其質(zhì)量，此質(zhì)量即可視為樣品的絕干物料質(zhì)量。4、注意事項 取樣時，取樣管推拉要快，管槽口要用布覆蓋，以免物料噴出。 濕球溫度計補水筒液面不得超過警示值。 電子天平和快速水分測定儀要按說明操作。五、數(shù)據(jù)處理表1.干燥實驗相關(guān)數(shù)據(jù)記錄表序號空球質(zhì)量/g濕空質(zhì)量/g十空質(zhì)量/g濕球溫度/ C十球

8、溫度/ C丿木身溫度/ C加熱溫控/ C丿木層壓降/kPa孔板壓降/kPa111.9827.8321.74210.7520.8817.6833.943.541.965.80.963.60313.3328.8025.4834.844.240.567.40.953.61412.7528.2525.0435.244.346.268.00.743.65511.0721.4118.9135.844.749.268.30.773.66613.2224.2721.8136.745.550.969.00.663.70712.0922.6420.4637.346.152.769.70.633.71812.692

9、5.5423.6237.847.054.670.50.573.72912.2223.3121.6038.247.256.470.80.543.77以第一組數(shù)據(jù)計算含水率 X=(G 濕-G 干)/G 干=(27.83-21.74)/(21.74-11.98)=0.6240 平均含水率=(X什X2)/2=( 0.6240+0.4618)/2=0.5429干燥速率 u= ( X1-X2) /(1.5* t )=( 0.6240-0.4618)/(1.5*4)=0.027g? m-2? min-1相關(guān)計算結(jié)果如下表表2.干燥實驗相關(guān)計算結(jié)果表含水量X平均含水量干燥速率u0.62400.46180.54

10、290.0270.27330.36750.0310.26120.26720.0020.31890.2900-0.0100.28640.30260.0050.26050.27340.0040.17570.21810.0140.18230.1790-0.001表3.流化實驗相關(guān)計算結(jié)果表序號床層壓降/kPa孔板壓降/kPa空氣壓力/kPa體積流量Vsm h-1空氣流速u10.543.772.953.641.898320.513.412.650.811.798130.433.042.347.761.690040.492.652.044.351.569250.442.261.740.691.44006

11、0.461.941.537.471.326070.431.661.234.451.219080.431.351.030.811.090290.421.060.827.040.9567100.380.810.623.380.8274以第一組數(shù)據(jù)為例Vs26.2 p0.54U2S-：d 4代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得，u=1.7981 m/s六、實驗結(jié)論及誤差分析干燥曲線0.70000.60000.50000.40000.30000.20000.10000.000010 204030201060含水量床層溫度003040時間t/min下燥速率弓平均含水呈的關(guān)至0. &0000. 5000URO0. 10000

12、.0000 0. 000 0. 005 0. 010 0. 015 0. 020 0. 025 0, 030 0, 035 )7 (kg水/kg干燥種子)床層壓降與流速關(guān)系流實驗結(jié)果分析1. 流化曲線和理論符合的很好，當(dāng)氣速較小時，操作過程處于固定床階段，床層基本靜止不動，氣體只能從床層空隙中流過，壓降與流速成正比。當(dāng)氣速逐漸增加，床層開始膨脹，孔隙 率增大，壓降與氣速的關(guān)系將不再成正比。當(dāng)氣速繼續(xù)增大，進入流化階段，固體顆粒隨氣體流動而懸浮運動，隨著氣速的增加，床層高度逐漸增加， 但床層壓降基本上保持不變，如曲線的后半段，成一條水平直線。2觀察干燥速率曲線，與理論曲線比較，可以發(fā)現(xiàn)沒有了恒速

13、干燥階段，分析可能原 因是，濕小麥在取樣前還沒達到流化階段，卻一直被熱空氣給吹著， 小麥表面的非結(jié)合水在取樣前已經(jīng)被熱空氣蒸發(fā)沒了。七、思考題1、本實驗所得的流化床壓降與氣速曲線有何特征？答：當(dāng)氣速較小時，操作過程處于固定床階段，床層基本靜止不動，氣體只能從床層 空隙中流過，壓降與流速成正比。當(dāng)氣速繼續(xù)增大，進入流化階段，固體顆粒隨氣體 流動而懸浮運動，隨著氣速的增加，床層高度逐漸增加，但床層壓降基本上保持不變， 如曲線的后半段，成一條水平直線2、流化床操作中，存在騰涌和溝流兩種不正常現(xiàn)象，如何利用床層壓降對其進行判斷？怎 樣避免他們的發(fā)生？答：騰涌時，床層壓降不平穩(wěn)，壓力表不斷擺動；溝流是床層壓降穩(wěn)定，只是數(shù)值比正 常情況下低。溝流是由于流體分布板設(shè)計或安裝上存在問題，應(yīng)從設(shè)計上避免出現(xiàn)溝流，騰涌是由于流化床內(nèi)徑較小而床高于床比徑比較大時，氣體在上升過程中易聚集繼而增大，當(dāng) 氣體占據(jù)整個床體截面時發(fā)生騰涌，故在設(shè)計流化床時高徑比不宜過大。3、為什么同一濕度的空氣，溫度較高有利于干燥操作的進行？答：因為溫度較高時，水的飽和蒸汽壓大，而空氣的絕度濕度沒有變化，即水的分壓沒有發(fā)生變化