实验报告流化床干燥实验.

北 京 化 工 大 学

实 验 报 告 课程名称： 化工原理实验 实验日期： 班 级： 姓 名： 同 组 人： 装置型号： 沸腾干燥实验装置 流化床干燥实验 一、 摘要

本实验通过对湿的小麦的干燥过程，要求掌握干燥的基本流程及流化床流化曲线的定，流化床床层压降与气速的关系曲线，物料含水量及床层温度随时间的变化关系，并确定临界含水量X0及恒速阶段的传值系数kH及降速阶段的比例系数KX。

二、关键词： 流化床干燥、物料干燥速率、物料含水量、流化床床层压降、临界含水量

三、实验目的及任务

1、熟悉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及恒速阶段的传值系数kH及降速阶段的比例系数KX 四、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。（如图一）

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。 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点当气速继续降低，曲线无法按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。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，干燥过程可分为以下三阶段。

（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湿球的温度,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小, 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界含水量(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保持湿润，而形成干区，干 燥速率开始降低，物料温度开始上升。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气化的水分量，用微分式表示 udW Ad

式中 u----干燥速率,kg水/（m^2s） A----干燥表面积，m^2 dτ---相应的干燥时间，s

Dw----气化的水分量，kg.

图3中的横坐标X为对应于某干燥速率下的物料平均含水量 XXiXi 12

式中 X-----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时的含水量，kg水/kg绝干物料 XiGsiGciGci

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。 五、实验流程

图一、沸腾干燥实验装置和流程

1．风机 2．湿球温度水桶 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 六、实验操作 1. 干燥实验

（1）实验开始前

① 将电子天平开启，使处于待用状态 ② 将烘箱开启备用

③ 准备好被干燥物料（麦子） （2）床身预热阶段

启动风机及加热器，将空气控制在某一流量下，控制表面加热器温度，或空气 温度稳定，打开进料口，将待干燥物徐徐倒入，关闭进料口.

(3)测定干燥速率曲线

①取样，用取样管推入拉出取样，每隔3min一次，取出样品放入小器皿中， 编上编号并记录取样时间，称量取出样品重量，然后放入烘箱烘烤40min，再次 称量样品重量，如此取样8-10次，并记录。做完后，关闭加热器和风机电源。 ②数据记录，每次取样同时，要记录床层温度，空气干球﹑湿球温度，流量和 床层压降等。 2. 流化床实验

加入固体物料至玻璃段底部，调节空气流量，测定不同流量下的床层压降。 3. 结果分析

①快速水分测定仪分析法

将每次取出的样品，在电子天平上称量9-10g,利用快速水分测定仪进行分 析

②烘箱分析法

每次取出样品，在电子天平上称量9-10g，放入烘箱内烘干，烘箱温度设定 为120℃，1h后取出，在电子天平上称取其重量，此质量即可视为绝干物 料质量。 4. 注意事项

①取样时，取样管推拉要快，管槽口用布覆盖 ，以免物料喷出。 ②湿球温度计补水筒液面不得超过警示值。

七﹑数据记录与处理 1、 原始数据记录

时间 空气流量 物料含水量 干燥面积 Xi 平均含水量 气化的水分量

3 51.21561 0.382422803 0.006315 0.382422803 0.344911591 0.075022423 6 51.45493 0.30740038 0.007905 0.30740038 0.284830254 0.045140252 9 51.13563 0.262260128 0.007035 0.262260128 0.232147506 0.060225244 12 51.37527 0.202034884 0.01032 0.202034884 0.179412504 0.04524476 15 51.29549 0.156790123 0.01215 0.156790123 0.151760293 0.010059661 18 51.69331 0.146730463 0.009405

0.146730463 0.132629536 0.028201852 21 51.5345 0.11852861 0.01101 0.11852861 0.114070376 0.008916469 24 51.45493 0.109612142 0.008895 0.109612142 0.099137466 0.020949351 27 51.69331 0.088662791 0.01032 0.088662791 干球温度 湿球温孔板压湿样质干样 度 物料温度 床层压降 降 量 质量 皮重

55.2 38.4 44 0.61 3.46 13.39 11.78 7.57 干燥00.00.0.00.0.00.00.0

56 39.4 47.8 0.62 3.49 16.9 15.28 56.8 40.6 52.2 0.6 3.45 16.55 15.32 57.5 41.5 55.3 0.57 3.48 17.09 15.7 57.9 42.3 57.9 0.53 3.47 15.6 14.33 58.4 42.9 58.3 0.54 3.52 15.5

14.58 58.8 43.2 60.5 0.49 3.5 16.63 15.76 59.2 43.7 61.5 0.46 3.49 15.27 14.62 59.6 44 62.3 0.46 3.52 17.59 16.98 孔板压降 床层压 降 空气流量 空气流速

0.2 0.26 10.98645267 0.388441724 0.28 0.33 13.17548553 0.465838107 0.39 0.41 15.75709593 0.55711463 0.54 0.45 18.78425268 0.66414408 0.76 0.45 22.59126922 0.798746587 1 0.47 26.2 0.926338418 1.22 0.45 29.1699443 1.03134504 1.49 0.45 32.49539918 1.148921246 1.92 0.45 37.26352668 1.317505204 2、 示例计算

2．1干燥实验

含水量=（物料湿重—物料干重）/物料干重=(5.37-4.08)/4.08=0.316176 干燥速率=含水量变化×3600/0.75/取样时间=0.07192868×3600/0.75/235=1.46918161 2．2流化曲线实验数据 气速=26.8×孔板压降

^0.5×4/3600/0.1/0.1/3.14=26.8×0.2^0.54/3600/0.1/0.1/3.14=0.424109142 3、 绘图

3.1流化床的压降与气速曲线 10.01 10.63 8.82 6.23 8.31 8.42 8.69 10.1 ×

3.2干燥速率曲线

3.3物料含水量、物料温度与时间的关系

图形分析

① 有图流化床的压降与气速曲线可知床层温度随时间增加而降低，且温度变化率逐渐变

慢；含水率随时间增加而降低，且含水量变化率逐渐变慢。

② 由图3.2为干燥速率对物料含水量的曲线。本次试验结果只有降速干燥阶段，预热与恒

速阶段未显示出来，如图可以看出，物料含水率越小，干燥速率越慢，直至平衡含水量。

③ 本次试验不存在预热与恒速阶段，原因可能与所选取的干燥物料本身性质有关。

八、结果分析及思考题讨论 1、误差分析

（1）.从顶部侧边进料口加入湿小麦时，没把取样器并旋转清空里面多余物料拨干净，造成实验误差。

（2）调节空气阀门不准确，造成孔板压降值不精确，使实验有误差。 （3）取样时忘记清空取样器内残余小麦，造成取样误差。

（4）在记录床层压降、孔板压降时读取数据不够准确，造成实验误差。 (5)小麦要吹起时记录的孔板压降不够准确。 2、思考题

（1）本实验所得的流化床压降与气速曲线有何特征？

答：分为三个阶段：固定床阶段；流化床阶段；气流输送阶段，与理论图曲线基本相符。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（在双对数坐标中）。当气速逐渐增加（进入BC段），床层开始膨胀，空隙率开始增大，压降与气速的关系将不再成比例。

当气速不断增大，进入流化床阶段（CD段），固体颗粒随气体流动而悬浮运动，随着气速的增加，床层高度不断增加，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。当气速继续降低，曲线无法按CBA继续变化，而是沿CA'变化。C点处的流速被起为起始流化速度（umf）

（2）流化床操作中，存在腾涌和沟流两种不正常现象，如何利用床层压降对其进行判断？怎样避免它们的发生？

答：：流化床正常操作时的阻力波动较小，若发现床层阻力比正常值低，则说明发生了沟流现象；若发现压降直线上升，然后又突然下降，则表明发生了腾涌现象。避免腾涌：增加床层直径或减小浓相区高度。避免沟流：减小颗粒粒度、避免密度大、易于粘结的颗粒，控制床径不要过大。

3.为什么同一湿度的空气，温度较高有利于干燥操作的进行？

答：因为干燥速率NA受温度影响严重，温度升高时，干燥速率就会增大，因此会节省时间，同时，温度较高时，相应的焓值会较高，带入的热量较多，所以温度高有利于干燥操作的进行。