聚氯乙烯气流干燥器设计方案.docx
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聚氯乙烯气流干燥器设计方案
聚氯乙烯气流干燥器设计
方案
设计方案及参数的确定
(一)设计方案的确定
根据方案的容为:
干燥方法及干燥器结构形式的选择;干燥装置流程及主要辅助设备的确定,干燥器操作条件的确定等。
设计方案的总原则是:
满足工艺要求,经济合适,生产安全。
有以下几点要求:
(1)所确定的流量和选用的设备,必须保证产品达到预期的干燥目的,而且质量要确定。
(2)热能消耗干燥过程的主要消耗,设计是考虑如何省能。
(3)干燥器的选定尽量降低价格。
(4)选用合适的干燥介质,如热空气,烟道气等,一般使用热空气,除去物料与空气中的氧气接触会发生反应时,则用过热蒸汽或氮气等惰性气体,当不担心烟道气对干物料的污染时,可尽量采用烟道气。
1)设计依据
干燥器设计中,主要利用以下基本关系,
(1)物料衡算;
(2)热量;(3)传热速率方程式;(4)传质速率方程式,但由于对流传热系数及传质系数随不同的条件而变化,且无同样的和R关系式,因此干燥的设计要用经验方法进行计算。
2)干燥器的选型
被干燥物料的行状以及干燥后产品的要求决定了干燥器的类型,干燥器必须能保证产品的质量,速率快,操作控制方便,劳动条件好,而且要能适宜被干物料的形态和物性生产能力要高,而且能耗低。
工业中气流干燥器是常用的一种,对于能在其他中自由流动的颗粒物料,常采用气流干燥器进行干燥,因为结构简单,造价低,易于制造和维修,操作稳定且便于控制,一般热效率也比较高,干燥非结合水时,热效率可达60%左右,但干燥结合水时,热效率仅为20%左右,其主要缺点:
由于气速高以及物料在输送过程中与壁面的碰撞及物料见的相互摩擦,整个系统的流体阻力大,动力消耗大,对粉尘回收装置的要求高,且不宜干燥有毒物质。
气流干燥比较适合于干燥粒径100m且以上的合成纤维结晶,矿石,合成橡胶等,对聚氯乙烯,因具有热熔性,当温度太高(一般不超过70~80℃),容易软
化,而其含湿量可以达到较高而不潮解,故干燥聚氯乙烯选用气流干燥器是合理的。
3)工艺流程在设计中工艺流程采用湿物料直接加入干燥管中,由于蒸汽流的冲击作用而将物料分散,从而使物料得以干燥,干燥后的物料大部分由一级旋风分离器收集,剩余部分由袋滤器捕集。
由于气流干燥器的干燥时间较短,若湿物料水分未干燥完全的话,可串联流动干燥机,使湿物料干燥充分。
(二)参数确定
1)选择干燥介质在物料的干燥过程中,采用何种介质是根据物料的性质和生产厂家的具体情况来确定的。
通常使用的干燥介质是不饱和热空气,若气体的相对湿度越低,则表明湿气体距饱和状态越远,吸湿能力也越大。
(相对湿度的定义为:
在一定温度、压力下,湿气体所含湿分蒸汽压p与该温度、压力下湿分的饱和蒸汽压之比,即
=(p/ps)100%),由于干燥过程一般在常压或负压下进行,总压对ps基本无影响,又考虑到地区湿度较大,故取其值为80%.
2)气体进口温度的选定提高气体进口温度可增大传热温差,有利于提高热效率和干燥强度,但温度
过高的话,干燥管的干燥速率将下降很快,并且操作费用增大,在本次设计计算中取130℃(由任务书确定)。
3)气体出口温度的确定干燥器的出口气体温度与干燥管的长度及燃料费用有关,若取得较低,则对
热能利用是有利的,但管长需要增加,制造成本将增加,考虑各种因素的影响,确定气体出口温度为70℃.
4)气体进口速度的确定气体进口速度越大,颗粒与气流之间的相对速度就越大,给热系数也将越大,
但气速过高,其操作费用也会提高,对生产的经济性不利,一般气速定为20~
40m/s,本次计算先取30m/s,得到的管径值圆整后,在最终确定进口气速。
5)湿物料的进口温度的确定
湿物料的进口温度都是根据生产实际情况而定,根据本次设计任务,取20℃.
干燥器主要尺寸的计算
一、基本物料衡算
1、汽化水分量W
GCG1(11)986kg/h0.2689kg/sW=GC(X1X2)191.083kg/h0.0530kg/s空气温度取20℃,其饱和蒸汽压为
23991.11
Ps0exp(18.5916)2.3485kpa
s015t0233.84
空气湿度为(取80%)
H1H00.622s0.0118kg水汽/kg绝干物料
10PPs
CH1CH21.0051.884H11.027kJ/(kgC)
2空气出口温度t2、湿度H2、.干空气消耗量L及物料出口温度2试差公式:
twt1rw(HwH0)
rw2491.272.30285tw
pw
2
125exp18.5916
3991.11
tw233.84
Hw0.622pw
Ppw
联立方程,求出tw=41.6569℃干燥过程的热量衡算:
QQwQmW(r0Cvt2Cw1)GCCm2(21)
Cm2CsCwX21.4762kJ/(kgk)
241.6569Ctw65C,满足产品质量要求。
144.1840kw
Q0.053(2491.271.884804.18720)0.26891.4762(41.656920)Q
L2.4957kg/s
(t2t1)CH0
[注]校核t2
tt2td46.1656
2046.165650所设t2比较合理
3.干燥管直径D的计算
VH(0.0028350.004557H1)(t1273)1.1931m3/kg绝干水汽
(2)加速段终点
终点的确定:
若整个干燥管交换的总热量为Q,则加速段应占其80%,
则t1tt0.8
t1t2
解得,tt92C
VHt
gt
1Ht
VHt
0.9492kg/m3
gt
3.214107(273tt)0.712201449105pas
Xt
Wt
X1Gc0.0845
0.40.6
13.875gt1.6gt
dpmt
20.1441
ut
1
(9.81)1.4
AJt
0.5981
Rert
dputgt3.9696
gt
Nut
0.5
0.54Rert0.5
3.0759
(3)拟合公式
已知有关系式
Nu
AnRer
带入起点、终点结果,得
Nu0AnRer0n
(1)
Nut
AnRertn
(2)
由
(1)、
(2)得,
ln(Nu0)
ln(Nut)0.5119
Rer0ln(r0)
Nut
Nu0
Rer0
1.5188
2.
A1
Rert
Aq的计算
0.3089AnGcdpn0.4
0.0471
Cm1
CsCwX12.3028
qi
LCH1(t1tt)GcCm1(2
1)
13.4102
tit1LCqHi1134.4196C
t0.5(t1ti)137.2098C
tm1
ts
(t11)t(ti2)105.7976
lnt11
ti2
ti12
4
2.82105(ts
t1
84.0191
273.15)0.80.0311
g无汽化HmH1
(0.0028350.004557Hm)(tm273)1.1857m3/kg绝干气体1H
0.0118,tmt
VHm
gm
0.8538kg/m3
gm
3.214
Aq
n
ggm
n0.6
gm
A1Atm1
70.712
107(273tm)0.7122.3308
0.4
4324.8093
21550.8145
3.umo的计算
6Gc
mdp4D
71.4545
um0
Aadp
0.06
0.1786
ugm
VVHHmoug027.4891
5
10pas
AJt
20.1441
g0
0.8481kg/m3
5
g02.3421105pas
0.4
0.6
AJ0
g0
13.875g01.6
g0
g020.3003
dp1.6
m0
4.加速段的平均值计算
AJ
20.2222
加速段管长的计算
第一段:
预热段
Ji1Ji100.28888
uri1uri
uri1uri
Jmm(ri1ri)682.8086
murb
ri10.0044s
第二段
1.预分段
设Ri1.8,则:
ri11/Ri0.4444
qi
qi1Ci1
ri1
12.8421kw
2.热量衡算
3.
titi1LCqHii1129.0927C
tmi1/2(ti1ti)131.7562C
Hmi1/2(Hi1Hi)0.0129
VHmi(0.0028350.004557Hmi)(tmi273)1.1713m/kg绝干气体
tmi(ti1
mi
2)
lnti12
ti2
(ti2)90.1337C
ts
ti1tii1i
4
81.2923C
gmi
A1
2.82104(ts
3.214107
0.3089AnGcdpn
273.15)0.8
0.712
(273tmi)0.712
0.4
0.40.0471
0.0309w/(mk)
5
2.3087105pas
n0.4
gng0.64347.1637
g
设uri
uri1
1.3
15.4134m/s
n0.4n0.4
Bu1/2(uri1n0.4urin0.4)1.3783
1.4
Ji1AJuri11.49.811334.2118
1
1.4
将上值代入得
Bu1/2(uri1n0.4urin0.4)1.3711
uri13.9929m/s
5.校核分段合理性
uri
分段较为合理
6.流体力学计算
1.4
JiAJuri1.49.81803.2062
Jm
2.42.4AJuri1uri
2.4uri1uri
9.811062.3939
mJi1Ji87.8494
uri1uri
bJmm
432.3768
2
uri1uri
1muri1bln
mmurib
0.0058s
uri
0.0624m
末粒子速度:
umiugmuri13.4962m/s
2m
ugmlnmuri1bmmurib
1
uri1m
7.附加计算
riuri1uri0.4320uri
Ciqiri10.8572
qi1ri
以下均按上述方法重复计算可得加速段中第3—6的数据,现列表如下:
第一段
第二段
第三段
第四段
第五段
第六段
Δq
13.4102
12.8421
11.3242
11.0775
9.7102
9.3355
t
134.4196
129.0927
124.3803
119.7706
115.7299
111.84
51
Δtm
105.7976
90.1337
85.0614
80.4485
75.9530
72.074
2
tm
137.2098
131.7562
126.7365
122.0755
117.7530
72.074
2
W
0.0050
0.0044
0.0044
0.0038
0.0038
H
0.0118
0.0129
0.0158
0.0177
0.0193
0.0209
Hm
0.0129
0.0149
0.0168
0.0185
0.0201
VH
1.1850
1.1713
1.1604
1.1503
1.1407
1.1320
ugm
27.4891
27.1713
26.9184
26.6841
26.4614
26.259
6
ρ
0.8538
0.8648
0.8746
0.8839
0.8929
0.9011
ts
84.0191
81.2923
78.7825
76.4520
74.2894
72.308
0
λg
0.0311
0.0309
0.0307
0.0305
0.0304
0.0305
Aλ
2.3308
2.3087
2.2883
2.2692
2.2515
2.2353
Aq
4324.809
4347.163
4319.026
4290.889
4276.821
4290.8
3
7
8
8
3
898
ur
21550.81
18455.00
17303.71
16258.71
15299.84
14566.
454
22
42
50
19
2614
J
20.0374
13.9929
9.8822
6.7954
4.7552
3.3036
Bu
1.4296
1.3711
1.3179
1.2659
1.2151
1.1670
J
1334.211
803.2062
489.7912
285.9432
169.6075
97.938
8
4
m
100.288
87.8494
76.2437
66.0386
57.0217
49.372
8
5
b
-682.80
-432.376
-267.276
-165.342
-102.918
-56.22
86
8
3
6
0
28
0.0044
0.0058
0.0065
0.0082
0.0092
0.0104
0.0178
0.0062
0.1026
0.1584
0.2009
0.2444
Um(m/s)
7.4517
13.4962
17.6069
20.6937
22.7339
24.185
5
r
0.3630
0.4320
0.4160
0.4542
0.4290
0.4394
C
0.8333
0.8572
0.9157
0.8959
0.9281
0.9387
加速段总管长的计算:
LL0.7865m0.79m加速段总干燥时间的计算:
0.04
四、恒速断管长的计算加速段结束后:
Hi0.0209kg水汽/kg绝干物料
ti111.8451C
VHi(0.0028350.004557Hi)(ti273)1.1277m3/kg绝干气体
VHi
ugiHiugo26.3387m/s
3.214107(273tm)0.7122.1612105pas
Hm
1/2(HiH2)0.0277
VHm
(0.0028350.004557Hm)(273tm)1.0925m3/kg绝干气体
ugm
VVHmiugmi25.4477m/s
VHmi
CHi
1.0051.884Hi1.0444kj/(kgC)
qi
LCHi(ti
t2)77.8228kw
gm
1Hm
VHm
0.9407kg/m3
AJm
13.875
0.40.6
gmg
1.6
dpmi
20.0881
utm
9.81
1
1.4
um
Aa
AJm
ugmutm
24GC
midpD2
0.5993m/s
24.8484m/s
71`.4545
Aa2.8756um
2.82104(ts273.15)0.80.0301w/(mk)
0.5
Nu20.54Re0.53.0685
tml
Nu
dp
615.7457
(ti2)(t22)
lnti
t2
4q
aD2tml
Lum
52.6714
7.8537m
0.3161m
干燥器总长度:
LL加速L恒速9m干燥器总干燥时间:
加速恒速0.37s
附属设备选型计算
(1)加料器的选型和计算
1.加料器的选型
气流干燥器装置所采用的加料器必须保证向干燥器连续均匀的加料。
对于聚氯乙烯的干燥,综合其物性及加料量考虑,选用螺旋加料器。
螺旋加料器宜于输送粒状、粉状、及小块状物料,密封性能好,操作安全方便,结构简单制造费用低,但输送过程中物料易破碎,零件磨损大,且不宜输送粘性哒、易结团的物料2.加料器的计算
根据题意查表:
kd选取0.36,k1取值为50
查表求螺旋加料器的倾斜修正系数k,选取输送倾斜角度为15,k=0.7t为螺距,对于粘度小的物体t=0.8D或D,取t=D由于G=1210kg/h,=1400kg/m3
根据式G47kdkD2tn可计算出D=0.07m
(2)旋风分离器旋风分离器是利用离心力分离沉粒的设备。
其结构简单,造价低廉,没有活动部件,操作条件广泛,分离效率高。
在本设计任务中,依据题意选取旋风分离
VGLCHi36008797.6496m3/h
设进口风速为15m/s,查表选择CLP/A-9.4X型旋风分离器
2VG
u实u设G14.3331m/s
V表
2
p实p表G834.1853pa
实表V表
其规格及性能如下:
型号
VG(m3/h)
u实(m/s)
p实(pa)
数量
(台)
CLP/B-9.4X
8797.649
6
14.3331
834.1853
1
(3)空气加热器
Vp为空气通过通风净截面的质量流速,单位为kg/m2s,先取vp8kg/m2s
由计算结果查《化工原理设计导论》表7-6确定选择SRL107/2型,其性能参数如下:
型号
散热面积m2
通风截面积m2
热介质通过截面积m2
管束数
连接管直径mm
SRL107/2
31.0
0.30
0.0062
31
50
重新计算Vp得,vpG8.32kg/m2s
A
由表7-7中公式,K15.1vp0.2425.3W/m2s本散热器采用热介质为水蒸气,假定其工作压力为p=4atm,其冷凝温度为151.7
20140
则tm151.72014071.7C
2
QGcp(t2t1)302.2kW
FTQ166.6m2
TKtm
串联台数N166.65.37,取整数,得N6台
31.0
检查安全系数:
(166.6-4*31)/166.6=11.6%
即安全系数为1.12,所选加热器合适。
1.67
58.83pa
由表7-7中公式得其阻力p1.71vp综上所述所选的附属设备如下:
1.
螺旋加料器:
200200JTC561
2.
旋风分离器:
CLP/B-10.6Y型
3.
空气加热器:
SRZ127D型
4.
风机:
9-26型离心通风机器机号6.3
设计评价
、对气流干燥器的评价
tt11tt0250.00%
hd47.16%
由以上计算知,干燥器具有以下特色:
(1)干燥时间极为短暂,几乎在瞬间(V0.43s)便可以得到粉末状的干产品
(2).粒子显著分散于气流中,全管的体积传热系数很大,可以最大的干燥速率将物料的湿分量降到最低
(3)物料与热风并流操作,且干燥时间短,故可以采用高温干燥介质,以提高气固的传热温差,同时物料在表面汽化段,操作安全
(4)干燥效率高,散热面积小,设备结构简单,造价低,只需一根直径为0.43m,长为的干燥管就可以了,工程上取三节长为3m的铝管就可以满足要求了
5)气流干燥器,占地面积小,操作方便。
、对附属设备的评价
在风机的选型过程中,采用两台风机同时进行工作,在加热器前面装一台送风机,在除尘系统后面装一台抽风机,即前送后抽式流程(负压操作),不但可以减少设备费用,还可以避免粉尘飞扬,有利于改善劳动环境。
心得体会
经过几周的奋战我的课程设计终于完成了。
在没有做课程设计以前,觉得课程设计只是对课本所学知识的单纯总结,但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多,以前老是觉得自己什么东西都会,什么东西都懂,有点眼高手低。
通过这次课程设计,我才明白学习是一个长期积累的过程,在以后的工作、生活中都应该不断的学习,努力提高自己知识和综合素质。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了,同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更好的理解知识,所以在这里非常感帮助我的同学。
总之,不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多,真是万事开头难,不知道如何入手。
最后终于做完了有种如释重负的感觉。
此外,还得出一个结论:
知识必须通过应用才能实现其价值!
有些东西以为学会了,但真正到用的时候才发现是两回事,所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在此要感我们的指导老师易老师对我们悉心的指导,感老师给我们的帮助。
在设计过程中,我通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
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