干燥设备设计选型.docx
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干燥设备设计选型
干燥设备设计选型
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干燥设备选型设计主要参数
一、通用设计参数 1~7页
二、热风循环烘箱设计 8~9页
三、并排式烘房及隧道窑设计 10~11页
四、带式干燥机设计 12~14页
五、真空干燥机(箱)设计 15页
六、旋转气流快速干燥机设计 16~17页
七、气流干燥机设计 18~19页
八、高速离心喷雾干燥机设计 20~22页
九、压力喷雾干燥设计 23~25页
十、卧式振动流化干燥机设计 26~29页
十一、回转干燥机设计 30~33页
十二、热风炉设计 34~38页
十三、附录 39~44页
编辑
二○○六年四月
一、通用设计参数
1、水份蒸发量等有关计算
G1=G2+W
W水份蒸发量kg/hG1湿料量(加料量)kg/h
G2干料量(产品)kg/h质 △W1初含水率XX% △W2终含水率X%
产量
加料量
2、热量计算
A、干燥时间在1分钟内(瞬间干燥)
(如:
喷雾干燥、闪蒸干燥、气流干燥等)
干燥一公斤水需用热量在:
1600~2000kcal
B、干燥时间在0.2~1.2小时内的设备(一般干燥)
(如:
带式干燥,振动干燥、回转筒干燥等)
干燥一公斤水需用热量在1400~2000kcal(产量大的取大值)
C、干燥时间大于2小时以上的设备(缓慢干燥)
(加烘箱、烘房、真空干燥等)
干燥一公斤水需用热量在1200~1600 kcal
D、对初含水低(<10%)而产量大的物料干燥,应增加物料升温时所需用热量。
对室外温低于0℃的产生环境则应另增加计算热量。
对每批次进料量大物料又经常变更,初含水难以确定的则热量1600~2000kCal/kg,如:
烘干各类中药片剂。
在一般估算时或物料特性不明时应取1600~2000kCal/kg
3、电加热功率计算(P、KW)
A、控设备内腔体积计算(M3)
腔内温度≤700℃
腔内温度≤400℃
腔内温度≤300℃
腔内温度≤200℃
B、按设备内表面积来计算(共6个面M2)
P=(4~7)F.KW
P=(3~5)F.KW
P=(2~4)F.KW
F内表面积M2
注:
小型设备取大值,大型设备取小值
使用温度≤300℃时,可用翅片式电加热算
使用温度>300℃时,应来用电阻丝或电阻带加热
最好采用燃油、燃气直火炉加热
C、经验公式计算
≤300℃ 16~22KW/m3
≤250℃ 10~16KW/m3
≤200℃ 6~10KW/m3
≤150℃ 4~6KW/m3
≤100℃ 2~4KW/m3
计算后再乘以1.1~1.3安全系数为使用功率
D、按使用热量计算
P=K2Q/860·K1KW
K1电压波动系数 0.6~1
K2安全系数 1.1~1.3
Q使用热量 Kcal/h 1KW=860Kcal
上式可简化为P=0.0017442QKW
注:
每批次干燥时间大于3小时,则按1.3~1.9kw/1kg水来设计
E、按被加热物料重量来计算
P=G·C△t/860ηkw
G被加热物料总重量kg/h
C物料比热 Kcal/kg·℃
△t 加热前后的温度差△t=t1-t2℃
η热效率 0.5~0.6
F、用远红外加热时(适用于烘道)
烘道内温度80~200℃ 3~7kw/m3
烘道内温度60~80℃ 1.5~3kw/m3
注:
1、用石英管时选小值。
用碳化硅板时选大值,再乘安全系数1.2。
2、辐射距离:
静止工作150~550mm
运动工作10~150mm
辐射器间距150~250mm
4、蒸汽换热器选用计算(饱和蒸汽)
A、估计计算
干燥一公斤水需用蒸汽量2~4公斤(热风循环式为2~3公斤),而1公斤蒸汽需用1m2的换热面积(热风循环式为2~2.5公斤)。
1kg蒸汽约提供500Kcal热量,风温120~150℃
故换热面积A0=R=Q/500 m2
Q热量 Kcal/h A0换热面积 m2 R使用蒸汽量kg/h
注:
若用过热蒸汽时,则350kcal/kg来计算换热面积。
B、初步计算
m2
Q使用热量Kcal/h
η热效率安全系数1.15~1.25
K传热系数20~30Kcal/m2·h·℃
Ø温度系数0.8~0.9
△t 空气平均温度△t=0.5(t进+t室)t室=20℃ t进=150℃
则△t=65 ℃
上式可简化为A0=(0.001~0.0009)Qm2
(即10万大卡/h热量所需换热面积为90~100m2)
5、加热水所需热量计算
水的比热为1Kcal/ kg·k(4.18KJ/kg·k)
K开尔文温度折换为摄氏温度时t=℃+273
例:
10kg水加热到100℃时所需热量:
10×1×(100+273)=3730千卡折合用电4.34kw
6、蒸汽换热器再加电加热计算
A、正常蒸汽温度为150℃,若要求风温为200℃时,室温为10℃时
蒸汽换热时用热量Q1=L0q1Kcal/h
L0热风量m3/h q1=0.24·△t·γKcal/kg
q1=0.24×(150-10)×0.835=28.06
再计算出风温达到200℃时应增加的电加热功率
q2=0.24×(200-150)×0.746=8.95
电供热量为Q2= L0·q2 电功率P=Q2/860KW
(1KW=860Kcal)
B、查图法计算
已知蒸汽换热风温150℃及风量m3/h,可查图求出供热量Q1(万大卡/h)
再查风温为200℃时(风量不变),供热量Q2
电加热功率P=Q/860(Q=Q2-Q1)
7、其他参数计算
A、热空气密度及热含量
ρ=352.87/273+tkg/m3 t热风温度℃
空气比热C=0.24~0.25kcal/kg℃(当120~400℃时C=0.25)
单位热含量q=0.25·t·ρkcal/m3
空气升温所需单位热含量q1=0.25(t-t0)ρ
t0为室温取15℃t为风温℃
B、表压(压力表指示压力)kg/cm2
表压=绝对大气压-1
蒸汽汽化热490~527.6kcal/kg平均平500kcal/kg
蒸汽密度r=219.24/273+tkg/m3
r=0.558~0.489 kg/m3平均取0.524
C、空气过滤器面积计算(初效、中效)
A=Q/ζm2 Q空气量m3/h ζ透气率m3/m2·h
ζ≤2m3/m2·s即过滤风速V≤2m/s
阻力<200Pa
D、管道风速及流量计算
一般在8~16m/s,设计初算取10~14m/s
L=A·vm3/s A管道截面积m2A=πr2
v管道风速m/s一般取8~16m/s
E、热空气使用量
L=Q/0.24(t1-t2) kg/h
Q使用热量kcal/h 空气比热容c=0.24kcal/kg·℃
t1进风温度℃,t2出风温度℃
又,已知使用热量和进风温度后可查图得出使用风量。
单位气耗量i=L/W kg气/kg水 W水份蒸发量kg水/h
8、各类燃料的发热量
名称
发热值Qdkcal/Nm3(kg)
生成气量LdNm3/Nm3(kg)
烟煤
5500~7000 取6000
7.2~14.1
木柴
1500~3500
约10
液体燃料
9000~10000取10000
12.4
天然气
8240~10000取8600
11.1
空气系数:
固体燃料α=1.25~1.4;液体燃料α=1.1~1.2;气体燃料α=1.05~1.25
单位燃烧生成烟气量Ld=b/1000·Qd·α Nm3/Nm3(kg)
b系数,固体燃料b=0.24 液体燃料b=0.2
天然气b=0.264煤气b=0.2~0.26
Qd发热值 kcal/Nm3(kg)
α 空气系数Ld实际生产气量Nm3/Nm3(kg)
在估算时,生产气量可取12~15Nm3/Nm3(kg)
二、热风循环烘箱设计
1、烘车及烘盘尺寸
烘车外型尺寸:
710×950×1460(1510)(宽×长×高)
烘盘尺寸:
460×640×45mm(0.29m2)
烘车分十二层,每层放两个烘盘,共放24个烘盘(层高100mm)
2、烘箱专用轴流风机(WGJ-3型)
风量2850~3500m3/h 风压217~196Pa0.45或0.55KW
3、烘盘装料量
每个烘盘装干料量(烘干后产品)约2~3kg
每个烘盘装湿料量(进料量)约4~6kg(料层厚20~45mm)
4、烘箱内温度60~140℃,热源用蒸汽换热器或电加热
5、烘箱内腔体积,按两侧分风板内体积计算(每侧风道约220mm),内膛体积约为烘箱外型尺寸的0.6~0.7倍。
6、烘箱保温层厚一般为30~50mm,用型钢为骨架。
7、烘箱型号:
一门一车、二门二车、二门四车、三门六车、四门八车等。
外型尺寸(宽×深×高):
1400×1200×2000、2300×1200×2000、2300×2200×2000、3430×2200×2000、4460×2200×2300mm。
门内膛尺寸:
800×1600mm(800×1500)。
8、使用蒸汽量(估算)每辆烘车用蒸汽量为9~10kg/h,则蒸汽换热面积为9~10m2。
电加热功率按蒸汽量来折算(电加热器风速3~12m/s,一般为8~10m/s)。
9、烘干时间:
可按物料初含水、终含水、入料量等计算水份蒸发量,再换算出每台烘箱供热量。
则可计算出烘干时间
T=W×1200~1800/Q ,热量按1200~1800kcal/kg水来计算。
10、新风口:
每台风机设一个100×200mm(设在风机下方)
顶部排湿口为:
160×160mm、200×200mm及150×600mm。
11、水平气流风速0.5~3m/s,一般取1~2m/s
烘箱干燥强度q=(0.10~0.12)t进kg/m3·h
12、烘箱温度>150℃时,在增加电加热或改用电加热(≤300℃),若用干煅烧加热风温400~700℃时,用直火式燃气炉或直火式燃油炉。
13、保温层厚度
箱体内温度≤150℃ 保温层厚度30~50mm
箱体内温度150~400℃保温层厚度80~100mm
箱体内温度400~650℃保温层厚度100~150mm
注:
外壁表面温度≤50℃
14、使用蒸汽量按2~2.5㎏,干燥1㎏水。
三、并排式烘房及隧道窑设计
1、烘车及烘盘尺寸
常用烘车尺寸:
710×950×1560mm(12层,24个烘盘)
加高烘车尺寸:
710×950×1860mm(16层,32个烘盘),层高100mm
烘盘尺寸:
460×640×45mm(0.29m2),可装湿料4~6kg
2、选用离心风机(鼓风机、引风机)
3、热风温度60~200℃,中药材为60~80℃(也可用于果蔬干燥),干燥风速0.5~3m/s,一般取0.5~1m/s
干燥强度q=(0.12~0.14)t进kg/m2·h
4、型号:
一门一车、一门二车及一门三车,并按产量及入料量来计算,烘盘数量和烘车数(≤60辆)按总蒸发水量及供热量来设计干燥时间,一般中药材烘干时间为4~8小时(个别物料干燥10~24小时)。
5、热量按1200~1800kcal/kg水来计算,对于情况不明,含水量不清的物料热量按1600~2000kcal/kg水来计算。
若要求干燥时间短,含水量≤20%,产量大时则按3000kcal/kg水。
6、门间距940mm,进、出风室宽400~600mm,烘房高于烘车约100mm。
7、热源:
蒸汽换热,换热式热风炉(用煤、燃油、天然气)。
8、隧道窑内腔长≤50米,截面风速≤2~3m/s
9、小车轨道倾斜度为1/200,也可用悬吊式挂具,运输链传动(人工推)。
10、通常设计并流式(即风向与小车运动方向一致)。
11、小车长1.6米,高2米,轨道距0.7米(或1米、1.2米),层高100mm,可负重200kg。
12、在一般情况下可选用并排式烘房。
四、带式干燥机设计
1、可分单层式、三层式及单层冲击式等类型
带宽一般为1.2m、1.6m、2.0m三种,干燥段长度(每层)8m、10m等。
并分隔为多个单元(长1m宽2m),以便运输及优化操作。
2、热风流向:
有垂直向上和向下流动为穿流式。
有沿带运动方向流动为平流式。
一般风速为0.25~2.5m/s(取1.2~1.5m/s),有高速喷向物料上面(5~20m/s)为冲击式。
3、采用链传动不锈钢网带(网带负荷≤600kg/m2),干燥段总长3~60米,带速0.14~0.83m/min,每条带传动功率约1.5KW(无级调速),每条带干燥时间在0.2~1.5小时或更长些。
4、一般采用翅片式蒸汽换热器(SRZ型),风温60~150℃,也可以使用热风炉或电加热器供热风。
5、使用蒸汽量:
单层式:
12~30kg/m2;三层式12~22kg/m2
换热面积A0=(1.7~4.7)×W.m2W水份蒸发量 kg/h
又使用蒸汽量单层式R=(1.7~2)Wkg/h
三层式R=(0.5~0.8)A0
6、干燥强度q=(0.12~0.14)t进 kg/m2·h
单层式取中、小值,三层式取中大值
冲击式供风:
q=(0.16~0.24)t进kg/m2·h
7、风机:
可用轴流风机来循环供热风,也可用离心风机供热风,排风用离心风机。
冲击式供风选用离心风机。
8、其他类型带式干燥机:
如用热风炉供热风,用电加热供热风,用远红外加热等。
可按实际蒸发水量来设计。
也可估算6000~15000kcal/m2带(即4~11kg水/m2),若使用温度为150~300℃时,应另行计算热量等参数。
9、远红外加热(或局部加热)带式干燥机
A、电功率的确定
P=1.2Q/860·k KW Q热量kcal/hk电压波动k=0.8~1.0
则P=(0.0014~0.00174)Q KW(热平衡法)
远红外干燥用电为1kg水/1KW·h(干燥强度)
故P=W×1KW W水份蒸发量kg/h
又P=EF KW(辐射功率密度法)
E辐射功率密度E=3~8kw/m2(大面积薄件取小值) F单位时间加热面积m2/h
B、辐射器的布置
照射距离在150~500mm之间选取
用带式干燥机时,照射距离10~150mm
辐射器有:
灯式、管式、板式等组合。
辐射器之间的距离一般为150~250mm
C、干燥速度快,特别适用于大面积表层干燥。
表面和内部水分同时均匀干燥,产品质量好。
带速约0.2~0.8m/min(无级调速),干燥段长L=t·vm
v带速m/min t干燥时间min
五、真空干燥机(箱)设计
1、一般常选用真空干燥箱和双锥回转真空干燥机
2、真空干燥箱烘盘尺寸640×460×45mm(烘盘数量3、12、32只),烘架分四层、六层、八层等,间距80~120mm。
3、蒸汽加热(≤0.8Mpa)或热水加热,双锥回转真空干燥机蒸汽压力≤0.15Mpa。
使用温度为40~150℃。
4、可干燥浆状、膏状、粉状、粒状等物料,初含水量15%~90%,而终含水可达到≤1%。
真空度1333pa(10托)。
5、双锥回转真空干燥机转速3~13r/min,筒内容积100升~2000升(或更大),装料系数≤0.6。
6、真空干燥箱的干燥强度q=(0.06~0.07)t进 kg/m2·h
t进干燥温度(低于蒸汽温度10℃)m2为烘盘总面积
双锥回转真空干燥度的干燥机强度q=(0.1~0.12)t进 kg/m2·h。
m2为筒内表面有效加热面积t进内表面温度℃
7、真空耙式干燥。
可用于浆状、膏状、糊状、粉状等物料,采用夹层蒸汽来加热(夹层设计压力0.3Mpa),搅拌耙转速6-30r/min(无级调速),真空度533~1333pa(≤10托)。
8、立式(卧式)振动真空干燥用于热敏,憎氧等特殊要求的物料干燥。
又可在内筒实现灭菌操作(通蒸汽)。
可真空吸料,振动出料,干燥效果好。
容积从100~2000升。
干燥强度q=(0.14~0.18)t进 kg/m2·h
六、旋转气流快速干燥机(闪蒸干燥)设计
1、主机内径D 主机内筒有效高H H/D=4~6
并根据水份蒸发量来确定筒内体积V=A·Hm3
A=πD2/4 m2筒内壁厚δ≥2D/1000mm D筒内径mm
一般取2~4mm
2、进风温度150~300℃(筒内温度t内=(0.46~0.48)t进),排风温度60~120℃,物料温度50~80℃,干燥时间15~60s。
3、气流速度:
切向进风速度(柱状缝隙进风,进风口6-12个)30~70m/s。
径向速度(分散器圆周速度)一般为9~15m/s,特殊为20~30m/s,(但电机功率要加大1.8~3.4倍,成品粒径小一倍左右)。
轴向速度(筒内风速)2~7m/s(一般选4~7m/s),风量按筒内温度80℃来计算。
4、分散器最大直径D1=0.96~0.98D0D0筒内径mm
主轴直径为电机出轴直径的1.2倍左右(即Ø50、Ø60、Ø70、Ø75来选用),电机选用4极、6极、8极(3~22KW),皮带轮速比一般小<5(最好设计在1~3),分散叶片每五层、每层长、短叶片各一片,层间距为(1.2~1.5)d0(d0主轴直径mm),用螺钉固定,最下层叶片呈现伞形,叶片厚度4~8mm。
5、切向进风口尺寸:
高度h=0.5~0.6HH为下室内膛高度mm,宽度按风速来设计,进风口呈45°切向(两筒之间厚度约100mm),主机入口及出口风速9~12m/s,管道内风速10~16m/s。
6、分级圈孔径:
D内=0.3~0.8D0,产品含水率越少,则分级圈孔径也越小,并与风温有关(风温高含水率则低)。
孔径mm
0.3D0
0.4D0
0.5D0
0.6D0
0.7D0
0.8D0
终含水%
≤1
≤3
≤4
≤5
≤8
≤10
注:
风温≥200℃时的终含水
7、收料系统:
一般选用旋风分离器和布袋除尘器
成品粒径小时(≤20μm),最好选用长锥形旋风分离器,一般情况选用扩散形旋风分离器(CLK型)。
并配选用脉冲布袋除尘器。
8、加料机设计为双螺旋叶片式无级调速加料机。
也可增设压料机构,防止搭桥现象产生。
功率0.75~2.2KW
9、热源:
换热式热风炉(燃煤、燃油、燃天然气)、蒸汽加热、电加热等,用户任选。
10、保温层厚度,筒体一般取50~60mm,下室为80~120mm。
11、系统阻力在6000~8000pa(平均7000pa),即:
热风炉为1300pa,管道为1000 pa,主机为1000~2000pa,旋风分离器500~1500 pa,布袋除尘器980~1200 pa,若用蒸汽换热器(十片叠装时),则为300~500 pa,若用中效过滤器则为50~120pa。
12、干燥强度q=(0.55~0.6)t进 kg水/m3·h
产品估算G2=75~150 kg/m3·h
七、气流干燥机设计
1、气流干燥机有多种类型。
基本型(QG系列脉冲气流型)、强化型(JG系列内设高速旋转的分散机)与闪蒸干燥机基本相似,旋风型(FG系列在干燥管后设旋风干燥)、倒锥型(SG系列干燥管由下逐渐变大)、套管型(TG系列由内外套管组成)、旋风分离型(MST系列环形挡板旋风分离器)。
2、干燥管内径D,干燥段高H H/D=24~58
根据水分蒸发量来确定内径D及体积V。
V=A·Hm3 A=πr2m2半径r=D/2 D=√4Q/3600πVgm
Q气体流量m3/h Vg平均流速m/s
3、进风温度150~300℃(筒内温度t内≈0.5t进)排风温度60~120℃,物料温度50~80℃,干燥时间10~40秒。
4、管内气流速度(10~40)m/s,一般取25~35m/s(风温为80℃时)。
设计时应让开易阻塞速度17~24m/s。
5、若设分散机可按闪蒸干燥机来设计,也可设计鼠笼式分散器。
6、管壁厚≥2~6mm,若保温层外用钢板封(同闪蒸),则管壁厚可减少。
用户应固定干燥管。
7、当初含水低而产量较大时,要计算“气固比”m=G2/Qg/kgm3,一般为m≤100g/m3
G2产量kg/hQ风量m3/h(风温为80℃时)
8、产品最大粒径应≤3mm,一般在0.5~1.0mm
9、收料系统:
选用旋风分离器及布袋除尘器,也可选用水沫除尘器。
10、用户自选购加料机,也可以人工定量均匀加料。
11、热源:
换热式热风炉(燃煤、燃油、燃天然气),蒸汽加热、电加热等,用户任选。
12、保温:
可现场安装后用户自行在干燥管外壁保温(厚度50~100mm),也可事先做外壳为钢圈,中间为保温层(与闪蒸干燥机相同)。
13、主机阻力1000~1600Pa,系统阻力4000~6000Pa。
引风机选用9-19型或9-26型高压风机。
14、干燥强度q=0.2~0.3t进 kg水/m3·h
15、水份蒸发量与引风机功率之比为W/N=6~10,W最大水份蒸发量kg/h,若≤100kg/h取小值6,>100~200kg/h取大值。
八、高速离心喷雾干燥机设计
1、用以干燥水溶液及乳浊液、悬浮液等。
含水量通常在40~70%(含固量30~60%),有些物料高达90%的含水量。
均可干燥为粉状产品。
对于溶解性的物料产品粒径都很细(≤300目),其他料液一般在60~200目内,产品含水量在3~6%或更低些。
2、干燥时间5~40秒,即t=v/L0S v塔内容积m3L0风量m3/s,对溶解液干燥的时间约增加10~15秒。
3、可用于干燥高粘度的料液(0.01~15Pa·S)
被干燥料液的动力粘度在(10~15000)×10-3Pa·S(0.01~15Pa·s)
1Pa·S(帕秒,牛顿·秒/米2)=103CP(厘泊)=10P(泊)
4、塔体设计:
V=W/qm3W水份蒸发量kg/h q干燥强度kg/m3·h,而塔内截面积A=Q/v m2 Q使用热量kcal/S v塔内风速v=0.2~0.5m/s,设计取0.2~0.4m/s
故塔径D=√4A/πD=0.58~0.68
m
塔内有效容积V总=0.785D2(H+0.2886D)m3
H塔筒体高 H=(0.8~1.1)Dm
塔锥体呈60°锥高h=0.866(D-d)md出料口直径m
5、热风温度t1为150~400℃,塔内温度t2一般在80~90℃(进风在250~350℃),即t2=(0.25~0.5)t1,产品温度50~70℃,排风温度略低于塔内温度的10℃,用于食品、制药等风温为150~160℃。
6、喷雾矩半径
R=