化工原理干燥器課程設計

1、目錄1 概述 3干燥技術(shù)現(xiàn)狀及進展 3干燥技術(shù)的概況 3干燥技術(shù)現(xiàn)狀 3氣流干燥器的簡介 4氣流干燥器的簡介4脈沖式氣流干燥器的簡介 52. 設計任務及要求5設計題目 5設計任務及操作條件 5設計內(nèi)容 53. 干燥器主體工藝尺寸計算計算6基本參數(shù)的確定 6物料衡算和能量衡算 6物料衡算和熱量衡算 6氣流干燥管直徑的計算 7氣流干燥管長度的計算 84. 輔助設備的選型及核算17鼓風機 18加熱器 18進料器 18分離器 19除塵器 195. 設計結(jié)果匯總196結(jié)論 19參考文獻 19致謝附圖一 . 概述：干燥技術(shù)現(xiàn)狀及進展人們通常把采用熱物理方式將熱量傳給含水的物料并將此熱量作為潛熱而 是水分蒸

2、發(fā)、分離操作的過程稱為干燥。其特征是采用加熱、降溫、減壓或其他 能量傳遞的方式使物料中的水分揮發(fā)， 冷凝、升華等相變過程與物料分離以達到 去濕的目的。干燥技術(shù)的應用， 在我國具有十分悠久的歷史，文明于世界的造紙技術(shù)，就 顯示了干燥技術(shù)的應用， 現(xiàn)代干燥技術(shù)在國民生產(chǎn)中應用的程度與一個國家的綜 合國力和國民生活質(zhì)量的水平密切相關(guān)， 從某種意義上來說， 它標志著這個國家 國民經(jīng)濟和社會文明的發(fā)達程度。1.1.1 干燥技術(shù)的概況干燥技術(shù)的目的是除去某些原料、 半成品中的水分或溶劑， 就化學工業(yè)而言 目的哦在于，使物料便于包裝、運輸、加工和使用，具體為（1）懸浮液和濾餅狀的化工原料和產(chǎn)品，可經(jīng)干燥成為

3、固體，便于包裝和 運輸。（2）不少的化工原料和產(chǎn)品，由于水分的存在，有利于微生物的繁殖，易 霉爛、蟲蛀或變質(zhì)，這類物料經(jīng)過干燥便于貯藏，例如生物化學制品、抗生素及 食品等， 若含水量超過規(guī)定標準， 易于變質(zhì)影響使用期限， 需要經(jīng)干燥后才有利 于貯藏。（3）為了使用方便。例如食鹽、尿素和硫胺等，當其干燥至含水率為左右 時，物料不易結(jié)塊，使用比較方便。（4）便于加工。一些化工原料，由于加工工藝要求，需要粉碎到一定的粒 度范圍和含水率，以利于在加工和使用。（5）為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量。某些化工原料和產(chǎn)品，其質(zhì)量的高低和含水量 有關(guān)，物料經(jīng)過干燥處理，水分除去后，有效成分相應增加，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。1.1.

4、2 干燥技術(shù)現(xiàn)狀 干燥技術(shù)有很寬的服務領域，面對眾多的產(chǎn)業(yè)，理化性質(zhì)各不相同的物料， 產(chǎn)品質(zhì)量及其他方面千差萬別的要求，干燥技術(shù)是一門跨學科、跨行業(yè)、 具有實 驗性科學性的技術(shù)。干燥時比較古老。 通用和必不可少的化工單元操作。據(jù)報道，到目前為止已 有 400多種形式的干燥器， 其中，有 100 多種形式應用較多。 由于高的汽化潛熱 和以熱空氣為干燥介質(zhì)（最通用） 導致了固有的熱效率低， 使干燥成為可與蒸餾 相比的高能耗單元操作。一般工業(yè)發(fā)達的國家（美國、英國等）干燥能耗占全國 總能耗的 10%-15%。同時它又是一個缺乏能夠精確指導實踐的科學理論和設計方 法。在實際中，依靠經(jīng)驗和小規(guī)模實驗的數(shù)

5、據(jù)來指導設計、制造、生產(chǎn)還是主要 的方法。因此，往往導致其結(jié)局是裝置效果不佳、甚至于報廢。因此，在建設工 業(yè)裝置時，尤其是在設備安裝之前，一定要進行充分的、有說服力的實驗，以試 驗作為工業(yè)裝置建設的依據(jù)。這就是干燥技術(shù)應用的顯著特點。1.1.3 干燥技術(shù)的進展 傳統(tǒng)的干燥器主要有廂式干燥器、隧道干燥器、轉(zhuǎn)筒干燥器、轉(zhuǎn)鼓干燥器、 帶式干燥器、盤式干燥器、槳葉式干燥器、流化床干燥器、噴動床干燥器、噴霧 干燥器、氣流干燥器、真空冷凍干燥器、太陽能干燥器、微波和高頻干燥器、紅 外熱輻射干燥器等。此外，在各個行業(yè)，例如谷物、水果和蔬菜、石油化工、燃 料和顏料、食品、 乳制品、 中藥材等行業(yè)也由適合自身特

6、點的專用干燥技術(shù)和和 干燥器。這些傳統(tǒng)干燥技術(shù)發(fā)展歷史較長、 成熟可靠， 在世界各國已經(jīng)得到廣泛 的應用。氣流干燥器氣流干燥器的簡介 氣流干燥機熱空氣進入干燥器后快速沖擊物料并在瞬間與物料充分混合使 物料流態(tài)化與空氣的接觸面積最大化從而迅速蒸發(fā)水份， 氣固兩相經(jīng)過除塵分離 后得到產(chǎn)品。脈沖氣流干燥是在直管氣流干燥器的基礎上增加了較粗的緩沖管目 的是增加氣固兩相的相對運動過程從而提高干燥速率。 適用于粘性不大或無粘 性的濾餅裝物料的干燥，一般干燥之前需經(jīng)過機械脫水。 氣流干燥機的干燥時 間較短一般為 1-4 秒，產(chǎn)品在溫度還未升高之前已經(jīng)離開了干燥器， 所以適合熱 敏性物料干燥。干燥的水份形式以

7、表面水為主， 對含內(nèi)部水較多的物料比較難達到工藝 要求。該機可根據(jù)工藝要求設計成鼓風系統(tǒng)、引風系統(tǒng)、鼓引風系統(tǒng)，鼓風機可 兼作分散器。鼓引風機系統(tǒng)中風機可采用變頻器無級變速，實現(xiàn)系統(tǒng)“ 0 壓力” 精確的控制在進料 處或旋風分離器的易漏風處。 對于易燃易爆物料普通焊接管 道容易積料導致溫度過高， 本廠擁有獨特的加工工藝使干燥管道內(nèi)壁、 法蘭連接 處等物料經(jīng)過處絕對光滑保證物料不在器內(nèi)停留。干燥強度大、 設備投資?。簹饬鞲稍镌O備的處理量是最大的，蒸發(fā)水份能力 從 50kg/h 1500kg/h ，而設備容積小，投資省，是其他干燥設備比不上的。自動化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量好：氣流干燥物料全在管道中進行，

8、干燥時間極短（只有2 秒）因此可實現(xiàn)自動化，產(chǎn)品不與外界接觸，污染小，質(zhì)量好。氣流干燥機干燥強度大 氣流干燥由于氣流速度高， 粒子在氣相中分散良好， 可以把粒子全部表面積作為干燥的有效面積，因此，干燥有效面積大大增加。 同 時，由于干燥時的分散和攪動作用，使氣化表面不斷更新，因此，干燥的傳熱、 傳質(zhì)過程強度較大。干燥時間短 氣固兩相的接觸時間極短，干燥時間一般在 2 秒，最長為 5 秒。物料的熱變性一般是溫度和時間的函數(shù)，因此，對于熱敏性或 低熔點物料不會造成過熱或分解而影響其質(zhì)量。氣流干燥機熱效率高氣流干燥采用氣固相并流操作， 而且，在表面氣化階段， 物料始終處于與其接解的氣體的濕球溫度，一

9、般不超過6065°C，在干燥末期物料溫度上升的階段，氣體溫度已大降低，產(chǎn)品溫度不會超過7090C。因此，可以使用高溫氣體。一根直徑為長為1015m的氣流干燥管，每小時可處理25噸煤 或 15 噸硫銨。氣流干燥器設備簡單，占地小，投資省。與回轉(zhuǎn)干燥器相比，占 地面積減小 60，投資約省 80。同時，可以把干燥、粉碎、篩分、輸送等單 元過程聯(lián)合操作，不但流程簡化，而且操作易于自動控制。應用范圍廣 氣流干 燥可使用于各種粉粒狀物料。在加熱方式選擇上， 氣流干燥設備有較大的適應性， 用戶可以根據(jù)所在 地區(qū)的條件選用蒸汽、電、熱風爐加熱、同時又可根據(jù)物料耐熱溫度（或熱風溫 度）選擇：w 150

10、C時，可選用蒸汽加熱；w 200C時，電加熱（或蒸汽加熱，電 補償或?qū)嵊图訜幔粀 300C時，燃煤熱風爐；w 600C時，燃油熱風爐。脈沖式氣流干燥器的簡介 脈沖式氣流干燥器的特征是氣流干燥管的管徑交替縮小和擴大， 采用脈沖式 干燥管可以充分發(fā)揮甲酸段具有高的傳熱傳質(zhì)的作用， 以強化干燥過程。 加入的 物料粒子首先進入管徑小的干燥管內(nèi)，粒子的得到加速，當其加速運動終了時，干燥管管徑突然擴大，粒子依慣性進入管徑大的干燥管。粒子在運動過程中，由于受到阻力而不斷減速，直至減速終了時，干燥管又突然縮小，這樣粒子又被加 速，如此重復交替地使管徑縮小和擴大，則粒子的運動速度也交替地加速和減速， 空氣和

11、例子間的相對速度和傳熱面積均較大，從而強化了傳熱傳質(zhì)的速率，同時,在管徑內(nèi)氣流速下降也相應增加了干燥時間。二設計任務及要求設計題目脈沖式氣流干燥器的設計設計任務及操作條件生產(chǎn)能力（按進料量計）：2000Kg/h物料形態(tài)：散粒狀；圓球狀物料顆粒直徑：平均粒徑dp 200 m，最大粒徑dpmax 500 m物料含水量（干基）：x1 25%; x2 0.5%;臨界含水量x0 2%物料進口溫度：tm 20C物料參數(shù)：干料的比熱容 Cs 1.26KJ / Kg? C ；密度s 2000 Kg /m3干燥介質(zhì)：空氣稀釋重油燃燒氣（其性質(zhì)與空氣相同）空氣性質(zhì)：進口溫度t1 400 C;初始濕度 比 0.02

12、5Kg / Kg絕干料操作壓強：常壓設計內(nèi)容設計方案的確定及流程說明工藝計算干燥器主體工藝尺寸計算輔助設備選型及核算設計結(jié)果匯總工藝流程圖及脈沖式氣流干燥器裝置圖設計評述工藝流程圖：首先是氣體經(jīng)過鼓風機經(jīng)過加熱器，通過加熱后溫度達到很高， 然后就進入到了干燥器主體，也就是干燥管，與此同時，在加熱空氣的進口的上方，通過螺旋進料機將物料送入到干燥管中，高速的氣體將物料吹上去，并在此同時將其干燥，干燥過后的氣體和物料經(jīng)過物料分離器和除塵器分開?，F(xiàn)將大概流程圖表示如下。三.干燥器主體工藝尺寸計算已知的基本參數(shù) 物料的基本參數(shù)生產(chǎn)能力Go=2OOOkg/h，物料的粒子平均直徑d=200 m,物料的粒子最

13、大直徑dmax 500 m；物料的密度 m 2000kg / m3 ;物料要求從xi 25% (干基)；干燥至X2 0.5% (干基)；物料進口溫度tmi 20 C； 干物料比熱Cs 1.26KJ /(Kg ?K);物料的臨界含水量 忑 2% (干基)。 空氣的基本參數(shù)進氣流干燥管的空氣溫度t1 400 C,進氣流干燥管的濕度H10.025Kg / Kg 絕干物料。物料衡算和熱量衡算(1) 物料衡算和熱量衡算物料衡算 氣流干燥管內(nèi)的物料橫算式為絕干物料量GcG12000 , , u1600kJ/h1x11 0.25干燥出去水分WGc(X1X2)1600 (0.25 0.005)392kJ /

14、h代入上式392L(H20.025)熱量衡算 氣流干燥管內(nèi)熱量衡算式為選定空氣的出口溫度t295 C,假設物料的進口出口溫度tm2 80 C對于水-空氣系統(tǒng)，運用下式I 1.01t (1.88t 2490)H其中，(KJ K)為干空氣的比熱容，(kg K)為水蒸汽比熱容，2490kJ/kg為水的 汽化潛熱。進口空氣的焓值為 I11.01 400(1.88 4002490) 0.025485kJ / kg出口 空氣的焓值為 121.01 95 (1.88 95 2490)H2 = 962669H 2將h、I 2值代入熱量衡算式將熱量和物料衡算式聯(lián)立求解得 校核假設的物料進口溫度tm2按下式進行校

15、核查的 tw 61 T, w 2355kJ / kg , Xc 2%，代入上式得tm2 81與假設的基本一致，可以不必再試算。(2) 氣流干燥管直徑的計算 加速段氣流干燥管直徑的計算取進口空氣速度gi 30m/s ,空氣進氣流干燥管溫度ti 400 T ,空氣進氣流干燥管的含水率X2 0.025,查得空氣比容 gi 1.98m3 /kg，代入下式 等速段氣流干燥管的直徑的計算空氣在氣流干燥管出口處的參數(shù)為33t295C, H20.1324kg / kg,查得 g2 1.28m /kg, g2 0.963kg/m ,52g2 2.10 10 kg?s/m此時，最大粒徑500 m的沉降速度選用Al

16、len公式計算，得空氣出口速度，取作比最大粒子的沉降速度大3m/s,則(3) 氣流干燥管長度的計算南京化工學院計算法本例氣流干燥管采用變直徑，在例子加速運動段氣流干燥管直徑采用a. 粒子加速段中(預熱帶)氣流干燥管長度的計算i. 物料熱量衡算已知物料的進口溫度tm1 20C，用試差法求得tw 61C ,故 預熱物料所需熱量Q1 Gc Cm X1Cw tw tm1151306kJ/hii. 預熱帶空氣出口溫度的計算根據(jù)空氣在預熱帶放出熱量 Q1，計算預熱帶終了時的空氣溫度 ta151306 3650 1.056 400 ta解得ta 360C預熱帶空氣的平均溫度tav400 360 380C 。

17、在此溫度下，2Hav 比0.025時，查出空氣的35ga 1.96m /kg, ga 3.24 10 Pa ?s, ga1 0.025 0.522kg/m3。ga1.96ga3.3738061102W/m?K 定性溫度為 2205C。iii 預熱帶粒子運動速度的運算在預熱帶內(nèi)空氣的平均速度為傳熱量計算可用下式L23600 D4ga29.69m/s361630時，Re。為 Re。9.37 105-3.2229.6995.60.6 95嚴唧6罟1144Rea114495.6用試算法求的ma 7.13m/sRea 74與Rea 76.9相應的粒子速度為743.28 29.69 ma,iv .預熱帶氣

18、流干燥管長度的計算由于預熱帶Rea在1-500之間，所以計算其氣流干燥管長度應用下式b. 加速段中表面蒸發(fā)帶氣流干燥管長度的計算以物料含水率的變化作分段計算，直到加速段結(jié)束為止。i.物料含水率由區(qū)間當物料干燥至含水率為時，空氣的溫度 tb解得tb 308 C本段內(nèi)的各項物理參數(shù)平均溫度塩$ 型308334 C2 2當tb 308 C時，空氣含水率平均含水率XbvH1 Hb O.025 O.047 0.036 kg/kg2 2tbv 334C、Hbv 0.036 kg/kg時，查得其物理參數(shù)：空氣在 gb 1.81m3/kg， gb 3.08 10 5Pa ?s， gb 1 薦36 0.572k

19、g/m3 gb 0.0337W / m?K定性溫度為334 61197.5C。2加速段中，粒子由125%干燥至b 20%時，粒子速度的計算本段內(nèi)粒子速度，由Reb得表示式計算Re03.7127.4 7.1375.2將上述各數(shù)據(jù)代入到熱量Q計算公式得478301537 106 5.57520'060.06Reb13114411.44Reb175.21'44得Reb與Reb物料含水率由0.25 0.20區(qū)間氣流干燥管長度的5656相應的粒子速度為：56 3.7127.4mbmb 12.3m/ s計算與計算L1相同L24 242 10 4200053 3.08 1027.451560

20、.5175.20.53.08 10 5560.5)131 27.4200562175.221315 23.08 1064100 2 100.5720.145mii .物料含水率由區(qū)間.熱平衡求物料干燥至濕含量時之溫度該段內(nèi)各項物理常數(shù):平均溫度tave308254/2 281熱空氣之濕度H 0.047416000.20 0.150.069310 4156.平均濕度Have氣體在 tave 281 C、Have0.047436500.0693 /20.0584kg水汽 / kg干空氣0.0584下各項物理性質(zhì)為1.74m3濕氣 / kg干空氣 g (10.0584)/1.740.608kg濕氣

21、/m3濕氣g 2.82 10 5 /9.81, g0.0276(定性溫度(281 61)/2 171C).該段內(nèi)給熱量及Re'的計算:Re。4.3126.35 12.360.6將上述各數(shù)據(jù)代入到熱量Q計算公式得516407.37 105 £ 60.60.06Reb0'06160 1144 Reb160.6.得Reb與Reb物料含水率由0.20 0.15區(qū)間氣流干燥管長度的 計算與計算匚相同 ,42 10 4 2L33535相應的粒子速度為：35 4.3126.35 m ,m 18.2m/s3 2.82200026.355101350510560.62.82 10 56

22、0.60.5 350.5160 26.3545 2 100.60852.82 1020035260.62100 2 10 40.6083560.6 0.506miii. 物料含水率在區(qū)間 .熱平衡求物料干燥至濕含量時之溫度t該段內(nèi)各項物理常數(shù)：平均溫度 tave254 203.5 /2 228.75熱空氣之濕度 H 0.06981600一0.150.100.0923650 .平均濕度Have 0.06980.092 /20.0809kg水汽/kg干空氣氣體在tave228.75C、Have 0.0809下各項物理性質(zhì)為H1.587m3濕氣/kg干空氣 g (1 0.0809)/1.587 0.

23、681kg濕氣 /m3濕氣g 2.6 10 5 /9.81, g 0.0264(定性溫度(228.75 61)/2144.875) .該段內(nèi)給熱量及Re'的計算：Re。5.2424.04 18.230.6將上述各數(shù)據(jù)代入到熱量Q計算公式得物料含水率由0.15 0.10區(qū)間氣流干燥管長度的 計算與計算L1相同4 242 10 4200024.043 2.6 10 55L41 1140530.60.52.6 10 530.605 140.5210.8 24.042001 12 214230.625 2 10 40.6815160 2.6 10100 2 10 40.6811430.6 50

24、136510.060.066.01 1030.6Reb210.8 111.44144Reb1.4430.60.6得Reb14與Reb14相應的粒子速度為：145.2424.04 m，m 21.4m/s1.783m粒子和空氣相對速度的計算t與r相差不大，粒子加速基本結(jié)束，故可以認為物料含水率為以后粒子進入等速段因此，加速段的氣流干 燥管長度為L L1 L2 L3 L4c. 等速段中表面蒸發(fā)帶氣流干燥管長度的計算在例子等速運動段，氣流干燥管直徑采用擴大，物料含水率為（物料臨界含水率）是表面蒸發(fā)帶。下面 分段計算。i .物料含水率由區(qū)間ii.表面蒸發(fā)帶，物料濕含量自區(qū)間（是物料臨界濕含量）求干燥至濕

25、含量時氣體的溫度t1420.5055.484450kacl/m ? C ?h6.322aa 450 6.32 2844kcal / m ? C ?h干燥所需熱量 Q6傳熱平均溫差t坐口 61)119 6185.4C,181.4 61In119 61所以 668482844 0.285.41.38md.粒子等速 段中，降速干 燥帶物料含 水率由區(qū)間 氣流干燥管 長度計算方 法同上。四.輔助設備 的選型及核 算鼓風機： 在干燥的裝 置中所選用 的風機一般 都米用離心 式風機。目前，國內(nèi)尚無干燥器專用風機，一般選用4-72型離心式風機，該系列風機是為一般廠房及大型建筑物室內(nèi)通風換氣用的。干燥器選用4

26、-72風機，流量偏大，壓力偏低，為保證壓力就要選用大一號的風機，其結(jié)果，使風機的流量更 加偏大，裝機容量增加，耗能加大，因此廠家設計生產(chǎn)了干燥設備通用送風專用 GG系列離心式風機。干燥設備送風專用GG系列離心式風機用于輸送潔凈的、無腐蝕性和無黏性 的空氣。空氣所含塵土及硬粒物不大于 150mg/m3，氣體溫度不超過80C。該系列風機為單吸入式，共有五個機號：、5C、8C 10C,風機的出口位置 以機殼的出風口角度表示，左右制成 0°、45°、90°、135°、180°、225°、 270°共7種角度。經(jīng)過計算，當我們假設風速

27、為 30m/s,那么計算得其流量大約為1800左右， 因此我們選擇丫132S1-2型號的風機，其性能參數(shù)如下所示機號，傳動方式C,轉(zhuǎn)速2390r/min，電動機型號丫132S1-2,功率，V帶型 號B，V帶根數(shù)2, V帶內(nèi)周長2240min,主軸帶輪160X 38X B2,電動機帶輪132 X 38 X B2,電動機導軌 ST0201X 02,其工作點如下工作點流量/( m3/h)全壓/Pa1234加熱器根據(jù)前面所選的所需熱量選擇對于空氣加熱的加熱器，經(jīng)過計算，其空氣所需熱量大約為8.9 105KJ /h因此我們選擇的是型號為 RLY-YL3型燃煤熱風爐,其技術(shù)參數(shù)如下所示型號燃燒器型 號燃油

28、量 （kg/h）供熱量/ 104 KJ /h外形尺寸 （長x寬x高）/mm熱風口（寬x 長）/mm質(zhì)量/kgRLY-30YL339-481263400 x1500 x1800250 x 3003160進料器首先我們選擇的是螺旋加料器?，F(xiàn)在計算其參數(shù) 螺旋直徑及螺旋轉(zhuǎn)速的計算：因為物料沒有強烈的粘性，可用下式進行：D K2.5V ? ?c式中：D螺旋機的螺旋直徑（m ；K 表示物料綜合特性的經(jīng)驗系數(shù)，某些物料的K值可查表Q 輸送量（t/h）物料的填充系數(shù)丫 一物料堆積比重t/ m3C螺旋機加料機在傾斜工作時，輸送量的校正系數(shù)將數(shù)據(jù)代入上式求的其螺旋直徑D=D 0.490篤一 0.301mV 0.3 2圓整為標準直徑，取D=o 再求其螺旋軸的極限轉(zhuǎn)數(shù)n91.29式中A為物料綜合特性的系數(shù)。、0.3圓整為標準轉(zhuǎn)數(shù)，取