化工原理流化床干燥实验(2)

2020-06-03 11:59

四、操作要点

(1) 准备工作:

①将电子天平开启,并处于待用状态;

②将快速水分测定仪开启,并处于待用状态;

③准备一定量的被干燥物料(以小麦为例,约2kg),取1.5kg左右放入热水(或沸水)中泡数分钟,取出,并用干毛巾吸干表面水分,待用; ④往湿球温度计水筒中补水,但液面不得超过警示值; ⑤将电子天平开启,并处于待用状态;

⑥将快速水分测定仪开启,并处于待用状态;

⑦准备一定量的被干燥物料(以小麦为例,约2kg),取1.5kg左右放入热水(或沸水)中泡数分钟,取出,并用干毛巾吸干表面水分,待用; ⑧往湿球温度计水筒中补水,但液面不得超过警示值。 (2) 床身预热阶段:

启动风机及加热器,设定进入干燥器的空气温度(在60~80℃范围内)数分钟,并打开进料口,将待干燥物料徐徐倒入,关闭进料口后,确定风速在某一流量下操作。 (3) 测定干燥速率曲线:

①取样:用取样管(推入或拉出)取样,每隔5~10分钟一次,取出的样品放入小器皿中,并记上编号和取样时间,待分析用。共做8~10组数据,做完后,关闭加热器和风机的电源; ②记录数据,在每次取样的同时,要记录床层温度、空气干、湿球温度和流量、床层压降等。

(4) 测定流化曲线:

将气量控制阀开至最大,待数分钟后,调节控制阀开度(关小),每次改变开度(改变风速),记录相应的床层压降和空气流量,直至阀门关闭,约8~10组数据。 (5) 注意事项

1.加料时,要停风机,加料速度不能太快;

2.取样时,取样管推拉要快,管槽口要用布覆盖,以免物料喷出; 3.湿球温度计补水筒液面不得超过警示值;

4.电子天平和快速水分测定仪要按使用说明操作。

五、数据处理

1、干燥速率曲线测定 序号 时间 T/min 0 2 4 6 8 10 12 14 17 20 湿重 干重 盘重 床身温度 含水量 G湿/kg G干/kg G盘/kg t/℃ X 15.97 22.75 16.95 16.5 21.34 21.78 21.74 21.62 23.38 22.95 13.05 5.42 18.91 8.49 14.63 8.17 14.01 6.38 18.27 8.46 18.42 7.33 18.77 8.67 18.87 9.41 20.72 11.43 19.81 8.81 31.2 35.5 37.7 39.5 40.6 42.1 43.3 44.2 45.2 46 0.383 0.369 0.359 0.326 0.313 0.303 0.294 0.291 0.286 0.285 平均含水量 0.376 0.364 0.343 0.320 0.308 0.299 0.292 0.289 0.286 - 干燥速率 2u/(kg/mmin) 0.004726 0.00313 0.01093 0.004466 0.003323 0.002972 0.001121 0.000971 0.000194 - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 以第一组为例

含水量X?G湿-G干15.97-13.05==0.383

G干-G盘13.05-5.42平均含水量X1=(X1?X2)/2?(0.383?0.369)/2?0.376 干燥速率u?X2?X10.383?0.369??0.004726kg/(m2?min) A?t1.5?2

2、流化曲线测定 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 孔板压降 p孔板/kpa 4.1 3.36 2.66 2.05 1.5 1.03 0.64 0.36 0.15 0.03 流量 流速 Q/(m3/s) u/(m/s) 56.13 1.986 50.41 1.784 44.44 1.572 38.61 1.366 32.61 1.154 26.62 0.942 20.59 0.729 15.09 0.534 9.41 0.333 3.94 0.140 压降 P/kpa 0.2 0.18 0.18 0.17 0.17 0.17 0.14 0.09 0.05 0.01 以第一组为例 Q=26.2P孔板0.54?26.2?4.10.54?56.13(m3/h)

u?Q56.13==1.986(m/s) 2A3.14/4?0.1?3600六、作图分析及结果讨论

1、干燥特性曲线

由图5可以看出,随着干燥的进行,物料含水量不断下降,而床层温度不断上升,且床层温度几乎没有稳定不变的阶段。这说明湿小麦中的非结合水含量很少,热量不仅用于水分的汽化,还使物料温度升高。

本组作图偏差过大,但依然可以看出当物料含水量降到一定水平,随着含水量的减少,物料干燥速率会继续减少,切近似成线性关系。

2、流化曲线

从图中可以看出,随着气速的增大,压降先线性增大,后基本保持不变。这是由于在较低气速时,操作过程处于固定床阶段,气体只能从床层空隙中通过,压降与流速成正比。当气速增大到一定程度时(u=0.875m/s),进入流化阶段,床层压降基本保持不变。

七、误差分析

1、系统误差 ①干燥实验:由于沸腾床内物料含水量不可能完全均匀相等,因而用索取样品含水量代替物料整体含水量进行计算会造成一定误差;烘干时间不足,造成称量干重变大,使得所测含水量普遍偏小。

② 流化实验:空气经过床层时,由于床层阻力不均,造成压降不断波动,数据难以读取,尤其是在流化状态,数据波动较大,因而读取的数据十分不准确,但已足以表达压降随流速变化的趋势。

2、人为误差

由于系统数字震动幅度较大,一组记录数据太多,在手动记录数据时,时间上造成的数据误差不能忽略,如果改成计算机自动记录可以避免这一现象。

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: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,固体颗粒随气体流动而悬浮运动,随着气速的增加,床层高度逐渐增加,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、 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行判断?怎样避免他们的发生?

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,只是数值比正常情况下低。沟流是由于流体分布板设计或安装上存在问题,应从设计上避免出现沟流,腾涌是由于流化床内径较小而床高于床比径比较大时,气体在上升过程中易聚集继而增大,当气体占据整个床体截面时发生腾涌,故在设计流化床时高径比不宜过大。

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:因为温度较高时,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

PCPS,所以空气的相对湿度减小,从而有利于干燥

的进行。

4、 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由于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)。


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