气流和单层流化床联合干燥装置设计

化工原理课程设计任务书干燥装置设计（一）设计题目气流和单层流化床联合干燥装置设计（二）设计任务及操作条件1用于散颗粒状药品干燥2生产能力处理量13735KG/H物料含水率（湿基）22，气流干燥器中干燥至10，再在单层流化床干燥器中干燥至05（湿基）。3进料温度20，离开流化床干燥器的温度120。4颗粒直径平均直径DM03MM最大粒径DMAX05MM最小粒径DMIN01MM5干燥介质烟道气（性质与空气同）。初始湿度H0001KG水/KG绝干气入口温度T1800废气温度T2125（两种干燥器出口温度相同）6操作压力常压（1013KPA）7年生产日330天，连续操作24小时/天。8厂址柳州地区（三）设计内容1干燥流程的确定及说明2干燥器主体工艺尺寸计算及结构设计。3辅助设备的选型及核算（气固分离器、供风装置、供料器）。4A3图纸2张带控制点的工艺流程图主体设备图（四）设计基础数据1被干燥物料颗粒密度S2000KG/M3干物料比热容CS0712KJ/KG假设物料中除去的全部为非结合水。2分布板孔径D05MM3流化床干燥器卸料口直接接近分布板4干燥介质的物性常数可按125的空气查取5干燥装置热损失为有效传热量的15目录1设计方案简介111气流干燥器112单层圆筒流化床干燥器113气流和单层流化床联合干燥22气流干燥器的设计计算321物料衡算3211水分蒸发量3212气流干燥器的产品量4213绝干物料量4214物料的干基湿含量4215空气的用量422热量衡算4221物料在气流干燥室的出口温度和空气的出口湿含量4222热损失5223物料升温所需要的热量6224总热量消耗623气流干燥管直径的计算6231最大颗粒的沉降速度6232干燥管内的平均操作气速6233干燥管的直径624气流干燥管的长度7241物料干燥所需的总热量7242平均传热温差7243表面给热系数8244气流干燥管的长度825气流干燥管压降的计算8251气、固相与管壁的摩擦损失8252克服位能提高所需的压降9253局部阻力损失9254总压降93单层圆筒流化床的设计计算931物料衡算9311流化床干燥器中水分蒸发量9312流化床干燥器的产品产量10313绝干物料量10314物料的最终干基湿含量1032热量衡算10321水分蒸发所需热量10322干物料升温所需热量10323干燥器中所需热量10324热损失10325干燥过程所需总热量10326干空气用量11327最终废气湿含量1133最小颗粒的逸出速度1134扩大段直径的确定1135床层直径的确定1136分离段直径的确定1237流化床干燥器总高度的确定12371流化床床层高度12372分离段高度13373扩大段高度13374总高1338颗粒在流化床中的平均停留时间1339流化床的分布板13391选用侧流式分布板13392分布板的孔数13393开孔率134主要附属设备的选型与计算1441空气预热器14411饱和蒸汽温度14412空气的平均温度14413初步选型14414空气从T0升到T1所需热量14415实际风速和空气的质量流速14416排管的传热系数14417传热温差14418所需传热面积15419所需的单元排管数154110性能校核1542风机1543旋风分离器1644供料器165主要设计结果列表166设计述评177参考资料178主要符号说明18气流和单层流化床联合干燥说明书111气流干燥器气流干燥器主要用于小颗粒物料的干燥。这种干燥器的特点是颗粒悬浮于干燥介质（热空气或烟道气）中。干燥管内热气体向上的流速大于颗粒的沉降速度，故物料随热气体一起被输送；在并流中，物料与干燥介质之间进行传热和传质。气流干燥器具有以下特点干燥强度大。由于气流的速度高，湿物料又处于分散和悬浮于热气流中，气、固相接触面积大，强化了传热、传质过程，使物料在干燥管内仅需要极短的时间即可到达干燥的要求。故可用于干燥热敏性物料。干燥处理量大，热效率高。结构简单，装卸方便，占地面积小。在干燥的同时，对物料有破碎作用，因而对粉尘的回收要求较高，否则物料损失大，还会污染环境。干燥产品磨损较大。物料一般难以保持干燥前的结晶形式和光泽。1鼓风机；2预热器；3夹套；4加料器；5气流干燥管；6旋风分离器；7抽气机12单层圆筒流化床干燥器流化干燥是固体流态化技术在干燥上的应用。对于单层圆筒流化床干燥器，被干燥的散颗粒物料从左侧加入，与通过多孔分布板向上的热气流相接触。只要气流速度保持在颗粒的1设计方案简介气流和单层流化床联合干燥说明书2起始柳化速度和带出速度之间，颗粒就能在热气流中上下翻滚，相互混合、碰撞，与热气流进行传热与传质而达到干燥的目的。经干燥后的颗粒由床右侧卸出，气流经旋风分离器回收其中夹带的粉尘后，自顶部排出。流化床干燥器有两个显著的特点由于颗粒分散并做不规则运动，造成了气、固相的良好接触，加速了传热、传质的速度，因此床内的温度均匀，便于准确控制，能够避免局部过热；颗粒在流化床内的平均停留时间便于调节，特别适合于驱除需时较长的结合水分。处理量大，设备结构简单、造价低、维修方便。不适于干燥湿含量太高的物料。单层圆筒流化床干燥器示意图13气流和单层流化床联合干燥本设计的任务是气流和单层流化床联合干燥装置的设计。气流和流化床干燥器都是热效率很高的干燥设备，根据两者的优缺点将两种干燥器联合使用可以进一步地提高干燥效率。因为流化床干燥器不适合于干燥湿含量较高的物料，故使物料在气流干燥器中降低湿含量后再经过流化床。基本干燥流程是先将湿物料经过第一阶段气流干燥阶段，使物料的湿度降低到接近气流干燥器的干燥极限，再将此含水率较低的物料经过单层圆筒流化床干燥器，水分将进一步的降低，达到要求的干燥条件。这样的联合装置，克服了用单个干燥装置时的缺点，提高了干燥的效率。下面是气流和单层流化床联合干燥装置的示意图气流和单层流化床联合干燥说明书31鼓风机；2空气加热器；3气流干燥管；4供料器；5旋风分离器；6单层圆筒流化床干燥器根据设计任务书条件进行的工艺设计21物料衡算211水分蒸发量WHKGG/318102137512式中，1物料最初的含水率2气流干燥器的设计计算气流和单层流化床联合干燥说明书42气流干燥器出口物料的含水率G1物料处理量，KG/H212气流干燥器的产品量G2HKGW/719038317512213绝干物料量GCC/211214物料的干基湿含量101822211X式中，X1物料最初的湿含量X2气流干燥器出口物料的含水率215空气的用量L1221HLGWC式中H1、H2空气进出气流干燥管得湿含量，KG/KG干空气又有空气进入预热器的相对湿度为075，温度为T020，在此条件下，水的饱和蒸汽压为PS233859PA，总压为P1013KPA则H1H0KGPS/159238713562620故138212HWL22热量衡算221物料在气流干燥室的出口温度TM2,空气的出口湿含量H2LI1I2G2I1I2式中I1、I2进出气流干燥室的空气的焓，KJ/KGI1、I2进出气流干燥室的物料的焓,KJ/KG其中气流和单层流化床联合干燥说明书52221117516491580/940024980HTIKGJTI设绝干物料的比容为CS,空气的比容为CWCS0712KJ/（KG），查得在T2125下，CW1026KJ/KGK00038KJ/（KG）则I1（CSCWX1）TM2071200038028212014261KJ/KGI2（CSCWX2）TM207120003801111TM20712TM2将以上I1、I2、I1、I2代入式，得0712647190375698470322MTHH整理得13482MT因为TM2TMAX51012010110所以根据式得H2026KG/KG则根据式得L73252KG/KG222热损失Q1据柳州地区年平均温度T020，H0001KG/KG,得I0（101188H0）T02492H010118800120249200145496KJ/KG在湿焓图上，空气最初的状态点为（H0,I0）001,45496空气在预热器进口的状态点为（H1,I1）001,84796空气在预热器出口的状态点为（H2,I2）（026，83527）气流和单层流化床联合干燥说明书6则绝热干燥过程单位热量消耗Q为水KGJHIQ/932012604598712实际干燥过程的热损失为Q115Q4815KJ/KG水223物料升温所需要的热量QM水KGJWTCGQMSM/5416318207092224总热量消耗QQQW3209918313/360016329KW23气流干燥管直径D的计算231最大颗粒的沉降速度UFMAX干燥管内空气的平均物性温度为5462180在该温度下，空气的密度为0483KG/M3,黏度为3496105PAS对于最大颗粒9671049638432810553MAXAASRGDA根据式得REMAX23618RE407AR故SMDUAF/4305496325MXAX232干燥管内的平均操作气速UA如果取UA为最大颗粒沉降速度的4倍，即,圆整后取平均操作气速UA14M/SSF/6134MX233干燥管的直径D干燥管内空气的平均温度为4625，平均湿度为KGHM/135021气流和单层流化床联合干燥说明书7则平均湿比容HMM/5327462315024730气流干燥管内的湿空气的平均体积流量VG为HMLVMG/86953故气流干燥管的直径D为UVAG8501436054360圆整后取D700MM24气流干燥管的长度Y241物料干燥所需的总热量Q就真个干燥器而言，输入的热量之和等于输出的热量之和，即122012QLIWTCGQLITCWTGMSDPMS式中CS干物料的比热容，KJ/KGC1水在TM1温度下的比热容，KJ/KGQP预热器内加入的热量，KJ/（KG水）QD干燥器内补充的热量，KJ/（KG水）Q1损失于周围的热量，KJ/（KG水）整理得1102MMTCQHI其中QM4165KJ/（KG水）,Q14815KJ/（KG水）查得C14187KJ/（KG）则式得水）（KGJ/397208454602695783故总热量QQW3973183137275754KJ/H2021KW242平均传热温差TM气流和单层流化床联合干燥说明书8719301258LN0LN211MMTT式中T1空气进口温度，T2空气出口温度，TM1物料进口温度，TM2物料出口温度，243表面给热系数对于平均直径为DM03MM的颗粒62081049639483281053AGAR根据求得RE758RE1407AR故SMDUAMF/8143039655则5E02查得在空气的平均温度4625下，空气的导热系数为0056W/M则）（2503/6417421056MW244气流干燥管的长度Y由于3232/4981201607604MUDGDFAMC故MTQY67943212圆整后取气流干燥管的有效长度为Y7M25气流干燥管压降的计算251气、固相与管壁的摩擦损失P1YUGDFPASL021式中F干燥管的摩擦系数气流和单层流化床联合干燥说明书9AS干燥管内气、固相的混合密度，KG/M3,其中D07M，UA14M/S,Y7M在125下，空气的密度为A0887KG/M3；干燥管气流中的颗粒的密度为32/29648170436134360MKGUGFCS则3/5987KGSAS雷诺数621046380RE5AMUD故摩擦系数27614F故PAP149708921252克服位能提高所需的压降P2YAS3062式中Y气流干燥管的有效长度，M253局部阻力损失P3据相关资料叙述，此压降一般在10001500PA之间，取P31300PA254总压降P根据以上计算，气流干燥管的总压降为PP1P2P3441301130013742PA3单层圆筒流化床的设计计算气流和单层流化床联合干燥说明书1031物料衡算311流化床干燥器中水分蒸发量WHKGGW/5136501793132式中G2气流干燥器的产量、流化床干燥器的进料量，KG/H2流化床干燥器进口的物料湿含量3流化床干燥器出口的物料湿含量312流化床干燥器的产品产量G3HKGWG/210765719023313绝干物料量GCC/3322314物料的最终干基湿含量X30515033X32热量衡算321水分蒸发所需热量Q182490221MTCWQ式中C14187KJ/（KG水）气流和单层流化床联合干燥说明书11则HKJQ/257310874125849016322干物料升温所需热量Q2HKJTCGMS/84791010132323干燥器中所需热量QHKJQ/265874847975321324热损失Q3HKJ/1987426513325干燥过程所需总热量QHKJ/1305713987442573321326干空气用量L空气经过干燥器，温度从T1800变成T2125，则GKTHQL/73021580610135780121327最终废气湿含量H3由23W得260715LH33最小颗粒的逸出速度UT对于最小颗粒DMIN01MM,由上文可知，在平均温度4625下，空气的A0483KG/M3,A3496105PAS所以710496389432810523MININASRGA根据式得REMIN0418RE4070AR气流和单层流化床联合干燥说明书12故SMDUAT/2904831096RE35MIN34扩大段直径D2的确定UVDT923604914/3602则实际扩大段的直径为2900MM35床层直径D的确定根据相关资料的实验结果，适宜的空床气速为1214M/S，现取U12M/S进行计算。在125下，湿空气的比容和体积流量V分别为3HV干空气KGMTVH/28731564021730241730333HML/6983流化床床层的横截面积A为21609UVA因此，床层的直径为MD43/4/圆整后取实际床层直径为1500MM36分离段直径D1的确定在125下，空气的密度A0887KG/M3,黏度A231105PAS对于平均直径DM03MM的产品颗粒98710328871025323INASRGA根据式得REM2218RE4070AR故SDUAF/9170325MIN气流和单层流化床联合干燥说明书13分离段直径为MUVDF139360414/360137流化床干燥器总高度Z的确定371流化床床层高度ZF1颗粒的堆积密度可取B65S1300KG/M3则固定床的空隙率为50210S2对于平均直径DM03MM的物料颗粒上文计算得AR8789821303127RE5AMU则流化床的空隙率为898761E3601821020ARF（3）取静止床的高度H0150MM,则流化床床层高度为MZFF50813510372分离段高度Z1由分离段颗粒的沉降速度U1191M/S,D1113M,查得Z1/D118，则Z120M373扩大段高度Z2根据经验,取Z21M374总高ZZZFZ1Z201132013113M38颗粒在流化床中的平均停留时间MIN921210766054/1330GAHB39流化床的分布板391选用侧流式分布板（侧流式锥帽分布板）气流和单层流化床联合干燥说明书14392分布板的孔数N0UDVNS2004式中3267380641702MTHLS所以52105430个N393开孔率式中A0孔的总面积，M20A分离段截面积，M2则910134505422100DNDA41空气预热器已知初始风温度T020，干燥器进口风温度T1800空气用量气流干燥阶段L173252KG/H流化床阶段L230217KG/H操作压力为一个大气压411饱和蒸汽温度从蒸汽性能表中查出，在操作压力下，饱和蒸汽的温度为TH100412空气的平均温度41028T则空气的密度A0517KG/M3413初步选型根据蒸汽加热器性能规格表，初步选型为SRZ107D，单元组件的散热面积AA2859M2,通风净截面积AF045M2,受风面积ASAB71751001106072M2414空气从T0升到T1所需热量4主要附属设备的选型与计算气流和单层流化床联合干燥说明书15气流干燥阶段HKJTCLQPA/10328015702736011流化床干燥阶段12415实际风速和空气的质量流速实际风速U1L1/3600AF73252/3600045452M/SU2L2/3600AF30217/3600045187M/S质量流速UR1G/M2SUR2U21870517097KG/M2S416排管的传热系数K1515UR105151123405107945KJ/M2HK2515UR205151109705105071KJ/M2H417传热温差45392018LNL01TTHM418所需传热面积气流干燥阶段26105143597MTKQAMC流化床干燥阶段26290T419所需的单元排管数气流干燥阶段67358/1/1个ACAN实际选4组，总传热面积2流化床干燥阶段91/4/2个AC实际选2组，总传热面积为A2228595718M24110性能校核迎面风速气流干燥阶段US1L1/AS73252/0723600283M/S流化床干燥阶段US2L2/AS30217/0723600117M/S气流和单层流化床联合干燥说明书16（1）气流干燥阶段25M/SUS1283M/S38M/S,适合（2）流化床干燥阶段US211725M/S,不合适则应选用型号为SRZ55D较为合适，AS497507106025M2US2L2/AS30217/0253600336M/S42风机对于本干燥系统来说，选择离心式双台鼓引风机，即采用前送后抽式风机系统。气流干燥阶段的风量为HMHLV/617230710247023527T417203001流化床阶段的风量为/541T3002根据经验，取风机的气风压力为892PA根据离心风机的选型条件，气流干燥阶段选择472NO5A的风机，转速1450R/MIN,电机功率22KW流化床干燥阶段可选用472NO32A的风机，转速2900R/MIN,电机功率2KW43旋风分离器根据处理的风量确定各阶段的旋风分离器除尘装置规格为气流干燥阶段型号XLP/B82,外型尺寸116710404110，重量374KG流化床干燥阶段型号XLP/B54，外型尺寸7726852764，重量170KG两台旋风分离器的阻力为6595KG/M2，效率为929644供料器根据进料量及相关的参数，选择旋转叶轮供料器。150（焊接）旋转叶轮供料器的性能供料量7M3/H规格200200叶轮转速31R/MIN传动方式链轮直联设备总重66KG电机的性能型号JIC561，功率1KW，输出转速31R/MIN表1气流干燥阶段的设计结果计算参数计算结果计算参数计算结果5主要设计结果列表气流和单层流化床联合干燥说明书17水分蒸发量W18313KG/H物料升温所需热量QM4165KJ/KG水干燥器的产出量G2119037KG/H总热消耗量Q1623KW绝干物料量GC107133KG/H干燥管直径D700MM空气用量L73252KG/H干燥管高度Y7M空气的出口湿含量H3026KG/KG操作气速UA14M/S物料的出口温度TM2110干燥管总压降P13742PA热损失Q14815KJ/KG水表2单层圆筒流化床干燥阶段的设计结果计算参数计算结果计算参数计算结果水分蒸发量W11365KG/H床层直径D1500MM干燥器的产出量G3107672KG/H床层高度ZF508MM绝干物料量GC107133KG/H分离段直径D11130MM空气用量L30217KG/H分离段高度Z12000MM水分蒸发的热量Q12573525KJ/KG水扩大段直径D22900MM物料升温的热量Q284749KJ/KG水扩大段高度Z21000MM热损失Q33987411KJ/KG水平均停留时间192MIN计算参数计算结果计算参数计算结果总热量消耗Q30570151KJ/KG水分布板孔数N015105废气湿含量H3064KG/KG分布板开孔率29逸出速度UT029M/S表3主要附属设备的选型设备干燥阶段选型气流SRZ107D蒸汽加热器流化床SRZ55D气流472NO5A风机流化床472NO32A气流XLP/B82旋风分离器流化床XLP/B54供料器气流JIC561通过这次课程设计，我们综合运用了化工原理、化工设计、化工设备、分离工程等课程的知识。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。这次课程设计就是一次实践的过程。虽然涉及到的只是单元反应过程，但这是组成整个化工设计的基础，所以掌握好单元设计也是二环内关键的。从一开始的一头雾水到后来的清晰明朗，我从中学到了很多。在刚开始设计计算时，遇到了很多的问题，但要进行下去就必须解决问题。我通过到图书馆、电子图书馆查取了大量的资料，使得遇到的各种问题逐步解决。6设计述评气流和单层流化床联合干燥说明书18通过本次课程设计，我总结出了设计的几个学习要点1、对设计的对象要有全面的了解。从原理入手到各种操作步骤，还有各个环节的流程走向，在心中都要有一定的计量。不理解原理就无从去找设计的开始。在本次课程设计中，我首先去了解干燥和干燥设备的原理，然后再找相关的参考资料，寻找物料衡算、热量衡算、主要工艺尺寸等的计算方法，再根据设计任务书的具体条件选择合适的计算方法。2、计算要仔细。在选取合适的方法后，根据相关的公式进行准确地计算，尽量一次计算，避免重复。3、参数要正确。查取相关的资料或手册时，要根据具体的条件选择正确的参数。参数对计算结果的影响是很大的。4、CAD绘图