直管式气流干燥器设计

直管气流干燥器设计化工原理- 1 -Hefei University化工原理课程设计直管气流干燥器设计 题 目： 直管气流干燥器干燥聚氯乙烯树脂系 别： 化学材料与工程系班 级： 10 化工（1）班姓 名： 陈国庆学 号： 1003021037队 员： 韩朝飞、陈国庆、韩朝飞教 师： 高大明日 期： 2013 -01-17直管气流干燥器设计化工原理- 2 -目 录0 前 言 .31 任务书 .511 设计题目：直管气流干燥器干燥聚氯乙稀树脂 .512 原始数据 .5121 湿物料 .5122 干燥介质 .6123 水汽的性质 .62 流程示意图 .63 流程与方案的选择说明与论证 .73. 1 干燥介质加热器的选择 .73. 2 干燥器的选择 .83. 3 干燥介质输送设备的选择及配置 .93. 4 加料器的选择 .93. 5 细粉回收设备的选择 .94 干燥器主要部件和尺寸的计算 .94. 1 基本计算 .94. 1. 1 湿物料 .94. 1. 2 湿空气 .104. 1. 3 干燥管直径 D 的计算 .114. 2 干燥管长度和干燥时间的计算 .124. 2. 1 加速段干燥管长度和所需干燥时间的计算 .124. 2. 2 匀速区的计算 .185 附属设备的选型 .195. 1 加料器的选择 .195. 2 加热器的选择 .195. 3 旋风分离器的选择 .205. 4 鼓风机的选择 .205. 5 抽风机的选择 .206 主要符号和单位 .217 参考文献 .228 设计评价 .238. 1 气流干燥器的评价 .238. 2 设计内容的评价 .238. 3 课程设计的认识和体会 .24直管气流干燥器设计化工原理- 3 -1、概论干燥通常是指利用热能使物料中的湿分汽化，并将产生的蒸汽排出的过程，其本质为除去固相湿分，固相为被干燥的物料,气相为干燥介质。干燥是最古老的单元操作之一，广泛地运用于各行各业中，几乎涉及国民经济的每个部门。同时干燥过程亦十分复杂，因为它同时涉及到热量、质量和动量传递过程，用数学描述常存有困难和无效性。在干燥技术的许多方面还存在“知其然而不知其所以然” ，的状况。对这一过程研究尚不成熟，正如 A.S.Mujumdar 在他的著作前言中所说的那样:干燥是科学、技术和艺术的一种混合物，至少在可以预见的将来，干燥大概仍然如此。 干燥技术的运用具有悠久的历史，闻名于世的造纸术就显示出了干燥技术的应用。在现代的工业生产中，尤其是在化工生产过程中，干燥是最常见和耗能最大的单元操作之一。但是在过去相当长时间里，人们对于这项技术一直没有给予足够的重视，干燥技术发展相当缓慢。 经过近30 年的发展,一些新的干燥技术已展露头脚,其中有些已付诸工业应用,有些还处于不同的研究和开发阶段，但己显示出巨大的应用潜力。预计在今后相当长的时间内，该过程仍为化学、食品、医药、农业工程专业的研究热点之一，更新的干燥技术还会不断涌现，并不断付诸应用直 管 气 流 干 燥 器 适 用 于 干 燥 非 结 合 水 分 及 结 团 不 严 重 ， 不 怕 磨 损 的 散 粒物 料 ， 在 干 燥 结 合 水 分 时 的 热 效 率 仅 在 20%左 右 。 由 实 验 得 知 ， 加 料 口 以 上1m 左 右 的 干 燥 管 内 ， 从 气 体 传 给 物 料 的 传 热 量 约 占 整 个 干 燥 管 的 1/2-3/4， 其 原 因 是 由 于 干 燥 器 底 部 气 固 间 传 热 温 差 较 大 ， 物 料 入 口 处 气 固 两 相的 相 对 速 度 较 大 ， 传 热 传 质 系 数 也 大 。 当 湿 物 料 进 入 干 燥 管 底 部 瞬 间 ， 其 上升 速 度 Um 为 零 ， 气 流 速 度 为 ， 气 流 和 颗 粒 的 相 对 速 度 Ur=Ug-Um 最 大 ，gU当 物 料 被 气 流 吹 动 不 断 加 速 ， 气 固 两 相 的 相 对 速 度 就 不 断 降 低 ， 直 到 气 体 与颗 粒 间 的 相 对 速 度 Ut 等 于 颗 粒 在 气 流 中 的 沉 降 速 度 Uo时 ， 即 Ut=Uo=(Ug-Um)， 颗 粒 将 不 再 被 加 速 而 维 持 恒 速 上 升 。 由 此 可 知 ， 颗 粒 在 干 燥 器 中 的 运动 情 况 可 分 为 加 速 运 动 段 和 恒 速 运 动 段 ， 通 常 加 速 运 动 段 在 加 料 口 以 上 1-3m 内 完 成 。 传 热 系 数 在 干 燥 管 底 部 最 大 ， 随 着 干 燥 管 高 度 的 增 加 ， 传 热 系 数迅 速 减 小 ， 为 了 提 高 气 流 干 燥 器 的 干 燥 效 率 和 降 低 其 高 度 ， 发 挥 干 燥 管 底 部加 速 段 的 作 用 ， 人 们 采 取 了 多 种 措 施 ， 研 制 了 各 种 新 型 气 流 干 燥 设 备 。直管气流干燥器设计化工原理- 4 -本 次 课 程 设 计 采 用 直 管 气 流 干 燥 器 干 燥 空气稀释重油燃烧气（其性质与空气相同） 。 通 过 湿 物 料 和 干 燥 介 质 的 性 质 以 确 定 干 燥 器 直 管 长 度 和 管 径 ， 以及 干 燥 时 间 。 同 时 选 定 一 些 其 它 附 属 设 备 。本 课 程 是 化 工 原 理 课 程 教 学 的 一 个 实 践 环 节 ， 是 使 其 得 到 化 工 设 计 的初 步 训 练 ， 掌 握 化 工 设 计 的 基 本 程 序 和 方 法 。 为 毕 业 设 计 和 以 后 的 工 作 了坚 实 的 奠 定 基 础 。1. 任务书11 设计题目：直管气流干燥器干燥设计12 原始数据121 湿物料原料量（ ）： =5000kg/hhkg/1G直管气流干燥器设计化工原理- 5 -物料形态：散粒状、圆球形；颗粒直径：dp =200um dmax =500um绝干物料密度： 3/20mkg绝干物料比热： ；CJs06.1初始湿度 H1=0.025kg/kg 绝干料物料含水量（以干基计）： =251x干物料（产品）含水量： =0.52干燥介质：空气稀释重油燃烧气（其性质与空气相同）临界湿含量： 0.cX平衡湿含量： X*=0操作温度： C21652操作压力（Kpa）：101.325加热蒸汽压力：4atm（表压） 122 干燥介质干燥介质：湿空气相对湿度 %750进入预热器温度 Ct20离开预热器温度 4001123 水汽的性质干燥介质的比热容: c v=1.884 kJ/(kg)干燥介质的比热容: c w=4.187 kJ/(kg) 10时干燥介质的汽化热: r o=2491.27 kJ/kg直管气流干燥器设计化工原理- 6 -2. 流程示意图流程图中各部件说明：1鼓风机；2预热器；3气流干燥管；4加料斗；5螺旋加料器；6旋风分离器；7卸料阀；8引风机。3. 流程与方案的选择说明与论证3.1 干燥介质加热器的选择干燥介质为物料升温和湿分提供热量，并带走蒸发的湿分。干燥介质通常有空气、过热蒸汽、惰性气体等。以空气做为干燥介质是目前应用最普遍的方法。湿空气是干空气和水蒸气的混合物，这里的干空气主要是由17654328干 品直管气流干燥器设计化工原理- 7 -N2、H2、O2、H2O、CO2、CO 等和微量的稀有气体组成，各组成气体之间不发生化学反应，通常情况下，这些气体都远离液态，可以看作理想气体；另一方面，在一般情况下，自然界的湿空气中水蒸气的含量很少，水蒸气的分压力很低(0.003MPa0.004MPa)，而其相应的饱和温度低于当时的空气温度，所以湿空气中的水蒸气一般都处于过热状态，也很接近理想空气的性质。所以我们选择是空气作为干燥介质。3.2 干燥器的选择气 流 干 燥 器 适 用 于 干 燥 非 结 合 水 分 及 结 团 不 严 重 ， 不 怕 磨 损 的 散 粒 物 料 ，在 干 燥 结 合 水 分 时 的 热 效 率 在 20%左 右 。 由 实 验 得 知 ， 加 料 口 以 上 1m 左右 的 干 燥 管 内 ， 从 气 体 传 给 物 料 的 传 热 量 约 占 整 个 干 燥 管 的 1/2-3/4， 其 原因 是 由 于 干 燥 器 底 部 气 固 间 传 热 温 差 较 大 ， 物 料 入 口 处 气 固 两 相 的 相 对 速 度较 大 ， 传 热 传 质 系 数 也 大 。 当 湿 物 料 进 入 干 燥 管 底 部 瞬 间 ， 其 上 升 速 度 Um为 零 ， 气 流 速 度 为 Ug， 气 流 和 颗 粒 的 相 对 速 度 Ur=Ug-Um 最 大 ， 当 物 料 被气 流 吹 动 不 断 加 速 ， 气 固 两 相 的 相 对 速 度 就 不 断 降 低 ， 直 到 气 体 与 颗 粒 间 的相 对 速 度 Ut 等 于 颗 粒 在 气 流 中 的 沉 降 速 度 Uo 时 ， 即 Ut=Uo=(Ug-Um)， 颗粒 将 不 再 被 加 速 而 维 持 恒 速 上 升 。 由 此 可 知 ， 颗 粒 在 干 燥 器 中 的 运 动 情 况 可分 为 加 速 运 动 段 和 恒 速 运 动 段 ， 通 常 加 速 运 动 段 在 加 料 口 以 上 1-3m 内 完 成 。传 热 系 数 在 干 燥 管 底 部 最 大 ， 随 着 干 燥 管 高 度 的 增 加 ， 传 热 系 数 迅 速 减 小 。恒速干燥期间的物料温度几乎与热空气的湿球温度相同，所以使用高温热空气也可以干燥热敏性物料。这种干燥方法干燥速率高，设备投资少。湿 料 由 加 料 器 加 入 直 立 管 ， 空 气 经 鼓 风 机 鼓 入 翅 片 加 热 器 ， 加 热 到 一定 温 度 后 吹 入 直 立 管 ， 在 管 内 的 速 度 决 定 于 湿 颗 粒 的 大 小 和 密 度 ， 一 般 大于 颗 粒 的 沉 降 速 度 （ 约 为 1020 米 /秒 ） 。 已 干 燥 的 颗 粒 被 强 烈 气 流 带 出 ，送 到 两 个 并 联 的 旋 风 分 离 器 分 离 出 来 ， 经 螺 旋 输 送 器 送 出 ， 尾 气 则 经 袋 式过 滤 器 放 空 。 由 于 停 留 时 间 短 ， 对 某 些 产 品 往 往 须 采 用 二 级 或 多 级 串 联 流程 。直管气流干燥器设计化工原理- 8 -3.3 干燥介质输送设备的选择及配置为了克服整个干燥系统的流体阻力以输送干燥介质，必须选择适当形式的风机，并确定其配置方式。风机的选择主要取决于系统的流体阻力、干燥介质的流量、干燥介质的温度等。前送后引式，两台风机风机分别安装在干燥介质加热器前面和系统的后面，一台送风，一台引风。调节系统前后的压力，可使干燥室处于略微负压下操作，整个系统与外压差较小，即使有不严密的地方，也不至于产生大量漏气现象。3.4 加料器的选择气体干燥装置采用的加料器必须保证向连续均匀地加料。加料器的型式应随物料的性质及操作要求的不同而定，最常用的有螺旋加料器、星形加料器等。螺旋加料器宜于输送粉状、颗粒及小块物料，密封性能好，操作安全方便，结构简单执照费用低，此时我们所干燥的物料正好为颗粒状，所以此时选择螺旋加料器。3.5 细粉回收设备的选择由于从干燥器出来的废气夹带细粉，细粉的收集将影响产品的收率和劳动环境等，所以，在干燥后都应设置气固分离设备。最常用的气固分离设备是旋风分离器，对于颗粒粒径大于 5 微米有较高的分离效率。旋风分离器可以单台使用，也可以多台串联或并联使用。4 干燥器主要部件和尺寸的计算41 基本计算411 湿物料= = =0.052611xw3.025.221xw05.GC=G1(10.33)=5000*0.67=3350 kg 绝干物料/h直管气流干燥器设计化工原理- 9 -4. 1. 2 湿空气（1）湿空气的初始温度为 时Ct20H1=H0= =2.149kPa84.231956.8exp20ts 84.2301956.18e= =0.013500.P9.5.CH0=1.005+1.884H0= 1.005+1.114*0.0135=1.026 kJ/(kg)（2）湿空气在干燥器进口处 t1=400时VH1=(0.002835+0.004557H1)(t1+273)=(0.002835+0.0045578*0.025)(400+273)=1.985m3/kg 绝干气体= =0.5106kg/m3H1g985.03（3）湿空气干燥器出口处=1.26+4.187*0.005=1.281222 17.46.XcXcwsm ）（ KgJ/(a)试差法求干燥器出口处干燥产品的温度 2由于产品的湿含量高于临界湿含量,则产品温度（即物料终温） 2 取湿球温度 tw2 即 2t w2，带入以下公式：)(0Hcrwwwwtr3.27.491wpPH62.0）（ 8.35916.8exp2wt用 EXCEL 表格视差计算 tw假设 tw=41, pw=7.8077 rw=2396.97 计算值 tw=50.22假设 tw=42, pw=8.2298 rw=2394.67 计算值 tw=43.1716假设 tw