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化工原理干燥实验报告

发布时间:2020-05-21

  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

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