化工原理课程设计流化床干燥器.docx

化工原理课程设计流化床干燥器.docx

《化工原理课程设计流化床干燥器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计流化床干燥器.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

化工原理课程设计流化床干燥器

化工原理课程设计

计算说明书

（2013~2014学年第一学期）

设计题目卧式多室流化床干燥器

院系生命科学学院

专业班级生物工程1101

姓名

学号

指导教师

成绩

日期：

2013年12月7日

一、设计任务书

设计题目

流化床干燥器设计——24

主要内容

1.设计方案简介：

对给定或选定的工艺流程、主要设备进行简要论述；

2.主要设备的工艺设计计算：

物料衡算、能量衡算、工艺参数的选定、流化床结构设计和工艺尺寸的设计计算；

3.辅助设备的选型；

4.绘流程图：

以单线图的形式描述，标出主体设备和辅助设备的物料方向、物流量、能流量。

5.流化床的设备工艺条件图

6.编写设计计算说明书

设计参数

基础数据：

（1）、被干燥颗粒：

颗粒密度

=1500kg/m

；堆积密度

=470kg/m

；干物料比热容

=1.25KJ/（kg·℃）；颗粒平均直径

=0.15mm；临界含水量

=0.013（kg水/kg绝干料）

；平衡含水量

=0。

（2）、物料静床层高度

=0.1m;

（3）、干燥装置热损失为有效传热量的15%；

（4）、干燥介质：

湿空气。

其初始湿度为

=0.013kg/kg绝干气；进预热器时的温度

=25℃；离开预热器时的温度

=108℃；

（5）、物料的进口温度θ

=30℃加热介质：

饱和蒸汽392.4kPa；操作压强：

常压；

设计计划进度

布置任务，学习课程设计指导书，其他准备...........0.5天

主要工艺设计计算..........2.5天

辅助设备选型计算/绘制工艺流程图..........1.0天

绘制主要设备工艺条件图..........10天

编写设计计算说明书（考核）..........1.0天

合计：

（1周）..........6.0天

主要参考文献

1、《化工原理》（上、下册），姚玉英主编，天津大学出版社1999.08

2、《化工原理课程设计》，大连理工大学编，大连理工大学出版社1994.07

3、《化学工艺设计手册》（第三版）化学工也出版社2011

4、《化工数据导引》王晓安主编，化学工业出版社1995.10

5、《化学工程制图》主编，化学工业出版社1994.05

6、《现代化床下制酒技术指南》王晶晶主编，中国石化出版社1998.08

设计文件要求

1.设计说明书不得少于7000字，A4幅图；

2.工艺流程图为A3幅图；

3.设备条件图为A2幅图；

备注

二、干燥原理

（一）干燥概述

干燥通常是指将热量加于湿物料并排除挥发湿分（大多数情况下是水），而获得一定湿含量固体产品的过程。

湿分以松散的化学结合或以液态溶液存在于固体中，或积集在固体的毛细微结构中。

当湿物料作热力干燥时，以下两种过程相继发生：

过程1．能量（大多数是热量）从周围环境传递至物料表面使湿分蒸发。

过程2．内部湿分传递到物料表面，随之由于上述过程而蒸发。

干燥速率由上述两个过程中较慢的一个速率控制，从周围环境将热能传递到湿物料的方式有对流、传导或辐射。

在某些情况下可能是这些传热方式联合作用，工业干燥器在型式和设计上的差别与采用的主要传热方法有关。

在大多数情况下，热量先传到湿物料的表面热按后传入物料内部，但是，介电、射频或微波干燥时供应的能量在物料内部产生热量后传至外表面。

整个干燥过程中两个过程相继发生，并先后控制干燥速率。

（二）干燥原理

．外部条件控制的干燥过程（过程）

在干燥过程中基本的外部变量为温度、湿度、空气的流速和方向、物料的物理形态、搅动状况，以及在干燥操作时干燥器的持料方法。

外部干燥条件在干燥的初始阶段，因为物料表面的水分以蒸汽形式通过物料表面的气膜向周围扩散，这种传质过程伴随传热进行，故强化传热便可加速干燥。

但在某些情况下，应对干燥速率加以控制，采用相对湿度较高的空气，既保持较高的干燥速率又防止出现质量缺陷。

．内部条件控制的干燥过程（过程）

在物料表面没有充足的自由水分时，热量传至湿物料后，物料就开始升温并在其内部形成温度梯度，使热量从外部传入内部，而湿分从物料内部向表面迁移，这种过程的机理因物料结构特征而异。

主要为扩散、毛细管流和由于干燥过程的收缩而产生的内部压力。

在临界湿含量出现至物料干燥到很低的最终湿含量时，内部湿分迁移成为控制因素，了解湿分的这种内部迁移是很重要的。

一些外部可变量，如空气用量，通常回提高表面蒸发速率，此时则降低了重要性。

对内部条件控制的干燥过程，其强化手段是有限的，在允许的情况下，减小物料的尺寸，以降低湿分的扩散阻力很有效的。

．物料的干燥特性

物料中的湿分可能是非结合水或结合水。

有两种排除非结合水的方法：

蒸发和汽化。

当物料表面水分的蒸汽压等于大气压时，发生蒸发。

这种现象是在湿分的温度升高到沸点时发生的，物料中出现的即为此种现象。

如果被干燥的物料是热敏性的，那么出现蒸发的温度，即沸点，可由降低压力来降低（真空干燥）。

如果压力降至三相点以下，则无液相存在，物料中的湿分被冻结。

在汽化时，干燥是由对流进行的，即热空气掠过物料。

降热量传给物料而空气被物料冷却，湿分由物料传入空气，并被带走。

在这种情况下，物料表面上的湿分蒸汽压低于大气压，且低于物料中的湿分对应温度的饱和蒸汽压。

但大于空气中的蒸汽分压。

三、干燥流程的确定与说明

（一）干燥器的选择方法

干燥器选择的最好方法是利用过去的经验，选择干燥器的最初方式是以原理的性质为基础的，在处理液态物料时所选择的设备通常限于喷雾干燥器、转鼓干燥器、搅拌间歇真空干燥器。

最粘性不很大的液状物料、旋转闪蒸干燥器及惰性载体干燥也很使用。

对于膏状物和污泥的连续干燥，旋转闪蒸干燥器常是首选干燥设备。

由于无聊为细颗粒分散状态，尘埃问题是一种主要的考虑。

然而据此要求在间歇和连续操作间作选择是困难的。

通常采用间歇干燥器为常压或真空托盘干燥器、间歇常压或真空搅拌干燥器及常压或真空转筒干燥器。

在溶剂回收、起火、有致毒危险或当需要限制温度时真空操作更可取。

用于连续干燥的干燥器为：

（a）喷雾此时雾化是关键，为应考虑的问题；

（b）流化床但物料在深床层中分散均匀较困难；

（c）连续带式循环干燥器适合于要求无尘的产品；

（d）气流干燥有时要求原料和干产品混合以促使物料分散在进入干燥器的气体中；

（e）连续迥转圆筒直接（加热）或间接（加热），在此设备中使湿物料与干无聊充分混合有利于操作。

同时，在干燥器的选择过程中还应该考虑能源价格、安全操作和环境因素等多方面对干燥器选择的影响。

（二）几种常见干燥器

．气体干燥器干燥速度快，气固并流操作，干燥时间短；另外结构简单，设备投资少，占地面积小，操作方便，性能稳定，维修量小。

但其主要缺点是：

⑴由于物料停留时间很短，气流干燥器只适合干燥非结合水，不适合于结合水分的干燥；

⑵由于颗粒之间以及颗粒与器壁之间的碰撞与摩擦。

因此，气流干燥器不适合于干燥晶形不允许破坏的物料；

⑶气固两相分离的任务很重，固体产品的放空损失较大，粉料排空对环境造成一定污染；

⑷气固两相接触时间短，两相间的传热不充分，气体放空时的温度较高，热效率较低；此外气体通过干燥系统的流动阻力较大，风机的动力消耗较高，因而气流干燥器的能量消耗较高。

2．转筒干燥器机械化程度高，生产能力较大，干燥介质通过转筒的阻力较小，对物料的适应性较强，操作稳定，运行费用低。

但是，转筒干燥器装置比较笨重，金属耗材多，传动机构复杂，维修量较大，设备投资高，占地面积大。

3．喷雾干燥器干燥速度快，干燥时间短，特别适合于热敏性物料的干燥。

但是它的体积传热系数很低，水分汽化强度小，因而干燥器体积庞大，热效率低，动力消耗较大。

4．厢式干燥器可以用于各种物料的干燥，但其热效率较低，产品质量不均匀，主要使用于小规模多品种、干燥条件变动大的场合

5．流化床干燥器它最大的两个优点有两个：

一是由于物料颗粒的剧烈运动和相互混合，床内各处温度均匀一致，从而避免了物料的局部过热；二是流化床的停留时间任意可调，特别适合于干燥结合水分，因此，工业上常将流化床干燥器与气流干燥器串联使用。

单层流化床的主要缺点是由于颗粒的完全混合，在连续操作时颗粒物料的停留时间分布不均匀，部分物料因在流化床中停留时间过短而位能得到充分干燥，另一部分在流化床中停留时间过长而过分干燥。

这种干燥器不实用于易结晶或结块的物料。

（三）干燥中主要设备和机器的确定

根据我们此次设计的主要任务：

将湿物料PVC的含湿量从0.1降至0.005。

从这里可以看出PVC的初始湿含量较低，其中存在的水应该都是结合水，而流化床干燥器的最大优点就是干燥结合水，故我们选择流化床干燥器。

此干燥器在干燥结合水的同时还为物料的优质干燥提供可能，但是，物料在干燥器中的停留时间不均匀，是单层流化床的主要缺点。

为解决停留时间分布不均匀的问题，可以采用多层流化床或者卧式多室流化床。

前者存在的主要困难是如何定量地控制物料使其顺利的进入下一层，且不使气体沿溢流管短路跑掉；另外，其结构复杂，气体的流动阻力较大。

而后者的气体压降比前者低，操作稳定性好，结构简单，造价较低，可动部件少，维修费用低。

故我们应该选择卧式多室流化床。

流化床在空气流速为零时，物料因受重力和浮力作用而静止于分布板上。

随着空气流速的提高，每个颗粒受到的空气推动力将不断增加，而当空气速度达到某一值时，重力、浮力和推动力将达到平衡，此时颗粒将离开分布板，悬浮于空气中。

如果空气速度过大，则会呈聚式流动。

（如图所示）

干燥中除使用干燥器以外，我们还需要两台鼓风机将空气输入干燥器，并把干燥后的气体输出整个流程，而该空气中含有大量的杂质，我们需要过滤器将空气净化。

再者，大气的温度较此次设计要求的温度低，故在空气进入干燥器之前需让它流过换热器，使它的温度升高到100℃。

另外，出干燥器的空气会带走少部分PVC，故应该在排空之前使用旋风分离器进行气固分离。

（四）干燥流程的说明

如图所示。

首先，利用鼓风机的旋转，在其内部产生负压，空气在压差的推动下进入管路。

进入管路后的空气经过滤器除去其中含有的颗粒物质，以免进入干燥器后对物料产生污染。

然后，净化后的常温、压力为9.7×10

kPa的空气进入换热器，与压力为400kPa的饱和水蒸气进行热量交换，空气被加热，而饱和水蒸气冷却而被液化。

出口处的空气温度可达到100℃、9.7×10

kPa。

换热器中出来的空气温度已达到生产所要求的温度，此时，热空气从干燥器下部进入塔内，经使空气流动均匀的分布板后与湿物料进行热量和

质量传递，使物料得以干燥。

出干燥器的空气中含有少量物料，为减少浪费和对大气的污染，我们让空气进入旋风分离器，完成气固分离。

最后，我们再利用鼓风机将含有大量湿分的空气排往大气。

四、流化床干燥器的工艺计算

（一）干燥流程的确定

根据干燥任务，采用如上图2所示的卧式多室流化床干燥装置。

来自气流干燥器的颗粒状物料用星形供料器加到干燥器的第一室，依次经各室后，于44.2℃离开干燥器。

湿空气由送风机到翅片型空气加热器升温到108℃后进入干燥器，经过与悬浮物料接触进行传热传质后温度降到72.5℃。

废气经旋风分离器净化后由抽风机排至大气。

空气加热器以392.9kPa的饱和水蒸汽作热载体。

流程中采用前送后抽式供气系统，维持干燥器在略负压下操作。

（二）物料和热量衡算

1、物料衡算

=

（1-

）=2000×（1-0.005）=1900kg/h

=

=

=0.052632

=

=

≈0.005

W=

（

）=1900（0.052632-0.005）=