氣流干燥器的設(shè)計(jì)

1、附圖1:干燥裝置流程示意圖163 上?；W(xué)院：干燥技術(shù)進(jìn)展1976 （544 上海化工學(xué)院編：干燥技術(shù)進(jìn)展、第三分冊(cè)、氣流干燥、（1979）（ 34） 畢克侶:氣流干燥器的設(shè)計(jì)、化工技術(shù)資料（設(shè)計(jì)分冊(cè)）1964（ 96 潘永康主編.現(xiàn)代干燥技術(shù).北京市.化學(xué)工業(yè)出版社.1998年（36）7 天津大學(xué)化工原理教研室編，化工原理上、下冊(cè)（第二版）M.天津：天津科技出版社,1996（ 35）8 黃少烈、鄒華生主編.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，劉超鋒，何清鳳煙絲氣流干燥系統(tǒng)氣流干燥器的設(shè)計(jì)J.廣州化 工， 2009,37（6）: 173-174.1

2、0 張言文氣流干燥器數(shù)學(xué)模型及分段設(shè)計(jì)計(jì)算方法J.計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2006,（04）.11 高嘉安主編.淀粉與淀粉制品工藝學(xué)北京市中國農(nóng)業(yè)出版社.2001（27）12 匡國柱史啟才主編.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)北京市化學(xué)工業(yè)出版社2002年1 月第一版（29）6 柴誠敬.化工原理課程設(shè)計(jì)M.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2000（ 45）7 合肥工業(yè)大學(xué)化工系化工原理教研組：對(duì)流式干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)（1963）.（ 22）劉澤勇氣流干燥技術(shù)的應(yīng)用J.甘肅科技，2000, （5）： 71氣流干燥器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書二十六二、設(shè)備的簡(jiǎn)介氣流干燥器一般由空氣濾清器、熱交換器、干燥管

3、、加料管、旋風(fēng)分離器、出料器及除 塵器等組成。直管氣流干燥器為最普遍的一種。它的工作原理是：物料通過給料器從干燥管的下端進(jìn)入后，被下方送來的熱空氣向上吹起，熱空氣和物料在向上運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行充分接觸并作劇烈的 相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，從而達(dá)到干燥的目的。干燥后的產(chǎn)品從干燥管頂部送出，經(jīng)旋 風(fēng)分離器回收夾帶的粉末產(chǎn)品，而廢氣便經(jīng)排氣管排入大氣中。為了使制品的含水量均勻以 及供料連續(xù)均勻，在干燥管的出口處常裝有測(cè)定溫度的裝置。直管氣流干燥器分單管式和雙 管式兩種型號(hào)。旋風(fēng)分離器是最常用的氣固分離設(shè)備。對(duì)于顆粒直徑大于5微米的含塵氣體，其分離效率較高，壓降一般為10002000 Pa。旋風(fēng)分離器的種類很

4、多，各種類型的旋風(fēng)分離器的結(jié) 構(gòu)尺寸都有一定的比例關(guān)系，通常以圓柱直徑的若干倍數(shù)表示。三、工藝條件1. 原料：玉米淀粉2. 物料含水量w=25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）3. 產(chǎn)品含水量 w= 14% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）4. 產(chǎn)品平均粒徑dp : 0.154伽5. 新鮮空氣溫度t : 15 C6. 空氣干燥溫度t1:90 C7. 新鮮空氣濕度X1 : 0.00737. 物料進(jìn)口溫度tm1 :25 C8. 干燥生產(chǎn)能力G: 15000t/y（ 產(chǎn)品）9. 淀粉臨界濕含量M c: 0.0210. 淀粉比熱容 Cm: 1.55kJ/（kg C ）四、工藝數(shù)據(jù)計(jì)算1. 物料衡算：M1 = d =0.333 kg 水/kg

5、 絕干料1 w1M 2 = - =0.163 kg 水/kg 絕干料1 w2氣流干燥管內(nèi)的物料衡算式：G （ M1- M2 ） =L （ X2- X1 ）絕干物料量：G= G1M2 = 15000 0.163 =0.40t/h=400 kg/h （按一年 300 天，每天 24 小 300 24300 24時(shí)生產(chǎn)計(jì)算）a. 干燥蒸發(fā)水分： W= G（ M 1- M2 ） =400X（ 0.333-0.163 ） =68kg/hb. 干空氣流量：L=68X2 Xi X20.00732. 熱量衡算：干燥管內(nèi)熱量衡算式：L li+ G ( Cm+Cw M 1) tmi=Ll2+G (Cm + Cw

6、M 2) tm2選定空氣出口溫度t2=50C,假設(shè)物料的出口溫度tm2=35C對(duì)于空氣-水系統(tǒng),運(yùn)用下式：l=(1.01+1.88X)t+2490X 所以進(jìn)口空氣的焓值：11=(1.01+1.88 X 0.0073) x 90+2490X 0.0073=110kJ/kg出口空氣的焓值：12=(1.01+1.88 X2) X 50+2490X2 =50.5+2584X2將11 I 2代入熱量衡算式中110L+400X (1.55+4.186 X 0.333) X 25=L(50.5+2584 X2 )+400 X (1.55+4.186 X 0.163) X 35整理得L=175259.5258

7、4X2I2=110kJ/kg聯(lián)立物料衡算中的式可求得：X2 =0.023 L=4331kg/h3.檢驗(yàn)假設(shè)的物料出口溫度tm2,按下式進(jìn)行校核t2 -tm2 =( t? - tw )rwM2Cm(t2tw)(MMcMcw)Cm(t2 tw)MwCm(t2tw)其中:Me-物料臨界濕含量%Cm-物料比熱容kJ/kgt w-出口空氣處濕度溫度c r W-濕球溫度t w下水的氣化潛熱kJ/kg由工藝條件得：t2=50 C Cm=1.55KJ/(kg C)M1=0.333 M 2=0.163 M e=0.02查表得:t w =30C r w =2423.7 kJ/kg代入上式求得tm2 =34C ,與

8、假設(shè)溫度35C基本相同，假設(shè)正確.4.氣流干燥器直徑的計(jì)算a.最大顆粒沉降速度Umax：dmax取3dp=3X 0.154 - 0.45mm 干燥管內(nèi)空氣的平均物性溫度為 90 50 =70C ,查干空2氣性質(zhì)表得：該空氣下的粘度=0.0206 X 10 3 Pa - s ,=1.029 kg/ m3，另外淀粉 p=1500kg/ m3所以Armax =d max)g =(0.45 10 3)3 1.029 (1500 1.029) 9.81(0.0206 10 3)2=32481 .7 A 因?yàn)锳r屬于1.833.5 105范圍內(nèi),由經(jīng)驗(yàn)式 Re+0.14 Re =2把Ar max =324

9、8代入，用試差法求得Re =55所以 Umax = de :dP355 0.0206 103=7.15 m/s0.154 101.029b.氣流干燥管內(nèi)的平均操作氣速U a :2 倍,即 U a =2Umax =2X如果取氣流干燥管內(nèi)的平均操作氣速為最大顆粒沉降速度的7.15=14.3 m/s,圓整后取氣流干燥管內(nèi)的平均操作氣速 Ua =15 m/sc. 干燥管內(nèi)直徑D:干燥管內(nèi)空氣的平均溫度為70T，平均濕度Hm= 二00073 0023 =0.0151 kg水 2 227370/kg干空氣，則平均濕比容 Vm=(0.772+1.244 X 0.0151) X=0.994 m3濕空氣/kg干

10、273空氣所以干燥管內(nèi)體積流量 V=L Vm=4331X 0.994=4305 m3 /h故氣流干燥管直徑D為：44 4305D=3600 Ua =13600 3.14 15=32 m取整，即D=0.35m5.氣流干燥管長(zhǎng)度Y:物料和氣體在氣流干燥管內(nèi)的溫度及濕含量變化如下圖所示，氣體：H1 =0.0073H2 =0.023ti =90Ct2=50Ctw =30 r物料：M1=0.333tmi =25CM 2=0.163tm2 =35 E因?yàn)镸2 M c所以物料一直處于恒速干燥階段在恒速干燥階段（包括預(yù)熱段），水的氣化溫度為tw=30E(查 I-H 圖得),水的氣化潛熱rw =2423.7 k

11、J/kg.a.物料干燥所需的總熱量Q:Q=G(M1- M2) q+(Cm+Cw M1)(協(xié)-切)=(0.333-0.163) X 2423.7+(1.55+4.186 X 0.333) X (35-25)3600=49.0 kwb.平均傳熱溫度差tm :(t1tm1 )tm =m1t1Int2c.傳熱膜系數(shù)dp3 ( pAr =2址2 =(90 25)(50 35) =34 1tm1tm2:對(duì)平均直徑0.154 mm的顆粒來說，)g (0.154 10 3)3 1.029 (1500ln503532(0.020610 )1.029) 9.81=130查阿基米德數(shù)Ar與雷諾數(shù)Re關(guān)系圖知Re5,

12、故=0.7 m/sRe = 5 0.0206 10 36dp 154 101.029則 =一 (2+0.54 Re0.5) =0.029 3 X( 2+0.54 X 50.5)dp0.154 102=619 w m Cf.氣流干燥管長(zhǎng)度丫：G4a$dp2a= 3600avdp3 p 顯其中as av為非球形顆粒的面積系數(shù)及體積系數(shù),G般情況下，as/av=6,故a4D2可簡(jiǎn)化為600dp p(Ua Uf)由于a D24G600dp p(UaUf)600 0.1544003101500 (15 0.7)49.0 103=11.6 m619 0.20 34.1=0.20 m3/m2所以干燥管長(zhǎng)度丫

13、=一 (a D2) tm4圓整后取丫=12 m主要符號(hào)說明Ar -阿基米得數(shù)a -單位干燥管體積內(nèi)的干燥表面積，m2/m3-顆粒與流體間的對(duì)流傳熱系數(shù)，w/( m)五、主要附屬設(shè)備的計(jì)算與選型1. 空氣加熱器的選擇翅片加熱器將濕空氣由15C加熱到90C所需的熱量為Q=L( 1 + X1) C (90-15)=4331(1+0.0073)1.009(90-15) =3.30 105 (kJ/h )取加熱蒸汽壓力為0.2Mpa蒸汽的飽和溫度為120C,汽化潛熱為2205.1kJ/kg，冷凝水的排 出溫度為120C，則水蒸氣的耗量為Gv=3.30 10 =149.8 (kg/h)2205.1傳熱溫差

14、為A .90 15 a* tm1=60 Cm1 , 120 15In12090若選SRZ 5Z翅片式散熱器，3567（10.0073）則質(zhì)量流速為0.155 3600故所需傳熱面積為（附表2）每片傳熱面積為8.78 ,通風(fēng)凈截面積為0.155m2,6.44kg/(m s)，查得傳熱系數(shù) K=100KJ/( m hC),A1=Q 丿30 105 149.8K1 tm1100 60所需片數(shù)為為626，取7片實(shí)際傳熱面積為61.5 m。由此可選SRZ55Z翅片式散 熱器共7片。2. 進(jìn)料器的選擇根據(jù)進(jìn)料量，選取Zd-2000傳動(dòng)送料器。該吸收歐美上料機(jī)先進(jìn)技術(shù)，自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的 高效上料機(jī)，適用各種粉

15、、粒、破碎回料及化工原料，每小時(shí)上料量0.4噸的系列產(chǎn)品，直接上料高度25m，具有性能穩(wěn)定、節(jié)省人力、安全可靠等特點(diǎn)。電源為？ 3 /380V 50Hz; A電機(jī)功率為1.1 Kw; B電機(jī)功率為0.75 Kw ;送料管直徑 為141 ?;送料容量為200 Kg；料箱尺寸LX WH為（140 85 90 ） cm；機(jī)器重量為460 Kg。3. 風(fēng)機(jī)的選擇因?yàn)椴僮鲏簭?qiáng)為常壓，系統(tǒng)需要2臺(tái)風(fēng)機(jī)，即干燥管前安裝1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，干燥管后安裝1臺(tái) 引風(fēng)機(jī)。阻力也以干燥管為基準(zhǔn)分前段（從空氣加熱器至干燥管之間的設(shè)備和管道）阻力和 后段（干燥管后的設(shè)備和管道）阻力。在操作條件下，空氣流經(jīng)系統(tǒng)各設(shè)備和管道的阻力如

16、下表所示。系統(tǒng)阻力估算：設(shè)備壓降/Pa設(shè)備壓降/Pa翅片加熱器200旋風(fēng)分離器1200管道、閥門、灣頭 等300脈沖布袋除塵器2000合計(jì)500干燥管1500消音器300管道、閥門、灣頭 等400合計(jì)5400a.鼓風(fēng)機(jī)的選型鼓風(fēng)機(jī)入口處的空氣溫度為15C，濕含量為0.0073，則273 153H0= (0.773+1.2440.0073)=0.83 (m /kg 干空氣)2733V0=L H 0=4331 0.83=3595 (m /h)取安全系數(shù) 1.1，故所需的空氣流量為3595X 1.仁3954 (m 3 /h)系統(tǒng)前段平均風(fēng)溫按65C計(jì)，密度為1.044kg/ m3,則所需風(fēng)壓(規(guī)定狀

17、態(tài)下)為500(1.18/1.004 ) =587.6 (Pa)。取安全系數(shù) 1.1故所需的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為587.6 X 1.1=646.4 Pa綜上所計(jì)算，選用6-46-11型離心通風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量為 50348770m3/h,風(fēng)壓為5003230Pa(附表 3)b.引風(fēng)機(jī)的選型系統(tǒng)后段平均溫度按50 C計(jì)，密度為1.093Kg/m3,則引風(fēng)機(jī)所需風(fēng)壓為 5400 (1.18/1.093)6133 Pa取安全系數(shù) 1.1故所需的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為6133X 1.仁6746 Pa取引風(fēng)機(jī)入口處的風(fēng)溫為50E，濕含量X2 =0.023，貝U273503H5= (0.773+1.2440.023 )X=0.948

18、 (nf/kg 干空氣)H 52733V5=L H 5 =4331 0.948=4106(m3/h)取安全系數(shù) 1.1，故所需的空氣流量為4106X 1.仁4516 (m 3 /h)故選用9-27-11型離心通風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為1310-11020 m3/h,風(fēng)壓為3700-9150Pa。(附表3)4. 旋風(fēng)分離器的選擇進(jìn)入旋風(fēng)分離器的含塵氣體近似按空氣處理，則取溫度為70C,Hm=H1 Hj。0073 0.023 =0.0151 kg 水/kg 干空氣，則平均濕比容 Vm=(0.772+1.244 X2 2選蝸殼式入口的旋風(fēng)分離器，取入口風(fēng)速為15m/s,則0.225D 0.3D 15= 3546

19、3600即D=0.99m,圓整后取D=1 m其尺寸如下所示:D=1000mm圓柱體體直徑）a=0.3D=300mm 進(jìn) 口高度)L1 =0.8D=800mm圓柱體高度）b=0.225D=225mm 進(jìn) 口寬度)L2=2D=2000mm圓錐體高度）d=0.35D=350mm排氣管直徑）l=0.7D=700mm （排氣管深度）d =0.2D=200mm排塵管直徑）可選用規(guī)格為XC-5型蝸殼式入口的旋風(fēng)分離器 （附表1）5. 袋式的選擇取進(jìn)入布袋過濾器的氣體溫度為 50r，則273503H4= （0.772+1.2440.023） =0.95（m /kg 干空氣）H 42733V4=L h 4 =4

20、331 0.95 =4114 （m /h）取過濾氣速為4m/min.則所需過濾面積為 旦比 17.1m2，由脈沖布袋過濾器選型表查得, （60 4）可選取MC24型脈沖布袋過濾器，（附表3）其過濾面積為18m2，過濾風(fēng)量為2160-4300 m3/h。六、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表通過上述工藝設(shè)計(jì)計(jì)算得到的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表如下所示。工藝設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果匯總表物料處理量/（kg h -1）533_1蒸發(fā)水量/(kg h )68產(chǎn)品產(chǎn)量/(kg h 1)400空氣用量/（kg干空氣 h-1）4331干燥管直徑/m0.35干燥管高度/m12翅片加熱器的型號(hào) 翅片加熱器傳熱面積/m2SRZ5 5Z55旋風(fēng)

21、分離器的型號(hào)XC-12旋風(fēng)分離器直徑/m1.4引風(fēng)機(jī)型號(hào)9-27-11型離心通風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)6-46-11型離心通風(fēng)機(jī)供料器型號(hào)Zd-2000七干燥裝置的工藝流程濕物料.2002年8月第一版咼嘉安主編.淀粉與淀粉制品工藝學(xué).北京市.中國農(nóng)業(yè)出版社.2001中國石化集團(tuán)上海工程有限公司編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè).北京市.化學(xué)工業(yè)出版社.2006匡國柱 史啟才主編.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).北京市.化學(xué)工業(yè)出版社2002年1月第一版梁世中主編.生物工程設(shè)備.北京市.中國輕工業(yè)出版社.2006曹崇文、朱文學(xué)著.生產(chǎn)品工藝過程的計(jì)算機(jī)模擬.北京市.中國農(nóng)業(yè)出版社.2001李功樣等主編.常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì).廣州市.華南理工大學(xué)出版社.2003年馬連湘主編.化工設(shè)備算圖手冊(cè).北京市.化學(xué)工業(yè)出版社.2002年潘永康主編.現(xiàn)代干燥技術(shù).北京市.化學(xué)工業(yè)出版社.1998年大連理工大學(xué)化工原理教研室編.化工原理課程設(shè)計(jì).大連市.大連理工大學(xué)出版社.1997年附表1旋風(fēng)分離器規(guī)格型號(hào)公稱直徑（mm）處理風(fēng)量（M3/h）風(fēng)阻（Pa）除塵效率（