流化床干燥实验报告

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试验报告

课程名称：流化床干燥试验试验日期：2022.05.12

班级：姓名：

同组人：

流化床干燥试验

一、

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流过，压降与流速成正比，斜率约为1（在双对数坐标中）。当气速逐渐增强（进入BC段），床层开头膨胀，空隙率增大，压降与气速的将不再成比例。

当气速继续增大，进入流化阶段（CD段），固体颗粒随气体流淌而悬浮运动，随气速的增强，床层高度逐渐增强，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，便进入气体输送阶

）。

段。D点处得流速即被称为带出速度（u

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，而沿CA’变化。C点处得流速被称为起始流化速度（umf）。

在生产操作中，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推断床层流化的优劣。

2，干燥特性曲线

将湿物料置于一定的干燥条件，测定被干燥物料的质量和温度随时光变化的关系，可得湿物料含水量（X）与时光（τ）的关系曲线及物料温度（θ）与时光（τ）的关系曲线（见图4-16）。物料含水量与时光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（见图4-17）。干燥过程可分为三个阶段。

（1）物料预热阶段（AB段）

在开头干燥时，有一较短的预热阶段，空气中部分热量用来加热物料，物料含水量随时光变化不大。

（2）恒速干燥阶段（BC段）因为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，物料含水量随时光成比例削减，干燥速率恒定且最大。

（3）降速干燥阶段（CDE段）物料含水量削减到某一临界含水量（XO），因为物料内部水分的蔓延慢于物料表面的蒸发，不足以维持物料表面保持潮湿，而形成干区，干燥速率开头降低，物料温度逐渐升高。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。

干燥速率为单位时光在单位面积上汽化的水重量，用微分式表示为

dWuAdτ

=

（4-33）

式中u—干燥速率，kg水/(m2

.s);A—干燥表面积，m2;

dτ—相应的干燥时光，s;dW—汽化的水重量，kg。

图4-17中的横坐标X为对应于某干燥速率下的物料平均含水量。

1

2

iiXXX++=

（4-34）

式中X—某一干燥速率下湿物料的平均含水量；

1,iiXX+—Δτ时光间隔内开头和终了时的含水量，kg水/kg绝干物料。

siei

iei

GGXG-=

（4-35）

式中siG—第i时刻取出的湿物料的质量，kg；

G—第i时刻取出的物料的绝干质量，kg。

ei

干燥速率曲线只能通过试验测定，由于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。本试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光，为工业上延续操作的流化床干燥器提供相应的设计参数。

四、试验装置和流程

沸腾干燥试验装置流程如下图所示：

图4-18沸腾干燥试验装置和流程

1—风机；2—湿球温度水筒；3—湿球温度计；4—空气加热器；5—空气加热器；6—空气流量调整阀；7—放净口；8—取样口；9—不锈钢筒体；10—玻璃筒体；11—气固分别段；12—加料口；13—旋风分别器；14—孔板流量计

本装置的全部设备，除床身筒体一部分采纳高温硬质玻璃外，其余均采纳不锈钢创造。床身筒体部分由不锈钢段（内径φ100mm，高100mm）和高温硬质玻璃段（内径φ100mm，高400mm）组成，顶部有气固分别段（内径φ150mm，高250mm）。不锈钢筒体上没有物料取样器、放净口和温度计接口等，分离用于取样、放净和测温。床身顶部气固分别段设有加料口和测压口，分离用于物料加料和测压。

空气加热装置由加热器和控制器组成，加热器为不锈钢盘管式加热器，加热管外壁设有1mm铠装热电偶，其与人工智能仪表、固态继电器等，实现空气介质的温度控制。空气加热装置底部设有测量空气干球温度和湿球温度的接口，以测定空气的干、湿球温度。

本装置空气流量采纳孔板流量计计算，气流量Vs可通过式（4-24）求取。

本装置的旋风分别器，可除去干燥物料的粉尘。

五、试验操作

1、启动风机、加热器，最大风量预热5分钟后所有关停；

2、拔出取样器并旋转清空里面多余物料；

3、进料口加入湿小麦601.14g，干基含水量kg/kg干麦

4、再次启动风机、加热器，固定风量（如有变化请注重手动调节），记录孔板压降3.5kPa，

干球温度50.9℃，湿球温度24.7℃，时光点为0；

5、空气温度达到70℃，小麦处于流化状态，开头取样。记录时光点，称重G湿，装盒，放入烘箱，1h后记录G干；

6、间隔2~5分钟去一次样品，45分钟取15个点左右，记录数据，注重清空取样器残余小麦；

7、试验完成后可得到X~τ曲线，在曲线上取至少10个（ΔX/1.5Δτ）值，作u~τ曲线；8、小麦在含水量40%以上可能存在非结合水，才有可能浮现恒速段，取点注重时光分配；9、关加热器、风机，加入300g干小麦，做流化实验；10、只开风机，找到临界流化点风量，记录；

11、床层固定状态做5个点，流化态做4个点，记录；

12、实际生产中，设备通常是不透亮     的，床层压降反映了流体的运动情况，是重要的操作参数。

六、试验数据处理

1、干燥速率曲线测定

空气温度：70℃孔板压降：3.5kPa干球温度：50.9℃湿球温度：27.4℃序号时光τ/min湿小麦质量G湿/kg干小麦质量G干/kg物料温度t物/℃

含水量Xi平均

含水率干燥速率

u水/g.m-2.s-1

10.0010.337.15

0.4448

21.2014.8911.5969.90.28470.36470.0889

33.2014.4111.4770.00.25630.27050.0095

45.2015.3712.8070.00.20220.22860.018

5970.10.22420.2125-0.0078

69.208.707.2170.10.206

70.21540.0059712.2012.2

810.5570.00.16400.18530.0095815.209.8

98.7070.00.13680.15040.0060919.2010.439.3370.00.11790.12730.00311022.208.487.6670.00.10700.11250.00241126.2010.759.9370.00.08260.09480.00411230.408.337.8070.00.06790.07530.00231334.4011.3310.8269.90.04710.05750.003514

38.40

7.37

6.8070.00.08380.0655-0.00611543.408.928.50

70.0

0.04940.0666

0.0046

以第四组数据为例计算：含水量：415.37-12.80=

=0.202212.80GGXG-=

干

湿干

平均含水率：34

0.25630.2022

=

0.22862

2

XXX++=

=—

干燥速率：340.25630.2022=

0.01851.51.5(15.3714.41)

XXuτ

--=

=???-水

2、流化曲线测定

序号床层压降

ΔP床/kPa

孔板压降

ΔP孔/kPa

空气流速

U气/m·s-1

10.310.280.5016

20.490.590.7281

30.650.880.8892

383

1.1414

1.1990

70.691.91.3065

80.682.231.4155

90.672.531.5077

100.6631.6417110.633.591.7959以第三组数据为例计算：

空气流速：

0.5

2

26.8P

V

==0.8892

A3600/40.1

u

π

??

=

??

孔

气

七、试验结果作图及分析：

流化床床层压降与气速的关系曲线：

流化曲线和理论符合的很好，当气速较小时，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。当气速逐渐增强，床层开头膨胀，孔隙率增大，压降与气速的关系将不再成正比。当气速继续增大，进入流化阶段，固体颗粒随气体流淌而悬浮运动，随着气速的增强，床层高度逐渐增强，但床层压降基本上保持不变，如曲线的后半段，成一条水平直线。

物料含水量，物料温度与时光的关系：

干燥速率曲线：

因为本组作图偏差过大，所以借由他人作图举行分析，如下：

u水/g.m-2

.s

-1

X/kg水.kg-1

绝干物料

此图应从右往左举行分析。

从图中右边3个点可知，在干燥前期，干燥速率基本维持定值（即恒速很俗阶段），由于此时物料表面被非结合水笼罩。因为结合水占大部分，所以小麦的恒速阶段很短。干燥一段时光后，干燥速率总体上在不断下降（即进入降速阶段），这是因为小麦表面的非结合水被不断除去，实际汽化表面削减，内部水分蔓延较慢造成的。降速阶段干燥速率浮现较大波动，分析缘由，可能有：1、流化床本身的性能不稳定。

2、烘干时，未能精确     掌握时光，以致有些样品并未彻低烘干，引起试验结果的较大偏差。

3、用差分代替微分求取的干燥速率与实际情况有一定的偏离。

八、

思量题

1，本试验所得的流化床压降与气速曲线有何特征？

答：当气速较小时，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。当气速继续增大，进入流化阶段，固体颗粒随气体流淌而悬浮运动，随着气速的增强，床层高度逐渐增强，但床层压降基本上保持不变，如曲线的后半段，成一条水平直线

2，本装置在加热器入口处安装有干、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：有入口干、湿球温度可以求得进口空气湿度H1因为干燥器内物料存在非结合水，且气液接触充分，故出口空气可以看成饱和空气，绝热增湿过程为恒焓过程，再由恒焓条件与出口空气φ=100%即可求得出口空气湿度H2，从而求得干燥器内空气平均湿度H=0.5*（H1+H2）

3，为什么同一湿度的空气，温度较高有利于干燥操作的举行？

答：由于温度较高时，水的饱和蒸汽压大，而空气的绝度湿度没有变化，即水的分压没有发生变化，由CS

PPφ=

,所以空气的相对湿度增强，从而有利于干燥的举行。

4，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举行推断？怎

样避开他们的发生？

答：腾涌时，床层压降不平稳，压力表不断摆动；沟流是床层压降稳定，只是数值比正常状况下低。沟流是因为流体分布板设计或安装上存在问题，应从设计上避开浮现沟流，腾涌是因为流化床内径较小而床高于床比径比较大时，气体在升高过程中易聚拢继而增大，当气体占领囫囵床体截面时发生腾涌，故在设计流化床时高径比不宜过大。

5，干燥开头10分钟时，计算进、出干燥器的湿空气的性能参数（假设湿空气进出干燥器为绝热增湿过程），要求使用公式计算和I-H图两种办法。

使用公式计算：

进口：由表1表头数据可知：10min时，进预热器前：干球温度t：50.9℃，湿球温度tw：27.4℃。查表得，此时rw=2429.0kJ/kg。ps=3.6863kPa，H=0.622×P水汽/(P-P水汽)，所以Hw=0.622×3.6863/(101.325-3.6863)=0.02348kg水/kg干气。由()1.09

wwwrttHH=-

-得

H=0.01293kg水/kg干气。预热器是等湿加热，故在预热器之后H不变。H=0.622×p水汽/(p-p

水汽

)，总压p=101.325kPa，计算得p水汽=2.063kPa。t=70℃，ps=31.164kPa，φ=p水汽/ps=0.0662。