化工原理干燥實(shí)驗報告

　　一、摘要

　　本實(shí)驗在了解沸騰流化床干燥器的基本流程及操作方法的基礎上，通過(guò)沸騰流化床干燥器的實(shí)驗裝置測定干燥速率曲線(xiàn)，物料含水量、床層溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)，流化床壓降與氣速曲線(xiàn)。

　　干燥實(shí)驗中通過(guò)計算含水率、平均含水率、干燥速率來(lái)測定干燥速率曲線(xiàn)和含水量、床層溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)；流化床實(shí)驗中通過(guò)計算標準狀況下空氣體積、使用狀態(tài)下空氣體積、空氣流速來(lái)測定流化床壓降與氣速曲線(xiàn)。

　　二、實(shí)驗目的

　　1、了解流化床干燥器的基本流程及操作方法。

　　2、掌握流化床流化曲線(xiàn)的測定方法，測定流化床床層壓降與氣速的關(guān)系曲線(xiàn)。

　　3、測定物料含水量及床層溫度時(shí)間變化的關(guān)系曲線(xiàn)。

　　4、掌握物料干燥速率曲線(xiàn)的測定方法，測定干燥速率曲線(xiàn)，并確定臨界含水量X0及恒速階段的傳質(zhì)系數kH及降速階段的比例系數KX。

　　三、實(shí)驗原理

　　1、流化曲線(xiàn)

　　在實(shí)驗中，可以通過(guò)測量不同空氣流量下的床層壓降，得到流化床床層壓降與氣速的關(guān)系曲線(xiàn)（如圖）。

　　當氣速較小時(shí)，操作過(guò)程處于固定床階段（AB段），床層基本靜止不動(dòng)，氣體只能從床層空隙中流過(guò)，壓降與流速成正比，斜率約為1（在雙對數坐標系中）。當氣速逐漸增加（進(jìn)入BC段），床層開(kāi)始膨脹，空隙率增大，壓降與氣速的關(guān)系將不再成比例。

　　當氣速繼續增大，進(jìn)入流化階段（CD段），固體顆粒隨氣體流動(dòng)而懸浮運動(dòng)，隨著(zhù)氣速的增加，床層高度逐漸增加，但床層壓降基本保持不變，等于單位面積的床層凈重。當氣速增大至某一值后（D點(diǎn)），床層壓降將減小，顆粒逐漸被氣體帶走，此時(shí)，便進(jìn)入了氣流輸送階段。D點(diǎn)處的流速即被稱(chēng)為帶出速度(u0)。

　　在流化狀態(tài)下降低氣速，壓降與氣速的關(guān)系線(xiàn)將沿圖中的DC線(xiàn)返回至C點(diǎn)。若氣速繼續降低，曲線(xiàn)將無(wú)法按CBA繼續變化，而是沿CA’變化。C點(diǎn)處的流速被稱(chēng)為起始流化速度(umf)。

　　在生產(chǎn)操作過(guò)程中，氣速應介于起始流化速度與帶出速度之間，此時(shí)床層壓降保持恒定，這是流化床的重要特點(diǎn)。據此，可以通過(guò)測定床層壓降來(lái)判斷床層流化的優(yōu)劣。

　　2、干燥特性曲線(xiàn)

　　將濕物料置于一定的干燥條件下，測定被那干燥物料的質(zhì)量和溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系，可得到物料含水量（X）與時(shí)間（τ）的關(guān)系曲線(xiàn)及物料溫度（θ）與時(shí)間（τ）的'關(guān)系曲線(xiàn)（見(jiàn)下圖）。物料含水量與時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)的斜率即為干燥速率（u）。將干燥速率對物料含水量作圖，即為干燥速率曲線(xiàn)（見(jiàn)下下圖）。干燥過(guò)程可分以下三個(gè)階段。

　�。�1）物料預熱階段（AB段）

　　在開(kāi)始干燥時(shí)，有一較短的預熱階段，空氣中部分熱量用來(lái)加熱物料，物料含水量隨時(shí)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(lái)蒸發(fā)物料表面的水分，物料含水量隨時(shí)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街含水量（X0），由于物料內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潤濕，而形成干區，干燥速率開(kāi)始降低，物料溫度逐漸上升。物料含水量越小，干燥速率越慢，直至達到平衡含水量（X*）而終止。

　　干燥速率為單位時(shí)間在單位面積上汽化的水分量，用微分式表示為式中u——干燥速率，kg水/（m2s）； A——干燥表面積，m2；

　　dτ——相應的干燥時(shí)間，s； dW——汽化的水分量，kg。

　　圖中的橫坐標X為對應于某干燥速率下的物料平均含水量。

　　式中——某一干燥速率下濕物料的平均含水量；

　　Xi,Xi+1——△τ時(shí)間間隔內開(kāi)始和終了是的含水量，kg水/kg絕干物料。

　　式中Gsi——第i時(shí)刻取出的濕物料的質(zhì)量，kg；Gci——第i時(shí)刻取出的物料的絕干質(zhì)量，kg。

　　干燥速率曲線(xiàn)只能通過(guò)實(shí)驗測定，因為干燥速率不僅取決于空氣的性質(zhì)和操作條件，而且還受物料性質(zhì)結構及含水量的影響。本實(shí)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(shí)間，為工業(yè)上連續操作的流化床干燥器提供相應的設計參數。

　　四、操作步驟

　　1、將450g小麥用水浸泡2-3小時(shí)后取出，瀝干表面水分。

　　2、檢查濕球溫度及水罐液位，使其處于液位計高度1/2處。

　　3、從加料口將450g小麥加入流化床中。

　　4、啟動(dòng)風(fēng)機、空氣加熱器，空氣流量調至合適值，空氣溫度達到設定值。

　　5、保持流量、溫度不變，間隔2-3分鐘取樣，每次取10克，將濕物料及托盤(pán)測重。

　　6、裝入干燥盒、烘箱，調節烘箱溫度125℃，烘烤一小時(shí)，稱(chēng)干物料及托盤(pán)重量

　　7、干燥實(shí)驗過(guò)后，關(guān)閉加熱器，用剩余物料測定流化曲線(xiàn)，從小到大改變空氣流量10次，記錄數據。

　　8、出料口排出物料，收集，關(guān)閉風(fēng)機，清理現場(chǎng)。

　　五、實(shí)驗設備圖

　　1—風(fēng)機；

　　2—濕球溫度水筒；

　　3—濕球溫度計；

　　4—干球溫度計；

　　5—空氣加熱器；

　　6—空氣流量調節閥 ；

　　7—放凈口 ；

　　8—取樣口 ；

　　9—不銹鋼筒體；

　　10—玻璃筒體；

　　11—氣固分離段；

　　12—加料口；

　　13—旋風(fēng)分離器；

　　14—孔板流量計

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