流化床干燥说明书.doc

流 化 床 干 燥 操 作 实 验 装 置

说

明

书

天津大学化工学院
化工基础实验中心
2004年2月

目录
一.实验设备的特点
二.设备的主要技术数据
三.实验设备的基本情况
四.实验方法及步骤
五.实验装置注意事项
六.附录
一.实验设备的特点
⒈本实验属操作型实验。其主要目的是让学生了解和掌握湿物料连续流化干燥的方法及干燥操作中物料、热量衡算和体积对流传热系数(αv)的估算方法。同时也可证明流化干燥的明显优点之一是气-固间对流传热效果好(αv大)。
⒉主体设备全透明。用透明膜加热新技术保温设备，实验过程中可清晰地观察颗粒的流化状况。选用变色硅胶作物料，使干燥情况更直观、形象。
⒊装置小型化，选用新型旋涡气泵，能耗低、噪声小，且便于学生动手操作。
二.设备的主要技术数据
㈠ 流化床干燥器（玻璃制品，用透明膜加热新技术保温）
流化床层直径D: Φ80×2毫米（内径76毫米）
床层有效流化高度h:80毫米（固料出口）
总高度: 530毫米
流化床气流分布器: 80目不锈钢丝网(二层)
㈡ 物料
变色硅胶: 1.0 ─ 1.6毫米粒径
绝干料比热Cs＝0.783kJ／kg ·℃ (t＝57℃)(查无机盐工业手册)
每次实验用量:400-500克(加水量30-40毫升)
㈢ 空气流量测定
⒈用自制孔板流量计，材质─铜板；孔径─17.0毫米。
⒉实际的气体体积流量随操作的压强和温度而变化，测量时需作校正。具体方法:
① 流量计处的体积流量：
(m3／s)
—孔板流量计的流量系数，=0.67；
—空气在时的密度，kg/m3；
—流量计处压差，Pa；
— 流量计处的温度，℃。
② 若设备的气体进口温度与流量计处的气体温度差别较大，两处的体积流量是不同的(例如流化床干燥器)，此时体积流量需用状态方程作校正(对空气在常压下操作时通常用理想气体状态方程)。例如:流化床干燥器，气体的进口温度为t1，则体积流量V1为:
(m3／h)
㈣ 机电设备
⒈风机─旋涡式气泵(规格详见说明书)
该风机能两用, 即作鼓风和抽气均可。本实验中正常操作时作鼓风机用，一旦操作结束，为取出干燥器内剩余物料就将此风机作为抽气机用。具体方法是①停风机，将气泵的吸气口与剩余料接收瓶(见流程示意图23标箭头处的接口)用软管连接好，②将吸管24(见流程图一，下同)放入干燥器上口18内；③打开气泵旁路阀2； ④启动风机(按风机开关16，见附图二)即可将干燥器内物料抽干净。用毕，将气泵吸气口上软管拔出，即可。
⒉加料电机为直流调速电机，最大电压为12V，使用中一般控制在3～12V即可。
⒊预热器: 电阻丝加热，用调压器调电压来控制温度。
⒋干燥器保温: 干燥器(玻璃制品)外表面上镀以导电膜代替电阻丝，可通电加热，用调压器调电压控温。
㈤ 湿度测定
⒈空气湿度：只测实验时的室内空气湿度。用干、湿球湿度计测取。干燥器出口空气湿度由物料脱水量衡算得到。
⒉物料湿度测定：用快速水份测定仪，使用方法见说明书。
㈥ 体积对流传热系数αv的计算方法
物料和热量衡算及体积对流传热系数αv的计算方法参见化工原理干燥章节和附录中实验数据处理的计算过程。
㈦ 实验操作参数 (参考值)
空
气
流量计压差读数kPa
2kPa左右 视流化程度而定
进口温度℃
60左右
硅
胶
颗粒直径mm
0.8～1.6毫米
水量mlH2O
500-600克物料中加25-40毫升水
加料速度
直流电机电压不大于12V
三. 实验设备的基本情况
⒈实验设备流程示意图：见附录一。
⒉实验装置加料、加热、保温电器电路图：见附录二。
四. 实验方法及步骤
㈠ 实验前准备、检查工作
⒈按流程示意图检查设备,容器及仪表是否齐全、完好。
⒉按快速水份测定仪说明书要求，调好水份仪冷热零点，待用。
⒊将硅胶筛分好所需粒径，并缓慢加入适量水，搅拌均匀，在工业天平上称好所用重量，备用。
⒋风机流量调节阀2打开，放空阀8打开，进气阀9关闭(见流程示意图)。
⒌向干、湿球湿度计的水槽内灌水，使湿球温度计处于正常状况。
⒍准备秒表一块(或用手表计时)。
⒎记录流程上所有温度计的温度值。
㈡ 实验操作
⒈从准备好的湿料中取出多于10g(克)的物料，拿去用快速水份测定仪测进干燥器的物料湿度w1。
⒉启动风机，调节流量到指定读数。接通预热器电源，将其电压逐渐升高到100V左右，加热空气。当干燥器的气体进口温度接近60 ℃时,打开进气阀9,关闭放空阀8，调节阀2使流量计读数恢复至规定值。同时向干燥器通电, 保温电压大小以在予热阶段维持干燥器出口温度接近于进口温度为准 。
⒊启动风机后, 在进气阀尚未打开前，将湿物料倒入料瓶，准备好出料接收瓶。
⒋待空气进口温度(60 ℃)和出口温度基本稳定时，记录有关数据，包括干、湿球湿度计的值。启动直流电机，调速到指定值，开始进料。同时按下秒表，记录进料时间，并观察固粒的流化情况。
⒌加料后注意维持进口温度t1不变、保温电压不变、气体流量计读数不变。
⒍操作到有固料从出料口连续溢流时，再按一下秒表，记录出料时间。
⒎连续操作30分钟左右。此期间,每隔一定时间(例如5分钟)记录一次有关数据，包括固料出口温度θ2。数据处理时，取操作基本稳定后的几次记录的平均值。
⒏关闭直流电机旋钮，停止加料，同时停秒表记录加料时间和出料时间，打开放空阀，关闭进气阀，切断加热和保温电源。
　　⒐将干燥器的出口物料称量和测取湿度w2(方法同w1)。放下加料器内剩的湿料, 称量，确定实际加料量和出料量。并用旋涡气泵吸气方法取出干燥器内剩料、称量。
⒑停风机，一切复原(包括将所有固料都放在一个容器内)。
五.实验装置注意事项
⒈干燥器外壁带电，操作时严防触电，平时玻璃表面应保持干净。
⒉实验前一定要弄清楚应记录的数据，要掌握快速水份测定仪的用法，正确测取固料进、出料湿含量的数值。
⒊实验中风机旁路阀一定不能全关。放空阀实验前后应全开，实验中应全关。
⒋加料直流电机电压不能超过12V。保温电压一定要缓慢升压。
⒌注意节约使用硅胶，并严格控制加水量，绝不能过大，小于0.5 毫米粒径的硅胶也可用来做为被干燥的物料，只是干燥过程中旋风分离器不易将细粉粒分离干净而被空气带出。
⒍本实验设备，管路均未严格保温，主要目的是观察流化床干燥的全过程，所以热损失很大。
六.附 录
附录一: 流程示意图
附录二:干燥装置电路图
附录三：实验数据及计算过程
流化床干燥操作实验原始数据记录表
干燥器内径 D1=76mm
绝干硅胶比热 Cs=0.783kJ/kg·℃
加料管内初始物料量 G01=49g
加料管内剩余物料量 G11=117g
干燥器出口料量和干燥器内剩余料量共计 G2=254.9g
加料时间 △τ1=30分=1800秒
出料时间 △τ2=20分45秒=1245秒
进干燥器物料的含水量 w1=0.2235kg水/kg湿物料(快速水份测定仪读数)
出干燥器物料的含水量 w2=0.09k0g水/kg湿物料(快速水份测定仪读数)
名称
进料前
进料后
开始出料后
（每隔5分钟记录一次）
流量压差计读数(kPa)
1.43
1.43
1.43 1.43 1.43 1.43
风机
吸入口
大气干球温度t0℃
25
25
25 25 25 25
大气湿球温度tw℃
18.5
18.5
18.5 18.5 18.5 18.5
相对湿度φ
46%
46%
46% 46% 46% 46%
干燥器进口温度t1℃
67.8
67.8
67.8 67.8 67.8 67.8
干燥器出口温度t2℃
52.2
52.5
52.2 52.1 52.9 52.3
进流量计前空气温度t0℃
37.5
37.5
37.5 37.5 37.5 37.5
干燥器进口物料温度θ1℃
25
25
25 25 25 25
干燥器出口物料温度θ2℃
31.3
34.2
41.8 43.4 44.1 44.1
流化床层压差 mmH2O
6
1～7
14 14 14 14
流化床层平均高度h mm
0
40
80 80 80 80
预热器加热电压显示值 V
102
102
102 102 102 102
预热器电阻 Rp Ω
33.8
33.8
33.8 33.8 33.8 33.8
干燥器保温电压显示值 V
86
86
86 86 86 86
干燥器保温电阻Rd Ω
156
156
156 156 156 156
加料电机电压 V
0
7.86
7.86 7.86 7.86 7.86

数据整理
1. 物料量计算:
输入＝实际加料量△G1＝G01－G11＝668.8－352.0＝316.8(g)
进料速率 （kg/s）
绝干料GC＝G1(1－w1)＝0.176×10-3 ×(1－0.2235)＝0.136×10-3(kg／s)
以干基为基准的湿含量

脱水速率W＝GC(X1－X2)＝0.176×10-3 (0.287－0.0989)＝0.0331×10-3 (kg／s)
2. 热量衡算
输入Q入＝QP＋QD＝Up2/Rp＋Ud2/Rd
其中 预热器实际加热电压Up=102(V)
干燥器实际保温电压Ud=86(V)
Q入=1022/33.8 +862/156.1=307.8+47.3=355.2(W)
输出Q出＝L(I2－I0)＋GC(I2′－I1′) (Ｗ)
空气质量流量L(kg／s)计算:
流量计读数=1.43(kPa)，流量计处温度为37.8℃，流量计处的体积如下：
(m3／s)
=0.67， A0=π/4×d02=2.269×10-4m2 , 空气在37.8℃时的密度为1.139kg/m3

由此得流量计处体积流量V0＝26.4(m3／h)
而实际操作中,干燥器进口温度为67.6 ℃，因此根据状态方程得
（m3/h)

（由t0=25℃,tw=18.5℃得相对湿度φ=46%，查得25℃时空气的饱和蒸汽压Ps=2267.9Pa)
干燥器进口处空气湿比容

绝干气流量 （kg/s)
干燥器出口空气湿度
空气焓值 I (kJ／kg)计算：
干燥器出口处 I2＝(1.01＋1.88H2)×t2＋2490H2
＝(1.01＋1.88×0.0104)×52.2＋2490×0.0104
＝81.01(kJ／kg)
干燥器进口处 I1＝(1.01＋1.88H1)t1+2490H1
＝（1.01+1.88×0.00647）×67.8＋2490×0.00647
＝85.41 (kJ／kg)
流量计处 I0＝(1.01＋1.88H0)×t0＋2490×H0
＝(1.01＋1.88×0.00647)×37.8＋2490×0.00647
＝54.74(kJ／kg)
物料焓值I＇计算： I′＝(Cs＋XCw)×θ
 物料进口处 I1＇＝(0.783＋0.287×4.187)×25＝49.6(kJ／kg)
物料出口处 I2＇＝(0.783＋0.0989×4.187)×44.1＝52.79(kJ／kg)
输出：Q出＝L(I2－I0)＋GC(I2′－I1′) (Ｗ)
Q出=8.25×10-3（81.01-54.74）+0.1252×10-3(52.79-49.6)
＝241.8×10-3（KW）＝242(W)
热量损失Q损=
3. 对流传热系数计算:
(W/m3·℃)
气体向固体物料传热的后果是引起物料升温和水分蒸发。
其传热速率Q＝Q1＋Q2(Ｗ)
Q1=GcCm2(θ2-θ1)=Gc(Cm+CwX2) (θ2-θ1) (W)
Q2=W(IV'-IL')=W[(r0℃+CVθm)-CWθ1] (W)
式中：Q1—湿含量为X2的物料从θ1升温到θ2所需要的传热速率。
Q2─Ｗ(kg／s)水在气化所需的传热速率。
　　　 Cm2─出干燥器物料的湿比热 (kJ／kg绝干料·℃)
Iv′─θm温度下水蒸气的焓, kJ／kg
IL′─θ1温度下液态水的焓, kJ／kg
θm＝（θ1＋θ2）／2＝(25＋37.8)／2 ＝31.4℃
Q＝8.25×10-3×(0.783＋4.187×0.0647)×（37.8-25）＋
0.0331×10-3×[（2490＋1.88×31.4）－4.187×25]
＝192×10-3(KW)＝192(W)
流化床干燥器有效容积
＝0.353×10-3(ｍ3)
气相和固相之间推动力
（℃）
（W/m3·℃）
4. 热效率η计算：

Q蒸＝Ｗ(2490＋1.88t2－4.187θ1)
＝0.0165×10-3(2490＋1.88×53.4－4.187×25) ×103＝41.01 (W)
Q入＝425.6W

实验结果表明体积对流传热系数和热效率值符合文献数据。热损失偏大，其主要原因是管路采用不锈钢制作且管路未保温所致。