PVC干燥动力学研究

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第 1卷第 3 4期20年 6月 00

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J u a fC mi En i e r fChn s ie st s o r l he￣ n o gn ei o ng ieeUn v ri e i

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文章编号： 10—0 52 0 )30 3—5 0 39 1(0 00—2 50

P VC干燥动力学研究黄凯，刘华彦. _/伍沅

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?,3,,77 摘

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浙江杭州 303) 102

要：实验研究了悬浮法 P C的干燥特性在测定物料流化参数的基础上 .采用单层筒形流化床测定干燥动 V

力学曲线，并回归得到描述 P C干燥特性曲线的解析函数：确定了实验条件下 P C干燥的临界湿含量及传质 V V系数 K由于实验方法比较接近工业干燥过程 .获得的结果对于工程应用较为可靠。

/,关键词 P C物料； V .干燥动力学：临界湿含量：传质系数 中圈分类号：T 8 7 Q2 文献标识码： A

l引

言

干燥属于热质同时反向传递过程，机理相当复杂。干燥动力学数据是干燥机的设计的依据：其中临界湿含量是一个关键参数干燥动力学特性及临界湿含量的数值固然与物料的种类和性状有关， 它同时还取决于所采用的干燥方法和操作条件。 本文是循环撞击流干燥技术和设备开发研究的基础工作之一。拟开发的干燥机具有一个高度强化热质传递的撞击区；通过物料循环的流动安排又可以根据需要提供任意长的停留时间，从而可望在同一干燥机中脱出多孔物料中的游离水和孔隙水干燥机的细节将在另文中讨论。悬浮法 P C是多 V孔物料细粒状物料的典型代表 .是拟开发干燥机的主要应用对象之一。 为了获得具有工程应用价值的干燥动力学数据，理想的实验测定方案是在物料运动状态和干燥条件都接近真实干燥过程的情况下进行。在干燥隧道中直接称量试样的方法获得的干燥曲线会因物料

层内的水分传递阻力大而使得到的临界湿含量数值偏大…,不能应用于悬浮态干燥过程。另一方面 .循环撞击流干燥机中颗粒物料的运动相当复杂。要在完全模拟真实流动过程的条件下进行实验测定是极其困难的分析干燥过程

可以看出.在循环撞击流干燥机中，物料脱水主要在加速管和撞击区中在

悬浮状态下进行，比较接近流化床中的干燥过程。因此，本文采用单层筒形流化床进行干燥动力学研究。

2实验装置和方法21实验装置 .

实验流程见图 I VC湿料流动性差 .开始时难以流化。为改善物料的初始流化性质 .床层中加。P装了搅拌器。进入床层的空气先经过预热：空气予热器之前设置空气饱和器(图中均未绘出 )保证， 热空气湿度基本恒定 c为减少固体粉尘的污染，流化床出口装有旋风分离器流化床尺寸 (。装料量) 根据经多次采样后物料流化状态应基本保持不变的原则确定，即应保证整个测定过程中床层总物料量相对变化率< 0 1%。

收稿日期： 19 -9D倍订日期 r 9 91 -1 990 -】 19—11

基盍项目：国家自抟科学基盘(”6∞) 2 9 2和浙江省科学基金资助项日 2 6 1 ) (90 4 作者简开：黄凯( - 1 3)男 安做潜山人 - 9浙江大学联音化学反应工程研究所博士生。联系^:伍沅 .现在通讯地址：武汉化工学院化工系邮编 40 7 30 3.

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22实验方法 .

干燥动力学的实验测定采用间歇操作。首先用热空气预热整个系统：当流程中各处温度计的读数稳定后 .关闭气流，将已知初始湿含量为的 P C物 V料一次投入如图 1示的流化床干燥器中：随即通人所热空气使固体颗粒流化。在流化干燥过程中.每隔一定时间采样一次试样在热气流中干燥至恒重：根据失重计算试样湿含量，从而得到物料湿含量与时间 f之间的关系曲线。—f关系曲线由直线向曲线转变 的转折点即对应该实验条件下的临界湿含量。 实验用 P C是衢化公司生产的悬浮法聚氯乙烯 V树脂干粉实验前进行复水 .即按照所需的湿含量 . 加入一定量的水；均匀搅拌，并使用全部湿物料过 6 0图 1流化床流体力学特性测定装置简图

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F g1 Th i g a of y r d n mi sme s r 口 L ed a r m h d o y a c n ua O 【 fa .a4 s￣r t L n

2 u - f a v c t￣f v l e5 lu d z d b d f ie— e L

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目筛，以保证其中没有结团。混合好的湿物料密封存放 时以上， 1 2小使加入的水分能够充分迁移到颗粒的微孔中：同时防止水分蒸发、改变湿含量。 在干燥动力学研究前 .进行物料流化参数的实验测定 .以确定干燥实验的操作气速。

3 P VC流化参数的测定为确定干燥动力学实验的操作气速，在图 1所示的单层圆筒形流化床中测定了 P VC湿物料的起流速度“测定采用经典的速度 - 压降法。实验数据如图 2所示。由图 2可以确定起流速度“ 03 = 3m .S。 。

根据上述结果 .进行 P C干燥动力学研究的操作气速选择在 O4 ..5i 围；相当流化数 V .1 5 n。 0 s范u u f 1 4 1 7 d= . 6 - 2

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,s .

图 2流化床中 P C湿料的~的关系 VFg2 T e e t nb ten中 ad‰ i udzdbd i h l i ew e ra o n nf il -e l e

刮 3 P C干燥过程中湿台量 .间关系 V时Fi Th e a i n b t e it r g3 er lto ewe n mo s￣of vc a dtme a P n i

4实验结果及讨论41现象描述 .

由于 P C湿料流动性差 .每次加入物料开始实验操作时 .如果不使用搅拌器 .会产生明显的沟 V

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P C千埭动力学研完 V

27 3

流 .不能很好地流化 .床中不同点处于燥程度不均匀；若增大进口气速，则会导致腾涌加装搅拌器后 .可以有效地打散粘结的 P VC湿物料，从而使物料能顺利起流。随着干燥过程的进行，物料的湿含量不断降低 .流动性也逐渐变好 .流化床的操作状态越来越理想。在干燥过程后期，可以看到装置中有显著的鼓泡现象。同时 .随着干燥进行，出口气体中带出粉尘量也逐渐增加，实验发现 .当初始

加人 P C物料量为 30克左右时，干燥过程中粉尘的总的带出量约为 5 V 0%。为了保证试样的代表性t实验中将旋风分离器收集到的物料重新返回到干燥器中。 4干燥速度 . 2

在不同的操作气速和温度条件下实验测定了P物料干燥过程中湿含量的变化。几组典型的 VC—f数据在图 3中给出可以看出 .P干燥过程可以很好地用两阶段模型描述 .即过

程包含恒速和降速 VC两个干燥阶段。

43临界湿含量 .

由图 3中各—曲线的转折点 .可以方便地确定每一组干燥条件下的临界湿含量十组数据的平均值 2%.作为悬浮状态下干燥 P C的临界湿含量。 V裹 1 P C干燥的临界湿含量 (V V P C初始湿含量<5 %)T be1 T ecii l itr f VC(h nt mosu eo P a l h rt a mosu eo P c T eiii m i r f VC缸lwe ta%) t o r h n5Ai e e au e口 r mp r t r . c tNo Dr u e y b bb M o s u eb bb e it r u t m . Sl也.% NO

十组实验

获得的数据列于表 I。可以看出 .五数据的重现性是令人满意的对于工程应用，作者推荐表 I所列

Ai mp r t r .℃ r e ea u e tDr u b yb b e M o s r b l m gl it obu b e u , %

Vi l— V i2一 V i3 V1 4 . VI 5一l b㈨

6 . 5O 8 30 7 50 7 50 6 D 5 v t e of a u ‘

2 85 3. 17 3 09 3 09 2. 83n e pe i nt sz% x rme sI

O5 5 O5 .5 O 55 O5 5 O. 5 5

203 21 0 201 2 i l i4 6

V1 6 - V2. 1 V2 2— V3 f一 V3 2 .

6 35 68O 7 . 00 7 15 7 0O

2 . 79 3 00 3 04 3i8 . 3l5

O5 5 0 4l 0 41、 0 48 . O4 g

20 9 2 i 3 I , 98 21 .0 17 3

44干燥特性曲线 .

对于干燥过程的分析和设计，较困难的问题是确定进人降速阶段后的干燥速度。由于干燥机理的复杂性，已提出的干燥动力学模型有许多种 1比较令人满意、应用叉较方便的方法是把任意时

刻的干燥速度表示为 -N= =f (一 ) K￣Y () 1

其中虬为恒速阶段即表面完全湿润条件下的干燥速度；,为相对干燥速度：

f=/ NN

( 2 )N0 I

裹2计到和算褥的，T be Th au￣ n a l2 ev leo

/a d2 3 5 6 Me n a

它与物料胜质有关；对同一种符合两阶段模型的物料，它是干燥程度的函数,=,

,

童

㈣() 4

0102

015 002 l l

01 2 .002 2 0

01 3 0O 2 . 1 8

013 o0 21 2

012 .202 2 7

01 0802l 7

017 002 4 .2

其中是相对自由湿含量，又称为特征湿含量。定义为=

O3 . 04

O3 0 2 04 7 .505 5 9 06 5 9 07 2 8

03 2 3 043 205 2 3 0. 3 60 07 5 2

03 0 4 04 0 405 8 .3 065 .3 07 37

031 3 04 3 30 58 . 0 07 5 3 08 35

04 3 3 05 7 506 0 .5 07 3 3 083 1

03 3 .3 04 .5805 7 7 068 3 m7 5 7

035 4 04 3 659 7 06 5 .8 0 77 8

二 :‘一

05 06 O7 .

对于 P C物料，平衡湿含量=。 V O根据实验数据 .对每一条平滑后的

08 09 】0

08 3 .6095 3l

08 1 80 91 31

08 3 309 7 21

09 3 009 5 .5l

08 7 809 7 .61

08 5809 3 31

080 609 8 31

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r曲线进行图解微分，可得出不同下的 N和儿之值和相应的相对干燥速度，:利用式() 值 4和表

1所列临界湿含量托则可求得对应的值。计算结果发现，与文献[】 6关于羊毛干燥动力学实验研究的情况相似，由于存在某些难以确知的随机因素 .测定的 P C干燥的一，关系也呈现多种形式； V但大多数 (0实验获得的结果形式相同。表 2给出获得相似一，关系的六组实验结果。对于像多 7%)

孔物料干燥这样复杂热质传递过程的动力学数据 .其重现性是可以接受的。该六组实验数据的统计平均值在图 4中给出为实心圆点。 为便于应用，图 4数据回归得到下列分段

连续的解析函数：

,{017 11 5 1 . 1 7 -.

1.

04 5

0<.< 04 5<1 _ 0

【J

…

式()算结果也在图 4中给出。两个子式的相关系数分 5计

别为 r099 - 9= . 6和 0 9 8 . 5。对于工程应用，推荐式()为 9 5作代表性的 P VC干燥特性曲线表达式。35传质系数 .、= 0,^ (风 ) () 6

传质系数 K可以根据实验数据 .由下式计算[: 6 1式 (),q为对数平均湿度势： 6中:

㈤

湿度势足义为：仃= 一

() 8

圈4 V P C特性干燥曲线F g4 Th r i g c a a t it￣ t e o VC i, e d y n h r c e si U- fP r c,￣

为湿度势系数，按下式进行计算：

622+。0坚2 _:.

( 9 )(0 1)

表 3传质系数乱定结果 9Ta l Th e u t fma t a Lf r c e fc e b e3 er s l o斜 z z e o f i int ' Sn l . Kxl 0

其中y m:‘ B:

N0Vll—

k m盯旦(59 21

N oV 16 .

k【 s g )702 8

V】 2 .

96 0 .3 37 8 .645 9 0 60 0 8

V2 1 . V2 2—V3 I一 V3 2—

57 58 704 64 64 8 54 6 7

1

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VI 3 .VI4一

为恒速干燥阶段的单位面积干燥速度，即

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Ⅳ署 (。 警 d)一 x

( 1 2 )^=Pp

v[eo tne p r ns aB f e x ei￣ l:K= 0 5 5 g 00 0 9 6k r s

其中 m为试样的干基质量：物料总表面积 A按颗粒平均直径计算：(3 1)

由试样物性测定结果，= 4 . k .; d: . 9 73 g m~ pO1 mm。 8

对十组实验计算结果在表 3中给出。从表 3的数据可以发现，随干燥条件变化较大。可能的原 因是，对于多孔介质，降速阶段开始时介质的表面及内部温度维持恒定 .此时表面的对流传热和传质系数是表面水分含量的函数。若进一步干燥，当表面水含量小于最大残留水含量时，表面将出现干区， 介质的温

度叉开始升高，此时水分的迁移将在非常细的毛细管中进行，而此时水分迁移的驱动力与干燥的条件有关。对表 3中的数据进行定量的分析有待进一步的研究，但如果从工程应用的角度来看，】 数据的重现性还是可以接受的。根据表 3数据， V P C在悬浮态下干燥的平均传质系数推荐为：=￣ 0 K 6 1k m。.。。 g.。 s。

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P C干燥动力学研究 V

4结

论

在单层筒形流化床中研究了悬浮法 P C干燥的动力学特性，获得下列结果 V()P C物料具有典型的两阶段干燥特性； 1 V ()P 2 VC在悬浮态下干燥的平均临界湿含量为 2 %;

() 3降速阶段干燥速度可用干燥特性曲线方程式(描述： 5 )()悬浮态下 P 4 VC干燥的平均传质系数推荐为 K= x0 g 60 l k符号说明：A 一面积 .】一

湿度势 .

d , K卅

一直径. m 一相对干燥速度 一传质系数， k s gm -一质量-

一

密度 k gm

一

平衡的

N t

一传质通量 .单位面积干燥速度， k - s g m 仃 上下 0 g 一时间， s 标标于基湿含量 .% ( as m s)一一

一

一

一

临界的 p w 气体的洲 对数平均的，平均的进，出口的 颗粒的湿球的，湿球条件下的

气体湿含量，% ( s) mas式 () 4定义的特征湿含量，无固次湿度势系数

一

一

一

一

一

参考文献：l】化学工程手册编辑委员会 . 1 化学工程手册( )干燥[ 1一 6 M]北京：化学工业出版杜. 9 9 18.

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[】 K c .原术板的摇式干燥 _.汉化工学院学报 ( 5 eyRB J武】全国第四扶干燥技术交流会专辑)I9.43 )1I,9 2 1( 4: -4 1 _伍

6 6 】[】张 7 沅. cy . K c B洗过散羊毛干燥特性实验研究[化学工程. 9 II()6—2 R J] 19, 9:77 . 3 浙，杨世铭多孔卉质对流干燥机理及其模型[. J化工学报， 974()5— .】 19,8I 25 : 9

AnEx e i ntl t d n Dr i gKi eiso VC p rme a u yo yn n t fP S c

HUANG Ka . LI Hu— a i U a y h. W U Yu n a

( eat e t f h mi l n i eig Z ei gU ies y f e hoo yH n zo 10 2 C ia D p r n o C e c g er, hj n nvri o T c n lg, a g h u30 3, hn ) m aE n n a t

Absr t T sg h ic lto—m p n i g sr a r e n ti e ba i aa ee sofd yng t e t ac: o de i n t e c r u ai n i i g n te m d y ra d ob an t sc p r m tr r i, h h

d y n i ei s o VC r d c d b u p n i n me h d w s t d e n a n r l f i ie— e .T e ri g kn t f P c p o u e y s s e s to a s i d i o ma u d z d b d o u l h c a a trsi d y n u v f VC wa c i v d a d i c a b x r se y h r ce it r i gc r eo c P s he e n a ee p e s d b a t

1 .5, 17 1 0 <05 < 4】.1￣ . 0 4 1 1 7 0 .≤ 5 0T ecic l itr o tn a dt ema s rn frc e ce t sme s rd a di au sa o t h rt a i mo suec ne t n h s a se o f in wa aue, n t v lewa b u t i K s2 a d6xl k m。.~ r s e t e y% n 0 g.。 s e p ci l v

Ke r s P y wo d: VC; d y n h r c e it s c i c l r i gc a a trs c; rt a mosu e ma st n frc efc e t i i itr; s a se o f i n r i

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