气流干燥器的设计

1、3 上海化工学院：干燥技术进展1976（544 上海化工学院编：干燥技术进展、第三分册、气流干燥、（1979）（34）毕克侣:气流干燥器的设计、化工技术资料（设计分册）1964（9潘永康主编现代干燥技术.北京市.化学工业出版社.1998年（36）7 天津大学化工原理教研室编，化工原理上、下册（第二版）M.天津：天津科技出版社,1996（35）8 黄少烈、邹华生主编化工原理（第二版）.北京市.高等教育出版社.2002年月第一版（19）9 柳金江，刘超锋，何清凤烟丝气流干燥系统气流干燥器的设计J.广州化工,2009,37（6）:173-174.10 张言文气流干燥器数学模型及分段设计计算方法J.计

2、算机与应用化学,2006,（04）.11 高嘉安主编淀粉与淀粉制品工艺学北京市中国农业出版社.2001（27）12 匡国柱史启才主编.化工单元过程及设备课程设计北京市化学工业出版社2002年1月第一版（29）柴诚敬化工原理课程设计M.天津：天津科学技术出版社,2000（45）7合肥工业大学化工系化工原理教研组：对流式干燥设备的设计（1963）.（22）刘泽勇气流干燥技术的应用J.甘肃科技,2000,（5）：71气流干燥器的设计一、设计任务化工原理课程设计任务书二十六二、设备的简介气流干燥器一般由空气滤清器、热交换器、干燥管、加料管、旋风分离器、出料器及除尘器等组成。直管气流干燥器为最普遍的一种

3、。它的工作原理是：物料通过给料器从干燥管的下端进入后，被下方送来的热空气向上吹起，热空气和物料在向上运动中进行充分接触并作剧烈的相对运动，进行传热和传质，从而达到干燥的目的。干燥后的产品从干燥管顶部送出，经旋风分离器回收夹带的粉末产品，而废气便经排气管排入大气中。为了使制品的含水量均匀以及供料连续均匀，在干燥管的出口处常装有测定温度的装置。直管气流干燥器分单管式和双管式两种型号。旋风分离器是最常用的气固分离设备。对于颗粒直径大于5微米的含尘气体，其分离效率较高，压降一般为10002000Pa。旋风分离器的种类很多，各种类型的旋风分离器的结构尺寸都有一定的比例关系，通常以圆柱直径的若干倍数表示。

4、三、工艺条件1. 原料：玉米淀粉2. 物料含水量w=25%（质量分数）3. 产品含水量w2=14%（质量分数）4. 产品平均粒径dp:0.154伽5. 新鲜空气温度t:15C6. 空气干燥温度t1:90C7. 新鲜空气湿度X1:0.00737. 物料进口温度tm1:25C8. 干燥生产能力G:15000t/y（产品）9. 淀粉临界湿含量Mc:0.0210. 淀粉比热容Cm:1.55kJ/（kgC）四、工艺数据计算1. 物料衡算：M1=_巴=0.333kg水/kg绝干料1-w1M2=0.163kg水/kg绝干料1-w2气流干燥管内的物料衡算式：G（M1-M2）=L（X2-X1）绝干物料量：G=G

5、1M2=150000.163=0.40t/h=400kg/h（按一年300天，每天24小300汶24300江24时生产计算）a.干燥蒸发水分：W=G（M1-M2）=400X（0.333-0.163）=68kg/hb.干空气流量:L=X2-Xi68X2-0.00732. 热量衡算:干燥管内热量衡算式：LIi+G(Cm+CwM1)tmi=Ll2+G(Cm+CwM2)tm2选定空气出口温度t2=50C,假设物料的出口温度tm2=35C对于空气-水系统,运用下式:I=(1.01+1.88X)t+2490X所以进口空气的焓值：4=(1.01+1.88X0.0073)x90+2490X0.0073=110

6、kJ/kg出口空气的焓值：12=(1.01+1.88X2)X50+2490X2=50.5+2584X2将丨1丨2代入热量衡算式中110L+400X(1.55+4.186X0.333)X25=L(50.5+2584X2)+400X(1.55+4.186X0.163)X35整理得L=175259.5-2584X2联立物料衡算中的式可求得：X2=0.023L=4331kg/hI2=110kJ/kg3.检验假设的物料出口温度tm2,按下式进行校核t2-tm2=(t2-tw)McwrIV/I/££fM2Cm(t2tw)rwM2-Cm(t<tw)()MeMw一tw)其中：Me-物

7、料临界湿含量%Cm-物料比热容kJ/kgtw-出口空气处湿度温度Crw-湿球温度tw下水的气化潜热kJ/kg由工艺条件得：t2=50CCm=1.55KJ/(kgC)M1=0.333M2=0.163Me=0.02查表得:tw=30Crw=2423.7kJ/kg代入上式求得tm2=34C,与假设温度35C基本相同,假设正确.4.气流干燥器直径的计算a.最大颗粒沉降速度Umax：dmax取3dp=3X0.154-0.45mm干燥管内空气的平均物性温度为9°=70E,查干空气2性质表得：该空气下的粘度=0.0206xio'Pas,；-=1.029kg/m3，另外淀粉：-p=1500k

8、g/m33所以Armax=3248dmaxP(Pp-P)g=(0.45"0f1.029域(15001.029)汉9.81卩2(0.0206灯0)22倍,即Ua=2Umax=2X因为A属于1.833.5105范围内，由经验式Re+0.14农1"=今把Armax=3248代入，用试差法求得Re=55所以Umax'dpP550.020610"=3=7.15m/s0.154101.029b.气流干燥管内的平均操作气速Ua:如果取气流干燥管内的平均操作气速为最大颗粒沉降速度的7.15=14.3m/s,圆整后取气流干燥管内的平均操作气速Ua=15m/sc.干燥管内直径

9、D:干燥管内空气的平均温度为70C，平均湿度Hm=H1H2二000730.023=0.0151kg水22273十70/kg干空气，则平均湿比容Vm=(0.772+1.244X0.0151)X一=0.994m3湿空气/kg干273空气所以干燥管内体积流量V=LVm=4331X0.994=4305m3/h故气流干燥管直径D为：_4V_44305_3600Ua=：36003.1415=0.32m取整，即D=0.35m5.气流干燥管长度Y:物料和气体在气流干燥管内的温度及湿含量变化如下图所示，气体：H1=0.0073H2=0.023ti=90Ct2=50Ctw=30C物料：M1=0.333tmi=25

10、C因为M2>Mc所以物料一直处于恒速干燥阶段在恒速干燥阶段（包括预热段），水的气化温度为rw=2423.7kJ/kg.a.物料干燥所需的总热量Q:Q=G(M1-M2)rw+(Cm+CWM1)(tm2-tm1)=0.163tm2=35Ctw=30C（查I-H图得），水的气化潜热=(0.333-0.163)X2423.7+(1.55+4.186X0.333)X(35-25)3600=49.0kwb.平均传热温度差.'：tm:At=(t1_tm1)_(t2_仁2)=(90_25)_(50_35)=3彳Cin50-35In七2-tm2c.传热膜系数：对平均直径0.154mm的颗粒来说，3

11、A=dpP(Pp_P)g=(0.154"0)3".02A(15001.029)汉9.81=130(0.020610)2查阿基米德数Ar与雷诺数Re关系图知Re5,故,Re=50.。2061。6=0.7m/sdp，、154101.029贝上=(2+0.54dPRe0.5)=O.029-亠X(2+0.54X50.5)0.15410=619wf.气流干燥管长度丫：24asdpa=32,其中asav为非球形颗粒的面积系数及体积系数,3600avdppDum般情况下,*©=6,故a-可简化为600dpJ(ua-Uf)由于aD24G400-5)=6000.154101500(

12、15-0.7)600dp订(山=0.20m3/m23Q49.0"0Y=z=11.6m：(a_D2)：tm619°.2034.14圆整后取丫=12m所以干燥管长度主要符号说明Ar-阿基米得数a-单位干燥管体积内的干燥表面积，m2/m3:-颗粒与流体间的对流传热系数,w/(m)五、主要附属设备的计算与选型1空气加热器的选择翅片加热器将湿空气由15C加热到90C所需的热量为Q=L(1+XjCP1(90-15)=4331(1+0.0073)1.009(90-15)=3.30105(kJ/h)取加热蒸汽压力为0.2Mpa蒸汽的饱和温度为120C，汽化潜热为2205.1kJ/kg，冷凝

13、水的排出温度为120C，则水蒸气的耗量为Gv=53.30102205.1=149.8(kg/h)传热温差为tm1=90-15,120-15In12090=60C若选SRZ5X5Z翅片式散热器，(附表2)每片传热面积为8.78，通风净截面积为0.155m2,则质量流速为3567(1°.°°73)=6.44kg/(m2s),查得传热系数0.155x36002K=100KJ/(mhC)，故所需传热面积为AQ3.30I05“ca2A1=149.8mKr:tm110060552所需片数为6.26，取7片，实际传热面积为61.5m。由此，可选SRZ5<5Z翅片式散8.7

14、8热器共7片。2. 进料器的选择根据进料量，选取Zd-2000传动送料器。该吸收欧美上料机先进技术，自行设计生产的高效上料机，适用各种粉、粒、破碎回料及化工原料，每小时上料量0.4吨的系列产品，直接上料高度25m,具有性能稳定、节省人力、安全可靠等特点。电源为？3/380V50HzA电机功率为1.1Kw;B电机功率为0.75Kw;送料管直径为141?;送料容量为200Kg；料箱尺寸LXW<H为(140X85X90)cm机器重量为460Kg。3. 风机的选择因为操作压强为常压，系统需要2台风机，即干燥管前安装1台鼓风机，干燥管后安装1台引风机。阻力也以干燥管为基准分前段(从空气加热器至干燥

15、管之间的设备和管道)阻力和后段(干燥管后的设备和管道)阻力。在操作条件下，空气流经系统各设备和管道的阻力如下表所示。系统阻力估算：设备压降/Pa设备压降/Pa翅片加热器200旋风分离器1200管道、阀门、湾头等300脉冲布袋除尘器2000合计500干燥管1500消音器300管道、阀门、湾头等400合计5400a.鼓风机的选型鼓风机入口处的空气温度为15C，湿含量为0.0073，则273+153H0=(0.773+1.2440.0073)=0.83(m/kg干空气)H02733V0=LH0=43310.83=3595(m/h)3取安全系数=1.1，故所需的空气流量为3595X1.仁3954(m/

16、h)系统前段平均风温按65C计，密度为1.044kg/m3,则所需风压(规定状态下)为500(1.18/1.004)=587.6(Pa)。取安全系数:=1.1故所需的风机风压为587.6X1.仁646.4Pa综上所计算，选用6-46-11型离心通风机，其风量为50348770m3/h,风压为5003230Pa=(附表3)b.引风机的选型系统后段平均温度按50T计，密度为1.093Kg/m3,则引风机所需风压为5400(1.18/1.093)=6133Pa取安全系数:=1.1故所需的风机风压为6133X1.仁6746Pa取引风机入口处的风温为50T，湿含量X2=0.023，贝UH5=(0.773

17、+1.2440.023)X27350=0.948(m3/kg干空气)H52733V5=LH5=43310.948=4106(m/h)取安全系数=1.1，故所需的空气流量为4106X1.仁4516(m3/h)故选用9-27-11型离心通风机，风量为1310-11020m3/h,风压为3700-9150Pa。(附表3)4.旋风分离器的选择进入旋风分离器的含尘气体近似按空气处理，则取温度为70C,Hm=H1H0.00730.023二。.。kg水/kg干空气，则平均湿比容Vm=(0.772+1.244X22273+7030.0151)X27370=0.994m3湿空气/kg干空气273V3=LVm=4

18、3310.994=4305(m3/h)选蜗壳式入口的旋风分离器，取入口风速为15m/s,则0.225D0.3D15=5463600即D=0.99m,圆整后取D=1其尺寸如下所示:D=1000mm圆柱体体直径)a=0.3D=300mm进口高度)L1=0.8D=800mm圆柱体高度)b=0.225D=225mm进口宽度）L2=2D=2000mm圆锥体高度）d=0.35D=350mm排气管直径）l=0.7D=700mm（排气管深度）d'=0.2D=200mm排尘管直径）可选用规格为XC-5型蜗壳式入口的旋风分离器（附表1）5.袋式的选择取进入布袋过滤器的气体温度为50C，则273+503H4

19、=（0.772+1.2440.023）=0.95（m/kg干空气）273V4=LH4=43310.95=4114（m3/h）取过滤气速为4m/min.则所需过滤面积为旦1417.1m2，由脉冲布袋过滤器选型表查（60汶4）得，可选取MC24型脉冲布袋过滤器，（附表3）其过滤面积为18m2，过滤风量为2160-4300m3/h。六、工艺设计计算结果汇总表通过上述工艺设计计算得到的设计计算结果汇总表如下所示。工艺设计的计算结果汇总表物料处理量/（kgh-1）533蒸发水量/(kgh-1)68产品产量/(kgh1)400空气用量/（kg干空气h-1）4331干燥管直径/m0.35干燥管高度/m12翅

20、片加热器的型号SRZ5X5Z翅片加热器传热面积/m255旋风分离器的型号XC-12旋风分离器直径/m1.4引风机型号9-27-11型离心通风机鼓风机型号6-46-11型离心通风机供料器型号Zd-2000七干燥装置的工艺流程湿物料咼嘉安主编.淀粉与淀粉制品工艺学.北京市.中国农业出版社.2001.2002年8月第一版中国石化集团上海工程有限公司编.化工工艺设计手册.北京市.化学工业出版社.2006匡国柱史启才主编.化工单元过程及设备课程设计.北京市.化学工业出版社2002年1月第一版梁世中主编.生物工程设备.北京市.中国轻工业出版社.2006曹崇文、朱文学着.生产品工艺过程的计算机模拟.北京市.中国农业出版社.2001李功样等主编.常用化工单元设备设计.广州市.华南理工大学出版社.2003年马连湘主编.化工设备算图手册.北京市.化学工业出版社.2002年潘永康主编.现代干燥技术.北京市.化学工业出版社.1998年大连理工大学化工原理教研室编.化工原理课程设计.大连市.大连理工大学出版社.1997年附表1旋