化工原理干燥实验报告

北京化工大学学生实验报告院（部）：化学工程学院姓名：王敬尧学号：2010016068专业：化学工程与工艺班级：化工1012班同组人员：雷雄飞、雍维课程名称：化工原理实验实验名称：流化床干燥实验实验日期：2013.6.4北京化工大学干燥实验一、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—孔板流量计六、数据处理1、干燥速率曲线测定序号时间min干物料质量G湿/g湿物料质量G干/g含水率X/g水/g干物料1320.3222.890.1262616.6919.530.1703916.9919.510.14841222.0624.970.13251519.2321.120.09861820.6622.890.10872120.1622.150.09982417.9319.660.09692717.8319.130.073103021.5723.110.071以第二组数据为例，计算过程如下：含水量：126.032.2032.2089.22cicisiiGGGXkg水/kg绝干物料作出物料含水量与时间的关系图像后，利用origin8.0的插值功能，在图像中另取30个点并用excel求干燥速率，列表如下所示：t/minX平均/gwater/gWuhmkg2/水10.206670.007340.293620.199330.007330.293230.1920.007330.293240.184670.007340.293650.177330.007330.293260.170.007330.293270.162670.007340.293680.155330.007330.293290.1480.005330.2132100.142670.005340.2136110.137330.005330.2132120.1320.0040.16130.1280.0040.16140.1240.0040.16150.120.0040.16160.1160.0040.16170.1120.0040.16180.1080.0030.12190.1050.0030.12200.1020.0030.12210.0990.0010.04220.0980.0010.04230.0970.0010.04240.0960.007670.3068250.088330.007660.3064260.080670.007670.3068270.0730.000670.0268280.072330.000660.0264290.071670.000670.0268其中，干燥速率：)/(0.29366015.10.007342hmkgAddWu水七、实验结果及作图分析由表数据，作出物料含水量与时间的关系图像及干燥速率图像，如下所示：将干燥速率和含水量作图，并用origin进行分段拟合，得干燥特性曲线：误差分析：从本次实验数据来看，可以发现，有两组麦子的失水量为负值，这是在理论上完全不可能发生的状况，分析原因如下：在本次试验进行时，每次取被干燥的麦子时，在槽内有遗漏的麦粒，但考虑到量较少，最多会让W偏小，但不会使之为负。另外原因有可能是卡槽的存在，使麦粒在厢内运动发生变化，使部分麦粒长期滞留在槽内，不能充分沸腾与空气接触，从而导致其含水量较厢内沸腾麦粒降低较少，这可能是出现负的汽化的水分量。建议应当改进装置，可以将槽底做成丝网状，使之不妨碍热空气与麦粒的充分接触。数据结果分析：在做干燥曲线时，忽略了负值的三个点，分析含水量和温度曲线，可以看见AB预热段几乎看不到，分析可能预热段在3分钟内完成，所以导致第三分钟取第一个数据时已完成了AB预热。此外，恒速阶段BC段可在干燥速率湿度曲线上清楚看到，说明数据较为准确，但是在降速干燥阶段，可以看到有总有一段数据点是平行的，可能是由于实验本身去除了几组负值数据后，导致数据较少，偶然误差影响因素加大，而即使取29组数据，也只是在原数据基础上取的，每隔三分钟的数据点斜率相近，故所的速率也相近，从而出现多组平行干燥数据点的现象。尽管如此，用此法所得的干燥速率和含水量曲线也较用原始数据所得的曲线更加准确，尽管拟合过程较为繁琐。八、思考题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：由于在相同湿度下，温度越高，那么气体的饱和蒸汽压越大，从而使推动力更多大，有利于干燥传质操作的进行。4、本装置在加热器入口处装有干、湿球温度计，假设干燥过程为绝热增湿过程，如何求得干燥器内空气的平均湿度H。答：在湿焓图上，分别找到所对应的干湿温度点，且此两点等焓，向下做垂线可的分别对应的H1和H2,两者取平均即为干燥器内的平均湿度H。完成时间：2013/6/8成绩：