气流和单层流化床联合干燥装置设计.docx
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气流和单层流化床联合干燥装置设计
化工原理课程设计任务书
(干燥装置设计)
(一)设计题目:
气流和单层流化床联合干燥装置设计
(二)设计任务及操作条件
1.用于散颗粒状药品干燥
2.生产能力:
处理量13735Kg/h物料含水率(湿基)22%,气流干燥器中干燥至10%,再在单层流化床干燥器中干燥至0.5%(湿基)。
3.进料温度20℃,离开流化床干燥器的温度120℃。
4.颗粒直径:
平均直径dm=0.3mm
最大粒径dmax=0.5mm
最小粒径dmin=0.1mm
5.干燥介质:
烟道气(性质与空气同)。
初始湿度:
H0=0.01kg水/kg绝干气
入口温度:
t1=800℃
废气温度:
t2=125℃(两种干燥器出口温度相同)
6.操作压力:
常压(101.3kPa)
7.年生产日330天,连续操作24小时/天。
8.厂址:
柳州地区
(三)设计内容
1.干燥流程的确定及说明.
2.干燥器主体工艺尺寸计算及结构设计。
3.辅助设备的选型及核算(气固分离器、供风装置、供料器)。
4.A3图纸2张:
带控制点的工艺流程图
主体设备图
(四)设计基础数据
1.被干燥物料:
颗粒密度:
ρs=2000kg/m3
干物料比热容:
Cs=0.712kJ/kg.℃
假设物料中除去的全部为非结合水。
2.分布板孔径:
d0=5mm
3.流化床干燥器卸料口直接接近分布板
4.干燥介质的物性常数可按125℃的空气查取
5.干燥装置热损失为有效传热量的15%
1设计方案简介
1.1气流干燥器
气流干燥器主要用于小颗粒物料的干燥。
这种干燥器的特点是颗粒悬浮于干燥介质(热空气或烟道气)中。
干燥管内热气体向上的流速大于颗粒的沉降速度,故物料随热气体一起被输送;在并流中,物料与干燥介质之间进行传热和传质。
气流干燥器具有以下特点:
1干燥强度大。
由于气流的速度高,湿物料又处于分散和悬浮于热气流中,气、固相接触面积大,强化了传热、传质过程,使物料在干燥管内仅需要极短的时间即可到达干燥的要求。
故可用于干燥热敏性物料。
2干燥处理量大,热效率高。
3结构简单,装卸方便,占地面积小。
4在干燥的同时,对物料有破碎作用,因而对粉尘的回收要求较高,否则物料损失大,还会污染环境。
5干燥产品磨损较大。
物料一般难以保持干燥前的结晶形式和光泽。
1.鼓风机;2.预热器;3.夹套;4.加料器;5.气流干燥管;6.旋风分离器;7.抽气机
1.2单层圆筒流化床干燥器
流化干燥是固体流态化技术在干燥上的应用。
对于单层圆筒流化床干燥器,被干燥的散颗粒物料从左侧加入,与通过多孔分布板向上的热气流相接触。
只要气流速度保持在颗粒的起始柳化速度和带出速度之间,颗粒就能在热气流中上下翻滚,相互混合、碰撞,与热气流进行传热与传质而达到干燥的目的。
经干燥后的颗粒由床右侧卸出,气流经旋风分离器回收其中夹带的粉尘后,自顶部排出。
流化床干燥器有两个显著的特点:
1由于颗粒分散并做不规则运动,造成了气、固相的良好接触,加速了传热、传质的速度,因此床内的温度均匀,便于准确控制,能够避免局部过热;
2颗粒在流化床内的平均停留时间便于调节,特别适合于驱除需时较长的结合水分。
③处理量大,设备结构简单、造价低、维修方便。
④不适于干燥湿含量太高的物料。
单层圆筒流化床干燥器示意图
1.3气流和单层流化床联合干燥
本设计的任务是气流和单层流化床联合干燥装置的设计。
气流和流化床干燥器都是热效率很高的干燥设备,根据两者的优缺点将两种干燥器联合使用可以进一步地提高干燥效率。
因为流化床干燥器不适合于干燥湿含量较高的物料,故使物料在气流干燥器中降低湿含量后再经过流化床。
基本干燥流程是:
先将湿物料经过第一阶段——气流干燥阶段,使物料的湿度降低到接近气流干燥器的干燥极限,再将此含水率较低的物料经过单层圆筒流化床干燥器,水分将进一步的降低,达到要求的干燥条件。
这样的联合装置,克服了用单个干燥装置时的缺点,提高了干燥的效率。
下面是气流和单层流化床联合干燥装置的示意图:
1.鼓风机;
2.空气加热器;
3.气流干燥管;
4.供料器;
5.旋风分离器;
6.单层圆筒流化床干燥器
根据设计任务书条件进行的工艺设计
2气流干燥器的设计计算
2.1物料衡算
水分蒸发量W
式中,ω1——物料最初的含水率
ω2——气流干燥器出口物料的含水率
G1——物料处理量,kg/h
气流干燥器的产品量G2
绝干物料量Gc
物料的干基湿含量
式中,X1——物料最初的湿含量
X2——气流干燥器出口物料的含水率
空气的用量L
式中:
H1、H2—空气进出气流干燥管得湿含量,kg/kg干空气
又有空气进入预热器的相对湿度为φ0=75%,温度为t0=20℃,在此条件下,水的饱和蒸汽压为Ps=2338.59Pa,总压为P=101.3kPa
则:
H1=H0=
故①
2.2热量衡算
物料在气流干燥室的出口温度tm2,空气的出口湿含量H2
L(I1-I2)=G2(I1′-I2′)②
式中:
I1、I2——进出气流干燥室的空气的焓,kJ/kg
I1′、I2′——进出气流干燥室的物料的焓,kJ/kg
其中:
③
设绝干物料的比容为Cs,空气的比容为Cw
Cs=0.712kJ/(kg·℃),查得在t2=125℃下,Cw=1.026kJ/(kg·K)=0.0038kJ/(kg·℃)
则:
I1′=(Cs+CwX1)tm2
=(0.712+0.0038*0.2821)*20
=14.261kJ/kg
I2′=(Cs+CwX2)tm2
=(0.712+0.0038*0.1111)tm2
=0.712tm2
将以上I1、I2、I1′、I2′代入②式,得
整理得:
④
因为tm2=tmax-(5~10)=120-10=110℃
所以根据④式得H2=0.26kg/kg
则根据①式得L=7325.2kg/kg
热损失q1
据柳州地区年平均温度t0=20℃,H0=0.01kg/kg,
得I0=(1.01+1.88H0)t0+2492H0
=(1.01+1.88*0.01)*20+2492*0.01
=45.496kJ/kg
在湿焓图上,
空气最初的状态点为(H0,I0)=(0.01,45.496)
空气在预热器进口的状态点为(H1,I1)=(0.01,847.96)
空气在预热器出口的状态点为(H2,I2)=(0.26,835.27)
则绝热干燥过程单位热量消耗q′为
实际干燥过程的热损失为:
q1=15%q′=481.5kJ/kg水
物料升温所需要的热量qm
总热量消耗Q
Q=q′W=(3209.9*1831.3)/3600=1632.9kW
2.3气流干燥管直径D的计算
最大颗粒的沉降速度ufmax
干燥管内空气的平均物性温度为
在该温度下,空气的密度为ρ=0.483kg/m3,黏度为μ=3.496*10-5Pa·s
对于最大颗粒:
根据式得Remax=23.6
故
干燥管内的平均操作气速ua
如果取ua为最大颗粒沉降速度的4倍,
即,圆整后取平均操作气速ua=14m/s
干燥管的直径D
干燥管内空气的平均温度为462.5℃,平均湿度为
则平均湿比容
气流干燥管内的湿空气的平均体积流量Vg为:
故气流干燥管的直径D为:
圆整后取D=700mm
2.4气流干燥管的长度Y
物料干燥所需的总热量Q
就真个干燥器而言,输入的热量之和等于输出的热量之和,即:
式中:
Cs——干物料的比热容,kJ/(kg·℃)
C1——水在tm1温度下的比热容,kJ/(kg·℃)
qp——预热器内加入的热量,kJ/(kg水)
qd——干燥器内补充的热量,kJ/(kg水)
q1——损失于周围的热量,kJ/(kg水)
整理得:
⑤
其中:
qm=416.5kJ/(kg水),q1=481.5kJ/(kg水)
查得C1=4.187kJ/(kg℃)
则⑤式得:
故总热量Q=qW=3973*1831.3=7275754kJ/h=2021kW
平均传热温差Δtm
式中:
t1——空气进口温度,℃t2——空气出口温度,℃
tm1——物料进口温度,℃tm2——物料出口温度,℃
表面给热系数α
对于平均直径为dm=0.3mm的颗粒:
根据求得Re=7.5
故
则
查得在空气的平均温度462.5℃下,空气的导热系数为λ=0.056W/(m·℃)
则
气流干燥管的长度Y
由于
故
圆整后取气流干燥管的有效长度为Y=7m
2.5气流干燥管压降的计算
气、固相与管壁的摩擦损失△P1
式中:
f——干燥管的摩擦系数
ρas——干燥管内气、固相的混合密度,kg/m3,
其中:
D=0.7m,ua=14m/s,Y=7m
在125℃下,空气的密度为ρa=0.887kg/m3;干燥管气流中的颗粒的密度为
则
雷诺数
故摩擦系数
故
克服位能提高所需的压降ΔP2
式中:
Y——气流干燥管的有效长度,m
局部阻力损失ΔP3
据相关资料叙述,此压降一般在1000~1500Pa之间,取ΔP3=1300Pa
总压降ΔP
根据以上计算,气流干燥管的总压降为:
ΔP=ΔP1+ΔP2+ΔP3=44.1+30.1+1300=1374.2Pa
3单层圆筒流化床的设计计算
3.1物料衡算
流化床干燥器中水分蒸发量W
式中:
G2——气流干燥器的产量、流化床干燥器的进料量,kg/h
ω2——流化床干燥器进口的物料湿含量
ω3——流化床干燥器出口的物料湿含量
流化床干燥器的产品产量G3
绝干物料量Gc
物料的最终干基湿含量X3
3.2热量衡算
水分蒸发所需热量Q1
式中:
C1=4.187kJ/(kg水)
则:
干物料升温所需热量Q2
干燥器中所需热量Q′
热损失Q3
干燥过程所需总热量Q
干空气用量L
空气经过干燥器,温度从t1=800℃变成t2=125℃,
则:
最终废气湿含量H3
由
得
3.3最小颗粒的逸出速度ut
对于最小颗粒dmin=0.1mm,由上文可知,在平均温度462.5℃下,空气的ρa=0.483kg/m3,μa=3.496*10-5Pa·s
所以
根据式得Remin=0.4
故
3.4扩大段直径D2′的确定
则实际扩大段的直径为Ф2900mm
3.5床层直径D′的确定
根据相关资料的实验结果,适宜的空床气速为1.2~1.4m/s,现取u=1.2m/s进行计算。
在125℃下,湿空气的比容和体积流量V分别为:
流化床床层的横截面积A为:
因此,床层的直径为:
圆整后取实际床层直径为Ф1500mm
3.6分离段直径D1′的确定
在125℃下,空气的密度ρa=0.887
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- 气流 单层 流化床 联合 干燥 装置 设计