流化床干燥试验.doc

流化床干燥器的操作及其干燥速率曲线的测定
8.1实验目的
1． 掌握测定物料干燥速率曲线的工程意义；
2． 熟悉实验干燥设备的流程、工作及实验组织方法；
3． 了解影响干燥速率曲线的因素。
8.2基本原理
干燥原理是利用加热的方法使水分或其它溶剂从湿物料中汽化，除去固体物料中湿分的操作。干燥的目的是使物料便于运输、贮藏、保质和加工利用。本实验的干燥过程属于对流干燥，其原理见图1。
①．传热过程 热气流将热能传至物料，再由表面传至物料的内部。
②．传质过程 水分从物料内部以液态或气态扩散透过物料层而达到表面，再通过物料表面的气膜扩散到热气流的主体。由此可见，干燥操作具有热质同时传递的特征。为了使水气离开物料表面，热气流中的水气分压应小于物料表面的水气分压。
图1 热空气与物料间的传热与传质

8.2.1干燥速率曲线测定的意义
对于设计型问题而言，已知生产条件要求每小时必须除去若干千克水，若先已知干燥速率，即可确定干燥面积，大致估计设备的大小；对操作型问题而言，已知干燥面积，湿物料在干燥器内停留时间一定，若先已知干燥速率，即可确定除掉了多少千克水；对于节能问题而言，干燥时间越长，不一定物料越干燥，物料存在着平衡含水率，能量的合理利用是降低成本的关键，以上三方面均须先已知干燥速率。因此学会测定干燥速率曲线的方法具有重要意义。
8.2.2干燥曲线和干燥速率曲线的关系
含水率C：单位干物料Gc 中所带的水分量W
定义： C= － （kg水／kg干） （1）
含水率随时间的变化作图，见图2：

干燥过程分为三个阶段

Ⅰ.物料预热阶段

Ⅱ.恒速干燥阶段；

Ⅲ.降速干燥阶段。

图2 干燥曲线图

干燥速率NA 的定义有二种表示：
(一)．单位时间单位面积汽化的水量
即：N A= － (kg水／m２．s) (2)
(二). 单位干物料在单位时间内所汽化的水量
即：NA＇= － (kg水／kg干．s) (3)
(2)式定义中，由于干燥面积的定量难以实验测定，故本实验以(3)式定义作为实验依据．
对(1)式求导得：　 dW＝－GcdC (4)
所以， NA＇= － = － (5)
也就是说，在干燥曲线图中含水率随时间变化曲线上的任何一点切线的斜率值即为干燥速率值，将这些斜率的变化值对应于含水率作图即为干燥速率曲线图，见图3。每隔一段时间读取湿物料的重量，然后将湿物料重减去干物料的重，从而就测得了C与τ的关系。

8.3实验流程及说明
图3 干燥速率曲线图

8.4实验步骤
(1) 在实验操作前从加水斗加入220~300ml水，系统同时通入常温空气，使加入的水充分均匀地分散在硅胶表面，(这一步由准备老师完成)。
(2) 按下变频器RUN，通过旁路阀10调节流量至14－18m3/h任何一恒定值。
(3) 打开旁路调节阀，待空气进口温度计读数为95℃时，关闭旁路放空阀，使热空气进入系统。
(4) 仔细观察进口温度与床层温度的变化，待床层温度升至40℃ ，即开始取第一个样品，此时的时间设定为0。
(5) 按照原始数据的时间间隔取样，总共采集14组数据。
8.5 原始数据记录

8.6计算示例
（取装置号1第五组数据作计算示例）：
水分 W=(湿物+空瓶)5－(干物+空瓶)5
=26.813－25.895
=0.918 ( g水)
干物 Gc=(干物+瓶重)5－(空瓶)5
= 25.895－20.716
= 5.179 (g干)
含水率 C== (kg水／kg干)
干燥时间τ=3＋3＋3＋5=14 min；
干燥曲线见图5，干燥速率曲线见图6。
由干燥曲线和干燥速率曲线之间的关系可知，干燥速率值即为干燥曲线上任何一点切线值，采用镜面法作法线，然后作法线的垂线，再求出垂线的斜率值。
由A（26，0.10）；B(90,0.002)得：
NA降= =0.00153 (kg水／kg干.min)
NA恒= =0.00264 (kg水／kg干.min)

8.7过程运算表和结果图

8.8结果和讨论
1. 床层温度θ＜40℃时，物料处于预热阶段。
2. 床层温度40＜θ＜52.5℃时，物料处于恒速干燥阶段：
a. X~τ呈线性关系。
b. 床层温度即物料表面温度变化很小。
3. 床层温度θ＞52.5℃时，物料处于降速阶段：
a. 物料温度随干燥时间的增加而迅速上升。
b. 物料温度上升，含水率下降不明显。
4. 临界含水率Xe=0.078 kg水/kg干。从该套实验结果看出，进口温度较高，临界含水率较低。
5. 干燥曲线或干燥速率曲线是在恒定的热空气进口条件(指一定的流速、温度、湿度)下测得的，对指定的物料而言，若热空气进口温度、流速不同，干燥速率曲线的位置也不同。
6. 只要满足干燥的物系相同、设备类型相似、热空气进口条件一样，本实验测得的干燥速率曲线就可以放大到工业装置之中。