干燥实验报告

北京化工大学

实验报告

课程名称：干燥实验实验日期：2012-5

班级：化工0906 姓名：郭智博

同组人：常成维尉博然黄金祖学号：200911175

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k H及降速阶段的比例系数K X。

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(u mf)。

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

u=dW Adτ

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。

X=X i+X i+1

2

式中X——某一干燥速率下湿物料的平均含水量；

X i,X i+1——△τ时间间隔内开始和终了是的含水量，kg水/kg绝干物料。

X i=G si−G ci

G CI

式中G si——第i时刻取出的湿物料的质量，kg；

G ci——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τ/min 床层温度

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

平均含水率X ’/g 水/g 干物料

干燥速率u 水/gm-2s-1 1 3 46.7 9.20 11.90 0．293 0.265 0.7607538 2 6 49.3 6.26 7.74 0.236 0.208 0.7623526 3 9 51.6 10.60 12.50 0.179 0.175 0.1199647 4 12 53.6 6.05 7.08 0.170 0.162 0.2314909 5 15 54.8 6.41 7.39 0.153 0.145 0.2072058 6 18 56.1 6.48 7.37 0.137 0.135 0.0560707 7 21 56.4 6.91 7．83 0.133 0.121 0.3323541 8 24 56.9 7.67 8.50 0.108 0.099 0.2466144 9 27 57.3 9.92 10.81 0.090 0.089 0.0305679 10 30

57.7

8.35

9.08

0.087

以第二组数据为例，计算过程如下：

含水量：236.026

.626

.674.7=-=-=

ci ci si i G G G X kg 水/kg 绝干物料

平均含水量：1522.02

1377

.01667.02

1

=+=

+=+i i X X X kg 水/kg 绝干物料

干燥速率： u

=

dW Adt

=

X i −X i +1

At

=

0.236−0.1791.5×3×60

=2.12×10−4 u 水/gm -2s -1

2、流化曲线测定

序号 孔板压降p 1/kpa 床层压降△p/kpa 气速u 气/m/s 1 0.0 0．02 0.000 2 0.04 0.04 0.163 3 0.22 0.16 0.409 4 0.39 0.28 0.558 5 0.94 0.37 0.897 6 1.52 0.42 1.162 7 1.76 0.44 1.258 8 1.87 0.46 1.300 9 2.14 0.45 1.398 10

2.37 0.46 1.477

以第三组数据为例，计算过程如下：

u 气

=26.8×p 10.54

π4 ×0.12×3600=26.8×0.220.54

3.144 ×0.12×3600

=0.409