PVC干燥動(dòng)力學(xué)研究

第14卷第3期高?；瘜W(xué)工程學(xué)報No, 3 VoL 14200年6月Journal of chemical engineering of Chinese UniversitiesJu文章編號: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)驗硏究了懸浮法Pv℃的干燥特性。在測定物料流化參數的基礎上,采用單層筒形流化床測定干燥動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn),并回歸得到描述PVC干燥特性曲線(xiàn)的解析函數:確定了實(shí)驗條件下PVC干燥的臨界濕含量κ及傳質(zhì)系數K。由于實(shí)驗方法比較接近工業(yè)干燥過(guò)程,獲得的結果對于工程應用較為可靠關(guān)鍵詞:PVC物料:干燥動(dòng)力學(xué):臨界濕含量:傳質(zhì)系數中圖分類(lèi)號:TQ28.67文獻標識碼:A1引言干燥屬于熱質(zhì)同時(shí)反向傳遞過(guò)程,機理相當復雜。干燥動(dòng)力學(xué)數據是干燥機的設計的依據;其中臨界濕含量是一個(gè)關(guān)鍵參數。干燥動(dòng)力學(xué)特性及臨界濕含量的數值固然與物料的種類(lèi)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)和設備開(kāi)發(fā)研究的基礎工作之一。擬開(kāi)發(fā)的干燥機具有一個(gè)高度強化熱質(zhì)傳遞的撞擊區;通過(guò)物料循環(huán)的流動(dòng)安排又可以根據需要提供仼意長(cháng)的停留時(shí)間,從而可望在同一干燥機中脫岀多孔物料中的游離水和孔隙水ε干燥機的細節將在另文中討論。懸浮法PVC是多孔物料細粒狀物料的典型代表,是擬開(kāi)發(fā)干燥機的主要應用對象之為了獲得具有工程應用價(jià)值的干燥動(dòng)力學(xué)數據,理想的實(shí)驗測定方案是在物料運動(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(chēng)量試樣的方法獲得的干燥曲線(xiàn)會(huì )因物料層內的水分傳遞阻力大而使得到的臨界濕含量數值偏大,不能應用于懸浮態(tài)干燥過(guò)程。另一方面,循環(huán)撞擊流干燥機中顆粒物料的運動(dòng)相當復雜。要在完全模擬真實(shí)流動(dòng)過(guò)程的條件下進(jìn)行實(shí)驗測定是極其困難的。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)驗裝置和方法21實(shí)驗裝置實(shí)驗流程見(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)預熱;空氣予熱器之前設置空氣飽和器(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)根據經(jīng)多次采樣后物料流化狀態(tài)仍應基本保持不變的原則確定,即應保證整個(gè)測定過(guò)程中床層總物料收稿日期:1999-09-01;修訂日期:19911-1基金項目:國家自然科學(xué)基金(29276260和浙江省科學(xué)基金資助項目(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)反應工程研究所博士生,聯(lián)系人:伍沅H中國煤化工編4073,CNMHG高?；瘜W(xué)工程學(xué)報量相對變化率<10%。Exhaust22實(shí)驗方法干燥動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗測定采用間歇操作。首先用熱空氣預熱整個(gè)系統;當流程中各處溫度計的讀數穩定后,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;根據失重計算試樣濕含量,從而得到物料濕含量κ與時(shí)間t之間的關(guān)系曲線(xiàn)。x-t關(guān)系曲線(xiàn)由直線(xiàn)向曲線(xiàn)轉變圖1流化床流體力學(xué)特性測定裝置簡(jiǎn)圖的轉折點(diǎn)即對應該實(shí)驗條件下的臨界濕含量xg I The diagram of hydrodynamics mensuration2. cut-off valve 3. rotermete實(shí)驗用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)驗前進(jìn)行復水,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)有結團?；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)行物料流化參數的實(shí)驗測定,以確定干燥實(shí)驗的操作氣速。3PⅤC流化參數的測定為確定干燥動(dòng)力學(xué)實(shí)驗的操作氣速,在圖1所示的單層圓筒形流化床中測定了PVC濕物料的起流速度un測定采用經(jīng)典的速度壓降法。實(shí)驗數據如圖2所示。由圖2可以確定起流速度un=0.3根據上述結果,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;相當流化數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)驗結果及討論4.1現象描述由于PVC濕料流動(dòng)性差,毎次加入物料開(kāi)始實(shí)驗操作時(shí)THE眾牛明顯的溝中國煤化工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 )導致騰涌。加裝攪拌器后,可以有效地打散粘結的PvC濕物料,從而使物料能順利起流。隨著(zhù)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(zhù)的鼓泡現象。同時(shí),隨著(zhù)干燥進(jìn)行,岀口氣體中帶岀粉塵量也逐漸增加。實(shí)驗發(fā)現,當初始加入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)驗測定了PVC物料干燥過(guò)程中濕含量的變化。幾組典型的x-t數據在圖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(xiàn)的轉折點(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)驗獲得的數據列于表1?？梢钥闯?κ數據的重現性是令人滿(mǎn)意的。對于工程應用,作者推薦表1所列十組數據的平均值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(xiàn)對于干燥過(guò)程的分析和設計,較困難的問(wèn)題是確定進(jìn)λ降速階段后旳干燥速度。由于干燥機理的復雜性,已提出的干燥動(dòng)力學(xué)模型有許多種45。比較令人滿(mǎn)意、應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條件下的干燥速度;∫為相對干燥速度f(wàn)=NN表2計算得到的∫和Φ它與物料性質(zhì)有關(guān);對同一種符合兩階Table 2 The value of f and p段模型的物料,它是干燥程度的函數:2Mean010.1050.1020.1030.1030.1220.1080.107(④),x