化工原理干燥器课程设计.docx

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化工原理干燥器课程设计

1概述………………………………………………………………………………3

1.1干燥技术现状及进展………………………………………………………3

1.1.1干燥技术的概况……………………………………………………3

1.1.2干燥技术现状………………………………………………………3

1.2气流干燥器的简介…………………………………………………………4

1.2.1气流干燥器的简介…………………………………………………4

1.2.2脉冲式气流干燥器的简介…………………………………………5

2.设计任务及要求……………………………………………………………………5

2.1设计题目…………………………………………………………………5

2.2设计任务及操作条件……………………………………………………5

2.3设计内容…………………………………………………………………5

3.干燥器主体工艺尺寸计算计算…………………………………………………6

3.1基本参数的确定…………………………………………………………6

3.2物料衡算和能量衡算……………………………………………………6

3.2.1物料衡算和热量衡算………………………………………………6

3.2.2气流干燥管直径的计算……………………………………………7

3.2.3气流干燥管长度的计算……………………………………………8

4.辅助设备的选型及核算…………………………………………………………17

4.1鼓风机……………………………………………………………………18

4.2加热器……………………………………………………………………18

4.3进料器……………………………………………………………………18

4.4分离器……………………………………………………………………19

4.5除尘器……………………………………………………………………19

5.设计结果汇总……………………………………………………………………19

6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。

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，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0.5~2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。

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60~65℃，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70~90℃。

因此，可以使用高温气体。

一根直径为0.7m长为10~15m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℃时，可选用蒸汽加热；≤200℃时，电加热（或蒸汽加热，电补偿或导热油加热）；≤300℃时，燃煤热风炉；≤600℃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

，最大粒径

物料含水量（干基）:

;

;临界含水量

物料进口温度：

物料参数：

干料的比热容

；密度

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

℃；初始湿度

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。

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

1物料的基本参数生产能力

=2000kg/h，物料的粒子平均直径d=200

，物料的粒子最大直径

；物料的密度

；物料要求从

（干基）；干燥至

（干基）；物料进口温度

℃；干物料比热

；物料的临界含水量

（干基）。

2空气的基本参数进气流干燥管的空气温度

℃，进气流干燥管的湿度

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

物料衡算气流干燥管内的物料横算式为

绝干物料量

干燥出去水分

代入上式

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

℃，假设物料的进口出口温度

℃。

对于水-空气系统，运用下式

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

出口空气的焓值为

=

将

值代入热量衡算式

将热量和物料衡算式联立求解得

1校核假设的物料进口温度

按下式进行校核

查的

℃，

，

，代入上式得

℃

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

①加速段气流干燥管直径的计算取进口空气速度

，空气进气流干燥管温度

℃，空气进气流干燥管的含水率

，代入下式

②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

此时，最大粒径500

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0.292m

a.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

，故预热物料所需热量

ⅱ.预热带空气出口温度的计算根据空气在预热带放出热量

，计算预热带终了时的空气温度

解得

预热带空气的平均温度

。

在此温度下，

ⅲ.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

当

代入热量计算式

用试算法求的

与

ⅳ.预热带气流干燥管长度的计算由于预热带

在1-500之间，所以计算其气流干燥管长度应用下式

b.加速段中表面蒸发带气流干燥管长度的计算以物料含水率的变化作分段计算，直到加速段结束为止。

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

解得

本段内的各项物理参数

平均温度

℃

当

℃时，空气含水率

平均含水率

空气在

定性温度为

。

加速段中，粒子由

本段内粒子速度，由

得表示式计算

ⅱ.物料含水率由0.20-0.15区间

1．热平衡求物料干燥至湿含量0.15时之温度t

②.

③.该段内给热量及Re’的计算:

2．

ⅲ.物料含水率在0.15-0.10区间

3．热平衡求物料干燥至湿含量0.10时之温度t

②.

③.该段内给热量及Re’的计算:

粒子和空气相对速度的计算

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

c.等速段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t

d.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.辅助设备的选型及核算

4.1鼓风机：

在干燥的装置中所选用的风机一般都采用离心式风机。

目前，国内尚无干燥器专用风机，一般选用4-72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。

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/

，气体温度不超过80℃。

该系列风机为单吸入式，共有五个机号：

4.5C、5C、6.3C、8C、10C。

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4.5CY132S1-2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160×38×B2，电动机带轮132×38×B2，电动机导轨ST0201×02，

其工作点如下

工作点

流量/（

）

全压/Pa

1

2579.6

3350.5

2

2936.5

3139.9

3

3223.4

3272.6

4

3545.7

3243.9

4.2加热器

根据前面所选的所需热量选择对于空气加热的加热器，经过计算，其空气所需热量大约为

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/

外形尺寸（长×宽×高）/mm

热风口（宽×长）/mm

质量/kg

RLY-30

YL3

39-48

126

3400×1500×1800

250×300

3160

4.3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：

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

γ—物料堆积比重

C—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=

m

圆整为标准直径，取D=0.3m。

再求其螺旋轴的极限转数n

式中A为物料综合特性的系数。

圆整为标准转数，取n=90。

由于过程中还需要矫正各个系数比较复杂，因此我们就根据输送量，选择LS型D100的，其性能参数如下：

螺旋直径/mm

螺距/mm

转速/（r/min）

输送量/

D100

100

140

2.2

112

1.7

90

1.4

71

1.1

4.4分离器

选用旋风分离器，旋风分离器是利用离心力利用净制气体的设备，其结构简单，制造简单，分离效率高，并可用于高温含尘气体的分离，所以在生产中得到广泛应用。

旋风分离器能分离气体中粒径为5-200μm的尘粒，为了能分离含尘气体中不同大小的尘粒，一般由重力降尘室、旋风分离器及袋虑器组成除尘系统，含尘气体先在重力降尘室中除去较大的尘粒，然后在旋风分离器中除去大部分的尘粒，最后在袋虑器中除去大部分尘粒，最后在袋虑器中除去较小的尘粒。

可根据尘粒的粒度分布及除尘的目的要求省去其中某个除尘设备。

4.5除尘器

经选用，使用脉冲式袋式除尘器比较合适，袋式除尘器是采用滤布材料制成滤袋，使含尘气体通过滤袋达到分离气体中固体粉尘目的的一种高效除尘器，脉冲式袋式除尘器是采用脉冲喷吹系统，周期性地向滤袋内或滤袋外喷吹压缩空气来达到清除滤袋积尘目的的袋式除尘器。

经计算根据气体处理量而选择型号为MC-72-Ⅱ，

五．设计结果汇总

1．经过上述包括所有的计算以及辅助设备的选型工作已经完成，现在做如下汇总，在整个过程中，首先气体气体是经过鼓风机进入到加热器中进行加热，加热至400℃，后进入到干燥管主体，与此同时，螺旋进料器将物料输送到干燥管中，进入脉冲管中进行干燥过后，经过分离设备和除尘设备将气体和物料分离，物料分离器下面会接一个料斗，用来储存物料。

六．结论

通过本次课程设计，加深了自己对于化工原理关于干燥器方面的理解，并且自己能够很好的理解什么是设计，对于以后的设计有很大的帮助。

参考文献

干燥设备设计化工设备设计全书编辑委员会上海科学技术出版社1983年出版165页至198页，和569-632页

化学工程手册4郭长生、谢丰毅等化学工业出版社1989年10月出版213页至249页

干燥器化学工业出版社中国石化集团上海工程有限公司金国淼等编2008年9月出版

附图流程示意图和干燥器图