气流干燥设计2008

1聚氯乙烯干燥设计指导书张浩勤20088概述去湿干燥工业上常常用机械去湿方法除去大量湿分之后，用热能去湿（称为干燥）除去少量湿分。干燥一般包括两个基本过程，一是对固体加热达到湿分汽化的过程；另一个是汽化后湿分扩散进入气相的传质过程，同时湿分从固体内部扩散源源不断达到固体表面，这是湿分在物体内部的传质过程。所以，干燥过程的特点是传热和传质同时伴生且相互影响、相互制约的过程。化学工业用的较多的是对流干燥，尤其是分散悬浮干燥应用得最广泛，最突出的是气流干燥和流化床干燥，这里着重讨论气流干燥。第一节干燥设计基础知识干燥涉及气、固两相之间的动量、热量、质量传递，计算较为复杂。本节讨论几个基本问题。11干燥设计基本关系干燥器设计的基础知识为（1）物料衡算、热量衡算（见化工原理教材）（2）相平衡关系（见设计任务书）；（3）传热速率方程和传质速率方程由于对流传热系数与传质系数随干燥器的型式、物料性质和操作条件而异，因此需查找适用于气流干燥器的关联式1，2。热、质传递之间存在相互关系，目前多以传热的方法进行干燥器设计计算。详细内容将在第三节讨论。12干燥操作条件的确定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。故在对流干燥中，干燥介质可采用空气、惰性气体、烟道气和过热蒸汽。当干燥温度不太高，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，或以物料中蒸出易爆气体时，宜采用惰性气体作为干燥介质。烟道气适用于不怕污染，且不与烟气中SO2和CO2等气体发生作用的物料。2流动方式的选择气体和物料在干燥器中的流动方式，一般可分为并流、逆流、错流。并流其特点为可采用较高气温干燥，而物料温度在恒速段接近于空气的湿球温度而不致过热；物料出口温度较低，带走热量较少。在干燥强度和经济性方面优于逆流。但并流干燥的推动力沿程逐渐下降，干燥后阶段的推动力很小，使干燥速率降低，因而难以获得含水量很低的产品。并流操作适用于（1）物料含水量高，允许快速干燥而不产生龟裂或焦化的物料；（2）干燥后期不耐高温的物料；（3）只有恒速段，干燥要求不很高的物料。2逆流整个干燥过程的推动力比较均匀，适用于（1）要求获得含水量很低的物料；（2）干燥后期可耐高温，而前期不允许快速干燥的物料；错流错流的热、质传递情况介于并流和逆流之间，适用于（1）在高、低含水量时，都可进行快速干燥且耐高温的物料；（2）干燥器构造不适宜采用并流或逆流的场合（如流化床）。3干燥介质温度（1）干燥介质为空气时，进口条件应按夏季条件计算；（2）进干燥器的温度愈高，则干燥器热效率愈高，所以应保持在物料允许的最高温度范围内。此值受到干燥器型式和热源温度的影响，例如，静止物料，介质进口温度稍低，悬浮物料进口温度可高些；若选用饱和水蒸气加热，介质温度不超过150。（3）干燥介质出口的温度和湿度只能指定一个，另一个由物料、热量衡算确定。干燥介质出口温度愈低，热效率愈高；但干燥过程的平均推动力下降，干燥器尺寸增大。最适宜的出口温度应通过经济衡算来决定。实际选择时，首先要考虑物性的限制，如物料的熔点或软化点温度的限制，其次还应考虑相对湿度不能太大，在后继设备（如旋风分离器等）和管路中不能有水析出而破坏正常操作。对气流干燥器，一般要求较物料出口温度高1030，较入口气体的绝热饱和温度高2050。4物料的出口温度恒速干燥阶段，物料温度等于空气的湿球温度；降速干燥阶段，物料温度有所升高。影响物料的出口温度的因素较多，主要取决于物料的临界含水量及降速干燥阶段的传质系数。临界含水量愈低，传质系数愈大，出口温度愈低。简化计算公式见天大化原教材（655）（或华东教材（1332）。其近似条件为（1）物体内部温度均一，即悬浮颗粒或薄层物料；（2）降速阶段的速率与物料的自由含水量成正比。第二节干燥设备选型21气流干燥器1气流干燥器的基本知识请参阅化原教材或有关参考书5，6，学习时注意以下几个问题（1）气流干燥器的流程，由哪些设备构成（2）气流干燥器的特点是什么（优点、缺点）（3）气流干燥器适用于什么物料（4）加料口上部一段（加速段）干燥速度特别快的原因是什么2气流干燥装置分类以干燥管形式分类有（1）直管式气流干燥器气流干燥器基本型式；（2）变径式气流干燥器在加料口上部一段（颗粒加速段）采用较小管径，颗粒速度进入恒速段以后则采用扩大管径，以降低干燥管高度；（3）倒锥式气流干燥器从上到下气流干燥管直径逐渐增加，气速由下到上逐渐减少，增加了颗粒在管内的停留时间，降低了干燥管的高度；（4）脉冲式气流干燥器特征是气流干燥管的管径是交替缩小和扩大，气流在上升过程中加速与减速交替进行，发挥加速段有较高的传热、传质作用，以强化传热过程。（5）旋风式气流干燥器旋风式气流干燥器是气流夹带物料从切线方向进入，沿着内壁3形成螺旋线运动，物料在气流中的均匀分布与旋转运动，使颗粒周围气体边界层处于高度湍流状态，以强化传热、传质过程。适用于不怕粉碎的热敏性物料。作为训练，本设计以最简单的直管干燥器为主。22聚氯乙烯的性质和生产方法1，2，3，4同学们应独立查找与干燥有关的物理化学性质，主要有形状、软化点、分解温度、密度、比热、导热系数、主要用途等。了解生产基本原理和干燥流程。思考题聚氯乙烯物料为什么可适用气流干燥器聚氯乙烯干燥的流程23干燥介质的性质聚氯乙烯干燥以空气为干燥介质，干空气的性质可查化工原理教材附录。对黏度和导热系数，以干空气数值代替湿空气的数值；比热和比容按化原教材给定的公式计算。湿空气的密度KG湿气/M3湿气H1特别注意的定性温度应为膜温；其它物性的定性温度为气体的平均温度。相平衡数据物料与湿分的相平衡知识见化原教材，相平衡数据参见任务书。第三节气流干燥原理和设计方法简介气流干燥器设备简单，连续高效，应用广泛。其特点为悬浮颗粒与气相之间的热质传递。31颗粒在重力场中的运动规律5，6由化工原理知识知，颗粒的沉降速度为颗粒与气体的相对速度，其绝对速度还与气体的运动速度有关。绝对速度UM气流速度UG沉降速度UT以上各值均为向量。对于单一颗粒，沉降速度可进行计算（化原沉降一章）。在垂直管中，气流速度向上，沉降速度向下，（1）当UGUT时，UM0，颗粒向上运动；（气力输送）；（2）当UG要点把整个干燥管按照颗粒在恒速区的传热系数进行计算，空气物性取其进出口平均温度下的数据。算法略（详细读懂，然后再做）讨论计算简单，结果偏于保守。32分段计算法5，6，71按照粒子在干燥管中运动规律，及传热、传质的变化规律，桐荣良三提出了速点试差和分段图解积分法。夏诚意在桐荣良三法的基础上将粒子加速度方程用无穷级数展开并取前2项进行积分得到计算结果。为了确定加速区的传热系数，计算法需先假定加速区结束时的干燥介质条件，假设不当会引起较大误差而导致需多次试差。2张浩勤利用上述概念，引入了部分控制参数，使气流干燥器设计计算程序化，可避免了反复试差。和其它文献相比，其要点为（1）以加速区传热量占整个干燥管传热量的6080，近似确定加速区结束时的干燥介质条件，并依此计算沉降速度UT。（2）利用加速区开始与结束时的传热系数关联，导出了加速区普遍化的传热系数计算式，以便于上机计算。NRANURE5（3）分段计算实际试差时在计算机中以UR1115UT控制加速段结束。反复计算表明，上述近似法在工程上引起误差很小，是可行的。从图1知，分段的情况如下，手算时至少应分为四段。2气流干燥器的主要计算步骤和所适用的有关公式，是同学们在查资料时的重要任务之一。提示（1）总体上按河南化工一文的计算步骤计算；（2）对（4）、（5）两步的详细计算方法参见文献5，6。第四节气流干燥器的设计计算41聚氯乙烯物性统一按下面数值计算软化点温度7080热分解温度120150密度1380KG/M3比热1842KJ/KG导热系数0144187/36W/M242设计步骤和主要公式1物料、热量衡算求解风量L、出口湿度H2和物料出口温度TM2。XGHLW21C12若忽略热损失，则21MLSCMLSCTITI222222WSCTWTCXWSTWMTXTTWST其中TW2出口气体状态下的湿球温度，；TW2在TW2下水的汽化潜热，KJ/KG。CL水的比热，418KJ/KG；CS绝干物料比热，KJ/KG该过程为试差TM2的过程。然后，可计算出预热器的加热量01ILQP蒸汽的用量GGRG/其中R为蒸汽的冷凝潜热，KJ/KG。干燥管的热效率PMMWQTCGWTCT12120进口风量用于选择风机0HGLV62干燥管径计算GUV4D其中VG进口温度下的气体流量，M3/S；1HGLVUG选择的气速初值，M/S。管径计算后按国家标准圆整，可选值为300，350，400，450，500，600，700，800等等。圆整后计算实际气速2GD43干燥管长计算方法一简单估算法8要点把整个干燥管按照颗粒在恒速区的传热系数进行计算，空气物性取进出口平均温度下的物性。计算结果偏于保守。（1）颗粒的沉降速度计算在平均温度（）下，查干空气的粘度G，PAS和密度G，KG/M3。2T1在膜温下，查干空气的导热系数G，W/M。505021MTH80CH21H73T24173湿空气的密度，KG湿气/M3湿气H工业干燥系统沉降多处于阿仑区，沉降速度可用下式计算，M/SDPGUST3/1254校核，1使用于收集气体中含密度和颗粒较大的干燥粉尘。旋风筒体直径150800MM共14种，以50MM为一级，有单筒、双筒、三筒、四筒、六筒5种组合。每种组合含有两种通风方式，X型为水平出风，一般用于负压操作；Y型为上部出风，用于正压或负压操作均可。选型依据处理风量，选定进口气速。查除尘设备设计P875页，表315。可确定相应的型号和压力损失。价格在查全国最新机电设备目录大全PG1062，现价F参考价。注除尘效率不做要求，学有余力者可自行计算。1253风机选择干燥装置中一般应采用离心式风机。依据风量的大小和干燥系统阻力的大小，应参考化原上册有关内容选择风机，并计算辅助率。干燥系统的阻力应包括预热器阻力、干燥管阻力、除尘器阻力和管路阻力。管路阻力应依据管路布置情况按流体流动有关方法进行计算。本设计中管路阻力统一取500PA。离心风机的分类见下表。表2离心风机的分类类别型号全压范围MMH2O风量范围M3/H输送介质最高温度备注4722032499022750080一般离心通风机47918340990177208081835070060010000080高压离心通风机9273501200148511000080低噪音离心通风机1174157649522700空调配套使用6464020060050000排尘离心通风机74050323131020800输送含尘量较大的空气本设计中可选472（包括B472、T472）类风机。性能表见离心通风机说明书。大连压河县风机厂，参考价格查全国最新机电设备目录大全PG418页。下面重点介绍对型风机的应用知识。（1）用途大型建筑室内通风换气，输送空气、对人体无害、对钢材无腐蚀性气体。气体含尘不大于150MG/M3，气温不超过80。B472型可用于易燃挥发性气体的通风换气用，其性能基本与472一致。（2）型式从电动机一侧正视，叶轮顺时针旋转，称为右旋风机，以右表示；叶轮逆时针旋转，称为左旋风机，以“左”表示。离心风机的出口位置，根据使用要求，可分为向上、向下、水平向左、水平向右及各向倾斜等各种形式。定货时应根据现场情况注明风机出口位置。离心风机的传动方式A电动机直联传动；B悬臂支撑，皮带传动，皮带轮在轴承之间；C悬臂支撑，皮带传动，皮带轮在轴承外侧；D悬臂支撑，以联轴器传动。13（3）风机型号代号书写法47211N06C右90全比进设机传旋出压转口叶号动转风系数吸顺方方口数入序式向位型号置式54固体加料装置连续而均匀的加料，并将其分散于气流中，是气流干燥操作的关键。常用的有螺旋加料器、星形加料器、转盘加料器等。1螺旋加料器用途适宜于供给各种粉状、粒状和小块物料，如聚氯乙烯、硫铵、淀粉等，但不宜输送易变质、粘性大、易结块河大块的物料。特点结构简单，密封性能好，操作安全方便，造价低。实体螺旋用于输送干燥而粒度小的颗粒和粉状物料，其螺距约为颗粒直径的08倍。带式螺旋用于输送小块壮或粘性中等物料，其螺距约等于颗粒直径。对于粘性大和可压缩物料宜采用叶片螺旋，输送过程中同时完成搅拌混合工作。设计计算见干燥设备设计PG569。定货技术条件为名称、型号、螺旋直径长度、安装位置、出料口尺寸及位置。实际工作中，弄清使用目的、现场布置要求，计算后应注意征求螺旋加料机生产厂家的意见以利于安装和操作。2星形加料器用途用于与大气间有压差的设备中将粉状物料连续排出，同时达到锁气的作用。常用于带压干燥系统的排料、旋风除尘器出口的排料风送系统的供料和贮料包的排料。特点（1）能连续地供料和排料。粒状物不易破碎。（2）供料量可通过改变叶轮转速实现，供料量与转速成正比，基本上可实现定量；（3）适用于高温物料。具有一定程度的气密性；（4）结构简单运转维修方便。设计计算参见干燥设备设计。3圆盘给料机给料均匀准确，调整容易，运转平稳可靠。但设备重，制造难，价格高。注固体加料装置请学有余力者计算。第六节经济估算与方案比较61经济估算对于工艺设计，技术上的先进性与经济上的可行性是必须考虑的。经济估算的方法也有许多专著进行介绍。本设计采用简单计算法。以掌握方法为主。1设备费估算14预热器、除尘器、风机，按查出值计算。干燥管设备重量钢材价格干燥管径（MM）300300500600以上壁厚（MM）6810钢材价格按7000元/吨钢材比重78