1、0流化干燥实验一、 实验目的：1. 了解流化干燥装置的构造，基本流程和操作。2. 测定物料在恒定干燥条件下的干燥曲线、干燥速率曲线及传质系数。3. 测定固定床和流化床的流体力学性能曲线。4. 研究气流速度对干燥速率曲线的影响。5. 研究气流温度对干燥速率曲线的影响。6. 验证转子流量计变截面等压差的工作原理。二、 实验原理及说明：固体干燥是一非常重要的化工单元操作，流化干燥是其中一个非常重要的干燥方法；本实验装置可进行不同条件下的流化干燥实验，还可以测定固定床和流化床的流体力学性能。对粉状颗粒物料的干燥在工业上往往采用流化干燥和气流干燥。在干燥过程中干燥介质（热空气或烟道气）的流量和温度是设计
2、流化干燥的主要参数，这些参数往往无法用数学方法求解，必须通过小型化的实验装置来获得。本装置采用颗粒硅胶为物料，干净热空气为干燥介质。1 干燥曲线干燥曲线即物料的干基含水量 x 与干燥时间 的关系曲线。它说明物料在干燥过程中，干基含水量随干燥时间的变化关系：实验过程中，在恒定干燥条件下，定时（每次间隔 510 分种）从取料口取出一定量的物料样品（约 23 克） ，将每个样品及时放入编号瓶中盖紧密闭。称重后取下盖子及时放入烘箱内，在约 110左右烘 1 小时。取出及时盖紧称，冷却后再称重。则物料样品的干基含水量为：（Kg 水/kg 绝干物料）瓶干瓶 干瓶湿瓶 WX将 X 对时间 进行标绘，就得到如
3、下图所示的干燥曲线。 u0xAAx图 1、 干燥曲线和干燥速率曲线干燥曲线的形状由物料性质和干燥条件决定。2 干燥速率曲线干燥速率曲线是指在单位时间内，单位干燥面积上气化的水分质量。 min2gadXAGcdwNa 水1a绝干物料比表面积（m 2/g） ，因为是颗粒，A=Wca，a=m 2表面积/g绝干物料重已知直径 0.51mm 的硅胶堆积密度 =650g/l，颗粒床层的空隙率 =5%，颗粒的平均直径 d=0.75mm，则 1 升内硅胶的颗粒数：n*V1=1*(1-)n*4/3*3.14*(0.75/2*10-3)3=0.001*(1-5%) n=4302901则 1 升内颗粒的表面积为：S
4、1=n*S0=4302910*4*3.14*(0.75/2*10 -3)2=7.6 m2/l则颗粒的比表面积为：a=S1/=7.6/650=0.0117 m 2/g3 传质系数在干燥阶段，物料表面与空气之间的传质速率为：HKAdww即： WKH以湿度差为推动力的传质系数（kg/m 2sH ）Hw、H与 t、t w 相对应的空气的湿度（kg/kg 干空气）可根据湿焓图或计算出相应的 H，H w4 床层的流体力学性能和验证转子流量计等压差原理当风量由 0 到大时，颗粒床层会由固定床转为流化床。在固定床阶段，床层压力会随风量增加而增大，呈线形关系。当发展到流化阶段时，随风量增大，床层流化膨胀高度随着
5、增高，而床层压力则维持一定值。转子流量计的工作原理是变截面等压差，其实质与流化床均属颗粒沉降原理，所以在转子流量计工作时具有变截面等压降原理，这与流化床的等压降原理一样。本实验装置可以完全达到验证。三、实验装置放 空 阀旋 涡 气 泵 电 预 热 器 P转转子流量计 t控加 水 瓶 取 样 口t床 P床湿干 P旋加 料 仓 旋风分离器2本装置由旋涡气泵送风，经过转子流量计测风量，再流经电加热加热，后流入干燥塔，经物料层，尾气从塔顶旋风分离器后放空。电加热有 3 组，虽然在正常干燥实验时只用 1 组自动控温即可满足，但为了升温快、干燥结束后的硅胶再生一般用两组（其中 1 组自动控温） ，还有 1
6、 组备用。旋风分离器下的灰斗主要收集吹出的小硅胶颗粒。为保证进入干燥室的风温恒定，保证恒定的干燥条件，电加热的一组电热丝采用自动控温，具体温度可人为设定。为测量流体力学性能和验证转子流量计原理，分别在转子流量计进出口、床层上下、旋风分离器前设置 1 个压差测量计，可测量出在不同流量下的压差变化情况。为计算出干燥速率及传质系数，需要测定出干燥介质的干、湿球温度，以便计算出其对应的湿度和饱和湿度。为进一步了解床层内物料的干燥情况，测出床层温度（在此我们近似看作物料温度） 。本干燥塔由四段构成，由下至上分别是：1 气体均匀分布段；2 取样段；3 观察段；4塔顶加料收集段。分别由抛光不锈钢和优质高温玻
7、璃制作。有关设备仪表参数：旋涡气泵：风压 14KPa， 风量 72m2/h ，750w电加热：三组 31.5 Kw，其中一组自动控温旋风分离器：50加料仓：76加水罐：70575 有机玻璃固体物料取样器：23 克/次干燥塔：120720，有效高度 600 mm转子流量计：LZB-25，2.525m 3/h电阻温度传感器：Pt100 温度数显仪表：XMZ102 ，显示精度 0.1压差计：1500 PaU 形管本实验消耗和自备设施：硅胶：0.5-1mm 或 2035 目硅胶若干( 初次装塔 1.5Kg，每次消耗约 300 克)电负荷：3.75 Kw 配 380V 四孔和 220V 三孔 10A 插
8、座各 1 个四、实验步骤：、流体力学性能测定1、装物料：塔内装入硅胶颗粒约 150mm 高（约 1.4 升 910 克） 。湿球温度计水杯内加水。2、开大流量计出口旁路阀。开启风机。逐步关闭旁路阀，使气量由小到大。分别记录不同风量下转子流量计、床层的压降变化情况，以及塔顶的表压。观察床层由固定床转变为流化床的现象，根据测定的数据说明转子流量计的工作原理，固定床及流化床的流体力学性质。3、注意风量不要太大，以免吹出物料；4、观察旋风分离器下料斗中的物料积存情况。、流化干燥1、将风量调节到 15m3/h 左右，加水杯内加满清水（水杯为内径 6070，装满水后约3200 克水） ，打开加水旋塞，使水
9、滴状滴入，加完一杯后，应再加入半杯到一杯左右。注意，随着水量的加入，塔内阻力变大，会使风量减小，应维持风量在 15m3/h 左右以保持足够的流化状态以维持加入水的均匀性。2、开启加热电源（开始可以开启 2 组，自动控温在 100） ，开启塔低放空阀，关闭进塔阀。等自动控温电流表工作时（待温度得到设定值） ，关闭一组电加热，只开启自动控温即可。开启进塔气阀，关闭塔低放空阀。维持风量在 15m3/h 左右。3、等到干、湿球温度稳定，开始取样，并读取此时的干、湿球温度和床层温度，并记录下此时对应的实验时间。每隔 10 分种，取样并记录各温度。注意：由于物料中水分的不断挥发，风量会变大，应注意维持风量
10、不变。4、等到床层温度大于 60，实验过程结束。此时须先关加热电源，使空气进口温度小于50以下后，逐渐开大风机出口阀，再停风机。5、分析样品水分含量：首先将每个样品瓶编号、称量，将样品装入编好号的瓶子中应立即密封。实验完毕后，分别称量每个瓶的总重。然后统一放入干燥箱中，取下瓶盖，维持10011左右，烘干大约 1 小时后，冷却后盖上每个瓶盖。再称量烘干后的重量。6、实验结束，注意回收物料。可将旋风分离器下料斗中的粉状物料取出收集作它用。并做好清洁工作。友情提示1、干球温度一般控制在 90110之间。一旦调好，温度仪表不要再实验过程中随意改变。2、实验温度高达 100，实验过程要注意安全。3、关于
11、取样：每次应该先放出一部分，然后再接取一定量（约 23 克） ，以保证样品是塔内新鲜的物料。注意事项1、注意不要被烫，严禁学生进入操作面板后，以免发生触电。2、不要将湿球温度计内的湿棉纱弄脱落，调试好湿球温度后，最好不要让学生乱动。3、一定按操作步骤进行。五、调试记录与计算示例本实验在厂内经过调试数据见附页，现以第 2 组数据为计算示例：1、干燥曲线及干燥速率曲线干基湿含量： /3170.5.0938.2675gWX瓶干瓶 干瓶湿瓶根据计算出的对应 X 可作出干燥曲线。而干燥速率曲线应根据干燥曲线，用镜面法求斜率的方法求出对应的干燥速率 Na 和传质系数 KH。2、H、H w 的计算：取平均干
12、、湿球温度 91.4 和 35.1 来计算查得湿球温度 tw=35.1 下：饱和蒸汽压 Ps= 5632 Pa 汽化潜热 rw=2412 KJ/Kg036.521062.103562. sWP18.49.).9(.9.)(Wrt43、计算 KH： NWa数据记录表格 1：流体力学性能测定数据表流体力学性能测试No 风量m3/h P 转 P 床1 4 1080 7202 5 1080 10003 6 1080 12504 7 1080 11005 8 1080 11506 9 1080 11007 10 1080 11008 12 1080 11009 14 1080 110010 16 113
13、0 110011 20 1200 115012 25 1250 1200数据记录表格 2：干燥实验数据记录物料干燥数据(间隔 10 分钟取一次样)No min t 干 t 湿 t 床 空瓶重 瓶+湿料 瓶+干料 Xg/g Na1 0 86.4 32.3 20.1 19.4149 22.9390 22.0520 0.3364 2 10 92.3 34.5 33.8 20.3715 25.0687 23.9382 0.3170 3 20 94.9 35.6 39.3 17.9905 23.0343 21.9264 0.2815 4 30 92.4 36.4 40.9 20.0601 26.6551
14、 25.3711 0.2418 5 40 88.0 35.7 41.5 21.2874 27.1539 26.1834 0.1982 6 50 91.3 36.1 43.2 18.2621 23.5319 22.8349 0.1524 7 60 89.7 35.5 45.7 20.6364 25.3905 24.8441 0.1299 8 70 92.9 35.9 49.9 21.2673 27.7695 27.1987 0.0962 9 80 93.5 35.3 52.6 18.4830 26.0359 25.5225 0.0729 10 90 94.0 35.4 56.2 18.8330 22.9145 22.6858 0.0594 11 100 89.7 34.6 60.0 17.8477 23.3880 23.1768 0.0396 12 110 91.4 33.9 63.1 20.4903 25.1325 25.0335 0.0218 平均 91.4 35.1
