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流化床干燥實驗裝置實驗指導書

  

流化床干燥實驗裝置實驗指導書


一、概述
熱空氣由多孔分布板底部送入,經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熱、質傳遞,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。
流化狀態下,氣-兩相間接觸面積大,傳熱、傳質速率高。與氣流干燥相比,流化干燥器內物料停留時間長,而且可任意調節,產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,在工業上廣泛應用。流化床干燥器結構簡單,造價低,活動部件少,操作維修方便。
二、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的估算方法。
3、了解氣固旋風分離的工作原理。
三、實驗裝置外型圖

四、實驗主要技術參數
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,由于物料內部水分的擴散慢于物料表面的蒸發,不足以維持物料表面潤濕,則物料表面將形成干區,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和操作條件,而還受物料性質結構以及所含水分性質的影響。
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,m濕(i+1-分別為時間間隔內開始和終了時濕產物量,kg;
m-濕物料中絕干物料的量,kg;
2、傳質系數的求取
(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,
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系數,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部結構以及所含水分性質不同而不同,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速率曲線數據解求得,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,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,調節進料空氣流量調節閥。
4、打開加熱開關,調節電流的大小,以預熱空氣。
5、待空氣進口溫度升至60℃和出口溫度基本穩定時,記錄有關數據。
七、實驗流程圖

八、實驗數據處理
基本參數:試樣絕干質量mkg
開始時濕試樣質量mkg
記錄及結果
序號 濕試樣量m 時間間隔 濕物料平均含水量X 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據,正確測取進、出料濕含量的數值。
2、注意節約使用物料,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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