流化床干燥實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)
一、概述
熱空氣由多孔分布板底部送入，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(shí)，顆粒層不動(dòng)，熱氣流從顆粒層的縫隙中通過(guò)，這樣的顆粒層稱(chēng)為固定床。當(dāng)氣速增加至一定程度時(shí)，顆粒層開(kāi)始松動(dòng)，當(dāng)氣速再增加運(yùn)載某個(gè)數(shù)值時(shí)，顆粒將懸浮于上升的熱氣流中。此時(shí)的床層稱(chēng)為流化床。
流化狀態(tài)下顆粒在熱氣流中上下翻動(dòng)，相互碰撞、混合，氣-固兩相間充分接觸實(shí)現(xiàn)熱、質(zhì)傳遞，固體物料被干燥。夾帶有部分物料小顆粒的廢氣由頂部排出，經(jīng)旋風(fēng)分離器進(jìn)行回收。達(dá)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(shí)間長(zhǎng)，而且可任意調(diào)節(jié)，產(chǎn)品的最綜含水量可降的很低；操作時(shí)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，操作費(fèi)用小，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。流化床干燥器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，活動(dòng)部件少，操作維修方便。
二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1、掌握物料干燥速率曲線的測(cè)定方法。
2、了解和掌握干燥操作的物料衡算、熱量衡算及體積對(duì)流傳熱系數(shù)的估算方法。
3、了解氣固旋風(fēng)分離的工作原理。
三、實(shí)驗(yàn)裝置外型圖
四、實(shí)驗(yàn)主要技術(shù)參數(shù)
1、該實(shí)驗(yàn)裝置主要由空氣旋渦泵、加熱箱、流化床體、集塵器、加料斗、旋風(fēng)分離、U型壓差計(jì)（2根）、孔板流量計(jì)、電控箱等部件組成。
2、空氣旋渦泵為HG-1100型，功率為1.5Kw；風(fēng)壓為22KPa；風(fēng)量為180m3/min。
3、U型壓差計(jì)：是測(cè)量流化床的總塔壓差，另一壓差計(jì)是測(cè)量孔板流量計(jì)。
4、電控箱：在電控箱上裝由智能溫度儀表，測(cè)量固體物料進(jìn)出口溫度，電源開(kāi)關(guān)、風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)、按下開(kāi)關(guān)旋鈕對(duì)應(yīng)的工作開(kāi)始進(jìn)行。
五、實(shí)驗(yàn)原理
1、干燥速率曲線
若將濕物料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(cè)定被干燥物料的質(zhì)量和溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系，則得一曲線，即物料含水量-時(shí)間曲線。干燥過(guò)程分為三個(gè)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(lái)加熱物料，故物料含水量隨時(shí)間變化不大。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(lái)蒸發(fā)物料表面的水分，物料含水量隨時(shí)間成比例減少，干燥速率恒定且較大。到了第三階段，物料中含量減少到某一臨界含水量時(shí)，由于物料內(nèi)部水分的擴(kuò)散慢于物料表面的蒸發(fā)，不足以維持物料表面潤(rùn)濕，則物料表面將形成干區(qū)，干燥速率開(kāi)始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲線逐漸達(dá)到平衡含水量X*而終止在降速階段，隨著水分汽化量的減少，傳入的濕熱較汽化帶出的潛熱為多，熱空氣部分熱量用于加熱物料。物料溫度開(kāi)始上升，（2）與（3）交點(diǎn)處的含水量稱(chēng)為物料的臨界含水量Xc。
干燥速率曲線只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，因?yàn)楦稍锼俾什粌H取決于空氣的性質(zhì)和操作條件，而還受物料性質(zhì)結(jié)構(gòu)以及所含水分性質(zhì)的影響。
干燥速率U為單位時(shí)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(shí)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(shí)間間隔內(nèi)開(kāi)始和終了時(shí)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)速率分別用于下式表示
式中：Q-空氣傳給物料的熱量，KJ；
τ-干燥時(shí)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(dòng)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曲線的形狀隨物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及所含水分性質(zhì)不同而不同，因而干燥曲線只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，降速階段干燥時(shí)間的計(jì)算可以根據(jù)速率曲線數(shù)據(jù)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(shí)，干燥速率曲線簡(jiǎn)化為直線。
KX=U/（X-X*）
式中KX-以含水量差
為推動(dòng)力的比例系數(shù)，kg/(m2);U-物料含水量為X時(shí)的干燥速率，kg/(m2
);X-在τ時(shí)的物料含水量，kg/kg(干料)；
X*-物料的平衡含水量XC對(duì)于干燥裝置的設(shè)計(jì)十分重要，不僅對(duì)于計(jì)算干燥速率、干燥時(shí)間以及干燥器的尺寸必不可少，而且由于影響階段干燥速率的因素不同，因而確定XC值對(duì)于如何強(qiáng)化具體干燥過(guò)程也具有重要的意義。
六、實(shí)驗(yàn)步驟
1、稱(chēng)取已準(zhǔn)備好的固體物料。用快速水分測(cè)定儀測(cè)定其濕基含水量ω1。
2、稱(chēng)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(kāi)風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)進(jìn)料空氣流量調(diào)節(jié)閥。
4、打開(kāi)加熱開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電流的大小，以預(yù)熱空氣。
5、待空氣進(jìn)口溫度升至60℃和出口溫度基本穩(wěn)定時(shí)，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。
七、實(shí)驗(yàn)流程圖
八、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
基本參數(shù)：試樣絕干質(zhì)量m干kg
開(kāi)始時(shí)濕試樣質(zhì)量m濕kg
記錄及結(jié)果
| 序號(hào) | 濕試樣量m濕 | 時(shí)間間隔 | 濕物料平均含水量X平 | 干燥速率U |
| 1 | ||||
| 2 |
九、注意事項(xiàng)
1、實(shí)驗(yàn)前要弄清楚應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)，正確測(cè)取進(jìn)、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(guò)大。由于存在物料粉末，部分可能被帶出進(jìn)入旋風(fēng)分離器。
附：設(shè)備電器原理圖：
