北京化工大学-流化干燥实验报告-2015

北京化工大学化工原理实验告：：：：：：实验名称班级姓名学号同组成员实验日期流化干燥实验实验日期一、实验目的1、测定流化床中小麦的流化曲线2、测定湿小麦的干燥曲线和干燥速率曲线二、实验原理固体流化是利用介质流体的流动将固体颗粒悬浮起来，从而使固体具有流体的表观特征，同时使固体在传热、传质、混合、反应以及输送等方面有强化作用的操作。干燥是将热量传递给湿物料，汽化并除去其中湿组份的单元操作。本实验将固体流化与对流干燥结合起来，强化了干燥效果，可使小麦含水率x，在相对短的时间内降到平衡值X＊附近，如图6-3,干燥过程中是否出现恒速段受物料含水量和营气携带水能力等影响。不同空气流量下的流化床压阵如图1所示图1、流化曲线（双对数坐标系）当气速小于初始流化气速umf时，物料处于静止状态（上行过程如AB段），当气速大于颗粒沉降速度lit时，物料被气体带出流化床干燥器（如CD段）。在实际操作中，气速应介于两者之间，此时床层压阵相对恒定，干燥效果较好（如BC中间水平段）。空气流速由孔板流量计测定：0.5220.620.78540.02210001.25u=,/0.78540.1pVmsA孔板气pkPa孔板——孔板压降,干燥曲线（如图2）和干燥速率曲线（如图3）受物料性质、全气性质、设备操作等因素影响，常用的确定方法有：1、湿物料取样法：通过取样测定每个时间点的湿小麦的干基含水率X和物料表面温度（床层温度）θ，确定干燥曲线X~τ和θ~τ，再根据1千克干小麦的表面积值（A/G干）等，确定干燥速率曲线NA~X。图2、干燥曲线图3、干燥速率曲线i时刻湿小麦的含水量测量值：XiGGG干湿干（作含水量X~时间τ关系的平滑曲线）i时刻的含水量修正值：Xi取X~τ平滑曲线上，i时刻对应的纵坐标值i时刻到i+1时刻的平均含水量：+1X+XX=2iii时刻到i+1时刻的平均干燥速率：[phone]XXN/,/1.5iiAXkgmsgmsAG干2、湿空气分析法：测量每个时间点进、出干燥器的全气湿度，以及空气流量，通过全气中的水分衡算和初始条件即可确定被干物料的干燥速率曲线，物料表面温度θ直接测量。i时刻干燥器的进口空气湿度：,11,10.622110000,/pHpPakgkgpp水汽总,1总,1水汽621,1111,117258.2=pexp73.6497.3037ln4.165310,spTTPaT水汽i时刻干燥器的出口空气湿度：,22,20.622106000,/pHpPakgkgpp水汽总,2总,2水汽622,2222,227258.2=pexp73.6497.3037ln4.165310,spTTPaT水汽i时刻空气质量流量：0.52,0.620.78540.02210001.251000,/mqpgs气孔板i时刻空气带走水量：212,01,0,,,/mmqqHHHHgs水气i时刻干燥速率：,21,1.5/1000mAqNgmsG水干（以绝干物料表面积为基准）式中1.5表示每千克绝干物料的表面积为1.5m2。i时刻每秒累积带走水量：,1,2,,mmmiGqlqlqlg水i时刻含水率：iGGXG干总水干（G总水、G干需实验开始时测定，g）3、干燥速率NA除了实验测定外，也可按传热、传质速率估算（或反向验证kH、α）：21,AHt——干燥器进口的空气温度（按t1计），℃；H一一干燥器进口的空气湿度（按H1计），kg/kg;α——干燥器内的空气与湿物料表面间的对流给热系数，kW•m-2℃-1；tw一一干燥器入口空气的湿球温度，℃；Hw——干燥器入口湿球温度tw下的饱和湿度，kg/kg；rw一一水在温度tw下的汽化潜热，kJ/kg；kH——以H为推动力的传质系数，kg•m-2s-1。确定NA~X关系后，根据下式可以计算间歇干燥过程的时间：00XcXAGdXdAN（微分式：1/AcdXNAGd）可根据实验结果拟合NA~X关系式，积分求出干燥时间τ，对比真实时间修改模型。干燥器的热量衡算（下标1代表进口，2代表出口）：m,11,11m,22,22cpmcpmqIGcQqIGcQ补失可根据上式计算干燥器的热量损失及热效率等。三、实验流程ΦI04TI01TIC03PI06TI05TIC04PI08PI07ΦI0287123456流化干燥实验带控制点工艺流程1、风机2、预热器3、流量调节阀4、取样器5、流化床干燥器6、加料口7、旋风分离器8、孔板流量计（d0=20mm)TI01——出口空气温度，℃；φI02——出口相对湿度；TIC03——进口空气温度，℃；φI04——进口相对湿度；ΔPI05——床层压降，kPa；ΔPI06一一孔板压降，kPa；TI07一一床层温度，℃；PI08一一空气压力，kPa；TIC09——加热器壁温，℃。四、实验操作（湿全气分析法）1、启动风机变频器、加热器，调节阀开到最大预热设备，推拉取样器清空残料；2、运行软件点开始计时，600秒后查看报表，流程画面输入H2,0、H1,0；3、擦干湿小麦表面水分，称取500克作为被干物料，另取10克测含水率X0；4、点击软件画面“停止计时”，关闭加热器、变频器，拔出取样器，进料口加湿小麦；5、关进料口，点击“开始计时”，记录开始时间，同时启动变频器、加热器，查看软件“趋势曲线”；6、干燥1500秒后，取出物料，点“停止计时”，称重干燥后小麦，从中取约10克测含水率xτ，原始数据另存为Excel文件，选15组相关数据作图；7、关加热器、变频器，包括刚才取出物料共加入800克小麦，测流化曲线；8、只开风机，找到起始流化点孔板压降和床层压浆，初步记入表2第6点；9、从小到大改变气量，床层固定态做5个点，临界态1个点，流化态4个点；10、实验结束后，取出干燥器内小麦，清理实验台面和地面上的麦粒，关变频器等。注意事项：1、实验过程中取样器处于“拔出”状态；2、烘箱内有125℃，取、放物料测含水率要戴手套，烘1h以上认为到绝干；3、本次实验有4套装置，一半同学先做，另一半后做，实验讲解只有开始前一次。五、实验数据处理1.干燥速率曲线（1）实验数据记录及计算表1、干燥及速率曲线测定实验条件数据表H2,0kg水/kg干气H1,0kg水/kg干气样品（g）干基含水量X0开始时间干燥后（g）干基含水量XτG干（g）G总水（g）0.009000.00720500.051.67%15时53分27秒394.416.07%339.8160.2表2干燥及速率曲线测定实验数据表时间τ出口温度t2/℃出口相对湿度φ2进口温度t1/℃进口相对湿度φ1床层温度θ/℃孔板压降Δp孔/kPa带走水量qm,水/g累积水量G水/g含水率X干燥速率/g·m-2·s-1140.817.848.77.028.70.10.00470.0047.15%0.016132.265.561.06.629.74.00.18589.0644.48%0.367131.966.960.86.630.24.00.189110.7543.98%0.379131.767.160.46.631.04.00.187714.3442.93%0.3712132.061.960.06.632.64.00.166618.9641.57%0.3314132.854.660.16.634.34.00.138521.8740.71%0.2716134.046.560.06.636.13.90.109224.1140.05%0.2120137.235.760.16.740.43.90.081227.5739.03%0.1630142.424.860.16.347.33.90.066534.1437.10%0.1350145.919.860.06.150.63.90.060545.6133.72%0.1270147.117.960.16.051.73.90.053155.9730.68%0.1090148.016.360.15.752.43.90.049265.3927.90%0.10110148.617.660.17.053.03.90.043973.9125.40%0.09130149.315.460.06.153.54.00.042581.8823.05%0.08150149.714.860.16.153.94.00.037589.0520.94%0.07以第一组数据为例进行计算：干物料质量：394.4394.4=339.81116.07%ggGgX干湿物料总含水量：500339.8160.2GGg干总水样品质量含水率：160.20.00100%47.15%339.8GGXG总水水干干燥速率：,210.00470.011.510001.5339.81000mAqNgmsG水干（2）干燥速率曲线描绘根据表2中的数据描绘出物料含水量和时间的关系曲线、物料温度和时间的关系曲线、干燥速率曲线如下：20%25%30%35%40%45%50%25303540455055含水率Xτ(s)含水率X床层温度θ(℃)τ(s)床层温度θ干燥曲线20%25%30%35%40%45%50%0.000.050.100.150.200.250.300.350.40干燥速率(g·m-2·s-1)含水率X干燥速率干燥速率曲线2.流化曲线（1）实验数据记录及计算表3、干燥及速率曲线测定实验数据表（Δp孔,0=0.07kPa）序号孔板压降Δp孔/kPa孔板压降矫正值Δp孔’/kPa空气流速u气/m·s-1床层压降Δp/kPa10.100.030.170.1420.300.230.480.3330.480.410.640.4940.680.610.770.6650.880.810.890.8261.060.990.990.8771.711.641.270.8782.352.281.500.8793.022.951.700.86103.623.551.870.85以第一组数据为例进行计算：孔板压降矫正值：'0.100.070.03pppkPa孔孔孔,0空气流速：0.52'20.620.78540.0221000.250.78540.1pVuA孔气0.5220.620.78540.0220.031000.25=0.78540.110.17ms（2）干燥速率曲线描绘根据表3的数据描绘出流化曲线（双对数坐标系）如下：0.110.10.20.30.40.50.60.70.80.91床层压降Δp(kPa)空气流速u(m·s-1)床层压降Δp流化曲线六、实验结果分析1．干燥速率曲线与理论曲线比较，可以发现恒速干燥阶段不明显，分析可能原因是：（1）从原始数据中选出的15个点，对恒速干燥阶段的体现不明显；（2）向干燥器中加入小麦时，有部分小麦散落到地面或滞留在进口中未恰当进入干燥器，导致含水量和干料重量出现较大误差，进而加大系统误差；（3）风机风速较小，无法满足形成稳定持续的恒速干燥阶段的需要。2.流化曲线和理论符合的较好，当气速较小时，操作过程处于固定床阶段，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。当气速逐渐增加，床层开始膨胀，孔隙率增大，压降与气速的关系将不再成正比。当气速继续增大，进入流化阶段，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，但床层压降基本上保持不变，如曲线的后半段，接近一条水平直线。但是和理论曲线相比，任然可以发现在固定床阶段和流化床阶段的交界处没有理论上应该有的小突起，分析原因是实验所取的10个点对其体现不明显。七、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：当气速较小时，