北京化工大学 学生实验报告
实验名称：流化床干燥实验 一、 目的及任务
①了解流化床干燥器的基本流程及操作方法。
②掌握流化床流化曲线的测定方法，测定流化床床层压降与气速的关系曲线。 ③测定物料含水量及床层温度随时间变化的关系曲线。
④掌握物料干燥速率曲线测定方法，测定干燥速率曲线，并确定临界含水量X0及恒速阶段的传质系数kH及降速阶段的比例系数Kx。
二、基本原理
1、流化曲线
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中流过，压降与流速成正比，斜率约为1（在双对数坐标系中）。当气速逐渐增加（进入BC段），床层压降将减小，颗粒逐渐被气体带走，此时，便进入了气流输送阶段。D点处流速即被称为带出速度（u0）。
在流化状态下降低气速，压降与气速关系线将沿图中的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，而是沿CA’变化。C点处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判断床层流化的优劣。
2、干燥特性曲线
将湿物料置于一定的干燥条件下，测定被干燥物料的质量和温度随时间变化的关系，可得到物料含水量（X）与时间（τ）的关系曲线及物料温度（θ）与时间（τ）的关系曲线。物料含水量与时间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。
干燥过程可分为以下三个阶段。 （1）物料预热阶段（AB段）
在开始干燥时，有一较短的预热阶段，空气中部分热量用来加热物料，物料含水量随时间变化不大。
（2）恒速干燥阶段（BC段） 由于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表面的水分，物料含水量随时间成比例减少，干燥速率恒定且最大。 （3）降速干燥阶段（CDE段）
物料含水量减少到某一临界含水量（X0），由于物料内部水分的扩散慢于物料表面的蒸发，不足以维持物料表面保持湿润，而形成干区，干燥速率开始降低，物料温度逐渐上升。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。
干燥速率为单位时间在单位面积上汽化的水分量，用微分式表示为： u?2
dW Ad?式中u——干燥速率，kg水/（m.s）；
2
A——干燥表面积，m；
dτ——相应的干燥时间，s； dW——汽化的水分量，kg。
图中的横坐标X为对应于某干燥速率下的物料平均含水量。
X?Xi?Xi?1 2式中X——某一干燥速率下湿物料的平均含水量；
Xi、Xi+1——Δτ时间间隔内开始和终了时的含水量，kg水/kg绝干物料。 Xi?Gsi?Gci Gci式中Gsi——第i时刻取出的湿物料的质量，kg；
Gci——第i时刻取出的物料的绝干质量，kg。 干燥速率曲线只能通过实验测定，因为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。本实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间，为工业上连续操作的流化床干燥器提供相应的设计参数。
三、装置及流程
1 风机；2、湿球温度水筒；3、湿球温度计；4、干球温度计；5、空气加湿器； 6、空气流速调节阀；7、放净口；8、取样口；9、不锈钢筒体；10、玻璃筒体 11、气固分离器；12、加料口；13、旋风分离器；14、孔板流量计（d0=20mm）
四、操作要点
1、流化床实验
①加入固体物料至玻璃段底部。
②调节空气流量，测定不同空气流量下床层压降。
2、干燥实验
（1）实验开始前
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（以绿豆为例），取0.5kg左右放入热水（60~70℃）中泡20~30min，取出，并用干毛巾吸干表面水分，待用。
④湿球温度计水筒中补水，但液面不得超过预警值。 （2）床身预热阶段
启动风机及加热器，将空气控制在某一流量下（孔板流量计压差为一定值，3kpa左右），控制加热器表面温度（80~100℃）或空气温度（50~70℃）稳定，打开进料口，将待干燥物料徐徐倒入，关闭进料口。 （3）测定干燥速率曲线
①取样，用取样管取样，每隔2~3min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、空气干球、湿球温度、流量和床层压降等。
3、结果分析
（1）快速水分测定仪分析法
将每次取出的样品在电子天平上称量9~10g，利用快速水分测定仪进行分析。 （2）烘箱分析法
将每次取出的样品在电子天平上称量9~10g，放入烘箱内烘干，烘箱温度设定为120度，1h后取出，在电子天平上称取其质量，此质量即可视为样品的绝干物料质量。 4、注意事项
①取样时，取样管推拉要快，管槽口要用布覆盖，以免物料喷出。 ②湿球温度计补水筒液面不得超过警示值。 ③电子天平和快速水分测定仪要按说明操作。
五、数据处理
表1.干燥实验相关数据记录表
空球质量 湿空质量 干空质量 湿球温度 干球温度 床身温度 加热温控 床层压降 孔板压降 序号 /g /g /g /℃ /℃ /℃ /℃ /kPa /kPa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11.98 10.75 13.33 12.75 11.07 13.22 12.09 12.69 12.22 27.83 20.88 28.80 28.25 21.41 24.27 22.64 25.54 23.31 21.74 17.68 25.48 25.04 18.91 21.81 20.46 23.62 21.60 — 33.9 34.8 35.2 35.8 36.7 37.3 37.8 38.2 — 43.5 44.2 44.3 44.7 45.5 46.1 47.0 47.2 — 41.9 40.5 46.2 49.2 50.9 52.7 54.6 56.4 — 65.8 67.4 68.0 68.3 69.0 69.7 70.5 70.8 — 0.96 0.95 0.74 0.77 0.66 0.63 0.57 0.54 — 3.60 3.61 3.65 3.66 3.70 3.71 3.72 3.77 以第一组数据计算
含水率X=（G湿-G干）/G干=（27.83-21.74）/(21.74-11.98)=0.6240 平均含水率=（X1+X2）/2=（0.6240+0.4618）/2=0.5429 干燥速率u=（X1-X2）/(1.5*△τ)=(0.6240-0.4618)/(1.5*4)
=0.027g?m-2?min-1
相关计算结果如下表
表2.干燥实验相关计算结果表 含水量X 0.6240 0.4618 0.2733 0.2612 0.3189 0.2864 0.2605 平均含水量 0.5429 0.3675 0.2672 0.2900 0.3026 0.2734 干燥速率u 0.027 0.031 0.002 -0.010 0.005 0.004