C.8流化床干燥实验 (一)实验目的 1.了解和掌握湿物料连续流化干燥的方法 2.了解和掌握干燥操作中物料、热量衡算和体积对流传热系数α,的估算方法。 (二)实验原理 干燥操作是采用某种方式将热量传给含水物料,使含水物料中水分蒸发分离的操作,干 燥操作同时伴有传热和传质 以1kg绝干空气为基准,湿度H为湿空气中水气的质量与绝干空气的质量之比: H=湿空气中水气的质量/湿空气中绝干空气的质量 对水蒸气一空气系统 H=18×水蒸气摩尔数/(29×空气摩尔数)=0.622×水蒸气摩尔数/空气摩尔数 常压下视为理想气体 H=0622P/(P-P) 式中:P—水气分压;P一一总压。 相对湿度q=湿空气中水气分压P/相同温度下水的饱和蒸气压P,则 H=06229P,/(P-,) 湿物料中含水量有两种方法表达: 湿基含水量w=水分质量/湿物料的总质量 干基含水量X=湿物料中水分的质量/湿物料中绝干料的质量,其关系为: X X 1+X 1.物料衡算 输入物料=实际加料量=Go1-G1 输出物料=Ga2+G 式中:G01—加料管内初始物料量,g;G1—加料管内剩余物料,g;Ga2—千燥器 出口料量,g:G2—干燥器内剩余料量 将干燥器输出的物料按进口料的含水量折算质量: 输出物料折算质量=输出物料 进料速率G=输入物料/加料时间=(Gn1-G1∥ 式中:△1——加料时间,s 绝干料G。=G1(-1),gs 脱水速率W=G2(X1-X2),gs 2.热量衡算 输入Q入=预热热量Qp+保温热量QD=Up×lp+UD×l
1 C.8 流化床干燥实验 (一) 实验目的 1. 了解和掌握湿物料连续流化干燥的方法。 2. 了解和掌握干燥操作中物料、热量衡算和体积对流传热系数 v 的估算方法。 (二) 实验原理 干燥操作是采用某种方式将热量传给含水物料，使含水物料中水分蒸发分离的操作，干 燥操作同时伴有传热和传质。 以 1kg 绝干空气为基准，湿度 H 为湿空气中水气的质量与绝干空气的质量之比： H =湿空气中水气的质量/湿空气中绝干空气的质量 对水蒸气-空气系统 H =18×水蒸气摩尔数/（29×空气摩尔数）=0.622×水蒸气摩尔数/空气摩尔数 常压下视为理想气体 ( ) H = 622Pw P − Pw 0. 式中： Pw ——水气分压； P ——总压。 相对湿度 = 湿空气中水气分压 Pw /相同温度下水的饱和蒸气压 Ps ，则 ( ) H = 622 Ps P −Ps 0. 湿物料中含水量有两种方法表达： 湿基含水量 w=水分质量/湿物料的总质量 干基含水量 X=湿物料中水分的质量/湿物料中绝干料的质量，其关系为： w w X − = 1 ， X X w + = 1 1. 物料衡算 输入物料＝实际加料量＝ G01 −G11 输出物料＝ G02 + G22 式中： G01——加料管内初始物料量，g； G11——加料管内剩余物料，g； G02——干燥器 出口料量，g； G22 ——干燥器内剩余料量，g。 将干燥器输出的物料按进口料的含水量折算质量： 输出物料折算质量 = 输出物料× 1 2 1 1 w w − − 进料速率 G1 ＝输入物料/加料时间＝ ( ) G01 −G11 1 ， g·s -1 式中： 1 ——加料时间，s。 绝干料 ( ) Gc = G1 1− w1 ， g·s -1 脱水速率 ( ) W = Gc X1 − X2 ， g·s -1 2. 热量衡算 输入 Q入 ＝预热热量 QP ＋保温热量 QD ＝ P P D D U I +U I
输出Q出=空气焓差+物料焓差=L(2-0)+G(2-1),W 热量损失Qn=9- 空气质量流量L,kgs1计算 空气的体积流量用孔板流量计测定,孔径-17.0毫米, 流量计处流量: R P 式中:R一一流量计水柱读数,mm;p—进入流量计前空气温度下的密度,kgm3 若设备(例如流化床干燥器)的气体进口温度与流量计处的气体温度差别较大,两处的体 积流量是不同的,此时体积流量需用状态方程作校正(对空气在常压下操作时通常用理想气 体状态方程)。计算中需将V换算为干燥器进口温度时的进,气体的温度为t1时: 273+t1 V=0273+0 h 流量计处空气湿度(大气湿度用干、湿球湿度计测取)H。=干燥器进口处空气湿度H1 空气湿比容VB=(绝干空气体积+水气体积)/绝干气质量 291)×224x2+2731013×10 1 H (0.772+1.244H)> +273m3.kg 273 273 绝干气质量流量 空气焓值,kJkg计算 干燥器进口处 1=(1.01+1.88H1)×t1+2490H1 干燥器出口处 l2=(101+1.88H2)x12+2490H2 干燥器出口空气湿度 H2 流量计处 l。=(01+1.88H)×tn+2490H 物料焓值的计算 I'=(C+XCn)×O 式中:Cs,CW—一分别为绝干料和水的比热, kJ kg-I·℃-,见附录;θ-一物料温度。 3、对流传热系数a1计算 流化床干燥器有效容积 =mD12h/4 气体向固体物料传热的后果是引起物料升温和水分蒸发。其传热速率: Q=9+O2,W (2-1)=G(C )O2-1) 2=(4-4)-+ca)-cak 式中:Q1-—湿含量为X2的物料从1升温到62所需要的传热速率;Q2—水气化所需 的传热速率;Cm2一出干燥器物料的湿比热,kJkg(绝干料)℃:l--bm温度下水
2 输出 Q出 ＝空气焓差＋物料焓差＝ ( ) − 2 − 0 + 2 1 L I I G I I C ，Ｗ 热量损失 入 入 出 损 Q Q Q Q − = 空气质量流量 L ，kg·s -1 计算 空气的体积流量用孔板流量计测定，孔径─17.0 毫米, 流量计处流量： 0.5 0 2.424 = R V ， m3·h -1 式中: R ——流量计水柱读数，mm； ——进入流量计前空气温度下的密度，kg·m-3。 若设备(例如流化床干燥器)的气体进口温度与流量计处的气体温度差别较大，两处的体 积流量是不同的，此时体积流量需用状态方程作校正(对空气在常压下操作时通常用理想气 体状态方程)。计算中需将 Vo 换算为干燥器进口温度时的 V进 ，气体的温度为 1 t 时： 0 1 0 273 273 t t V V + + 进 = ， m3·h -1 流量计处空气湿度（大气湿度用干、湿球湿度计测取） Ho = 干燥器进口处空气湿度 H1 空气湿比容 VH ＝(绝干空气体积＋水气体积)/绝干气质量 273 273 (0.772 1.244 ) 1.013 10 273 273 ) 22.4 29 18 1 ( 5 + = + + = + t H P H t VH , m 3·kg -1 绝干气质量流量 VH V L 进 = , kg·h -1 空气焓值 I ,kJ·kg -1 计算 干燥器进口处 ( ) 1 88 1 1 2490 1 I = 1.01+1. H t + H 干燥器出口处 ( ) 2 88 2 2 2490 2 I = 1.01+1. H t + H 干燥器出口空气湿度 2 H1 L W H = + 流量计处 ( ) o o o Ho I = 1.01+1.88H t + 2490 物料焓值 I 的计算 I = (CS + XCW ) 式中:Cs，Cw－－分别为绝干料和水的比热，kJ·kg-1·℃-1，见附录；θ――物料温度。 3、对流传热系数 V 计算 m V V t Q = , W·m-3·℃-1 流化床干燥器有效容积 4 2 V = D1 h 气体向固体物料传热的后果是引起物料升温和水分蒸发。其传热速率： Q = Q1 +Q2 , W ( ) ( )( ) Q1 = GCGm2 2 −1 = GC CS +CW X2 2 −1 , W ( ) 2 V L 0 C CV m CW1 Q W I I =W r + − − = , W 式中： Q1—— 湿含量为 X2 的物料从 1 升温到 2 所需要的传热速率； Q2 ——水气化所需 的传热速率； Cm2——出干燥器物料的湿比热，kJ·kg-1 (绝干料)·℃-1 ； V I —— m 温度下水
蒸气的焓:11——61温度下液态水的焓:Cr-水气的比热,1.88kJkg℃C1;r 水的汽化热,2490kJkg1:On=(0+02)/2。 4.热效率计算 干燥过程中蒸发水分所消耗的热量Q 向干燥器提供热量Q Q=W(2490+1:82-41870),W (三)实验装置与流程 实验设备流程如图C.8-1所示。实验台正面的板面布置及加料、加热、保温电器电路图 C.8-2。 19 16 1 尺 图C8-1流化床干燥实验流程示意图 Ⅰ风机(旋涡泵)2旁路阀(空气流量调节阀)3温度计(气体进流量计前的温度) 4压差计5孔板流量计6空气预热器(电加热器)7空气进口温度计8放空阀9进气 10出料接收瓶11出料温度计12分布板13流化床干燥器(表面镀透明导电膜)14透明膜电加热引线 15粉尘接收瓶16旋风分离器17气体出口温度计18取干燥器内剩料插口19带搅拌器的直流电机 20、21原料(湿固料)瓶22压差计23旋风分离器(接吸管)24接泵管 ) 图C82实验台正面板面布置及加料、加热、保温电路图 干燥器主体设备2加料器3加料直流电机4旋风分离器等5测压计6测流量用的压差计 7、8预热器的电压、电流表9用于预热器的调压器旋钮10、11干燥器保温电压、电流表 12用于保温的调压器的旋钮13直流电机调速旋钮14直流电机电压15加热电源总开关16风机开关
3 蒸气的焓； L I —— 1 温度下液态水的焓； CV —— 水气的比热，1.88kJ·kg-1·℃-1 ； C r 0 —— 水的汽化热，2490 kJ·kg-1 ； ( ) m = 1 + 2 ／2。 4．热效率 计算 = 100% 入 向干燥器提供热量 蒸 干燥过程中蒸发水分所 消耗的热量 Q Q ( ) 2 187 1 Q蒸 = W 2490 +1.88t − 4. ，W (三) 实验装置与流程 实验设备流程如图 C.8-1 所示。实验台正面的板面布置及加料、加热、保温电器电路图 C.8-2。 图 C.8-1 流化床干燥实验流程示意图 1 风机(旋涡泵) 2 旁路阀(空气流量调节阀) 3 温度计(气体进流量计前的温度) 4 压差计 5 孔板流量计 6 空气预热器(电加热器) 7 空气进口温度计 8 放空阀 9 进气阀 10 出料接收瓶 11 出料温度计 12 分布板 13 流化床干燥器(表面镀透明导电膜) 14 透明膜电加热引线 15 粉尘接收瓶 16 旋风分离器 17 气体出口温度计 18 取干燥器内剩料插口 19 带搅拌器的直流电机 20、21 原料(湿固料)瓶 22 压差计 23 旋风分离器(接吸管) 24 接泵管 图 C.8-2 实验台正面板面布置及加料、加热、保温电路图 1 干燥器主体设备 2 加料器 3 加料直流电机 4 旋风分离器等 5 测压计 6 测流量用的压差计 7、8 预热器的电压、电流表 9 用于预热器的调压器旋钮 10、11 干燥器保温电压、电流表 12 用于保温的调压器的旋钮 13 直流电机调速旋钮 14 直流电机电压 15 加热电源总开关 16 风机开关
(四)实验方法与步骤 1.实验前准备工作 (1)按流程示意图检查设备,容器及仪表是否齐全、完好。 (2)按快速水份测定仪说明书要求,调好水份仪冷热零点,待用。 (3)在架盘天平上称好约500g硅胶,备用 (4)风机流量调节阀打开,放空阀8全开,进气阀9关闭(见流程示意图) (5)向干、湿球湿度计的水槽内灌水,使湿球完全湿润。 (6)准备秒表一块(或用手表计时) (⑦)记录流程上所有温度计的温度值 2.实验操作 (1)另取10.00g的物料,准备用快速水份测定仪测定干燥器的物料湿度W。 (2)启动风机后,在进气阀尚未打开前,将湿物料倒入料瓶,准备好出料接收瓶 (3)调节流量水柱到约140mm。接通预热器电源,将其电压逐渐升高到120V左右加热 空气,使干燥器的气体进口温度稳定在60℃左右,全开进气阀9,关闭放空阀8,调节阀2 使流量计读数恢复至规定值。同时向干燥器通电,在预热阶段,保温电压大小以维持干燥器 出口温度接近于进口温度为准。 (4)待空气进口温度和出口温度基本稳定时,记录有关数据,包括干、湿球湿度计的值。 启动直流电机,调速到指定值,开始进料。同时按下秒表,·记录开始进料时刻,并观察固 粒的流化情况 5)到有固料从出料口连续溢流时,记录开始出料时刻。 (6)加料后注意维持进口温度1不变,保温电压不变,气体流量计读数不变。连续操作 30分钟左右。此期间,每隔一定时间(例如5分钟)记录一次有关数据,包括固料出口温度2 数据处理时,取操作基本稳定后的几次记录的平均值 (7)关闭直流电机旋钮,停止加料,同时停秒表记录加料时间和出料时间,打开放空阀 关闭进气阀,切断加热和保温电源 (8)将干燥器的出口物料称量和测取湿度W2(方法同W1)。放出加料器内剩的湿料,称 量,确定实际加料量和出料量。并用旋涡气泵吸气方法(见附录)取出干燥器内剩料、称量 (9)停风机,一切复原(包括将所有固料回收)。 (五)注意事项 1.干燥器外壁带电,操作时严防触电,平时玻璃表面应保持干净 2.实验前一定要弄清楚应记录的数据,要掌握快速水份测定仪的用法,正确测取固料 进、出料湿含量的数值 3.实验中风机旁路阀一定不能全关。放空阀实验前后应全开,实验中应全关。 4.加热电压调节一定要缓慢提升,直流电机电压不能超过6V。 (六)实验数据处理 实验数据列表
4 (四) 实验方法与步骤 1. 实验前准备工作 (1) 按流程示意图检查设备,容器及仪表是否齐全、完好。 (2) 按快速水份测定仪说明书要求，调好水份仪冷热零点，待用。 (3) 在架盘天平上称好约 500g 硅胶，备用。 (4) 风机流量调节阀打开，放空阀 8 全开，进气阀 9 关闭(见流程示意图)。 (5) 向干、湿球湿度计的水槽内灌水，使湿球完全湿润。 (6) 准备秒表一块(或用手表计时)。 (7) 记录流程上所有温度计的温度值。 2. 实验操作 (1) 另取 10.00g 的物料，准备用快速水份测定仪测定干燥器的物料湿度 W1 。 (2) 启动风机后, 在进气阀尚未打开前，将湿物料倒入料瓶，准备好出料接收瓶。 (3) 调节流量水柱到约 140mm。接通预热器电源，将其电压逐渐升高到 120V 左右加热 空气，使干燥器的气体进口温度稳定在 60 ℃左右，全开进气阀 9,关闭放空阀 8，调节阀 2 使流量计读数恢复至规定值。同时向干燥器通电, 在预热阶段，保温电压大小以维持干燥器 出口温度接近于进口温度为准 。 (4) 待空气进口温度和出口温度基本稳定时, 记录有关数据，包括干、湿球湿度计的值。 启动直流电机，调速到指定值，开始进料。同时按下秒表，• 记录开始进料时刻，并观察固 粒的流化情况。 (5) 到有固料从出料口连续溢流时，记录开始出料时刻。 (6) 加料后注意维持进口温度 1 t 不变，保温电压不变，气体流量计读数不变。连续操作 30 分钟左右。此期间，每隔一定时间(例如 5 分钟)记录一次有关数据，包括固料出口温度 2 。 数据处理时，取操作基本稳定后的几次记录的平均值。 (7) 关闭直流电机旋钮，停止加料，同时停秒表记录加料时间和出料时间，打开放空阀， 关闭进气阀，切断加热和保温电源。 (8) 将干燥器的出口物料称量和测取湿度 W2 (方法同 W1 )。放出加料器内剩的湿料, 称 量，确定实际加料量和出料量。并用旋涡气泵吸气方法(见附录)取出干燥器内剩料、称量。 (9) 停风机，一切复原(包括将所有固料回收)。 (五) 注意事项 1. 干燥器外壁带电，操作时严防触电，平时玻璃表面应保持干净。 2. 实验前一定要弄清楚应记录的数据，要掌握快速水份测定仪的用法，正确测取固料 进、出料湿含量的数值。 3. 实验中风机旁路阀一定不能全关。放空阀实验前后应全开，实验中应全关。 4. 加热电压调节一定要缓慢提升，直流电机电压不能超过 6V。 (六) 实验数据处理 1．实验数据列表
项目 干燥器内径D1 绝干硅胶比热Cs/kJkg·℃l 加料管内初始物料量Co1/g 加料管内剩余物料量C1/g 干燥器出口料量C2/g 干燥器内剩余料量C2g 加料时间△,/s 出料时间△,/s 进干燥器物料的含水量w1/kg(水)kg(湿物料) 出干燥器物料的含水量2/kg(水)kg'(湿物料) 项目 进料前进料后开始出料后(每隔5分钟记录一次) 流量压差计水柱读数R/mm 大气干球温度t/℃ 风机吸入口 大气湿球温度m/℃ 干燥器空气进口温度t1/℃ 干燥器空气出口温度t2℃ 进流量计前空气温度l/℃ 干燥器进口物料温度/℃ 干燥器出口物料温度62℃ 流化床层压差水柱读数/mmH2O 流化床层平均高度h/mm 预热器加热电压Un/V 预热器加热电流p/A 干燥器保温电压UD/V 干燥器保温电流D/A 加料电机电压V/V 数据处理结果列表
5 项 目 干燥器内径 D1 / mm 绝干硅胶比热 CS / kJ·kg-1·℃-1 加料管内初始物料量 C01 / g 加料管内剩余物料量 C11 / g 干燥器出口料量 C02 / g 干燥器内剩余料量 C22 / g 加料时间 1 / s 出料时间 2 / s 进干燥器物料的含水量 w1 / kg(水)·kg-1 (湿物料) 出干燥器物料的含水量 w2 / kg(水)·kg-1 (湿物料) 项 目 进料前 进料后 开始出料后（每隔 5 分钟记录一次） 流量压差计水柱读数 R / mm 风机吸入口 大气干球温度 t / ℃ 大气湿球温度 W t / ℃ 干燥器空气进口温度 1 t / ℃ 干燥器空气出口温度 2 t / ℃ 进流量计前空气温度 0 t / ℃ 干燥器进口物料温度 1 / ℃ 干燥器出口物料温度 2 /℃ 流化床层压差水柱读数/ mmH2O 流化床层平均高度 h / mm 预热器加热电压 UP / V 预热器加热电流 P I ,/ A 干燥器保温电压 UD / V 干燥器保温电流 D I / A 加料电机电压 V / V 2、数据处理结果列表