化工原理课程设计干燥设计.doc

学校代码： 10128学 号： 课程设计说明书题 目：干燥涂料的气流干燥器设计学生姓名：学 院：化工学院班 级：指导教师： 二零一一 年 月 日内蒙古工业大学课程设计任务书课程名称： 化工原理课程设计 学院： 化工学院 班级： 学生姓名： 学号： _ 指导教师： 一、题目干燥涂料的气流干燥器设计二、目的与意义课程设计是“化工原理”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它也起着培养学生独立工作能力的重要作用，通过课程设计就以下几个方面要求学生加强锻炼：1. 查阅资料选用公式和搜集数据的能力；2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想指导下去分析和解决实际问题的能力；3. 迅速准确地进行工程计算（包括电算）的能力；4. 用简洁的文字清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 设计条件1.干燥产品量：60t/d2.物料进口湿含量：20%（湿基）3.物料出口湿含量：0.3%（湿基）4.临界湿含量：1.96%（湿基）5.空气进预热器温度：166.空气进预热器相对湿度：78%7.空气进干燥器温度：1408.颗粒平均粒径：200m9.物料进口温度：1810.其它：绝干物料的相对密度为2.0,比热1.26kJ/(kg.K)，颗粒最大粒径500m。图纸要求1.工艺流程图：A3图纸，1张；2.干燥器总装图：7550cm坐标纸，1张。设计要求1.设计方案的确定2.干燥器的物料及热量衡算，以确定空气出口状态及空气气量3.气流干燥器的主体设计(1) 干燥管直径的计算(2) 干燥管高度的计算4.辅助设备的设计选型(1)风机的选型 (2)干燥介质预热器的选型(3)物料进料器的选型(4)气固分离器的选型(5)出料器的选型四、工作内容、进度安排 1.设计动员，下达设计任务书：0.5天2.搜集资料，确定方案：1天3.设计计算：5天4.绘图：1.5天5.整理，编写说明书：2天五、主要参考文献1华南理工大学化工原理教研组编.化工过程及设备设计.华南理工大学出版社.1986年2化学工程手册编辑委员会.化学工程手册（第16篇）.化学工业出版社.19863机械产品目录（4）.机械工业出版社.1991年4化工设备设计全书编辑委员会编.干燥设备设计.上海科学技术出版社.1986年5化工基本过程及设备设计教科书.化学工业出版社.1991年6上海化学工业设计院石油化工设备设计建设组.化工设备图册（5）.上海化学工业设计院.1976年审核意见系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间 年 月 日指导教师签字：_前言课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程中的实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。化工原理课程设计是化学化工及相关专业学生学习化工原理课程必修的三大环节（化工原理理论课、化工原理实验课以及化工原理课程设计）之一，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以某一单元操作为主的一次综合性设计实践。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。在当前大多数学生结业工作以论文为主的情况下，通过课程设计培养学生的设计能力和严谨的科学作风就更为重要。化工课程设计是一项政策性很强的工作，它涉及政治、经济、技术、环保、法规等诸多方面，而且还会涉及多专业及多学科的交叉、综合和相互协调，是集体性的劳动。先进的设计思想、科学的设计方法和优秀的设计作品是工程设计人员应坚持的设计方向和追求的目标。在化工课程设计中，化工单元设备的设计是整个化工过程和装置设计的核心和基础，并贯穿于设计过程的始终，作为化工类的本科生及研究生，熟练掌握化工单元设备的设计方法是十分重要的。 目录第一章 干燥器设计基础11.1干燥技术概论11.2干燥器的分类11.2.1厢式干燥器（盘式干燥器）11.2.2带式干燥器11.2.3气流干燥器11.2.4沸腾床干燥器11.2.5转筒干燥器11.2.6喷雾干燥器21.2.7滚筒干燥器21.3干燥器的设计21.3.1 干燥介质的选择21.3.2 干燥介质进入干燥器时的温度21.3.3流动方式的选择21.3.4 物料离开干燥器时的温度31.3.5干燥介质离开干燥器时的相对湿度和温度3第二章 气流干燥器的设计基础42.1 气流干燥器概述42.2 干燥过程及其对设备的基础42.2.1干燥流程的主体设备42.2.2 提高干燥过程的经济措施42.3气流干燥的适用范围52.4 气流干燥装置的选择52.5颗粒在气流干燥管中的传热速率52.5.1加速运动阶段52.5.2等速运动阶段62.6气流干燥管直径和高度的其他近似计算方法62.6.1费多罗夫法62.6.2 桐栄良法72.6.3 简化计算方法7第三章 气流干燥管的设计计算83.1已知条件83.2 干燥管的物料衡算83.2.1干燥管的物料平衡83.2.2干燥管的热量平衡93.3加速运动干燥管直径及高度计算103.3.1干燥管的直径计算103.3.2干燥管的高度计算103.4计算气流干燥管的压降113.4.1气固相与干燥管壁的摩擦损失113.4.2克服位能提高所需要的压降123.4.3颗粒加速所引起的压降损失123.4.4其他的局部阻力损失引起的压降123.5 风机选型123.7预热器的选型13主要符号和单位表14课程设计总结16主要参考文献17内蒙古工业大学课程设计第一章 干燥器设计基础1.1干燥技术概论干燥通常是指将热量加于湿物料并排除挥发性湿分，而获得一定湿含量的固体的过程。松散的湿分的化学结合形成或以液态溶液存在于固体重，或积集在固体的毛细微结构中。这种液体的蒸汽压低于纯液体的蒸汽压，称之为结合水分。而游离在表面的湿分则称为非结合水分。干燥过程分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段两个阶段控制。干燥速率由上述两个过程中较慢的一个控制。从周围环境将热能传递到是无聊的方式有对流、传导和辐射。在某些情况下可能是这些传热方式联合作用，工业干燥器在形式和设计上的差别与采用主要的传热方法有关。在大多数情况下，热量先传到湿物料的表面后传入物料内部。1.2干燥器的分类1.2.1厢式干燥器（盘式干燥器）厢式干燥器又称盘式干燥器，一般小型的称为烘箱，大型的成为烘房，是典型的常压间歇操作干燥设备。1.2.2带式干燥器带式干燥器适用于干燥颗粒状、块状和纤维状的物料，这种干燥器的生产能力及热效率均较低。1.2.3气流干燥器对于能在气体中自由流动的颗粒物料，可采用气流干燥方法除去其中的水分。气流干燥是将湿态时为泥状、粉粒状或块状的物料在气流中分散成粉粒状，一边随热气流并流输送，一边进行干燥。对于泥状物料需装设粉碎加料装置，使其分散后再进入气流干燥器；即使是块物料，也可采用附设粉碎机的气流干燥器。1.2.4沸腾床干燥器沸腾床干燥器又称流化床干燥器，其中操作称为流化床干燥操作，是固体流态化技术在干燥操作中的应用。1.2.5转筒干燥器转筒干燥器的优点是机械化程度高，生产能力大，流动阻力小，容易控制，产品质量均匀。缺点是设备笨重；金属材料耗量多；热效率低，约为50%；结构复杂，占地面积大；转动部件需经常维修等。1.2.6喷雾干燥器喷雾干燥器是将溶液、膏状物或含有微粒的悬浮液通过喷雾而成雾状细滴分散于热气流中，使水气迅速汽化而达到干燥的目的。1.2.7滚筒干燥器滚筒器是间接加热的连续干燥器，它适用于溶液、悬浮液、胶体溶液等流动性物料的干燥。1.3干燥器的设计干燥器设计的基本原则是物料在干燥器内的停留时间必须等于或大于所需的干燥时间，其设计计算主要采用物料衡算、热量衡算、速度关系和平衡关系四个方程。在干燥器设计中，有关干燥器操作条件的确定，通常需由实验测定或可按下述一般选择原则考虑。1.3.1 干燥介质的选择干燥介质的选择，决定于干燥过程的工艺及可利用的热源。基本的热源有饱和水蒸气、液态或气态的燃料和电能。在对流干燥介质可采用空气、惰性气体、烟道气和过热蒸汽。当干燥操作温度不太高、且氧气的存在不影响被干燥物料的性能时，可采用热空气作为干燥介质。对某些易氧化的物料，或从物料中蒸发出易爆的气体时，则宜采用惰性气体作为干燥介质。烟道气适用于高温干燥，但要求被干燥的物料不怕污染，而且不与烟气中的SO2和CO2等气体发生作用。由于烟道气温度高，故可强化干燥过程，缩短干燥时间。此外还应考虑介质的经济性及来源。1.3.2 干燥介质进入干燥器时的温度为了强化干燥过程和提高经济效益，干燥介质的进口温度宜保持在物料允许的最高温度范围内，但也应考虑避免物料发生变色、分解等理化变化。对于同一种物料，允许的介质进口温度随干燥器型式不同而异。例如，在厢式干燥器中，由于物料是静止的，因此应选用较低的介质进口温度；在转筒、沸腾、气流等干燥器中，由于物料不断地翻动，致使干燥温度较高、较均匀、速度快、时间短，因此介质进口温度可高些。1.3.3流动方式的选择在逆流操作中，物料移动方向和介质的流动方向相反，整个干燥过程中的干燥推动力较均匀，它适用于：在物料含水量高时，不允许采用 快速干燥的场合；在干燥后期，可耐高温的物料；要求干燥产品的含水量很低时。在错流操作中，干燥介质与物料间运动方向互相垂直。各个位置上的物料都与高温、低湿的介质相接触，因此干燥推动力比较大，又可采用较高的气体速度，所以干燥速度很高，适用于：无论在高或低的含水量时，都可以进行快速干燥，且可乃高温的物料；因阻力大或干燥器构造的要求不适宜采用并流或逆流操作的场合。1.3.4 物料离开干燥器时的温度物料出口温度2与很多因素有关，但主要取决与物料的临界含水量Xc及干燥第二阶段的传质系数。Xc值愈低，物料出口温度2也愈低；传质系数愈高，2愈低。1.3.5干燥介质离开干燥器时的相对湿度和温度增高干燥介质离开干燥器的相对湿度2，以减少空气消耗量及传热量，即可降低操作费用；但因2增大，也就是介质中水气的分压增高，使干燥过程的平均推动力下降，为了保持相同的干燥能力，就需增大干燥器的尺寸，即加大了投资费用。所以，最适宜的2值应通过经济衡算来决定。对于同一种物料，若所选的干燥器的类型不同，适宜的2值也不同。例如，对气流干燥器，由于物料在器内的停留时间很短，就要求有较大的推动力以提高干燥速率，因此一般离开干燥器的气体中水蒸汽分压需低于出口物料表面水蒸气分压的50%80%。对于某些干燥器，要求保证一定的空气速度，因此考虑气量和2的关系，即为了满足较大气速的要求，可使用较多的空气量而减少2值。干燥介质离开干燥器的温度t2与2应同时予以考虑。若t2降低，而2又较高，此时湿空气可能会在干燥器后面的设备和管路中析出水滴，因此破坏了干燥的正常操作。对气流干燥器，一般要求t2较物料出口温度1030，或t2较入口气体的绝热饱和温度高2050。第二章 气流干燥器的设计基础2.1 气流干燥器概述气流干燥装置是连续常压干燥器的一种。颗粒状或粉末状湿物料通过带式供料器从干燥器底部进入，同时高温干燥介质也从干燥器底部进入，并达到一定的流速将湿物料分散和悬浮于气流中，在物料和热介质气流一并沿干燥管向上流动的同时,发生高效的传质传热，达到快速干燥的目的。2.2 干燥过程及其对设备的基础典型对流干燥流程，由风机送来的空气经预热器加热至适当温度后进入干燥器；在干燥器内，气流与湿物料直接接触；沿空气行程，气流的温度降低，湿含量增加，废弃自干燥器的另一端排出。若为间歇操作，湿物料分批投入干燥器内，待干燥至指定的含湿要求后一次取出；若为连续过程，湿物料被连续的加入，干燥产品也连续放出。干燥器内，物料与气流的方向可为并流逆流或其它形式。2.2.1干燥流程的主体设备干燥过程的主体设备为干燥器。根据被干燥物料的性质干燥程度的要求生产能力的大小不同，所采用的干燥器的型式也是多种多样的。由于固体物料干燥的机理复杂，至今仍未找到阐明干燥过程机理的合适理论。在能达到预期干燥目的前提下，选用干燥器主要还是根据操作费用、投资多少、安全因素及操作是否方便等因素决定，而无法进行严密的实际计算。2.2.2 提高干燥过程的经济措施干燥过程消耗大量的热能，热能的利用度直接影响到干燥过程的经济性。因此井底干燥过程的热量消耗，提高热能的利用率可以直接提升干燥过程的经济性，一般可以考虑以下几个措施。1.物料干燥前，尽量先采取用低能耗的机械方法如压榨、离心等方法出去更多的水分，然后再进行干燥。2.提高干燥介质的预热温度，干燥介质的预热温度越高，单位绝干物质的热量就大，干燥所需要的干燥介质就少，因此为其带走的热量低，干燥热效率提高。3.回收为其带走的热量，如用尾气预热物料或采取部分循环减少新鲜干燥介质的用量，提高热量的利用率。4.加强干燥系统的保温工作，减少热损失。5.采用热容量大的干燥介质，干燥介质的热容量大，单位干燥介质所需要的干燥介质的量减少，可提高干燥的热效率。2.3气流干燥的适用范围气流干燥装置是连续常压干燥器的一种。颗粒状或粉末状湿物料通过带式供料器从干燥器底部进入，同时高温干燥介质也从干燥器底部进入，并达到一定的流速将湿物料分散和悬浮于气流中，在物料和热介质气流一并沿干燥管向上流动的同时,发生高效的传质传热，达到快速干燥的目的。适当的安装风机在系统中的位置，气流干燥器可以在正压下操作，对于有毒或粉尘污染可能较大的情况，采用真空操作，产品不宜泄露,有利于保持生产环境；同时也有利于降低水分汽化温度，保护热敏性物料。但此时风机处于抽气工作状态,所抽的气体温度较高，并可能含有 一些颗粒和粉尘，因此对风机要求较高，同时耗能增加2.4 气流干燥装置的选择气流干燥能从易于脱水的颗粒,粉末状物,迅速除去水分(主要是表面水分).在气流干燥中,由于物料在干燥器内停留时间短,使干燥成品的品质得到最佳的控制。湿物料通过螺旋加料器进入强化器后和热气流充分混合,在飞速旋转的击刀击碎和推进下,物料被破碎成细颗粒,在干燥同时向出口移动,最后在风力吸引下进入干燥管,进金典均匀干燥.风力无法吸引的湿重颗粒继续被击碎、干燥、直至能被风吸起进入干燥管。它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。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。2.5颗粒在气流干燥管中的传热速率 2.5.1加速运动阶段在加速运动阶段，由于颗粒的运动速度不断变化，所以对流传热系数h和单位有效传热面积a也是不断变化的。因此颗粒与气流之间的传热量须采用微积分方法进行计算 若雷诺数在，则 经处理得 式中， 为阿基米德数，纲量为1。当Re=988.5之间，处于过渡区，根据曳力系数与雷诺数间的关系得 其中 当Re在4001之间，把上式整理得 其中 Re在 4001之间，气流干燥器加速段内颗粒与气体之间传热速率估算公式。2.5.2等速运动阶段 等速段内颗粒与气流之间的传热速率，不需要进行积分计算，可直接用公式 2.6气流干燥管直径和高度的其他近似计算方法2.6.1费多罗夫法费多罗夫法假定整个干燥过程都是等速的，这样单位面积颗粒与气流间有效传热面积和对流传热系数都不受气流速度的影响，该方法计算简单，但由于忽略了加速段的强化干燥效果，故计算比较保守，尤其当颗粒较大、干燥介质温度较高的情况下误差较大。2.6.2 桐栄良法桐栄良三根据实验结果提出分段计算方法，该方法采用逐点试算和图解积分的方法计算，能比较清楚的反应气流干燥过程的基本原理，计算结果较为准确，但计算过程较为繁琐。2.6.3 简化计算方法该方法把整个干燥管分为两段计算，分别计算加速段和等速段的干燥管直径。计算高度时，没有考虑各段内颗粒与气流之间的相对运动的不断变化及其对流传热系数、有效传热面积的变化等速段和加速段对流传热系数合并采用等速阶段的对流传热系数和有效传热面积。此方法较简便，但计算结果较复杂。第三章 气流干燥管的设计计算3.1已知条件干燥物料产量： =60t/d=2500kg/h;物料进出干燥器的湿含量：湿物料进口温度：=18;物料颗粒平均粒径：200m;绝干物料的相对密度：2.0；空气进预热器的温度：t=16;空气进预热器的相对湿度：空气进干燥管的的温度：t=140;物料的比热容:C=1.26kJ/(kg.K);物料的临界含量：W=1.96%;设干燥管中气流速度:u,空气出干燥管的排气温度：t;3.2 干燥管的物料衡算3.2.1干燥管的物料平衡615.6=(-8.83).3.2.2干燥管的热量平衡设空气出干燥管的温度t=70进入干燥管的气体的焓： =(1.01+1.88Ht=(1.01+1.88=165.72 离开干燥管的焓： =(1.01+1.88H =70.7+2621.6物料进口的焓：=(=（1.26+0.25.、联立 得由湿空气的,由饱和水蒸汽表查得35.5 3.3加速运动干燥管直径及高度计算 3.3.1干燥管的直径计算设 3.3.2干燥管的高度计算空气进出干燥管的平均温度： 105时空气的物理性质：2.22 颗粒沉降在过渡区 = =1.069m/s计算式中的Q可由两部分组成 式中查得 =415.02kw第二阶段：第二阶段物料的平均温度 =44.11Kw = =0.5867 =3.4计算气流干燥管的压降3.4.1气固相与干燥管壁的摩擦损失 因为 所以所以由雷诺数所以可得属于过度区即按公式所以39.2760pa3.4.2克服位能提高所需要的压降 3.4.3颗粒加速所引起的压降损失3.4.4其他的局部阻力损失引起的压降 局部阻力损失引起的压降常占总压降相当大的比例，故应尽量减少局部阻力以降低压降。一般直管气流干燥器的压降值在10001500pa之间。所以取3.5 风机选型设室温为20 气压为98kpa 在20时空气密度为1.205所以即功率所以所选风机为选择47211型离心通风机：机号转速（r/min）全风压风量出风口方向型号功率（Kw）8c180027952990002254721130.83.6抽风机的选型t2=700C时 在70时的空气密度 1.029选择47211型离心通风机：机号转速（r/min）全风压风量出风口方向型号功率（Kw）8c180027952990002254721130.83.7预热器的选型 水的定性温度热负荷水的传热系数k=50280取k=100所以求传热面积所以选择换热管为=25mm的换热器：公称直径管子根数管程数管程流通面积90055440.0480换热器型号为. 主要符号和单位表英文字母：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