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流化床干燥实验装置实验指导书

  

流化床干燥实验装置实验指导书


一、概述
热空气由多孔分布板底部送入,经多孔板而均匀分布并与板上的湿物料颗粒直接接触。当气速较低时,颗粒层不动,热气流从颗粒层的缝隙中通过,这样的颗粒层称为固定床。当气速增加至一定程度时,颗粒层开始松动,当气速再增加运载某个数值时,颗粒将悬浮于上升的热气流中。此时的床层称为流化床。
流化状态下颗粒在热气流中上下翻动,相互碰撞、混合,气-固两相间充分接触实现热、质传递,固体物料被干燥。夹带有部分物料小颗粒的废气由顶部排出,经旋风分离器进行回收。达到预期干燥要求后,减少气速固体物料颗粒重新落下,并从出料管卸出。
流化状态下,气-两相间接触面积大,传热、传质速率高。与气流干燥相比,流化干燥器内物料停留时间长,而且可任意调节,产品的最综含水量可降的很低;操作时热空气的流速较小,物料磨损小,废气中粉尘含量少,容易收集,操作费用小,在工业上广泛应用。流化床干燥器结构简单,造价低,活动部件少,操作维修方便。
二、实验目的
1、掌握物料干燥速率曲线的测定方法。
2、了解和掌握干燥操作的物料衡算、热量衡算及体积对流传热系数的估算方法。
3、了解气固旋风分离的工作原理。
三、实验装置外型图

四、实验主要技术参数
1、该实验装置主要由空气旋涡泵、加热箱、流化床体、集尘器、加料斗、旋风分离、U型压差计(2根)、孔板流量计、电控箱等部件组成。
2、空气旋涡泵为HG-1100型,功率为1.5Kw;风压为22KPa;风量为180m3/min。
3、U型压差计:是测量流化床的总塔压差,另一压差计是测量孔板流量计。
4、电控箱:在电控箱上装由智能温度仪表,测量固体物料进出口温度,电源开关、风机开关、按下开关旋钮对应的工作开始进行。
五、实验原理
1、干燥速率曲线
若将湿物料置于一定的干燥条件下,例如一定的温度、湿度和速度的空气流中,测定被干燥物料的质量和温度随时间的变化关系,则得一曲线,即物料含水量-时间曲线。干燥过程分为三个阶段:(1)物料预热阶段;(2)恒速干燥阶段;(3)降速干燥阶段,空气中部分热量用来加热物料,故物料含水量随时间变化不大。由于物料表面存在自由水分,物料表面温度等于湿球温度tw,传入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,干燥速率恒定且较大。到了第三阶段,物料中含量减少到某一临界含水量时,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,则物料表面将形成干区,干燥速率开始降低,含水量越小,速率越慢,干燥曲线逐渐达到平衡含水量X*而终止在降速阶段,随着水分汽化量的减少,传入的湿热较汽化带出的潜热为多,热空气部分热量用于加热物料。物料温度开始上升,(2)与(3)交点处的含水量称为物料的临界含水量Xc
干燥速率曲线只能通过实验测得,因为干燥速率不仅取决于空气的性质和操作条件,而还受物料性质结构以及所含水分性质的影响。
干燥速率U为单位时间在单位干燥面积上汽化的水分量m(H2O),单位为kg/(m2.s)。用微分式表示为

式中U-干燥速率kg/(m2.s);
A-干燥面积,m2
τ-相应的干燥时间,s;
m(H2O)-汽化水分量,kg;
物料的平均含水量:

式中X*-某干燥速率下物料的平均水量,kg;
m湿,m湿(i+1-分别为时间间隔内开始和终了时湿产物量,kg;
m-湿物料中绝干物料的量,kg;
2、传质系数的求取
(1)恒速阶段恒速干燥阶段的干燥速率U仅由外部干燥条件决定,物料表面温度近于空气湿球温度tw。在恒定的干燥条件下,物料表面与空气之间的传热和传质速率分别用于下式表示


式中:Q-空气传给物料的热量,KJ;
τ-干燥时间,s;
A-干燥面积,m2
α-空气至物料表面的传热膜系数,
t–空气温度,K;
tw-湿物料表面温度(即空气的湿球温度),K;
m(H2O)-由物料汽化至空气的水分量,kg;
KH-以湿度差为推动力的传质系数,kg/(m2);
H-空气的湿度,kg(水)/kg(干气);
(2)降速阶段降速干燥阶段中干燥速率曲线的形状随物料内部结构以及所含水分性质不同而不同,因而干燥曲线只能通过实验得到,降速阶段干燥时间的计算可以根据速率曲线数据解求得,当降速阶段的干燥速率近似看作与物料的自由水量X-X*成正比时,干燥速率曲线简化为直线。

KX=U/(X-X*
式中KX-以含水量差为推动力的比例系数,kg/(m2);
U-物料含水量为X时的干燥速率,kg/(m2);
X-在τ时的物料含水量,kg/kg(干料);
X*-物料的平衡含水量XC对于干燥装置的设计十分重要,不仅对于计算干燥速率、干燥时间以及干燥器的尺寸必不可少,而且由于影响阶段干燥速率的因素不同,因而确定XC值对于如何强化具体干燥过程也具有重要的意义。
六、实验步骤
1、称取已准备好的固体物料。用快速水分测定仪测定其湿基含水量ω1
2、称取已准备好的固体物料,倒入加料斗中,并准备好出料接收瓶。
3、打开风机开关,调节进料空气流量调节阀。
4、打开加热开关,调节电流的大小,以预热空气。
5、待空气进口温度升至60℃和出口温度基本稳定时,记录有关数据。
七、实验流程图

八、实验数据处理
基本参数:试样绝干质量mkg
开始时湿试样质量m湿kg
记录及结果
序号 湿试样量m湿 时间间隔 湿物料平均含水量X 干燥速率U
1        
2        

九、注意事项
1、实验前要弄清楚应记录的数据,正确测取进、出料湿含量的数值。
2、注意节约使用物料,并严格控制加水量,加水量绝不能过大。由于存在物料粉末,部分可能被带出进入旋风分离器。
附:设备电器原理图:
 
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