学院： xxxxx 姓名 实验日期 实验名称 实验目的
专业： xxxxxxxxx 班级：化工 xx
xx 学号 指导教师 201xxxxx xxx 流化床干燥实验 实验组号 4 2018 12 11 成绩 1. 了解流化床干燥装置的基本结构、工艺流程和操作方法 2. 学习测定物料在恒定干燥条件下干燥特性的实验方法 3. 掌握根据实验干燥曲线求取干燥速率曲线以及恒速阶段干燥速 率、临界含水量、平衡含水量的实验分析方法 4. 实验研究干燥条件对于干燥过程特性的影响 二、 实验原理 在设计干燥器的尺寸或确定干燥器的生产能力时， 被干燥物料在给 定干燥条件下的干燥速率、 临界湿含量和平衡湿含量等干燥特性数据是 最基本的技术依据参数。由于实际生产中被干燥物料的性质千变万化， 因此对于大多数具体的被干燥物料而言， 其干燥特性数据常常需要通过 实验测定而取得。 按干燥过程中空气状态参数是否变化， 可将干燥过程分为恒定干燥 条件操作和非恒定干燥条件操作两大类。若用大量空气干燥少量物料， 则可以认为湿空气在干燥过程中温度、湿度均不变，再加上气流速度以 及气流与物料的接触方式不变， 则称这种操作为恒定干燥条件下的干燥 操作。 1. 干燥速率的定义
干燥速率定义为单位干燥面积（提供湿分汽化的面积）、单位时间 内所除去的湿分质量，即： U dW GCdXAd kg/（m s） 22（11 －1）
Ad 式中， U －干燥速率，又称干燥通量， A －干燥表面积， m2kg/ （ ms）； ； W －汽化的湿分量， kg ； －干燥时间， s； Gc －绝干物料的质量， kg； X －物料湿含量， kg 湿分 /kg 干物料，负号表示 X 随干燥时间的 增加而减少。 2. 干燥速率的测定方法 方法一： （1）将电子天平开启，待用。 （2）将快速水分测定仪开启，待用。 （3）准备 0.5~1kg 的湿物料，待用。 （4）开启风机，调节风量至 40～60m3/h，打开加热器加热。待热 风温度恒定后（通常可设定在 70～80℃ ），将湿物料加入流化床中，开 始计时，每过 4min 取出 10 克左右的物料，同时读取床层温度。将取出 的湿物料在快速水分测定仪中测定， 得初始质量 G i和终了质量 GiC 。则物 料中瞬间含水率 Xi 为 X i iGi GiC （ 11－2） GiC 方法二（数字化实验设备可用此法）： 利用床层的压降来测定干燥过程的失水量。 （ 1）准备 0.5~1kg 的湿物料，待用。
（2）开启风机，调节风量至 40～60m/h ，打开加热器加热。待热 风温度恒定后（通常可设定在 70～80℃ ），将湿物料加入流化床中，开 始计时，此时床层的压差将随时间减小，实验至床层压差（ 为止。则物料中瞬间含水率 Xi 为
X i
p pe
3
p e）恒定
（11－3）
pe
式中， p —时刻 时床层的压差。
计算出每一时刻的瞬间含水率 Xi ，然后将 Xi 对干燥时间 i 作图，如 图 11－
1，即为干燥曲线。
图 11－1 恒定干燥条件下的干燥曲线 上述干燥曲线
还可以变换得到干燥速率曲线。 由已测得的干燥曲线 求出不同 Xi 下的斜率 ，
dX i
再由式 11－1 计算得到干燥速率 U ，将U 对 X 作图，就是干燥速率曲线，如图 11－2 所示
图 11－2 恒定干燥条件下的干燥速率曲线 将床层的温度对时间作图，可得床层的温度与干燥时间的关系曲线。 3. 干燥过程分析 预热段 见图 11－1、11－2 中的 AB段或 A′ B 段。物料在预热段中， 含水率略有下降，温度则升至湿球温度 t W, 干燥速率可能呈上升趋势变 化，也可能呈下降趋势变化。预热段经历的时间很短，通常在干燥计算 中忽略不计，有些干燥过程甚至没有预热段。 恒速干燥阶段 见图 11－ 1、11－ 2 中的 BC段。该段物料水分不断汽 化，含水率不断下降。但由于这一阶段去除的是物料表面附着的非结合 水分，水分去除的机理与纯水的相同，故在恒定干燥条件下，物料表面 始终保持为湿球温度 t W，传质推动力保持不变，因而干燥速率也不变。 于是，在图 11－2 中， BC段为水平线。 只要物料表面保持足够湿润，物料的干燥过程中总处于恒速阶段。 而该段的干燥速率大小取决于物料表面水分的汽化速率， 亦即决定于物 料外部的空气干燥条件，故该阶段又称为表面汽化控制阶段。 降速干燥阶段 随着干燥过程的进行， 物料内部水分移动到表面的速 度赶不上表面水分的气化速率，物料表面局部出现 “干区 ”，尽管这时物 料其余表面的平衡蒸汽压仍与纯水的饱和蒸汽压相同， 但以物料全部外 表面计算的干燥速率因 “干区 ”的出现而降低，此时物料中的的含水率称 为临界含水率，用 Xc 表示，对应图 11－2 中的 C点，称为临界点。过 C 点以后，干燥速率逐渐降低至 D点， C至 D阶段称为降速第一阶段。 干燥到点 D 时，物料全部表面都成为干区，汽化面逐渐向物料内部 移动，汽化所需的热量必须通过已被干燥的固体层才能传递到汽化面； 从物料中汽化的水分也必须通过这一干燥层才能传递到空气主流中。 干 燥速率因热、质传递的途径加长而下降。此外，在点 D 以后，物料中的 非结合水分已被除尽。接下去所汽化的是各种形式的结合水，因而，平 衡蒸汽压将逐渐下降，传质推动力减小，干燥速率也随之较快降低，直 至到达点 E 时，速率降为零。这一阶段称为降速第二阶段。 降速阶段干燥速率曲线的形状随物料内部的结构而异， 不一定都呈 现前面所述的曲线 CDE形状。对于某些多孔性物料，可能降速两个阶段 的界限不是很明显，曲线好像只有 CD段；对于某些无孔性吸水物料， 汽化只在表面进行，干燥速率取决于固体内部水分的扩散速率，故降速 阶段只有类似 DE段的曲线。 与恒速阶段相比，降速阶段从物料中除去的水分量相对少许多，但 所需的干燥时间却长得多。总之，降速阶段的干燥速率取决与物料本身 结构、形状和尺寸，而与干燥介质状况关系不大，故降速阶段又称物料 内部迁移控制阶段。 三、 实验装置 1．装置流程 本装置流程如图 11—3 所示
1－加料斗； 2－床层（可视部分）； 3－床层测温点； 4－进口测温点；5－风加热器；
6－转子流量计； 7－风机； 8－ U形压差计； 9－取样口； 10－排灰口；11－旋风分离器
图 11— 3 流化床干燥实验装置流程图 2．主要设备及仪器 （ 1）鼓风机： BYF7122,370W； （2）电加热器：额定功率 2.0KW； （3）干燥室： Φ 100mm×750mm； （4）干燥物料：耐水硅胶；
（5）床层压差： Sp0014 型压差传感器，或 U形压差计。
实验步骤
（1）开启风机。
）打开仪表控制柜电源开关，加热器通电加热，床层进口温度 要求恒定在 ℃左右。
3）将准备好的耐水硅胶 / 绿豆加入流化床进行实验。
4）每隔 4min 取样 5~10 克左右分析或由压差传感器记录床层压 差，同
四、270~80时记录床层温度。
5）待干燥物料恒重或床层压差一定时，即为实验终了，关闭仪 表电
源。
6）关闭加热电源。
7）关闭风机，切断总电源，清理实验设备。
五、 原始数据记录
实验批次 床层的压差 干燥时间 床层温度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0.45 0.42 0.38 0.36 0.35 0.33 0.32 0.30 0.30 0.30 0.33 0.34 0.32 0.3 0.3 60.2 120.5 180.5 241.6 302.0 362.2 422.5 482.7 542.7 603.0 663.8 723.9 783.9 844.3 904.3 964.8 45.0 46.6 48.3 50.0 52.9 54.6 57.4 59.1 59.7 62.2 63.5 63.4 64.7 64.3 64.9 66.2 16 0.3 17 18 19 20 21 22 23 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 1025.1 1088.7 1148.9 1208.9 1269.6 1329.6 1391.9 1508.9 68.3 69.2 68.5 68.4 68.1 67.8 68.8 69.6 24 六、 数据处理 以第一组数据为例计算
X1=(△P-△Pe)/ △ Pe=(0.45-0.3 )/0.3=0.5 X2=(△P-△Pe)/ △ Pe=(0.42-0.3)/0.3=0.4
U=dw/Adτ=GcdX/Adτ=[(1 × 0.1)/(120.5-60.2)]/3600=4.606
×10-7
编号 干燥时间 /h 物料湿含量 / ×10Kg.Kg
-3-1
1 0.0167 0.0334
0.5 0.4
3 4 5 6 7 8
0.0501 0.0671 0.0838 0.1006 0.150
0.134
0
0.26 0.2 0.16 0.1 0.06
Xi—T图
U—X图
t—T图
七、实验结果及讨论
1：通过对实验数据进行计算分析作图 ，得到了干燥速率曲线，通过分析，与理论曲线比较。 发现有
许多误差点，可能原因是某以一阶段一直被空气加热，吸水硅胶表面的非结合水在取样 前已经被蒸发了；也有可能是实验操作不当。
2：流化曲线和理论符合的也不好， 当气速较小时，操作过程应该处于固定床阶段，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。 当气速逐渐增加， 床层开始膨胀， 孔隙率增大，压降与气速的关系将不再成正比。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，但 是自个弄的作图结果并不是那么好。
八、思考题
. 什么是恒定干燥条件？本实验装置中采用了哪些措施来保持干燥 1 过程在恒定干燥条件下进行？ 2. 控制恒速干燥阶段速率的因素是什么？控制降速干燥阶段干燥速 率的因素又是什么？ 3. 为什么要先启动风机，再启动加热器？实验过程中床层温度是如 何变化？为什么？如何判断实验已经结束？ 4. 若加大热空气流量，干燥速率曲线有何变化？恒速干燥速率、临界 湿含量又如何变化？为什么？ 答：1：干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，都在整个干燥过程中均保持恒定。 采用部分废气循环操作，并保持空气的流量不变，并以大量的空气和少量的湿物料接触保持干 燥过程在恒定干燥条件下进行。 2：恒速干燥阶段的干燥速率的大小取决于物料表面水分的汽化速率，亦取决定于物料外 部的干燥条件，所以恒定干燥阶段又称为表面汽化控制阶段。降速阶段的干燥速率取决于物料 本身结构、形状和尺寸，而与干燥介质的状态参数关系不大，故降速阶段又称物料内部迁移控 制阶段。 3：让加热器通过风冷慢慢加热，避免损坏加热器，反之，如果先启动加热器，通过风机 的吹风会出现急冷，高温极冷，损坏加热器。 理论上干、湿球温度是不变的，但实验过程 中干球温度不变， 但湿球温度缓慢上升， 估计是因为干燥的速率不断降低， 使得气体湿度降低， 从而温度变化。 湿毛毡恒重时，即为实验结束。 4：若加大热空气流量，干燥曲线的起始点将上升，下降幅度变大，并且到达临界点的时
间缩短， 临界湿含量降低。这是因为风速增加后，加快了热空气的排湿能力。
指导教师签名：年月日
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