1、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
2、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
3、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。
4、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/T4-16 物料含水量.物斜温度与时间的关系111 lc111/11111111111X*| Xo11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
5、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dWu = A dr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
6、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（6070C沖泡2030min, 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
7、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（8010（TC ）或空气温度（507（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23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810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910g,放入烘箱内干燥，烘箱温度 设定为120 C, 50min后取
8、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e133.910. 5136.86031.212963.930.46436042. 914.3393.920.4550. S6047. 914. 64123.920. 4652.96050. 113.65153.880.4351.36051.517.86IS3.890.4655.3605316.
9、2i213.880.456.36053.917.6S243. 890. 3856.96054. S17.19273.90. 3757.46055.319.710303.90. 3557.86055. S11.411333.870. 3558. 16056.314.712363. 880. 3258.56056.516.9干堕/g盘葩G/g0/gXkg水/kg绝干物料Xy场汽化的水分鲍千燥速率11.213S. 63.42.60. 30S0.2790. 05S7.5SE-027. S6.55.20.2500.2310. 0373.2SE-O213.6S. 95.71.70.2130. 1900.
10、0161.64E-0212. S85.64.S0. 1670. 1460. 0121.16E-0116.8S. 89S0. 1250. 1200.0105.75E-0315.59.46.S6. 10. 1150. 1100. 0095.20E-0216.910. 37.36.60. 1060. 0950. 0232.95E-0216.610.66.560. 0S30. 06S0. 0311.74E-O119.29.7109.50.0530.0610. 0161.1SE-0111.2S. 33. 12.90.0690.0570. 0212.77E-O214.47.86.96.60.0450.03
11、70.0165.94E-O216.79. 976.S0.029以笫二组实验为例:m ft=14.3-7.8=6.5gm =m2-m 盘=13-7.8=5.2gH2= ( m m 干)/ m 干=(6.5-5.2) /5.2=0.25 汽化的水分量 W=H2-H3=0.25-0.213=0.037U2=(W2-W3)*(-1000)/(l. 5*180)二(0 037-0. 046)*(-1000)7(1. 5*180)=0. 033/ (kg 水 m s1)含水量-床身温度-时间关系曲线0.3500.3000.2500.2000.1500.1000.0500.000干燥速率-含水量关系曲线2.
12、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)10.313. 680. 240. 48420. 3915. 760.30. 55830. 4917. 820. 360. 63140. 6620. 930.470. 74150. 8824. 450. 530. 86561.3430. 690.511.08671.8836. 840.511. 30482.542. 970.511. 52193. 1848. 930.511.732103.9154.710.511.936以第二组为例：G=26.2*P054=26.2*0.39A0.54=1
13、5.76m3/hu=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。
