化工原理课程设计--脉冲气流干燥器设计.doc

化工原理课程设计题 目: 脉冲气流干燥器设计系 别: 化学材料与工程系 专 业:_ 学 号: 姓 名: 指导教师: 二零一四年一月二十七日目 录设计任务书31.概述31.1气流干燥的特点31.2设计方案简介32.工艺计算及主体设备设计42.1已知的基本条件42.2物料衡算和热量衡算42.2.1物料衡算42.2.2热量衡算52.2.3校核假设的物料出口温度52.3气流干燥管直径的计算62.3.1加速段气流干燥管直径的计算62.3.2加速运动段管高的计算62.3.3减速段管高的计算112.4总的干燥管的高度193.辅助设备的选择与计算193.1管路的选择与计算193.2加料装置193.3风机203.4热风加热装置203.5分离装置204.主要符号和单位215. 干燥装置的工艺流程226.设计评价22附录23参考文献24设计任务书本次以重油燃烧气为干燥介质，对物料进行干燥，分离，保证品质，在设计过程中涉及工艺计算及主体设备设计，风机的选择，热风加热装置，加料装置的选择等，通过循环让物料及过程中产生的中间物及废料达到最高利用率。1.概述1.1气流干燥的特点气流干燥在我国是一种应用最广发最久远的干燥器，随着不同新型气流干燥器的开发成功，气流干燥我干燥领域方兴未艾。由于干燥时间短适合容易受高温变质物料的干燥；不适合粘性大的物料干燥，管道较厂一般超过20米，安装的限制制约了其发展。气流干燥器的主要缺点在于干燥管太高，为降低其高度，近年来出现了几种新型的气流干燥器：多级气流干燥器。将几个较短的干燥管串联使用，每个干燥管都单独设置旋风分离器和风机，从而增加了入口段的总长度。脉冲式气流干燥器。采用直径交替缩小和扩大的干燥管（脉冲管），由于管内气速交替变化，从而增大了气流与颗粒的相对速度。旋风式气流干燥器。使携带物料颗粒的气流，从切线方向进入旋风干燥室，以增大气体与颗粒之间的相对速度，也降低了气流干燥器的高度。在气流干燥器中，主要除去表面水分，物料的停留时间短,温升不高,所以适宜于处理热敏性、易氧化、易燃烧的细粒物料。但不能用于处理不允许损伤晶粒的物料。目前，气流干燥在制药、塑料、食品、化肥和染料等工业中应用较广。1.2设计方案简介物料呈颗粒状，圆球形，处理量为3000kg/h，颗粒平均直径在200。本设计采用脉冲式气流干燥器来干燥物料，可以减少干燥管的高度和节省设备的成本。脉冲式干燥器由于其不断变化的管径，可以使颗粒在管内保持与干燥气流的相对快速运动，增强了干燥的效果并减少了干燥的时间。2.工艺计算及主体设备设计2.1已知的基本条件2.1.1物料的基本参数 干燥介质：空气稀释重油燃烧气 生产能力 （湿基） 物料颗粒的平均直径 物料颗粒的最大直径 物料密度 要求物料从（干基），干燥至（干基） 物料进口温度 干物料比热 物料的临界含水量（干基） 平衡湿含量极小，忽略不计。2.1.2空气的基本参数 进气流干燥管的空气温度 其空气湿含量2.2物料衡算和热量衡算2.2.1物料衡算 气流干燥管内的物料衡算式：（*） 绝干物料 干燥去除水分 结合（*）式有： 2.2.2热量衡算 气流干燥管内热量衡算式： 选定空气的出口温度，假设物料出口温度为76 对于空气水系统，运用下式： 得到进口空气的焓值： 出口焓值： 将、值代入热量衡算式： 解得： 联立 、 式，得： 2.2.3校核假设的物料出口温度 按下式进行校核： 查得： 代入上式得： 与假设的基本一致，不必试算。2.3气流干燥管直径的计算2.3.1加速段气流干燥管直径的计算由经验假设口空气速度，空气进气流干燥管温度，空气 进气流干燥管湿度，查得空气比容，代入下式： 2.3.2加速运动段管高的计算 （1）预热段干燥管的计算（a）已知进料温度，在进气、气状态下的湿球温度，故预热段所需热量为：（b）热气的热量衡算： 解得：故在此段内，平均温度，平均湿度，查得气体各项性质为 ：的定性温度为、（c）加速运动段预热带颗粒与气流间的传热量及的计算 （*） 该段内的平均气速 将上述各数据代入式（*）中，得 代入得： 设，则上述等式右边项为： 故预热带终了的，与其相对应的颗粒运动速度为： （d）预热带干燥管的高度计算 预热带自、开始，至、结束。由于数值均处于过渡区，故干燥管高度的计算公式为（2）表面蒸发带干燥高度计算本段之所以要分开求干燥管高度，主要是消除由于气温变化过大而使平均气温下的个项气体特性数据和干燥管内气体流速与实际数值相差太大所带来的误差。物料湿含量自0.25干燥至0.20区间（a）作热平衡，求物料干燥至湿含量0.20时气体的温度：其中 562是的汽化潜热 解得 （b）该段内各物理数据： 物料干燥至0.20时相应的气体湿含量为 干燥用混合气在、时的各项物 理性质为： ， 定性温度为（c）该段内气流与颗粒的给热量及的计算干燥所需要的热量：该段内平均气速： 故该段开始的传热平均温度： 将上述各数值代入给热量的计算公式得： 设，则上述等式右边项为； 故物料湿含量由0.25到0.20，该段终了的与49相对应的颗粒速度为； （d）物料含湿量由0.25到0.20段干燥管的高度计算该段自，开始，到，结束由于雷诺数数值均处于过渡区，故干燥管的高度的计算公式为： 物料含湿量有0.20到0.15区间:（a）作热平衡方程,求物料干燥至湿含量为0.15是气体的温度:（b）该段内各项物性数据为: 物料干燥至0.15时相应的气体湿含量为为 干燥用混合气在时的各项物理性质为: 定性温度（c）该段内气流与颗粒的给热量及雷诺数的计算:干燥所需要的热量:该段内平均气速:故该段开始时的传热平均温度 将上述数值代入给热量的计算公式得 : 设,则上述等式右边项为: 故物料湿含量由0.20 0.15,该段终了的。与相应的颗粒速度为： （d）物料含湿量由0.20到0.15段干燥管的高度计算:该段自,开始,至,结束故干燥管的高度的计算式为: （e）当的颗粒沉降速度计算: 该处的风速为：而根据阿兰定律：颗粒的沉降速度为： 而物料含湿量为0.15截面处，气流与颗粒的沉降速度为： 和已相差不大，自此处开始，进行第一次脉冲扩大，加速段总管高为：2.3.3减速段管高的计算： 资料表明：脉冲管的扩大截面与缩小管截面之比一般取4。湿物料湿含量由0.150.10区间：（a）作热平衡方程，求物料干燥至湿含量为0.10时气体的温度t：（b）该段内各项物性数据：物料干燥至0.10时的相应的气体湿含量为干燥用混合气在、时的各相物理性质为： （c）该段内气流与颗粒的给热量及的计算：干燥所需要的热量：该段内的平均气速：故该段由,开始的传热平均温度为将上述各数值代入给热量q的计算公式得： 设，则上式右边为 故物料的湿含量由0.150.10，该段终了Re=34.35与Re=34.35相应的颗粒速度为： （d）湿含量由0.150.10段干燥管的高度计算：该段自，开始，至，故该段干燥管高度计算式为： 湿物料湿含量由0.100.05区间：（a）作热平衡方程，求物料干燥至湿含量为0.05时的气体温度t解得：（b）该段内各项物性数据：物料干燥至0.05时的相应的气体的湿含量干燥用混合气在，时的各项物理性质为：（c）该段内气流与颗粒的给热量及的计算：干燥所需的热量：该段的平均气速：故该段由开始的传热平均温度 将上述各数值代入给热量q的计算公式得：设Re=14.75，则上述表达式右边为：故物料含湿量由0.100.05，该段终了Re=14.75。与Re=14.75相应的颗粒速度为：（d）湿含量由0.100.05段干燥管的高度计算：该段自，至，故干燥管高度L的计算式为：（e），时颗粒沉降速度计算：该处的风速为而根据阿兰定律颗粒的沉降速度为：而物料在湿含量为0.05的截面处，气流与颗粒沉降速度为：和相差不大，且已经向下，自此处开始，进行第二次脉冲收缩，以与第一次加速相同的管径来设计，湿物料由0.050.02区间：（a）作热平衡方程，求物料干燥至湿含量为0.02时的气体温度t解得：（b）该段内各项物性数据：物料干燥至0.05时相应的气体湿含量干燥用混合气，时的各项物理性质为：（c）该段内气流与颗粒的给热量及的计算：干燥所需的热量：该段内平均气速：故该段由开始的传热平均温度 将上述各数据代入给热量q的计算公式：故物料湿含量有0.050.02，该段终了Re=30.815。与Re=30.815相应的颗粒速度为：（d）湿含量由0.050.02段的干燥管高度的计算：该段自,至，故干燥管的高度计算：（e） ，时颗粒沉降速度计算：该处的风速为而根据阿兰定律颗粒的沉降速度为：而物料在湿含量为0.02的截面处，气流与颗粒的沉降速度为： 和相差不大，自此处开始进行第三次脉冲扩大，以第一次扩大相同的管径来计算。湿物料由0.020.005区间（a）此时由于物料湿含量已经达到临界湿含量，进入恒速干燥段。在以传热方法计算中，降速干燥段仅体现为物料温度不再维持湿球温度不变，而是随干燥过程的进行不断升高，故气固两相间的传热温差将大为降低，此段的传热速度也较低，因此需较长的管高。干燥用混合气，时各项物理性质如下：该段的平均气速为（b）该段内热量计算：Q=物料自身升温q+蒸发水汽q+本身含水升温q其中：0.3物料比热容1.00070时水的比热，约为76时水的比热554.075时饱和水蒸汽的汽化热，约为76时水蒸汽的汽化热 kcal/kg将上述各项数值代入气固相间给热量计算公式：设，则上述式的右边为： 固物料含湿量由0.020.005，该段终了。与相对应的颗粒速度为：（c）湿含量由0.020.005段的干燥管高度计算：该段自，至， 因此干燥管长度计算： 2.4总的干燥管的高度：3.辅助设备的选择与计算3.1管路的选择与计算由风机送出的风量和气速，我们可以计算出管路的直径。已知风量为，风速为，则： =解得： 表1 无缝钢管规格表公称直径Dg（mm）实际直径（mm）管壁厚度（mm）25027311注：Pg为公称压力，指管内可承受的流体表压力，。3.2加料装置由生产任务可知，所干燥的物料为散粒状，圆球形。因此可选常用的星形加料器，星形加料器结构简单，能定量加料，颗粒几乎不破碎，具有一定程度的气密性，能承受300左右的高温，因而应用较广，除用与加料外也可用于旋风分离器的排料等。（加料和排料）所需的生产能力（按进料量计）：其规格和操作参数为：规格： 链轮传动生产能力： 叶轮转速：齿轮减速电机：型号JTC561，功率，输出转速 3.3风机作为提供干燥气流的设备，风机所提供的气流量应大于实验计算所得量。因风机是从外界自然环境抽取空气，所出气体流速略大于30m/s，固其全风压在2000Pa左右，属于中低压。拟用T4.72/4型风机，其基本数据如下：2转速： 流量：出风口方向 0225 间隔45电动机型号 Y132s-2 功率传动方式 无轴承电机直联传动外形尺寸 设计任务实际所需风量：3.4热风加热装置生产任务中并未表明此种物料是否允许被污染或属于热敏性物质，故拟用间接热风加热装置，以保证产品的质量指标（清洁度）。空气的进口温度可达400，干燥介质采用空气稀释重油燃烧气（性质与空气同），所以采用燃油热风炉换热器。空气在加热炉中所需的热量：查表：选用Q-Q-60型间接加热器，其性能参数如下：输出热量： 油耗量：外型尺寸： 热风温度: 输出风量：3560023003.5分离装置：为了获得较高的固体回收率，同时减少不必要的设备投资，拟用标准型分离器。一般选用旋风分离器,其分离效率很高，能分离的最小粒径在5左右，基本满足环保排放的标准，故不需要再用更精细的分离设备。拟用XLP/A-7.0型，其圆筒直径为700mm，以下为基本数据：2处理风量： 重量： 进口风速： 外形尺寸： 设备阻力： 除尘效率：4.主要符号和单位a单位体积物料提供的传热（干燥）面积，m2/m3c比热容，KJ/（kg. ）dp颗粒直径，D干燥器直径，mH空气的湿度，kg/kg绝干气L绝干空气流量，kg/h或kg/sP水汽分压，kPaP空气总压，kPaQ传热速率，wr汽化热，KJ/kgt温度，Ug气体的速度，m/sV湿空气的比容，m3/kg绝干气物料的湿基含量热量，KJ/s或J/s或kwW水分蒸发量，kg/s或kg/hX物料的干基含水量，kg水/kg绝干气希腊字母：对流传热系数，W/（m2. ）固体物料温度，导热系数，W/（m2. ）密度，kg/m3干燥时间或物料在干燥器内停留时间，S相对湿度百分数下标：0进预热器的、新鲜的或沉降的；1进干燥器的或离预热器的；2离开干燥器的；c临界的；d露点的；g气体的，或绝干气的；m湿物料的或平均的；5. 干燥装置的工艺流程热空气空气加热器干燥器湿物料旋风分离器产品布袋过滤器风机废气6.设计评价此次设计的重点是在其主体设备的计算和辅助设备的选择，通过查看有关资料、手册进行相关的计算，排除人为误差，将误差控制在很小的范围内。粒子为圆球形，颗粒在干燥过程中，由于除去水分而引起颗粒大小的改变及重度忽略不记，在气流干燥干燥管中，颗粒均匀悬浮分布于气流中，无互相黏结现象，颗粒在进入气流干燥管后，颗粒浓度对其运动轨迹的影响忽略不记。在流程的最后，本设计省去了布袋收尘器，因为从旋风分离器出的空气中的颗粒直径小于5um，基本上满足环保要求，若要求超环保排放，则其装备的成本将大大提高。通过本次设计我更加的了解了设计的真正内涵，唯有通过实践才能知道自己的不足之处以及擅长，虽然CAD画图遇到了困难，但是肯钻就能成功，让自己的画图水平有了较大的提高，总之，本次的设计是合理的。附录气流干燥器的设计参数小段管径（m）预 热 带 干 燥 管 的 高 度 （m）表 面 蒸 发 带 干 燥 高 度（m）减 速 段 管高 度（m）第 二 次加 速 段管 高 度（m）第 二 次 减 速 段 管 高 度（m）物 料 湿 含 量0.3560.23920.25 0.200.200.150.150.100.100.050.050.020.020.005大段管径（m）雷 诺 数78.24949.624.670.634.3542.8714.7586.9230.81586.7425.41.424气 流 速 度（）管路直径（m）6.3614.0414.0419.6519.6512.66512.6658.038.0316.0316.038.220.25颗粒速度（）颗 粒 速 度（）6.366.3