化工原理干燥實驗報告

2020-10-09 報告

　　一、摘要

　　本實驗在了解沸騰流化床干燥器的基本流程及操作方法的基礎上，通過沸騰流化床干燥器的實驗裝置測定干燥速率曲線，物料含水量、床層溫度與時間的關系曲線，流化床壓降與氣速曲線。

　　干燥實驗中通過計算含水率、平均含水率、干燥速率來測定干燥速率曲線和含水量、床層溫度與時間的關系曲線；流化床實驗中通過計算標準狀況下空氣體積、使用狀態下空氣體積、空氣流速來測定流化床壓降與氣速曲線。

　　二、實驗目的

　　1、了解流化床干燥器的基本流程及操作方法。

　　2、掌握流化床流化曲線的測定方法，測定流化床床層壓降與氣速的關系曲線。

　　3、測定物料含水量及床層溫度時間變化的關系曲線。

　　4、掌握物料干燥速率曲線的測定方法，測定干燥速率曲線，并確定臨界含水量X0及恒速階段的傳質系數kH及降速階段的比例系數KX。

　　三、實驗原理

　　1、流化曲線

　　在實驗中，可以通過測量不同空氣流量下的床層壓降，得到流化床床層壓降與氣速的關系曲線（如圖）。

　　當氣速較小時，操作過程處于固定床階段（AB段），床層基本靜止不動，氣體只能從床層空隙中流過，壓降與流速成正比，斜率約為1（在雙對數坐標系中）。當氣速逐漸增加（進入BC段），床層開始膨脹，空隙率增大，壓降與氣速的關系將不再成比例。

　　當氣速繼續增大，進入流化階段（CD段），固體顆粒隨氣體流動而懸浮運動，隨著氣速的增加，床層高度逐漸增加，但床層壓降基本保持不變，等于單位面積的床層凈重。當氣速增大至某一值后（D點），床層壓降將減小，顆粒逐漸被氣體帶走，此時，便進入了氣流輸送階段。D點處的流速即被稱為帶出速度(u0)。

　　在流化狀態下降低氣速，壓降與氣速的關系線將沿圖中的DC線返回至C點。若氣速繼續降低，曲線將無法按CBA繼續變化，而是沿CA’變化。C點處的`流速被稱為起始流化速度(umf)。

　　在生產操作過程中，氣速應介于起始流化速度與帶出速度之間，此時床層壓降保持恒定，這是流化床的重要特點。據此，可以通過測定床層壓降來判斷床層流化的優劣。

　　2、干燥特性曲線

　　將濕物料置于一定的干燥條件下，測定被那干燥物料的質量和溫度隨時間變化的關系，可得到物料含水量（X）與時間（τ）的關系曲線及物料溫度（θ）與時間（τ）的關系曲線（見下圖）。物料含水量與時間關系曲線的斜率即為干燥速率（u）。將干燥速率對物料含水量作圖，即為干燥速率曲線（見下下圖）。干燥過程可分以下三個階段。

　　（1）物料預熱階段（AB段）

　　在開始干燥時，有一較短的預熱階段，空氣中部分熱量用來加熱物料，物料含水量隨時間變化不大。

　　（2）恒速干燥階段（BC段）

　　由于物料表面存在自由水分，物料表面溫度等于空氣的濕球溫度，傳入的熱量只用來蒸發物料表面的水分，物料含水量隨時間成比例減少，干燥速率恒定且最大。

　　（3）降速干燥階段（CDE段）

　　物料含水量減少到某一臨街含水量（X0），由于物料內部水分的擴散慢于物料表面的蒸發，不足以維持物料表面潤濕，而形成干區，干燥速率開始降低，物料溫度逐漸上升。物料含水量越小，干燥速率越慢，直至達到平衡含水量（X*）而終止。

　　干燥速率為單位時間在單位面積上汽化的水分量，用微分式表示為式中u——干燥速率，kg水/（m2s）； A——干燥表面積，m2；

　　dτ——相應的干燥時間，s； dW——汽化的水分量，kg。

　　圖中的橫坐標X為對應于某干燥速率下的物料平均含水量。

　　式中——某一干燥速率下濕物料的平均含水量；

　　Xi,Xi+1——△τ時間間隔內開始和終了是的含水量，kg水/kg絕干物料。

　　式中Gsi——第i時刻取出的濕物料的質量，kg；Gci——第i時刻取出的物料的絕干質量，kg。