流化干燥实验报告

北 京 化 工 大 学 化 工 原 理 实 验 报 告

实验名称：班 级：姓 名：学 号：序 号： 同 组 人：设备型号：实验日期：

流化干燥实验 化工11

2011011 第 套 2014-5-14

一、实验摘要

本实验通过测定不同空气流量下的床侧压降及干湿物料的质量，从而确定流化床床层压降与气速的关系曲线及流化床的干燥特性曲线。通过实验，了解流化床的使用方法及其工作原理。

关键词：干燥曲线、干燥速率曲线、流化曲线、湿空气分析法、含水率、干燥速率

二、实验目的

1、测定流化床中小麦的流化曲线；

2、测定湿小麦的干燥曲线和干燥速率曲线；

三、实验原理

固体流化是利用介质流体将固体颗粒悬浮起来，从而使固体具有流体的表观特征，同时使固体在传热、传质、混合、反应以及输送等方面有强化作用的操作。干燥是将热量传递给湿物料，汽化并除去其中湿组分的单元操作，本实验将固体流化与对流干燥结合起来，强化

*

了干燥效果，可使小麦含水率Xτ，在相对短的时间内降到平衡值X附近，如图3，干燥过程中是否出现恒速段受物料含水量和空气携带水能力等影响。 不同空气流量下的流化床压降如图1所示：

图1、流化曲线（双对数坐标系）

当气速小于初始流化气速umf时，物料处于静止状态（上行过程如AB段），当气速大于颗粒沉降速度ut时，物料被气体带出流化干燥器（如CD段）。在实际操作中，气速应介于两者之间，此时床层压降相对恒定，干燥效果较好（如BC中间水平段）。

2V0.62?0.7854?0.02?2?P孔板?1000?1.25空气流速由孔板流量计测定：u气??A0.7854?0.12m/s。

其中，ΔP孔板为孔板压降，kPa。

干燥曲线（图2）和干燥速率曲线（图3）受物料性质、空气性质、设备操作等因素影响，测定的方法有湿物料取样法、湿空气分析法，而干燥速率除了可以用实验测定外，也可以按传热、传质速率估算。

图2、干燥曲线 图3、干燥速率曲线

本次实验采用湿空气分析法：

测定每个时间点进、出干燥器的空气湿度，以及空气流量，通过空气中的水分衡算和初始条件即可确定被干物料的干燥速率曲线，物料表面温度θ直接测量。

i时刻干燥器的进口空气湿度：H1?0.622P水汽，1P总，1-P水汽，1 （P总，1=106000Pa），kg/kg；

，Pa；

P水汽，s，1??1exp（73.649-1??1?P7258.2-7.3037ln（T1）?4.1653?10-6T12)T1i时刻干燥器的出口空气湿度：H2?0.622P水汽，2P总，2-P水汽，2 （P总，1=108000Pa），kg/kg；

P水汽，s，2??2exp（73.649-2??2?P7258.22-7.3037ln（T2）?4.1653?10-6T2)，Pa； T20.5?1000，g/s； i时刻空气质量流量：qm,气?0,62?0.7854?0.022?(2?P孔板?1000?1.25）（H2?H1),g/s； i时刻空气带走水量：qm，水?qm，气?i时刻干燥速率：NA?qm，水1.5?G干，gms；

.-2-1

i时刻累积带走水量： G水?qm，1?1?qm，2?1????qm，i?1； i时刻含水率：Xi?

G总水-G水G干，（G总水、G干需要实验开始时测定，g）。

四、实验流程和设备

1-风机 2-预热器 3-流量调节阀 4-取样口 5-流化干燥床 6-加料口 7-旋风分离器 8-孔板流量计（d0=20mm）

TI01-出口空气温度，℃； φI02-出口相对湿度； TI03-进口空气温度，℃ φI04-进口相对湿度； △PI05-床层压降，kPa; △PI06-孔板压降，kPa; TI07-床层温度，℃； PI08-空气压力，kPa； TIC09-加热器壁温，℃

流化干燥实验带控制点工艺流程

五、实验操作

1、启动风机变频器、加热器，调节阀开最大预热设备，推拉取样器清空残料；

2、运行软件点开始计时，500秒后查看报表，输入参数H2,0=0.00830,H1,0=0.00672； 3、称取湿小麦500g，擦干表面水分作为被干燥物料，另取10g测含水率X0=41.8% 4、点击软件画面“停止计时”，关闭加热器、变频器、拔出取样器，进料口加湿小麦； 5、关进料口，点击软件开始计时，同事启动变频器、加热器、查看软件“趋势曲线”；

6、干燥1800s后，取出物料，停止电脑计时，称重干燥后小麦为392.2克，从中取约10g含水率Xτ=11.3%，原始数据另存为Excel文件，挑选15组填表作图；

7、管加热器、变频器，加入800g干小麦（包括刚才取出物料），测流化曲线； 8、只开风机，找到起始流化点风量，记录表2第6个点； 9、改变气量，床层固定态做5个点，流化态做4个点；

10、实验结束后，取出干燥器内小麦，清理实验平台面和地面上的麦粒，关变频器等。

注意事项

1、实验过程中取样器处于“拔出”状态；

2、烘箱内有125℃，取、放物料测含水率要戴手套，烘1h以上认为到绝干。

六、实验数据表格及计算举例

表1 干燥及速率曲线测定实验数据表：

（G总=500g,X0=0.418,1800s后G=292.2g） 孔板压出口空进口空进口相进口相时间τ（s) 气温度气温度对湿度对湿度床层温t2(℃) 42.5 42.9 43.5 44.6 46.6 48.1 49.4 51 51.7 52.9 53.3 54 54.7 55.4 55.9 t1(℃) 60.1 60.2 60 60 60.1 60.1 60 60 60.1 59.8 60 60 60 60.1 60 φ2 26.8 26.5 26.1 24.2 21.8 20.4 19.2 16.1 15.2 14.1 13.5 13.4 11.8 10.8 10.2 5.9 5.9 5.9 5.7 5.6 5.7 6 5.9 6 6.3 6.3 6.9 6.3 6.2 6.1 46.6 46.9 47.2 48.3 49.9 51 52.1 53.5 54.2 55 55.5 56.1 56.6 57.3 57.8 降 ΔP孔出口空气湿度H2 进口空含水率气湿度H1 序号 X 干燥速率-2-1NA(g.m.s) 累积水量（g） Φ1 度θ(℃) （kPa) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 6 12 28 64 107 163 307 398 566 646 801 974 1231 1436

4.09 0.01354 0.00671 0.371 4.08 0.01368 0.00675 0.369 4.08 0.0139 0.00669 0.367 4.11 0.01364 0.00647 0.363 4.09 0.01361 0.00641 0.352 4.11 0.01374 0.00654 0.34 4.07 0.01381 0.00686 0.325 4.1 0.01251 0.00676 0.291 4.08 0.01222 0.00692 0.273 4.12 0.01201 0.00718 0.244 4.12 0.01172 0.00725 0.232 4.09 0.01204 0.00796 0.209 4.1 0.01095 0.00727 0.188 4.1 0.01035 0.00719 0.164 4.08 0.01001 0.00704 0.149 0.00025 0.00026 0.00027 0.00027 0.00027 0.00027 0.00026 0.00021 0.0002 0.00018 0.00017 0.00015 0.00014 0.00012 0.00011 16.68 17.2 17.85 19.49 23.17 27.47 32.78 44.93 51.25 61.39 65.75 73.62 80.95 89.54 94.98

计算举例：（以表1 第一组为例）

G干?G总1?X0?500?352.6g

1?0.418G总水?G干?X0?352.6?0.418?147.4g

0.5空气质量流量：qm,气?0.62?0.7854?0.022?（?P）?1000 孔板?1000?1.25

0.5?0.62?0.7854?0.022?（4.09?1000?1.25）?1000

?19.70g/s

（H2?H1)?19.70?(0.01354?0.00671)?0.1034g/s 空气带走水量：qm,水?qm，气?干燥速率：NA?含水率：X?

qm,水1.5?G干??0.1034?0.00025g?m?2?s?1

1.5?352.6G总水-G水G干147.4-16.68?0。371

352.6

表2 流化曲线测定实验数据表

（其中第六组数据为流化点数据）

ΔP孔,0=0.01kPa 校正孔板孔板压降空气流速床层压降压降ΔP孔序号 ΔP孔/kPa u气/m.s-1 ΔP床/kPa /kPa 0.09 1 0.1 0.3 0.11 0.29 2 0.3 0.53 0.3 0.58 3 0.59 0.76 0.5 0.79 4 0.8 0.88 0.64 0.99 5 1 0.99 0.72 1.23 6 1.24 1.1 0.73 1.64 7 1.65 1.27 0.69 2.5 8 2.51 1.57 0.68 3.51 9 3.52 1.86 0.8 4.09 10 4.1 2.01 0.7

计算举例：（以第一组数据为例）

0.520.50.62?0.7854?0.022?（2?0.09?1000?1.25）（2?P孔板?1000?1.25）V0.62?0.7854?0.02??u气??0.7854?0.12A0.7854?0.12?0.3m/s

七、实验结果作图及分析

1、 干燥速率曲线

干燥速率曲线0.000300.00025含水率X干燥速率NA0.000200.000150.000100.000050.000000.0000.0500.1000.1500.2000.250含水率X降速段恒速段预热段0.300 0.350 0.400

2、 3、

干燥曲线

0.40580.355654物料温度　/℃0.30520.25500.20480.150200400600800100012001400160046-200时间/s流化曲线

1床层压降 kPa0.10.11空气流速 m/s10 含水率

结果分析：

（1）由图1干燥速率曲线可以看出，干燥速率先增大（预热段），然后基本保持不变（恒速段），之后持续下降（降速段）。恒速干燥段非常短而降速干燥段很长，说明小麦物料中非结合水含量较少。

（2）由图2干燥曲线可以看出，含水率随着时间呈递减趋势。床层温度几乎没有稳定不变的阶段，这也说明湿小麦中的非结合水含量很小，热量不仅用于水分的气化还用于使物料温度升高。

（3）由图3流化曲线可以看出，压降先随着气速的增大而线性增大，之后基本保持不变。原因是在较低气速时，处于固定床阶段，气体只能从床层空隙中通过，压降与流速成正比；气速增加到一定程度时（u=1.1m/s），进入流化阶段，床层压降基本保持不变。

误差分析：

在流化实验中，空气经过床层时，由于床层阻力不均匀造成压降不断波动，尤其是流化态时数据波动较大，因此数据读取的可能不是很准确。

八、思考题

1、本实验所得的流化床压降与气速曲线有何特征？

答：气速较小时，操作过程处于固定床阶段，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；当气速逐渐增加，进入流化阶段，固体颗粒随气体流动而悬浮运动，床层高度随着气速的增加而逐渐增加，但是床层压降基本保持恒定。

2、流化床操作中，存在腾涌和沟流两种不正常现象，如何利用床层压降对其进行判断？怎样避免它们的发生？

答：（1）判断：腾涌时床层压降不稳定，在理论值上下大幅度波动；

沟流时床层压降稳定，但是数值比正常情况低。

（2）避免： 腾涌：产生的原因是由于颗粒层与器壁的摩擦造成压降大于理论值，而气泡破裂时又低于理论值，一般床层越高、容器直径越小、颗粒越大、气速越高越容易发生腾涌现象。避免腾涌应在设计流化床时使高径比不宜过大，而在床层过高时可以增设挡板以破坏气泡的长大。

沟流：产生的原因主要与颗粒特性和气体分布板的结构有关，颗粒的粒度很细、密度大且气速很低的物料和易于粘结的物料，以及气体分布板设计不好、布气不均都容易产生沟流，避免沟流发生应该对物料预先进行干燥并适当加大气速，同时也应该合理设计分布板。

3、为什么同一湿度的空气，温度较高有利于干燥操作的进行？

答： 温度较高时水的饱和蒸汽压大，而空气的湿度不变，即水汽分压不变，由??所以空气的相对湿度变小，有利于干燥的进行。

p水汽Ps，

4、本装置在加热器入口处装有干、湿球温度计，假设干燥过程为绝热增湿过程，如何求得干燥器内空气的平均湿度H？

答： 在I-H图上找到入口的湿球温度，作等温线与φ=1线相交，此点设为A，再从点A做等焓线与入口的干球温度的等温线相交于点B，则B点为初始状态点，由此点读出湿度H1。由于绝热增湿过程为等焓过程，而出口空气可以看做饱和空气，因此可以由等焓线和出口空气的φ=1找出空气的最终状态点，读出出口空气的湿度H2，从而求得干燥器内空气的平均湿度H=（H1+H2）/2。

九、意见与建议

建议：1、更新预习课机房使用的模拟软件，因为经常和实际实验中有不一样的地方。

2、非常想看到批改完的实验报告，因为想知道自己哪里写的不对，哪里需要改进。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/osxa.html