化工原理干燥实验报告
2021-10-31 05:42:02 32
一、摘要
本实验在了解沸腾流化床干燥器的基本流程及操作方法的基础上，通过沸腾流化床干燥器的实验装置测定干燥速率曲线，物料含水量、床层温度与时间的关系曲线，流化床压降与气速曲线。
干燥实验中通过计算含水率、平均含水率、干燥速率来测定干燥速率曲线和含水量、床层温度与时间的关系曲线；流化床实验中通过计算标准状况下空气体积、使用状态下空气体积、空气流速来测定流化床压降与气速曲线。
二、实验目的
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。
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（如图）。
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流过，压降与流速成正比，斜率约为1（在双对数坐标系中）。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。当气速增大至某一值后（D点），床层压降将减小，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出速度(u0)。
在流化状态下降低气速，压降与气速的关系线将沿图中的DC线返回至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(umf)。
在生产操作过程中，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，可以通过测定床层压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，测定被那干燥物料的质量和温度随时间变化的关系，可得到物料含水量（X）与时间（τ）的关系曲线及物料温度（θ）与时间（τ）的关系曲线（见下图）。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，即为干燥速率曲线（见下下图）。干燥过程可分以下三个阶段。
（1）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。
（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。
（3）降速干燥阶段（CDE段）
物料含水量减少到某一临街含水量（X0），由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润湿，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/（m2s）； 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——某一干燥速率下湿物料的平均含水量；
Xi,Xi+1——△τ时间间隔内开始和终了是的含水量，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。
四、操作步骤
1、将450g小麦用水浸泡2-3小时后取出，沥干表面水分。
2、检查湿球温度及水罐液位，使其处于液位计高度1/2处。
3、从加料口将450g小麦加入流化床中。
4、启动风机、空气加热器，空气流量调至合适值，空气温度达到设定值。
5、保持流量、温度不变，间隔2-3分钟取样，每次取10克，将湿物料及托盘测重。
6、装入干燥盒、烘箱，调节烘箱温度125℃，烘烤一小时，称干物料及托盘重量
7、干燥实验过后，关闭加热器，用剩余物料测定流化曲线，从小到大改变空气流量10次，记录数据。
8、出料口排出物料，收集，关闭风机，清理现场。
五、实验设备图
1—风机；
2—湿球温度水筒；
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