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流化床干燥實驗指導書

流化床干燥實驗指導書-概述
熱空氣由多孔分布板底部送入,經(jīng)多孔板而均勻分布并與板上的濕物料顆粒直接接觸。當氣速較低時,顆粒層不動,熱氣流從顆粒層的縫隙中通過,這樣的顆粒層稱為固定床。當氣速增加至一定程度時,顆粒層開始松動,當氣速再增加運載某個數(shù)值時,顆粒將懸浮于上升的熱氣流中。此時的床層稱為流化床。
流化狀態(tài)下顆粒在熱氣流中上下翻動,相互碰撞、混合,氣-固兩相間充分接觸實現(xiàn)熱、質(zhì)傳遞,固體物料被干燥。夾帶有部分物料小顆粒的廢氣由頂部排出,經(jīng)旋風分離器進行回收。達到預期干燥要求后,減少氣速固體物料顆粒重新落下,并從出料管卸出。
流化狀態(tài)下,氣-兩相間接觸面積大,傳熱、傳質(zhì)速率高。與氣流干燥相比,流化干燥器內(nèi)物料停留時間長,而且可任意調(diào)節(jié),產(chǎn)品的最綜含水量可降的很低;操作時熱空氣的流速較小,物料磨損小,廢氣中粉塵含量少,容易收集,操作費用小,在工業(yè)上廣泛應用。流化床干燥器結(jié)構(gòu)簡單,造價低,活動部件少,操作維修方便。
二、
流化床干燥實驗目的
1、掌握物料干燥速率曲線的測定方法。
2、了解和掌握干燥操作的物料衡算、熱量衡算及體積對流傳熱系數(shù)的估算方法。
3、了解氣固旋風分離的工作原理。
三、
流化床干燥實驗裝置外型圖
四、實驗主要技術參數(shù)
1、該實驗裝置主要由空氣旋渦泵、加熱箱、流化床體、集塵器、加料斗、旋風分離、U型壓差計(2根)、孔板流量計、電控箱等部件組成。
2、空氣旋渦泵為HG-1100型,功率為1.5Kw;風壓為22KPa;風量為180m3/min。
3、U型壓差計:是測量流化床的總塔壓差,另一壓差計是測量孔板流量計。
4、電控箱:在電控箱上裝由智能溫度儀表,測量固體物料進出口溫度,電源開關、風機開關、按下開關旋鈕對應的工作開始進行。
五、實驗原理
1、干燥速率曲線
若將濕物料置于一定的干燥條件下,例如一定的溫度、濕度和速度的空氣流中,測定被干燥物料的質(zhì)量和溫度隨時間的變化關系,則得一曲線,即物料含水量-時間曲線。干燥過程分為三個階段:(1)物料預熱階段;(2)恒速干燥階段;(3)降速干燥階段,空氣中部分熱量用來加熱物料,故物料含水量隨時間變化不大。由于物料表面存在自由水分,物料表面溫度等于濕球溫度tw,傳入熱量只用來蒸發(fā)物料表面的水分,物料含水量隨時間成比例減少,干燥速率恒定且較大。到了第三階段,物料中含量減少到某一臨界含水量時,由于物料內(nèi)部水分的擴散慢于物料表面的蒸發(fā),不足以維持物料表面潤濕,則物料表面將形成干區(qū),干燥速率開始降低,含水量越小,速率越慢,干燥曲線逐漸達到平衡含水量X*而終止在降速階段,隨著水分汽化量的減少,傳入的濕熱較汽化帶出的潛熱為多,熱空氣部分熱量用于加熱物料。物料溫度開始上升,(2)與(3)交點處的含水量稱為物料的臨界含水量Xc。
干燥速率曲線只能通過實驗測得,因為干燥速率不僅取決于空氣的性質(zhì)和操作條件,而還受物料性質(zhì)結(jié)構(gòu)以及所含水分性質(zhì)的影響。
干燥速率U為單位時間在單位干燥面積上汽化的水分量m(H2O),單位為kg/(m2.s)。用微分式表示為

式中U-干燥速率kg/(m2.s);
A-干燥面積,m2
τ-相應的干燥時間,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濕,m濕(i+1)-分別為時間間隔內(nèi)開始和終了時濕產(chǎn)物量,kg;
m-濕物料中絕干物料的量,kg;
2、傳質(zhì)系數(shù)的求取
(1)恒速階段恒速干燥階段的干燥速率U僅由外部干燥條件決定,物料表面溫度近于空氣濕球溫度tw。在恒定的干燥條件下,物料表面與空氣之間的傳熱和傳質(zhì)速率分別用于下式表示


式中:Q-空氣傳給物料的熱量,KJ;
τ-干燥時間,s;
A-干燥面積,m2;
α-空氣至物料表面的傳熱膜系數(shù),
t–空氣溫度,K;
tw-濕物料表面溫度(即空氣的濕球溫度),K;
m(H2O)-由物料汽化至空氣的水分量,kg;
KH-以濕度差為推動力的傳質(zhì)系數(shù),kg/(m2);
H-空氣的濕度,kg(水)/kg(干氣);
(2)降速階段降速干燥階段中干燥速率曲線的形狀隨物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及所含水分性質(zhì)不同而不同,因而干燥曲線只能通過實驗得到,降速階段干燥時間的計算可以根據(jù)速率曲線數(shù)據(jù)解求得,當降速階段的干燥速率近似看作與物料的自由水量X-X*成正比時,干燥速率曲線簡化為直線。

KX=U/(X-X*
式中KX-以含水量差為推動力的比例系數(shù),kg/(m2);
U-物料含水量為X時的干燥速率,kg/(m2);
X-在τ時的物料含水量,kg/kg(干料);
X*-物料的平衡含水量XC對于干燥裝置的設計十分重要,不僅對于計算干燥速率、干燥時間以及干燥器的尺寸必不可少,而且由于影響階段干燥速率的因素不同,因而確定XC值對于如何強化具體干燥過程也具有重要的意義。
六、實驗步驟
1、稱取已準備好的固體物料。用快速水分測定儀測定其濕基含水量ω1
2、稱取已準備好的固體物料,倒入加料斗中,并準備好出料接收瓶。
3、打開風機開關,調(diào)節(jié)進料空氣流量調(diào)節(jié)閥。
4、打開加熱開關,調(diào)節(jié)電流的大小,以預熱空氣。
5、待空氣進口溫度升至60℃和出口溫度基本穩(wěn)定時,記錄有關數(shù)據(jù)。
七、實驗流程圖

八、實驗數(shù)據(jù)處理
基本參數(shù):試樣絕干質(zhì)量kg
開始時濕試樣質(zhì)量kg
記錄及結(jié)果

序號 濕試樣量 時間間隔 濕物料平均含水量 干燥速率U
1        
2        
九、注意事項
1、實驗前要弄清楚應記錄的數(shù)據(jù),正確測取進、出料濕含量的數(shù)值。
2、注意節(jié)約使用物料,并嚴格控制加水量,加水量絕不能過大。由于存在物料粉末,部分可能被帶出進入旋風分離器。
附:設備電器原理圖:


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