第14卷第3期高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)No, 3 VoL 14200年6月Journal of chemical engineering of Chinese UniversitiesJu文章編號(hào):1003-9015(20003023505PVC干燥動(dòng)力學(xué)研究*黃凱,劉華彥,伍沅(浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程系,浙江杭州310032)摘要:實(shí)驗(yàn)硏究了懸浮法Pv℃的干燥特性。在測(cè)定物料流化參數(shù)的基礎(chǔ)上,采用單層筒形流化床測(cè)定干燥動(dòng)力學(xué)曲線,并回歸得到描述PVC干燥特性曲線的解析函數(shù):確定了實(shí)驗(yàn)條件下PVC干燥的臨界濕含量κ及傳質(zhì)系數(shù)K。由于實(shí)驗(yàn)方法比較接近工業(yè)干燥過(guò)程,獲得的結(jié)果對(duì)于工程應(yīng)用較為可靠關(guān)鍵詞:PVC物料:干燥動(dòng)力學(xué):臨界濕含量:傳質(zhì)系數(shù)中圖分類號(hào):TQ28.67文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1引言干燥屬于熱質(zhì)同時(shí)反向傳遞過(guò)程,機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜。干燥動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)是干燥機(jī)的設(shè)計(jì)的依據(jù);其中臨界濕含量是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。干燥動(dòng)力學(xué)特性及臨界濕含量的數(shù)值固然與物料的種類和性狀有關(guān),它同時(shí)還取決于所采用的干燥方法和操作條件本文是循環(huán)撞擊流干燥技術(shù)和設(shè)備開(kāi)發(fā)研究的基礎(chǔ)工作之一。擬開(kāi)發(fā)的干燥機(jī)具有一個(gè)高度強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞的撞擊區(qū);通過(guò)物料循環(huán)的流動(dòng)安排又可以根據(jù)需要提供仼意長(zhǎng)的停留時(shí)間,從而可望在同一干燥機(jī)中脫岀多孔物料中的游離水和孔隙水ε干燥機(jī)的細(xì)節(jié)將在另文中討論。懸浮法PVC是多孔物料細(xì)粒狀物料的典型代表,是擬開(kāi)發(fā)干燥機(jī)的主要應(yīng)用對(duì)象之為了獲得具有工程應(yīng)用價(jià)值的干燥動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù),理想的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方案是在物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和干燥條件都接近真實(shí)干燥過(guò)程的情況下進(jìn)行。在干燥隧道中直接稱量試樣的方法獲得的干燥曲線會(huì)因物料層內(nèi)的水分傳遞阻力大而使得到的臨界濕含量數(shù)值偏大,不能應(yīng)用于懸浮態(tài)干燥過(guò)程。另一方面,循環(huán)撞擊流干燥機(jī)中顆粒物料的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜。要在完全模擬真實(shí)流動(dòng)過(guò)程的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定是極其困難的。分析干燥過(guò)程可以看岀,在循環(huán)撞擊流干燥杋中,物料脫水主要在加速管和撞擊區(qū)中在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行,比較接近流化床中的干燥過(guò)程。因此,本文采用單層筒形流化床進(jìn)行干燥動(dòng)力學(xué)研究實(shí)驗(yàn)裝置和方法21實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖l。Pv℃濕料流動(dòng)性差,開(kāi)始時(shí)難以流化。為改善物料的初始流化性質(zhì),床層中加裝了攪拌器。進(jìn)入床層的空氣先經(jīng)過(guò)預(yù)熱;空氣予熱器之前設(shè)置空氣飽和器(圖中均未繪出),以保證熱空氣濕度基本恒定。為減少固體粉塵的污染,流化床岀口裝有旋風(fēng)分離器。流化床尺寸(裝料量)根據(jù)經(jīng)多次采樣后物料流化狀態(tài)仍應(yīng)基本保持不變的原則確定,即應(yīng)保證整個(gè)測(cè)定過(guò)程中床層總物料收稿日期:1999-09-01;修訂日期:19911-1基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(29276260和浙江省科學(xué)基金資助項(xiàng)目(296014)作者簡(jiǎn)介:黃凱(1973-),男,安徹潛山人,浙江大學(xué)聯(lián)合化學(xué)反應(yīng)工程研究所博士生,聯(lián)系人:伍沅H中國(guó)煤化工編4073,CNMHG高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)量相對(duì)變化率<10%。Exhaust22實(shí)驗(yàn)方法干燥動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定采用間歇操作。首先用熱空氣預(yù)熱整個(gè)系統(tǒng);當(dāng)流程中各處溫度計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定后,關(guān)閉氣流,將已知初始濕含量為x的PVC物料一次投入如圖1所示的流化床干燥器中;隨即通入熱空氣使固體顆粒流化。在流化干燥過(guò)程中,每隔定時(shí)間采樣一次。試樣在熱氣流中干燥至恒重;根據(jù)失重計(jì)算試樣濕含量,從而得到物料濕含量κ與時(shí)間t之間的關(guān)系曲線。x-t關(guān)系曲線由直線向曲線轉(zhuǎn)變圖1流化床流體力學(xué)特性測(cè)定裝置簡(jiǎn)圖的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即對(duì)應(yīng)該實(shí)驗(yàn)條件下的臨界濕含量xg I The diagram of hydrodynamics mensuration2. cut-off valve 3. rotermete實(shí)驗(yàn)用PVC是衢化公司生產(chǎn)的懸浮法聚氯乙烯4. stirrer 5. fluidized-bed 6. cyclone樹(shù)脂干粉。實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行復(fù)水,即按照所需的濕含量加入一定量的水;均勻攪拌,并使用全部濕物料過(guò)60目篩,以保證其中沒(méi)有結(jié)團(tuán)?；旌虾玫臐裎锪厦芊獯娣?2小時(shí)以上,使加入的水分能夠充分遷移到顆粒的微孔中;同時(shí)防止水分蒸發(fā)、改變濕含量。在干燥動(dòng)力學(xué)研究前,進(jìn)行物料流化參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定,以確定干燥實(shí)驗(yàn)的操作氣速。3PⅤC流化參數(shù)的測(cè)定為確定干燥動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作氣速,在圖1所示的單層圓筒形流化床中測(cè)定了PVC濕物料的起流速度un測(cè)定采用經(jīng)典的速度壓降法。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2所示。由圖2可以確定起流速度un=0.3根據(jù)上述結(jié)果,進(jìn)行PVvC干燥動(dòng)力學(xué)研究的操作氣速選擇在0.41-0.55ms-1范圍;相當(dāng)流化數(shù)o/umf=1.24-1.67100.0080.002.0C0.601200.001600.00圖2流化床中PC濕料的△p的關(guān)系圖3PVC干燥過(guò)程中濕含量時(shí)間關(guān)系Fig. 2 The relation between Ap and ua in fluidized-bedFig 3 The relation between moisture of PVC and time4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論4.1現(xiàn)象描述由于PVC濕料流動(dòng)性差,毎次加入物料開(kāi)始實(shí)驗(yàn)操作時(shí)THE眾牛明顯的溝中國(guó)煤化工CNMHGPVC干燥動(dòng)力學(xué)研究流,不能很好地流化,床中不同點(diǎn)處干燥程度不均勻;若增大進(jìn)口氣速,則會(huì)導(dǎo)致騰涌。加裝攪拌器后,可以有效地打散粘結(jié)的PvC濕物料,從而使物料能順利起流。隨著干燥過(guò)程的進(jìn)行,物料的濕含量不斷降低,流動(dòng)性也逐漸變好,流化床旳操作狀態(tài)越來(lái)越理想。在干燥過(guò)程后期,可以看到裝置中有顯著的鼓泡現(xiàn)象。同時(shí),隨著干燥進(jìn)行,岀口氣體中帶岀粉塵量也逐漸增加。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)初始加入PVC物料量為300克左右時(shí),干燥過(guò)程中粉塵的總的帶岀量約為5%。為了保證試樣的代表性,實(shí)驗(yàn)中將旋風(fēng)分離器收集到的物料重新返回到干燥器中。4.2干燥速度在不同的操作氣速和溫度條件下實(shí)驗(yàn)測(cè)定了PVC物料干燥過(guò)程中濕含量的變化。幾組典型的x-t數(shù)據(jù)在圖3中給出?？梢钥磳?PVC干燥過(guò)程可以很好地用兩階段模型描述,即過(guò)程包含恒速和降速兩個(gè)干燥階段。43臨界濕含量由圖3中各x一t曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn),可以方便地確定每一組干燥條件下的臨界濕含量x。十組實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)列于表1?？梢钥闯?κ數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性是令人滿意的。對(duì)于工程應(yīng)用,作者推薦表1所列十組數(shù)據(jù)的平均值2%,作為懸浮狀態(tài)下干燥PVC的臨界濕含量表1PⅤC干燥的臨界濕含量(PVC初始濕含量≤%)Table 1 The critical moisture of PvCcThe initial moisture of pvc is lower than 5%o)Air temperature, tAir temperature,℃Dry bubbe Moisture bubble ms l e,%NoDry bubbe Moisture bubble msx.0.55V1-20.552.1330.9v1-475.030.92.1‖V3-10488.31.64|V3-31.5The mean value of x, by ten experiments is 2%4.4干燥特性曲線對(duì)于干燥過(guò)程的分析和設(shè)計(jì),較困難的問(wèn)題是確定進(jìn)λ降速階段后旳干燥速度。由于干燥機(jī)理的復(fù)雜性,已提出的干燥動(dòng)力學(xué)模型有許多種45。比較令人滿意、應(yīng)用又較方便的方法是把任意時(shí)刻的干燥速度表示為N=NNw=fKo(Yw -Y)(1)其中N為恒速階段即表面完全濕潤(rùn)條件下的干燥速度;∫為相對(duì)干燥速度f(wàn)=NN表2計(jì)算得到的∫和Φ它與物料性質(zhì)有關(guān);對(duì)同一種符合兩階Table 2 The value of f and p段模型的物料,它是干燥程度的函數(shù):2Mean010.1050.1020.1030.1030.1220.1080.107(④),x