化工原理干燥器课程设计

1、1 概述 31.1干燥技术现状及进展 31.1.1干燥技术的概况 31.1.2干燥技术现状 31.2气流干燥器的简介 41.2.1气流干燥器的简介41.2.2脉冲式气流干燥器的简介 52. 设计任务及要求52.1设计题目 52.2设计任务及操作条件 52.3设计内容 53. 干燥器主体工艺尺寸计算计算63.1基本参数的确定 63.2物料衡算和能量衡算 63.2.1物料衡算和热量衡算63.2.2气流干燥管直径的计算 73.2.3气流干燥管长度的计算 84. 辅助设备的选型及核算174.1鼓风机 184.2加热器 184.3进料器 184.4分离器 194.5除尘器 195. 设计结果汇总 196

2、结论 19参考文献 19致谢附图一. 概述：1.1 干燥技术现状及进展人们通常把采用热物理方式将热量传给含水的物料并将此热量作为潜热而是水分 蒸发、分离操作的过程称为干燥。其特征是采用加热、降温、减压或其他能量传递的 方式使物料中的水分挥发，冷凝、升华等相变过程与物料分离以达到去湿的目的。干燥技术的应用，在我国具有十分悠久的历史，文明于世界的造纸技术，就显示了干燥技术的应用，现代干燥技术在国民生产中应用的程度与一个国家的综合国力和国民生活质量的水平密切相关，从某种意义上来说，它标志着这个国家国民经济和社 会文明的发达程度。1.1.1 干燥技术的概况干燥技术的目的是除去某些原料、半成品中的水分或

3、溶剂，就化学工业而言目的 哦在于，使物料便于包装、运输、加工和使用，具体为（1）悬浮液和滤饼状的化工原料和产品，可经干燥成为固体，便于包装和运输。（2）不少的化工原料和产品，由于水分的存在，有利于微生物的繁殖，易霉烂、 虫蛀或变质，这类物料经过干燥便于贮藏，例如生物化学制品、抗生素及食品等，若 含水量超过规定标准，易于变质影响使用期限，需要经干燥后才有利于贮藏。（3）为了使用方便。例如食盐、尿素和硫胺等，当其干燥至含水率为0.2-0.5%左右时，物料不易结块，使用比较方便。（4）便于加工。一些化工原料，由于加工工艺要求，需要粉碎到一定的粒度范围 和含水率，以利于在加工和使用。（5）为了提高产品

4、的质量。某些化工原料和产品，其质量的高低和含水量有关，物料经过干燥处理，水分除去后，有效成分相应增加，提高了产品质量。1.1.2 干燥技术现状干燥技术有很宽的服务领域，面对众多的产业，理化性质各不相同的物料，产品 质量及其他方面千差万别的要求，干燥技术是一门跨学科、跨行业、具有实验性科学 性的技术。干燥时比较古老。通用和必不可少的化工单元操作。据报道，到目前为止已有400 多种形式的干燥器，其中，有 100 多种形式应用较多。由于高的汽化潜热和以热 空气为干燥介质（最通用）导致了固有的热效率低，使干燥成为可与蒸馏相比的高能 耗单元操作。一般工业发达的国家（美国、英国等）干燥能耗占全国总能耗的

5、10%-15% 。同时它又是一个缺乏能够精确指导实践的科学理论和设计方法。在实际 中，依靠经验和小规模实验的数据来指导设计、制造、生产还是主要的方法。因此， 往往导致其结局是装置效果不佳、甚至于报废。因此，在建设工业装置时，尤其是在 设备安装之前，一定要进行充分的、有说服力的实验，以试验作为工业装置建设的依 据。这就是干燥技术应用的显着特点。1.1.3 干燥技术的进展 传统的干燥器主要有厢式干燥器、隧道干燥器、转筒干燥器、转鼓干燥器、带式 干燥器、盘式干燥器、桨叶式干燥器、流化床干燥器、喷动床干燥器、喷雾干燥器、 气流干燥器、真空冷冻干燥器、太阳能干燥器、微波和高频干燥器、红外热辐射干燥 器等

6、。此外，在各个行业，例如谷物、水果和蔬菜、石油化工、燃料和颜料、食品、 乳制品、中药材等行业也由适合自身特点的专用干燥技术和和干燥器。这些传统干燥 技术发展历史较长、成熟可靠，在世界各国已经得到广泛的应用。1.2 气流干燥器1.2.1 气流干燥器的简介气流干燥机热空气进入干燥器后快速冲击物料并在瞬间与物料充分混合使物料流 态化与空气的接触面积最大化从而迅速蒸发水份，气固两相经过除尘分离后得到产 品。脉冲气流干燥是在直管气流干燥器的基础上增加了较粗的缓冲管目的是增加气固 两相的相对运动过程从而提高干燥速率。 适用于粘性不大或无粘性的滤饼装物料的 干燥，一般干燥之前需经过机械脱水。 气流干燥机的干

7、燥时间较短一般为 1-4 秒，产 品在温度还未升高之前已经离开了干燥器，所以适合热敏性物料干燥。干燥的水份形式以表面水为主，对含内部水较多的物料比较难达到工艺要 求。该机可根据工艺要求设计成鼓风系统、引风系统、鼓引风系统，鼓风机可兼作分 散器。鼓引风机系统中风机可采用变频器无级变速，实现系统“ 0 压力”精确的控制在 进料 处或旋风分离器的易漏风处。 对于易燃易爆物料普通焊接管道容易积料导致温 度过高，本厂拥有独特的加工工艺使干燥管道内壁、法兰连接处等物料经过处绝对光 滑保证物料不在器内停留。干燥强度大、设备投资省：气流干燥设备的处理量是最大的，蒸发水份能力从50kg/h 1500kg/h ，

8、而设备容积小，投资省，是其他干燥设备比不上的。自动化程度高、产品质量好：气流干燥物料全在管道中进行，干燥时间极短 （只有 O.5 2 秒）因此可实现自动化，产品不与外界接触，污染小，质量好。气流干燥机干燥强度大 气流干燥由于气流速度高，粒子在气相中分散良好，可 以把粒子全部表面积作为干燥的有效面积，因此，干燥有效面积大大增加。同时，由 于干燥时的分散和搅动作用，使气化表面不断更新，因此，干燥的传热、传质过程强 度较大。干燥时间短 气固两相的接触时间极短，干燥时间一般在 0.52 秒，最长为 5秒。物料的热变性一般是温度和时间的函数，因此，对于热敏性或低熔点物料不会造 成过热或分解而影响其质量。

9、气流干燥机热效率高气流干燥采用气固相并流操作，而且，在表面气化阶段，物料始终处于与其接解的气体的湿球温度，一般不超过6065 C,在干燥末期物料温度上升的阶段，气体温度已大降低，产品温度不会超过7090 C。因此，可以使用高温气体。一根直径为 0.7m 长为 1015m 的气流干燥管，每小时可处理 25 吨煤或 15 吨 硫铵。气流干燥器设备简单，占地小，投资省。与回转干燥器相比，占地面积减小 60，投资约省 80。同时，可以把干燥、粉碎、筛分、输送等单元过程联合操 作，不但流程简化，而且操作易于自动控制。应用范围广 气流干燥可使用于各种粉 粒状物料。在加热方式选择上，气流干燥设备有较大的适应

10、性，用户可以根据所在地区 的条件选用蒸汽、电、热风炉加热、同时又可根据物料耐热温度 （或热风温度）选择： 150 °C时，可选用蒸汽加热；W 200 °C时，电加热（或蒸汽加热，电补偿或导热油加 热）；300 C时，燃煤热风炉； 600 C时，燃油热风炉。1.2.2 脉冲式气流干燥器的简介 脉冲式气流干燥器的特征是气流干燥管的管径交替缩小和扩大，采用脉冲式干燥 管可以充分发挥甲酸段具有高的传热传质的作用，以强化干燥过程。加入的物料粒子 首先进入管径小的干燥管内，粒子的得到加速，当其加速运动终了时，干燥管管径突 然扩大，粒子依惯性进入管径大的干燥管。粒子在运动过程中，由于受到

11、阻力而不断 减速，直至减速终了时，干燥管又突然缩小，这样粒子又被加速，如此重复交替地使 管径缩小和扩大，则粒子的运动速度也交替地加速和减速，空气和例子间的相对速度 和传热面积均较大，从而强化了传热传质的速率，同时，在管径内气流速下降也相应 增加了干燥时间。二设计任务及要求2.1设计题目脉冲式气流干燥器的设计2.2设计任务及操作条件生产能力（按进料量计）：2000Kg/h物料形态：散粒状；圆球状物料颗粒直径：平均粒径dp = 200m，最大粒径dpmax =500m物料含水量（干基）：禺=25% ；X2 = 0.5%;临界含水量X。=2%物料进口温度：tm=20C物料参数：干料的比热容 Cs =

12、26KJ / Kg；密度 亠= 2000Kg/m干燥介质：空气稀释重油燃烧气（其性质与空气相同）空气性质：进口温度鮎=400 C;初始湿度 比=0.025Kg/Kg绝干料 操作压强：常压2.3设计内容设计方案的确定及流程说明工艺计算干燥器主体工艺尺寸计算辅助设备选型及核算设计结果汇总工艺流程图及脉冲式气流干燥器装置图设计评述工艺流程图：首先是气体经过鼓风机经过加热器，通过加热后温度达到很高，然 后就进入到了干燥器主体，也就是干燥管，与此同时，在加热空气的进口的上方，通 过螺旋进料机将物料送入到干燥管中，高速的气体将物料吹上去，并在此同时将其干 燥，干燥过后的气体和物料经过物料分离器和除尘器分开

13、。现将大概流程图表示如 下。三.干燥器主体工艺尺寸计算3.1已知的基本参数 物料的基本参数生产能力G°=2000kg/h,物料的粒子平均直径d=200m，物料的粒子最大直径dmax = 500m ；物料的密度= 2000kg/m3 ;物料要求从Xi =25% （干基）；干燥至X2 =0.5% （干基）；物料进口温度tmi = 20 °C;干物料 比热Cs =1.26KJ/（KgK）;物料的临界含水量x 2% （干基）。 空气的基本参数进气流干燥管的空气温度1 =400 C,进气流干燥管的湿度比 =0.025Kg/Kg绝干物料。3.2物料衡算和热量衡算（1）物料衡算和热量衡算

14、物料衡算 气流干燥管内的物料横算式为绝干物料量 Gc Gl 20001600kJ/h1 +为 1+0.25干燥出去水分 W =Gc(xx2) =1600 (0.25 -0.005) =392kJ/h代入上式392二 L(H2 -0.025热量衡算 气流干燥管内热量衡算式为选定空气的出口温度t2 =95 C,假设物料的进口出口温度tm2 =80 C。对于水-空气系统，运用下式I =1.01t (1.88t 2490) H其中，1.01KJ/(KJ K)为干空气的比热容，1.88kJ/(kg K)为水蒸汽比热容，2490kJ/kg为水的汽化潜热。进口空气的焓值为 1/1.01 400(1.88 4

15、00 2490) 0.025 =485kJ/kg出口空气的焓值为 12 =1.01 95 (1.88 95 2490) H 2 = 96 2669 H 2将11> 12值代入热量衡算式将热量和物料衡算式联立求解得 校核假设的物料进口温度tm2按下式进行校核查的 tw=61C,w =2355kJ/kg，x 2%，代入上式得tm2 =81 C与假设的基本一致，可以不必再试算。(2) 气流干燥管直径的计算 加速段气流干燥管直径的计算取进口空气速度g1 =30m/s，空气进气流干燥管温度t1 =400 C,空气进气流干燥管的含水率X2 =0.025,查得空气比容- g1 = 1.98m3/kg，

16、代入下式 等速段气流干燥管的直径的计算空气在气流干燥管出口处的参数为t2 -95C，H 2 =0.1324kg/kg,查得 g2 = 1.28m3/kg，g2 =0.963kg/m3,*2 =2.10 10kg *s/m2此时，最大粒径500 Jm的沉降速度选用Allen公式计算，得空气出口速度，取作比最大粒子的沉降速度大3m/s，则(3) 气流干燥管长度的计算南京化工学院计算法本例气流干燥管采用变直径，在例子加速运动段气流干燥管直径采用0.292ma. 粒子加速段中（预热带）气流干燥管长度的计算i .物料热量衡算已知物料的进口温度tmi =20C，用试差法求得tw =61C，故预热物料所需热

17、量QiGc CmXiCw .:.t w - t mi= 151306kJ /hii.预热带空气出口温度的计算 根据空气在预热带放出热量Qi，计算预热带终了时的空气温度 ta151306 =3650 1.056 400 -ta解得ta =360C预热带空气的平均温度tav400 3602Hav = H1 =0.025时，查出空气的ga= 380C。在此温度下,=1.96m3/kg, Jga =3.24 10Pas, 咕 二=220.5“10.02530.522kg/m。1.96预热带粒子运动速度的运算传热量计算可用下式在预热带内空气的平均速度为一二 ：ga =29.69m/s- 23600 D4

18、入ga =3.37 "0，W/（m:定性温度为380 612当：m = 0时，Re° 为 Re。= 3.22 29.69 = 95.6代入热量计算式536163 =9.37 10丄(95.60.06 -只孟06)+型沢0.6144(Re1 1I4495.61'44试算法求的Rea-74与Rea =76.9相应的粒子速度为 74 =3.2829.69 -： ma , ： m 7.13m/siv.预热带气流干燥管长度的计算由于预热带Rea在1-500之间，所以计算其气流 干燥管长度应用下式以物料含水率的变化作分段计算,b. 加速段中表面蒸发带气流干燥管长度的计算 直到加

19、速段结束为止。i .物料含水率由0.25-0.2区间当物料干燥至含水率为0.2时，空气的温度tb本段内的各项物理参数平均温度 tbv = § E = 3603°8 = 334 C2 2当tb =308 C时，空气含水率平均含水率孤=Hl Hb = 0.0250.047 = 0.036kg/kg2 2tbv =334°C、Hb0.036kg/kg时，查得其物理参数：3_51 0.0363空气在' gb =1.81m /kg,gb =3.08 10 Pa *s,?gb0.572kg/mgb =0.0337W/ m *K定性温度为33461 =197.5 C。2

20、加速段中，粒子由25%干燥至b =20%时，粒子速度的计算本段内粒子速度，由Reb得表示式计算Re0 =3.7127.4-7.13 =75.2将上述各数据代入到热量Q计算公式得47830 = 1.537 106廉(75.20.06卞卄號-寻0.6144 (Reb75.2 丿得 Reb 二 56与 Reb =56相应的粒子速度为：56 = 3.7127.4 -： mb，mb = 12.3m/s物料含水率由0.25 -0.20区间气流干燥管长度的 计算与计算J相同4汉（2X10* 2 X200027.4X X5ii .物L23 3.08 10175.20.53.08 10*560.5)昭1I-75

21、.22100 2 10*4x (75.20.55 2 100.572131 3.08 10“X0.57215675.2=0.145m料含水率由0.20-0.15区间.热平衡求物料干燥至湿含量0.15时之温度t该段内各项物理常数：平均温度 tave 二 308 254 /2 = 281°C热空气之湿度 H =0.047416000.20 一°.15 =0.06933650 .平均湿度 Have F0.0474 0.0693 /2 =0.0584kg水汽 /kg干空气 气体在tave =281C、H ave =0.0584下各项物理性质为- h -1.74m3湿气 / kg干空

22、气二(1 0.0584)/1.74 = 0.608kg湿气 /m3湿气% =2.82 10/9.81, g =0.0276(定性温度(281 61)/2 =171C) .该段内给热量及Re'的计算：Re0 =4.3126.35-12.3 =60.6将上述各数据代入到热量Q计算公式得51640=7.37 105春。严一 Reb0.06唱I11lReb1.44 _60.61.44 ,得 Reb =35，与 Reb =35相应的粒子速度为：35=4.31 26.35 - ： m , m =18.2m/s物料含水率由0.20-0.15区间气流干燥管长度的 计算与计算L1相同4 汉（210* 2

23、 汉200026.35L3553 2.82 10'2.82 10,6060.5 一350.51jX60.6055 2 10*0.6081 160 2.82 10，2 60.6100 2 10一 0.6083560.6=0.506miii.物料含水率在0.15-0.10区间 .热平衡求物料干燥至湿含量0.10时之温度t该段内各项物理常数：平均温度 tave =1254203.5 /2 =228.75C热空气之湿度 H =0.069816000.15 一°.10 =0.0923650.平均湿度 Have 二 0.06980.092 /2 = 0.0809kg水汽 / kg干空气气

24、体在tave 228.75C、H ave二0.0809下各项物理性质为- h = 1.587m3湿气 / kg干空气 订=(1 0.0809)/1.58 0.681kg湿气 /m3湿气Jg =2.6 10/9.81, g = 0.0264(定性温度(228.7561)/ 2 = 144.875C) .该段内给热量及Re'的计算:(117一44(Reb30.6得 Reb =14与Reb =14相应的粒子速度为:14=5.24 24.04 -： m，: m=21.4m/s物料含水率由0.15-0.10区间气流干燥管长度的 计算与计算相同x10- f X2000 r 24.04L45-3x2

25、.6x10 一5粒子和30.60.5 -140'521°8 24.042002.6 10-03430.6 '5 2 10 一 0.681160x2.6x10，T H4迖30.6100 2 10一 0.6811430.6Re。=5.242404 -18.2 =30.6将上述各数据代入到热量Q计算公式得550136 =6.01 10丄(30.60.06 _Reb0.06 )+迎|0.6144=1.783m空气相对速度的计算-t与：r相差不大，粒子加速基本结束，故可以认为物料含水率为0.1以后粒子进入等速段因此，加速段的气流干燥管长度为L L1 L2 L3 L4c. 等速段

26、中表面蒸发带气流干燥管长度的计算在例子等速运动段，气流干燥管直径采用扩大0.505m,物料含水率为0.1-0.02 （物料临界含水率）是表面蒸发带。下面 分段计算。i .物料含水率由0.1-0.05区间ii.表面蒸发带，物料湿含量自0.05-0.02区间（0.02是物料临界湿含量） 求干燥至湿含量0.02时气体的温度t3600 D2 me4丿6 "600 汇 1 + 0.02 十0.05 >2 10，20003 1423600 T 0.505 548= 6.32d.粒子等速段中， 降速干燥带物料含水率由 0.02-0.003 区间气流干燥管长 度计算方法同上。四.辅助设备的选型

27、4.1鼓风机：在干燥的装置中所 选用的风机一般都 米用离心式风机。目前，国内尚 无干燥器专用风 机，一般选用4-72a =0.0243 2 0.54 9.95°.5 /2 10* = 450kacl/m2h及核算aa =450 6.32 =2844kcal/m3C h干燥所需热量 Q6 =3650 0.2935181.4 -119i=66848kcal/h 传热平均温差(181.4-61)-119-61 =85.4C.181.4 61In119-61所以 66848 = 2844 0.285.4二 L6 = 1.38m型离心式风机，该系列风机是为一般厂房及大型建筑物室内通风换气用的。

28、干燥器选 用4-72风机，流量偏大，压力偏低，为保证压力就要选用大一号的风机，其结果，使 风机的流量更加偏大，装机容量增加，耗能加大，因此厂家设计生产了干燥设备通用 送风专用GG系列离心式风机。干燥设备送风专用GG 系列离心式风机用于输送洁净的、无腐蚀性和无黏性的空气。空气所含尘土及硬粒物不大于 150mg/m3，气体温度不超过80°C该系列风机为单吸入式，共有五个机号：4.5C、5C 6.3C、8C、10G风机的出口位置以机壳的出风口角度表示，左右制成0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°共

29、7种角度。经过计算，当我们假设风速为 30m/s,那么计算得其流量大约为1800左右，因此 我们选择4.5C Y132S1-2型号的风机，其性能参数如下所示机号4.5，传动方式C,转速2390r/min，电动机型号 Y132S1-2,功率5.5KW V 带型号B, V带根数2，V带内周长2240min,主轴带轮160X 38X B2,电动机带轮132 X 38 X B2,电动机导轨 ST0201X 02,其工作点如下工作点流量/( m3/h)全压/Pa12579.63350.522936.53139.933223.43272.643545.73243.94.2加热器根据前面所选的所需热量选择对

30、于空气加热的加热器，经过计算，其空气所需热量大约为8.9 105 KJ/h因此我们选择的是型号为 RLY-YL3型燃煤热风炉，其技术参数如下所示型号燃烧器型 号燃油量 (kg/h )供热量/ 104 KJ /h外形尺寸（长X宽X 高）/mm热风口（宽X 长）/mm质量/kgRLY-30YL339-481263400 X1500 X1800250X30031604.3进料器首先我们选择的是螺旋加料器。现在计算其参数螺旋直径及螺旋转速的计算：因为物料没有强烈的粘性，可用下式进行：D二K2.5 QC式中：d螺旋机的螺旋直径（m ；K表示物料综合特性的经验系数，某些物料的K值可查表Q 输送量（t/h'物料的填充系数丫 一物料堆积比重t/m3C螺旋机加料机在倾斜工作时，输送量的校正系数将数据代入上式求的其螺旋直径D=D =0.4902.5 J = 0.301mY 0.3x2圆