1、流化床和洞道干燥綜合實驗、實驗?zāi)康?. 了解流化床、洞道干燥裝置的基本結(jié)構(gòu)、工藝流程和操作方法。2. 學(xué)習(xí)測定物料在恒定干燥條件下干燥特性的實驗方法。3. 掌握根據(jù)實驗干燥曲線求取干燥速率曲線以及恒速階段干燥速率、臨界含水量、平 衡含水量的實驗分析方法。4. 實驗研究干燥條件對于干燥過程特性的影響。、基本原理在設(shè)計干燥器的尺寸或確定干燥器的生產(chǎn)能力時，被干燥物料在給定干燥條件下的干燥通常地，其干燥速率、臨界濕含量和平衡濕含量等干燥特性數(shù)據(jù)是最基本的技術(shù)依據(jù)參數(shù), 特性數(shù)據(jù)需要通過實驗測定而取得。按干燥過程中空氣狀態(tài)參數(shù)是否變化，可將干燥過程分為恒定干燥條件操作和非恒定干燥條件操作兩大類。若用大

2、量空氣干燥少量物料，則可以認(rèn)為濕空氣在干燥過程中溫度、濕則稱這種操作為恒定干燥條件度均不變，再加上氣流速度以及氣流與物料的接觸方式不變, 下的干燥操作。2.1. 干燥速率的定義干燥速率定義為單位干燥面積(提供濕分汽化的面積)、單位時間內(nèi)所除去的濕分質(zhì)量,即:dwGcdXaT - aT kg/（m2/s）2式中，U 干燥速率，又稱干燥通量，kg/ (ms);2A干燥表面積，m ；W汽化的濕分量，kg ;t 干燥時間，s;Gc絕干物料的質(zhì)量，kg；X-物料濕含量，kg濕分/kg干物料，負(fù)號表示 X隨干燥時間的增加而減少。2.2. 干燥速率的測定方法(1) 將電子天平開啟，待用。(2) 將快速水分測

3、定儀開啟，待用。(3) 將0.51kg的紅豆(如取0.51kg的綠豆/花生放入6070 C的熱水中泡30min，取出, 并用干毛巾吸干表面水分，待用。(4) 開啟風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)量至4060m3/h,打開加熱器加熱。待熱風(fēng)溫度恒定后(通常可設(shè)定在7080C),將濕物料加入流化床中，開始計時，每過4min取出四顆紅豆的物料,同時讀取床層溫度。將取出的濕物料在快速水分測定儀中測定，得初始質(zhì)量Gi和終了質(zhì)量Gic，則物料中瞬間含水率為Xi = Gi-GicGic線。計算出每一時刻的瞬間含水量Xi,然后將Xi對干燥時間i作圖，如圖1，即為干燥曲圖1恒定干燥條件下的干燥曲線上述干燥曲線還可以變換得到干燥速率

4、曲線。由已測得的干燥曲線求出不同 dX i下的斜dXi，再由式11 1計算得到干燥速率U,將U對X作圖，就是干燥速率曲線，如圖所示。e.o降速航段恒逸階段LA'B/AyX./Xc1.20,90,400,1皿0,30,50,60*7干基含水率X圖2恒定干燥條件下的干燥速率曲線23干燥過程分析預(yù)熱段 見圖1、2中的AB段或A B段。物料在預(yù)熱段中，含水率略有下降，溫度則 升至濕球溫度tw ,干燥速率可能呈上升趨勢變化，也可能呈下降趨勢變化。預(yù)熱段經(jīng)歷的 時間很短，通常在干燥計算中忽略不計，有些干燥過程甚至沒有預(yù)熱段。恒速干燥階段 見圖1、2中的BC段。該段物料水分不斷汽化，含水率不斷下降。

5、但由于這一階段去除的是物料表面附著的非結(jié)合水分，水分去除的機(jī)理與純水的相同，故在恒定干燥條件下，物料表面始終保持為濕球溫度tw，傳質(zhì)推動力保持不變，因而干燥速率也不變。于是，在圖2中，BC段為水平線。只要物料表面保持足夠濕潤，物料的干燥過程中總處于恒速階段。 而該段的干燥速率大 小取決于物料表面水分的汽化速率， 亦即決定于物料外部的空氣干燥條件， 故該階段又稱為 表面汽化控制階段。降速干燥階段隨著干燥過程的進(jìn)行，物料內(nèi)部水分移動到表面的速度趕不上表面水分的氣化速率，物料表面局部出現(xiàn)干區(qū)”盡管這時物料其余表面的平衡蒸汽壓仍與純水的飽 和蒸汽壓相同，但以物料全部外表面計算的干燥速率因干區(qū)”的出現(xiàn)而

6、降低，此時物料中的的含水率稱為臨界含水率，用Xc表示，對應(yīng)圖2中的C點，稱為臨界點。過 C點以后，干燥速率逐漸降低至 D點，C至D階段稱為降速第一階段。干燥到點D時，物料全部表面都成為干區(qū)，汽化面逐漸向物料內(nèi)部移動，汽化所需的熱量必須通過已被干燥的固體層才能傳遞到汽化面;從物料中汽化的水分也必須通過這一干燥層才能傳遞到空氣主流中。干燥速率因熱、質(zhì)傳遞的途徑加長而下降。此外，在點D以后，物料中的非結(jié)合水分已被除盡。接下去所汽化的是各種形式的結(jié)合水，因而，平衡蒸汽壓將逐漸下降，傳質(zhì)推動力減小，干燥速率也隨之較快降低，直至到達(dá)點E時，速率降為零。這一階段稱為降速第二階段。降速階段干燥速率曲線的形狀隨

7、物料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而異，不一定都呈現(xiàn)前面所述的曲線CDE形狀。與恒速階段相比，降速階段從物料中除去的水分量相對少許多， 但所需的干燥時間卻長 得多。總之，降速階段的干燥速率取決與物料本身結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與干燥介質(zhì)狀況關(guān)系不大，故降速階段又稱物料內(nèi)部遷移控制階段。三、實驗裝置3.1流化床干燥裝置圖圖3流化床干燥實驗裝置流程圖1加料斗；2床層（可視部分）；3 床層測溫點；4取樣口； 5 出加熱器熱風(fēng)測溫點；6風(fēng)加熱器；7轉(zhuǎn)子流量計；8 風(fēng)機(jī)；9 排灰口； 10 旋風(fēng)分離器；11風(fēng)機(jī)出口測點(雙金屬溫度計)；12-床層出口氣體溫度測點(雙金屬溫度計)。3.2洞道干燥裝置圖本裝置流程如圖4所示。空氣由

8、鼓風(fēng)機(jī)送入電加熱器，經(jīng)加熱后流入干燥室，加熱 干燥室料盤中的濕物料后， 經(jīng)排出管道通入大氣中。 隨著干燥過程的進(jìn)行， 物料失去的 水分量由稱重傳感器轉(zhuǎn)化為電信號，并由智能數(shù)顯儀表記錄下來 (或通過固定間隔時間，讀取該時刻的濕物料重量)。圖4干燥裝置流程圖1-風(fēng)機(jī)；2 管道；3 進(jìn)風(fēng)口； 4 加熱器；5廂式干燥器；6 氣流均布器；7稱 重傳感器；8濕毛氈；9 玻璃視鏡門；10, 11, 12 蝶閥；13 風(fēng)機(jī)入口溫度計。四、實驗步驟與注意事項4.1 .流化床干燥實驗步驟(1) 開啟風(fēng)機(jī)。(2) 打開儀表控制柜電源開關(guān)，加熱器通電加熱，床層進(jìn)口溫度要求恒定在 7080C左(3) 將準(zhǔn)備好的紅豆加入

9、流化床進(jìn)行實驗。(4) 每隔3-5min取510克樣品進(jìn)行質(zhì)量分析，同時記錄床層溫度。(5) 烘箱分析法：將每次取出的樣品在電子天平上稱量9-10g，放入烘箱內(nèi)烘干，烘箱 溫度設(shè)定為120度，1h后取出，在電子天平上稱取其質(zhì)量，此質(zhì)量即可視為樣品的絕干物料質(zhì)量。(6) 關(guān)閉加熱電源。(7) 關(guān)閉風(fēng)機(jī)，切斷總電源，清理實驗設(shè)備。4.2. 洞道干燥實驗步驟(1) 放置托盤，開啟總電源，開啟風(fēng)機(jī)電源。(2) 打開儀表電源開關(guān)，加熱器通電加熱，旋轉(zhuǎn)加熱按鈕至適當(dāng)加熱電壓。在U型濕 漏斗中加入一定水量，并關(guān)注干球溫度，干燥室溫度(干球溫度)要求達(dá)到恒定溫度(例如75C)。(3) 將待干燥物料加入一定量的

10、水并使其潤濕均勻，注意水量不能過多或過少。(4) 當(dāng)干燥室溫度恒定在 70C時，將濕毛氈十分小心地放置于稱重傳感器上。(5) 記錄時間和脫水量，每分鐘記錄一次重量數(shù)據(jù)；(6) 等待干燥物料恒重時，即為實驗終了時，關(guān)閉儀表電源，注意保護(hù)稱重傳感器， 非常小心地取下干燥物料。(7) 關(guān)閉風(fēng)機(jī)，切斷總電源，清理實驗設(shè)備。4.3. 注意事項必須先開風(fēng)機(jī)，后開加熱器，否則加熱管可能會被燒壞，破壞實驗裝置。五、原始數(shù)據(jù)的記錄5.1流化床原始數(shù)據(jù)骨口. 序號干燥時間/min空鋁盒的質(zhì)量m/g樣品總質(zhì)量(含鋁盒)m2/g3小時后樣品絕干物料總 質(zhì)量(含鋁 盒)mh/g3.5個小時后樣品絕干物料總質(zhì)量(含鋁盒)

11、mg瞬間干基含水量Kg 水/Kg絕干料誤差分析1020.39321.29220.95120.9510.61誤差大2116.55617.80817.23317.2330.853217.49218.78218.28518.2850.634317.1818.71918.16518.1640.565516.23317.23216.93316.9320.436817.45118.34617.98417.9830.68誤差大71316.78717.87617.56117.5580.4182017.39218.13117.92717.9250.3993015.68816.58216.39016.3900.2

12、7104513.34914.15814.02314.0230.20116515.97516.72116.62116.6190.165.2洞道干燥原始數(shù)據(jù)時間/min12345678910質(zhì)量g30.430.129.729.429.128.828.528.228.027.7時間/min11121314151617181920質(zhì)量g27.527.327.126.826.626.426.326.125.925.8時間/min21222324252627282930質(zhì)量g25.625.525.325.225.125.024.924.824.724.6時間/min31323334353637383940

13、質(zhì)量g24.424.324.224.124.023.923.723.623.523.4時間/min42444648505254565860質(zhì)量g23.223.022.922.722.522.422.222.021.921.7時間/min6570758085質(zhì)量g21.421.120.820.620.3PS:空框時質(zhì)量為： 一3.2（負(fù)值）放入豆后：30.6六、數(shù)據(jù)處理與分析6.1流化床干燥實驗6.1.1 繪制干燥曲線（失水量-時間關(guān)系曲線）09n010203040&060干燥時間T /min如圖5恒定干燥條件下紅豆的干燥曲線6.1.2 根據(jù)干燥曲線作干燥速率曲線。由于實驗中難以得到準(zhǔn)確

14、的干燥面積，故重新定義干燥速率： 在單位時間內(nèi)汽化的水分質(zhì)量，并令 A= Gc，則干燥速率表達(dá)式可表示為：. dwGcdX dXAdAdd從而可以簡化干燥速率的計算，直接由干燥曲線求出各點斜率kg / sdX即可標(biāo)繪出圖所示的干燥速率曲線。0.16降速階段恒速階段0.140.120.100.0B -0.060.040.02 -0 00 0.10.20.30.4050.60,7080,9干基含水量X如圖6恒定條件下的干燥速率曲線6.1.3 由圖6可知，物料的臨界干基濕含量為：Xc=0.63 Kg水/Kg絕干料X =0.15 Kg水/Kg絕干料6.1.4 分析討論(1) 恒速干燥階段在該階段，物料

15、內(nèi)部的水分能及時擴(kuò)散到物料表面，使物料表面完全潤濕。此外，在整個恒速干燥階段中， 濕物料內(nèi)部的水分向表面擴(kuò)散的速率必須能夠與水分 自物料表面汽化的速率相適應(yīng)，以使物料表面始終維持潤濕狀態(tài)。恒速干燥階段的干燥速率大小取決于物料表面水分的汽化速率，亦即取決于物料外部的干燥條件，所以恒速干燥階段又稱為表面汽化控制階段。提高空氣的溫度、降低空氣的濕度或提高空氣的流速，均能提高恒速干燥階段的干燥速率。(2) 降速干燥階段當(dāng)物料含水量降至臨界含水量以下時，即進(jìn)入降速干燥階段。在降速干燥階段中，干燥速率的大小主要取決于物料本身的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，而與外部干燥條件關(guān)系不大，所以降速干燥階段又稱為物料內(nèi)部擴(kuò)散控

16、制階段。（3）臨界含水量物料的臨界含水量是恒速干燥階段和降速干燥階段的分界點，它是干燥器設(shè)計中的重要參數(shù)。臨界含水量 Xc越大，則轉(zhuǎn)入降速階段越早，完成相同的干燥任 務(wù)所需的干燥時間越長。臨界含水量因物料的性質(zhì)、厚度和恒速階段干燥速率的不同而異，通常吸水性物料的臨界含水量比非吸水性物料的大；同一物料，恒速階段干燥速率越大， 則臨界含水量越高；物料越厚，則臨界含水量越大。臨界含水量通常由實驗測定。（4）流化床干燥器流化床干燥器的主要優(yōu)點是顆粒與熱干燥介質(zhì)在沸騰狀態(tài)下進(jìn)行充分混合與分散，氣膜阻力小，且氣固接觸面積大， 故干燥速率很大；由于流化床內(nèi)溫度均一 并能自由調(diào)節(jié)，故可得到均勻的干燥產(chǎn)品；物料

17、在床層中的停留時間可任意調(diào)節(jié)， 故對難干燥或要求干燥產(chǎn)品濕含量的物料特別適用；結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，沒有高速轉(zhuǎn)動部件，維修費(fèi)用低。其缺點是物料的形狀和粒度有限制。（5）壓降的變換當(dāng)氣速較小時，操作過程處于固定床階段，床層基本靜止不動，氣體只能從床層空隙中流過， 壓降與流速成正比。 當(dāng)氣速逐漸增加，床層開始膨脹，孔隙率增 大，壓降與氣速的關(guān)系將不再成正比。 當(dāng)氣速繼續(xù)增大，進(jìn)入流化階段，固體顆粒 隨氣體流動而懸浮運(yùn)動， 隨著氣速的增加，床層高度逐漸增加， 但床層壓降基本上 保持不變，成一條水平直線。（6）同一濕度的空氣，溫度較高有利于干燥操作因為溫度較高時，水的飽和蒸汽壓大， 而空氣的絕度濕度沒有

18、變化，即水的分壓沒有發(fā)生變化，由PC,所以空氣的相對濕度增加，從而有利于干燥的進(jìn)行。Ps6.2洞道干燥實驗6.2.1.數(shù)據(jù)的處理時間/min12345678910質(zhì)量g0.430.420.400.390.370.360.350.340.330.31時間/min11121314151617181920瞬間干基含水量Kg水/Kg絕干料0.310.300.290.280.270.260.260.250.240.23時間/min21222324252627282930瞬間干基含水量Kg水/Kg絕干料0.230.220.210.210.200.200.200.190.190.18時間/min313233

19、34353637383940瞬間干基含水量Kg水/Kg絕干料0.170.170.170.160.160.150.140.140.140.13時間/min42444648505254565860瞬間十基含水量Kg水/Kg絕干料0.120.110.110.100.090.090.080.070.070.06時間/min6570758085瞬間干基含水量Kg水/Kg絕干料0.050.030.020.010.006.2.2. 繪制干燥曲線（失水量-時間關(guān)系曲線）0204060801 00干燥時間T/min如圖7恒定干燥條件下紅豆的干燥曲線6.2.3.根據(jù)干燥曲線作干燥速率曲線。0 016-!0.01

20、0.012 -0.Q00.050100 150.200.250.300 350.400.450.010-OOOB-0 0060.004 -0.002-干基含水量X如圖8恒定干燥條件下紅豆的干燥曲線6.1.5 由圖8可知，物料的臨界干基濕含量為：Xc=0.24 Kg水/Kg絕干料*X =0.02 Kg水/Kg絕干料6.2.4. 分析討論（1）對比兩種不同方法（流化床、洞道）求得物料的臨界干基含水量和平衡含水量發(fā)現(xiàn)，兩者算得的結(jié)果不太一樣，原因可能是洞道實驗中物料沒有完全恒重，以致我們選擇Gc時帶來一定的誤差，所以后面的計算造成兩種方法求取結(jié)果的不同；（2）洞道式干燥器可以看作連續(xù)化的廂式干燥器，其適用于體積大、干燥時間長的物料；（3）干燥過程中采用節(jié)能措施（1、減少干燥過程的熱量；2、加強(qiáng)熱量的回收利用；3、減少熱損