1、 流 化 床 干 燥 操 作 实 验 装 置 说 明 书 天津大学化工学院 化工基础实验中心 2004年 2 月 目录 一 .实验设备的特点 二 .设备的主要技术数据 三 .实验设备的基本情况 四 .实验方法及步骤 五 .实验装置注意事项 六 .附录 一 .实验设备的特点 本实验属操作型实验。其主要目的是让学生了解和掌握湿物料连续流化干燥的方法及干燥操作中物料、热量衡算和体积对流传热系数 ( v)的估算方法。同时也可证明流化干燥的明显优点之一是气 -固间对流传热效果好 ( v大 )。 主体设备全透明。用透明膜加热新技术保温设备，实验过程中可清晰地观察颗粒的流化状况。选用变色硅胶作物料，使干燥情
2、况更直观、形象。 装置小型化，选用新型旋涡气泵，能耗低、噪声小，且便于学生动手操作。 二 .设备的主要技术数据 流化床干燥器 （玻璃制品，用透明膜加热新技术保温） 流化床层直径 D: 80 2毫米（内径 76毫米） 床层有效流化高度 h:80毫米（固料出口） 总高度 : 530毫米 流化床气流分布器 : 80目不锈钢丝网 (二层 ) 物料 变色硅胶 : 1.0 1.6毫米粒径 绝干料比热 Cs 0.783kJ kg (t 57 )(查无机盐工业手册 ) 每次实验用量 :400-500克 (加水量 30-40毫升 ) 空气流量测定 用自制孔板流量计，材质铜板；孔径 17.0毫米。 实际的气体体积
3、流量随操作的压强和温度而变化，测量时需作校正。具体方法 : 流量计处的体积流量 0V ： )(221000 PPACV (m3 s) 0C 孔板流量计的流量系数， 0C =0.67； 空气在 0t 时的密度， kg/m3； 21 PP 流量计处压差， Pa； 0t 流量计处的温度，。 若设备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(例如流化床干燥器 )，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 )。例如 :流化床干燥器，气体的进口温度为 t1，则体积流量 V1为 : ttVV 273273 11(m3 h) 机电设备 风机旋涡式气
4、泵 (规格详见说明书 ) 该风机能两用 , 即作鼓风和抽气均可。本实验中正常操作时作鼓风机用， 一旦操作结束，为取出干燥器内剩余物料就将此风机作为抽气机用。具体 方法是停风机，将气泵的吸气口与剩余料接收瓶 (见流程示意图 23标箭头处的接口 )用软管连接好，将吸管 24(见流程图一，下同 )放入干燥器上口 18内；打开气泵旁路阀 2； 启动风机 (按风机开关 16，见附图二 )即可将干燥器内物料抽干净。用毕，将气泵吸气口上软管拔出，即可。 加料电机为直流调速电机，最大电压为 12V，使用中一般控制在 3 12V即可。 预热器 : 电阻丝加热，用调压器调电压来控制温度。 干燥器保温 : 干燥器
5、(玻璃制品 )外表面上镀以导电膜代替电阻丝，可通电加热，用调压器调电 压控温。 湿度测定 空气湿度：只测实验时的室内空气湿度。用干、湿球湿度计测取。干燥器出口空气湿度由物料脱水量衡算得到。 物料湿度测定：用快速水份测定仪，使用方法见说明书。 体积对流传热系数 v的计算方法 物料和热量衡算及体积对流传热系数 v 的计算方法参见化工原理干燥章节和附录中实验数据处理的计算过程。 实验操作参数 (参考值 ) 空 气 流量计压差读数 kPa 2kPa左右 视流化程度而定 进口温度 60左右 硅 胶 颗粒直径 mm 0.8 1.6毫米 水量 mlH2O 500-600克物料中加 25-40毫升水 加料速度
6、 直流电机电压不大于 12V 三 . 实验设备的基本情况 实验设备流程示意图：见附录一。 实验装置加料、加热、保温电器电路图：见附录二。 四 . 实验方法及步骤 实验前准备、检查工作 按流程示意图检查设备 ,容器及仪表是否齐全、完好。 按快速水份测定仪说明书要求，调好水份仪冷热零点，待用。 将硅胶筛分好所需粒径，并缓慢加入适量水，搅拌均匀，在工业天平上称好所用重量，备用。 风机流量调节阀 2打开，放空阀 8打开，进气阀 9关闭 (见流程示意图 )。 向干、湿球湿度计的水槽内灌水，使湿球温度计处于正常状况。 准备秒表一块 (或用手表计时 )。 记录流程上所有温度计的温度值。 实验操作 从准备好的
7、湿料中取出多于 10g(克 )的物料，拿去用快速水份测定仪测进干燥器的物料湿度 w1。 启动风机，调节流量到指定读数。接通预热器电源，将其电压逐渐升高到 100V左右，加热空气。当干燥器的气体进口温度接近 60 时 ,打开进气阀 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 , 保温电压大小以在予热阶段维持干燥器出口温度接近于进口温度为准 。 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。 待空气进口温度 (60 )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， 记录进料时间
8、，并观察固粒的流化情况。 加料后注意维持进口温度 t1不变、保温电压不变、气体流量计读数不变。 操作到有固料从出料口连续溢流 时，再按一下秒表，记录出料时间。 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。 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。 将干燥器的出口物料称量和测取湿度 w2(方法同 w1)。放下加料器内剩的湿料 , 称量，确定实际加料量和出料量。并用旋涡气泵吸气方法取出干燥器内剩料、称量。 停风机，一切复原
9、(包括将所有固料都放 在一个容器内 )。 五 .实验装置注意事项 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。 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。 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。 加料直流电机电压不能超过 12V。保温电压一定要缓慢升压。 注意节约使用硅胶，并严格控制加水量，绝不能过大，小于 0.5 毫米粒径的硅胶也可用来做为被干燥的物料，只是干燥过程中旋风分离器不易将细粉粒分离干 净而被空气带出。 本实验设备，管路均未严格保温，主要目的是观察流化床干燥的全过程，所以热损失很大。 六 .
10、附 录 附录一 : 流程示意图 附录二 :干燥装置电路图 附录三：实验数据及计算过程 流化床干燥操作实验原始数据记录表 干燥器内径 D1=76mm 绝干硅胶比热 Cs=0.783kJ/kg 加料管内初始物料量 G01=49g 加料管内剩余物料量 G11=117g 干燥器出口料量和干燥器内剩余料量共计 G2=254.9g 加料时间 1=30分 =1800秒 出料时间 2=20分 45秒 =1245秒 进干燥器物料的含水量 w1=0.2235kg水 /kg湿物料 (快速水份测定仪读数 ) 出干燥器物料的含水量 w2=0.09k0g水 /kg湿物料 (快速水份测定仪读数 ) 名称 进料前 进料后 开
11、始出料后 （每隔 5分钟记录一次） 流量压差计读数 (kPa) 1.43 1.43 1.43 1.43 1.43 1.43 风机 吸入口 大气干球温度 t0 25 25 25 25 25 25 大气湿球温度 tw 18.5 18.5 18.5 18.5 18.5 18.5 相对湿度 46% 46% 46% 46% 46% 46% 干燥器进口温度 t1 67.8 67.8 67.8 67.8 67.8 67.8 干燥器出口温度 t2 52.2 52.5 52.2 52.1 52.9 52.3 进流量计前空气温度 t0 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 干燥器进口物料温度
12、 1 25 25 25 25 25 25 干燥器出口物料温度 2 31.3 34.2 41.8 43.4 44.1 44.1 流化床层压差 mmH2O 6 1 7 14 14 14 14 流化床层平均高度 h mm 0 40 80 80 80 80 预热器加热电压显示值 V 102 102 102 102 102 102 预热器电阻 Rp 33.8 33.8 33.8 33.8 33.8 33.8 干燥器保温电压显示值 V 86 86 86 86 86 86 干燥器保温电阻 Rd 156 156 156 156 156 156 加料电机电压 V 0 7.86 7.86 7.86 7.86 7.
13、86 数据整理 1. 物料量计算 : 输入实际加料量 G1 G01 G11 668.8 352.0 316.8(g) 进料速率 311 101 7 6.01 8 0 08.3 1 6 GG C （ kg/s） 绝干料 GC G1(1 w1) 0.176 10-3 (1 0.2235) 0.136 10-3(kg s) 以干基为基准的湿含量 wwX 1 287.02 2 3 5.01 2 2 3 5.01 X0 9 8 9.00 9 0.01 0 9 0.02 X脱水速率 W GC(X1 X2) 0.176 10-3 (0.287 0.0989) 0.0331 10-3 (kg s) 2. 热量
14、衡算 输入 Q 入 QP QD Up2/Rp Ud2/Rd 其中 预热器实际加热电压 Up=102(V) 干燥器实际保温电压 Ud=86(V) Q 入 =1022/33.8 +862/156.1=307.8+47.3=355.2(W) 输出 Q 出 L(I2 I0) GC(I2 I1 ) ( ) 空气质量流量 L(kg s)计算 : 流量计读数 21 PP =1.43(kPa)，流量计处温度为 37.8，流量计处的体积如下： )(221000 PPACV (m3 s) 0C =0.67， A0= /4 d02=2.269 10-4m2 , 空气在 37.8时的密度为 1.139kg/m3 )/
15、(4.26)/(105.7301 3 31 3 9.1 2102 6 9.267.0 33440 hmsmV 由此得流量计处体积流量 V0 26.4(m3 h) 而实际操作中 ,干燥器进口温度为 67.6 ，因此根据状态方程得 9.288.372 7 3 6.672 7 34.26 进V（ m3/h) 0 0 6 4 7.09.2 2 6 746.01 0 1 3 2 5 9.2 2 6 746.06 2 2.06 2 2.010 PsP PsHH （由 t0=25 ,tw=18.5得相对湿度 =46%，查得 25时空气的饱和蒸汽压Ps=2267.9Pa) 干燥器进口处空气湿比容 )/(9 7
16、 3.02 7 3 8.672 7 3)0 0 6 4 7.02 4 4.17 7 2.0(2 7 32 7 3)2 4 4.17 7 2.0(3 kgmtHVH绝干气流量 31025.83 6 0 09 7 3.0 9.28 HVVL 进（ kg/s) 干燥器出口空气湿度 0104.000647.01025.8 100331.03312 HLWH 空气焓值 I (kJ kg)计算： 干燥器出口处 I2 (1.01 1.88H2) t2 2490H2 (1.01 1.88 0.0104) 52.2 2490 0.0104 81.01(kJ kg) 干燥器进口处 I1 (1.01 1.88H1)
17、t1+2490H1 （ 1.01+1.88 0.00647） 67.8 2490 0.00647 85.41 (kJ kg) 流量计处 I0 (1.01 1.88H0) t0 2490 H0 (1.01 1.88 0.00647) 37.8 2490 0.00647 54.74(kJ kg) 物料焓值 I计算： I (Cs XCw) 物料进口处 I1 (0.783 0.287 4.187) 25 49.6(kJ kg) 物料出口处 I2 (0.783 0.0989 4.187) 44.1 52.79(kJ kg) 输出： Q 出 L(I2 I0) GC(I2 I1 ) ( ) Q 出 =8.2
18、5 10-3（ 81.01-54.74） +0.1252 10-3(52.79-49.6) 241.8 10-3（ KW） 242(W) 热量损失 Q 损 = %323 5 52 4 23 5 5 入 出入 Q QQ3. 对流传热系数 V 计算 : mV tVQ (W/m3 ) 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( ) Q1=GcCm2( 2- 1)=Gc(Cm+CwX2) ( 2- 1) (W) Q2=W(IV-IL)=W(r0 +CV m)-CW 1 (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 (kg s)
19、水在气化所需的传热速率。 Cm2出干燥器物料的湿比热 (kJ kg绝干料 ) Iv m温度下水蒸气的焓 , kJ kg IL 1温度下液态水的焓 , kJ kg m（ 1 2） 2 (25 37.8) 2 31.4 Q 8.25 10-3 (0.783 4.187 0.0647)（ 37.8-25） 0.0331 10-3 （ 2490 1.88 31.4） 4.187 25 192 10-3(KW) 192(W) 流化床干燥器有效容积 0 8 0.00 7 5.044 221 hDV 0.353 10-3( 3) 气相和固相之间推动力 75.274.31524.318.67ln)4.3152()4.318.67(ln)()(2121 mmmmmttttt （） 34 106.1975.271053.3 1 9 2 V（ W/m3） 4. 热效率计算： %1 0 0入蒸向干燥器提供热量 消耗的热量干燥过程中蒸发水分所 Q Q Q 蒸 (2490 1.88t2 4.187 1) 0.0165 10-3(2490 1.88 53.4 4.187 25) 103 41.01 (W) Q 入 425.6W %6.96.425 01.41 实验结果表明体积对流传热系数和热效率值符合文献数据。热损失偏大，其主要原因是管路采用不锈钢制作且管路未保温所致。
