流化床干燥實驗裝置實驗指導(dǎo)書
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流化床干燥實驗裝置實驗指導(dǎo)書
一、基礎(chǔ)簡介
熱空氣由多孔分布板下部送入，經(jīng)多孔板而均勻分布并與板上的濕物料顆粒直接接觸。當(dāng)氣速較低時，顆粒層不動，熱氣流從顆粒層的縫隙中經(jīng)過，這樣的顆粒層稱為固定床。當(dāng)氣速多加至一定程度時，顆粒層開始松動，當(dāng)氣速再多加運載某個數(shù)值時，顆粒將懸浮于上升的熱氣流中。此時的床層稱為流化床。
流化狀態(tài)下顆粒在熱氣流中上下翻動，相互碰撞、混合，氣-固兩相間充分接觸完成熱、質(zhì)傳遞，固體物料**燥。夾帶有部分物料小顆粒的廢氣由頂部排出，經(jīng)旋風(fēng)分離器實行回收。達到預(yù)期干燥要求后，減少氣速固體物料顆粒重新落下，并從出料管卸出。
流化狀態(tài)下，氣-兩相間接觸面積大，傳熱、傳質(zhì)速率高。與氣流干燥相比，流化干燥器內(nèi)物料停留時間長，而而且可隨意調(diào)動，設(shè)備的***綜含水量可降的很低；實操時熱空氣的流速較小，物料磨損小，廢氣中粉塵含量少，容易收集，實操費用小，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。流化床干燥器構(gòu)造簡便，造價低，活動部位件少，實操維修便利。
二、實驗?zāi)康?/strong>
1、掌控把握物料干燥速率彎彎曲線的測量方法。
2、理解和掌控把握干燥實操的物料衡算、熱量衡算及體積對流傳熱系數(shù)的估算方法。
3、理解氣固旋風(fēng)分離的作業(yè)原理。
三、實驗裝置外型圖
四、實驗主要技術(shù)功能數(shù)值
1、該實驗裝置主要采用空氣旋渦泵、加熱箱、流化床體、集塵器、加料斗、旋風(fēng)分離、U型壓差計（2根）、孔板流量計、電控箱等部位件構(gòu)成。
2、空氣旋渦泵為HG-1100型，功率（W）為1.5Kw；風(fēng)壓為22KPa；風(fēng)量為180m3/min。
3、U型壓差計：是測量流化床的總塔壓差，另一壓差計是測量孔板流量計。
4、電控箱：在電控箱上裝由智能溫度（℃）儀表，測量固體物料進出口溫度（℃），電源開關(guān)、風(fēng)機開關(guān)、按下開關(guān)旋鈕對應(yīng)的作業(yè)開始實行。
五、實驗原理
1、干燥速率彎彎曲線
若將濕物料放置于一定的干燥條件下，例如一定的溫度（℃）、濕度和速度的空氣流中，測量**燥物料的重量和溫度（℃）隨時間的改變關(guān)系，則得一彎彎曲線，即物料含水量-時間彎彎曲線。干燥過程分為三個階段：（1）物料預(yù)熱階段；（2）恒速干燥階段；（3）降速干燥階段，空氣中部分熱量用來加熱物料，故物料含水量隨時間改變不大。由于物料表面存在自由水分，物料表面溫度（℃）等于濕球溫度（℃）tw，傳入熱量只用來蒸發(fā)物料表面的水分，物料含水量隨時間成比例減少，干燥速率恒定而且較大。到了第三階段，物料中含量減少到某一臨界含水量時，由于物料內(nèi)部水分的擴散慢于物料表面的蒸發(fā)，不足以維持物料表面潤濕，則物料表面將形成干區(qū)，干燥速率開始降低，含水量越小，速率越慢，干燥彎彎曲線逐漸達到平衡含水量X*而終止在降速階段，**水分汽化量的減少，傳入的濕熱較汽化帶出的潛熱為多，熱空氣部分熱量用來加熱物料。物料溫度（℃）開始上升，（2）與（3）交點處的含水量稱為物料的臨界含水量Xc。
干燥速率彎彎曲線只能經(jīng)過實驗測得，因為干燥速率不僅取決于空氣的性質(zhì)和實操條件，而還受物料性質(zhì)構(gòu)造以及所含水分性質(zhì)的影響。
干燥速率U為單位時間在單位干燥面積上汽化的水分量m（H2O），單位為kg/(m2.s）。用微分式表示為
式中U-干燥速率kg/(m2.s）；
A-干燥面積，m2；
τ-相應(yīng)的干燥時間，s；
m（H2O）-汽化水分量，kg;
物料的平均含水量：
式中X*-某干燥速率下物料的平均水量，kg;
m濕,m濕（i+1）-分別為時間間隔內(nèi)開始和終了時濕產(chǎn)物量,kg；
m干-濕物料中絕干物料的量，kg；
2、傳質(zhì)系數(shù)的求取
（1）恒速階段恒速干燥階段的干燥速率U僅由外部干燥條件決定，物料表面溫度（℃）近于空氣濕球溫度（℃）tw。在恒定的干燥條件下，物料表面與空氣之間的傳熱和傳質(zhì)速率分別用來下式表示
式中：Q-空氣傳給物料的熱量，KJ；
τ-干燥時間，s；
A-干燥面積，m2；
α-空氣至物料表面的傳熱膜系數(shù)，
t–空氣溫度（℃），K；
tw-濕物料表面溫度（℃）（即空氣的濕球溫度（℃）），K；
m（H2O）-由物料汽化至空氣的水分量，kg；
KH-以濕度差為推動力的傳質(zhì)系數(shù)，kg/（m2）;
H-空氣的濕度，kg(水)/kg（干氣）；
（2）降速階段降速干燥階段中干燥速率彎彎曲線的形狀隨物料內(nèi)部構(gòu)造以及所含水分性質(zhì)不一樣而不一樣，因而干燥彎彎曲線只能經(jīng)過實驗得到，降速階段干燥時間的計算可以按照速率彎彎曲線數(shù)值解求得，當(dāng)降速階段的干燥速率近似看作與物料的自由水量X-X*成正比時，干燥速率彎彎曲線簡化為直線。
KX=U/（X-X*）
式中KX-以含水量差為推動力的比例系數(shù)，kg/(m2);
U-物料含水量為X時的干燥速率，kg/(m2);
X-在τ時的物料含水量，kg/kg(干料)；
X*-物料的平衡含水量XC對于干燥裝置的設(shè)計十分重要，不僅對于計算干燥速率、干燥時間以及干燥器的尺寸必不可少，而而且由于影響階段干燥速率的因素不一樣，因而確定XC值對于如何強化具體干燥過程也設(shè)定有重要的意義。
六、實驗步驟
1、稱取已準(zhǔn)備好的固體物料。用快速水分測量儀測量其濕基含水量ω1。
2、稱取已準(zhǔn)備好的固體物料，倒入加料斗中，并準(zhǔn)備好出料接收瓶。
3、打開風(fēng)機開關(guān)，調(diào)動進料空氣流量調(diào)動閥。
4、打開加熱開關(guān)，調(diào)動電流（A）的大小，以預(yù)熱空氣。
5、待空氣進口溫度（℃）升至60℃和出口溫度（℃）基礎(chǔ)平穩(wěn)時，記錄有關(guān)數(shù)值。
七、實驗流程圖
八、實驗數(shù)值處置整理
基礎(chǔ)功能數(shù)值：試樣絕干重量m干kg
開始時濕試樣重量m濕kg
記錄及成果
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序號 |
濕試樣量m濕 |
時間間隔 |
濕物料平均含水量X平 |
干燥速率U |
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1 |
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2 |
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九、注意事項
1、實驗前要弄清楚應(yīng)記錄的數(shù)值，正確測取進、出料濕含量的數(shù)值。
2、注意節(jié)約使用物料，并嚴(yán)格控制加水量，加水量絕不能過大。由于存在物料粉末，部分可能被帶出進入旋風(fēng)分離器。
附：設(shè)備電器原理圖：
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