流化床干燥实验报告

-北方民族大学学生实验报告院部：化学与化学工程XX：汪远鹏学号： * 专业：过程装备与控制工程班级： 153 同组人员：田友安世康虎贵全课程名称：化工原理实验实验名称：流化床枯燥实验实验日期： 2017.10.30 批阅日期：成绩：教师签名：北方民族大学教务处制实验名称：流化床枯燥实验一、 目的及任务了解流化床枯燥器的根本流程及操作方法。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。测定物料含水量及床层温度随时间变化的关系曲线。掌握物料枯燥速率曲线测定方法，测定枯燥速率曲线，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。二、根本原理1、流化曲线当气速较小时，操作过程处于固定床阶段AB段，床层根本静止不动，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，压降与气速关系线将沿图中的DC线返回至C点。假设气速继续降低，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、 枯燥特性曲线将湿物料置于一定的枯燥条件下，测定被枯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与时间的关系曲线及物料温度与时间的关系曲线。物料含水量与时间关系曲线的斜率即为枯燥速率u。将枯燥速率对物料含水量作图。枯燥过程可分为以下三个阶段。（1） 物料预热阶段AB段在开场枯燥时，有一较短的预热阶段，空气中局部热量用来加热物料，物料含水量随时间变化不大。（2） 恒速枯燥阶段BC段由于物料外表存在自由水分，物料外表温度等于空气的湿球温度，传入的热量只用来蒸发物料外表外表的水分，物料含水量随时间成比例减少，枯燥速率恒定且最大。（3） 降速枯燥阶段CDE段物料含水量减少到某一临界含水量X0，由于物料部水分的扩散慢于物料外表的蒸发，缺乏以维持物料外表保持湿润，而形成干区，枯燥速率开场降低，物料温度逐渐上升。物料含水量越小，枯燥速率越慢，直至到达平衡含水量X*而终止。枯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枯燥速率，kg水/m2.s；A枯燥外表积，m2；d相应的枯燥时间，s；dW汽化的水分量，kg。图中的横坐标X为对应于某枯燥速率下的物料平均含水量。式中X某一枯燥速率下湿物料的平均含水量；Xi、Xi+1时间间隔开场和终了时的含水量，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。枯燥速率曲线只能通过实验测定，因为枯燥速率不仅取决于空气的性质和操作条件，而且还受物料性质构造及含水量的影响。本实验装置为间歇操作的沸腾床枯燥器，可测定到达一定枯燥要求所需的时间，为工业上连续操作的流化床枯燥器提供相应的设计参数。三、装置及流程1 风机；2、湿球温度水筒；3、湿球温度计；4、干球温度计；5、空气加湿器；6、空气流速调节阀；7、放净口；8、取样口；9、不锈钢筒体；10、玻璃筒体11、气固别离器；12、加料口；13、旋风别离器；14、孔板流量计d0=20mm四、操作要点1、 流化床实验参加固体物料至玻璃段底部。调节空气流量，测定不同空气流量下床层压降。2、 枯燥实验（1） 实验开场前将电子天平开启，并处于待用状态。将快速水分测定仪开启，并处于待用状态。准备一定量的被枯燥物料以绿豆为例，取0.5kg左右放入热水6070中泡2030min，取出，并用干毛巾吸干外表水分，待用。湿球温度计水筒中补水，但液面不得超过预警值。（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孔板流量计压差为一定值，3kpa左右，控制加热器外表温度80100或空气温度5070稳定，翻开进料口，将待枯燥物料徐徐倒入，关闭进料口。（3） 测定枯燥速率曲线取样，用取样管取样，每隔23min一次，取出的样品放入小器皿中，并记上编号和取样时间，待分析用。共做810组数据，做完后，关闭加热器和风机电源。记录数据，在每次取样的同时，要记录床层温度、空气干球、湿球温度、流量和床层压降等。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910g，利用快速水分测定仪进展分析。（2） 烘箱分析法将每次取出的样品在电子天平上称量910g，放入烘箱烘干，烘箱温度设定为120度，1h后取出，在电子天平上称取其质量，此质量即可视为样品的绝干物料质量。4、 考前须知取样时，取样管推拉要快，管槽口要用布覆盖，以免物料喷出。湿球温度计补水筒液面不得超过警示值。电子天平和快速水分测定仪要按说明操作。五、数据处理表1枯燥实验相关计算结果表枯燥外表积A=1.5时间/min湿料质量/g枯燥后的质量/g床层温度/含水量/kg水/kg绝干物料汽化水份量dW/kg枯燥速率u/kg水/(s05.73 3.65 20.70 0.5699 0.1380 0.0003068 56.30 4.40 37.40 0.4318 0.1377 0.0003060 107.26 5.61 46.30 0.2941 0.0702 0.0001561 157.38 6.03 49.00 0.2239 0.0392 0.0000871 207.57 6.39 51.10 0.1847 0.0461 0.0001024 257.97 7.00 53.00 0.1386 0.0427 0.0000948 306.40 5.84 54.80 0.0959 0.0267 0.0000594 356.80 6.36 56.40 0.0692 以第一组数据计算：含水量=水/kg绝干物料=0.5699kg水/kg绝干物料汽化水份量dW=0.5699-0.4318kg=0.1380kg枯燥速率u= kg水/(s=0.0003068 kg水/(s图1枯燥速率-物料含水量关系图由图可得，平衡含水量约为0.43kg水/kg绝干物料图2 物料含水量、物料温度与时间关系表2流化实验相关计算结果表Vs=26.2,d=100mm序号孔板压降/kPa床层压降/kPa体积流量Vs/空气流速u m/s13.79 0.51 53.80 1.904 23.40 0.53 50.73 1.795 33.01 0.52 47.50 1.681 42.63 0.53 44.16 1.563 52.26 0.52 40.69 1.440 61.96 0.51 37.68 1.333 71.63 0.52 34.11 1.207 81.33 0.50 30.56 1.081 91.06 0.49 27.04 0.957 100.85 0.43 24.00 0.849 以第一组数据为例代入相关数据可得:u=1.904 m/s图3流化床P-u关系六、实验结论及分析图1枯燥速率-物料含水量关系图图2 物料含水量、物料温度与时间关系图3流化床P-u关系实验结果分析1. 由图1可以看出，随着枯燥的进展(含水量减小的方向)，枯燥速率先是增大即为物料预热阶段，然后根本保持不变恒速枯燥阶段，最后持续下降降速枯燥阶段。2由图2可看出，随着枯燥的进展，物料含水量不断下降，而床层温度不断上升，且床层温度几乎没有稳定不变的阶段，说明热量不仅用于水分的汽化，还使得物料温度升高。3. 由图3可看出，随着气速的增加，床层压降也随着增加。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，操作过程处于固定床阶段，床层根本静止不动，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，但床层压降根本上保持不变，如曲线的后半段，成一条水平直线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展判断？怎样防止他们的发生？答：腾涌时，床层压降不平稳，压力表不断摆动；沟流是床层压降稳定，只是数值比正常情况下低。沟流是由于流体分布板设计或安装上存在问题，应从设计上防止出现沟流，腾涌是由于流化床径较小而床高于床比径比拟大时，气体在上升过程中易聚集继而增大，当气体占据整个床体截面时发生腾涌，故在设计流化床时高径比不宜过大。3、本装置在加热器入口处安装有干、湿球温度计，假设枯燥过程为绝热增湿过程，如何求得枯燥器空气的平均湿度H？答：有入口干、湿球温度可以求得进口空气湿度H1由于枯燥器物料存在非结合水，且气液接触充分，故出口空气可以看成饱和空气，绝热增湿过程为恒焓过程，再由恒焓条件与出口空气=100%即可求得出口空气湿度H2，从而求得枯燥器空气平均湿度H=0.5H1+H2. z.