卧式多室流化床干燥器doc.docx
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卧式多室流化床干燥器doc
中原工学院
化工原理课程设计
卧式多室流化床干燥器
2013/01/15
：
支玉惠
学院：
纺织学院
班级：
轻化101
学号：
1
指导老师：
瑾
课程设计设计任务书
（一）．设计题目
设计一台卧式多室流化床干燥器，用于干燥颗粒状肥料。
将其湿含量从
0.04+0.001×1=0.041干燥至0.0003+0.0001=0.0004（以上均为干基），生产
能力（以干燥产品计）3000+100=3100kg/h。
（二）．操作条件
1．干燥介质：
湿空气。
其初始湿度和温度根据地区的气候条件来选定。
离开预热器的温度t1为80℃。
2．物料进口温度：
θ1=30℃。
3．热源：
饱和蒸汽，压力400kPa。
4．操作压力：
常压。
5．设备工作日每年330天，每天24小时连续运行。
6．厂址：
新市龙湖地区。
（三）、设计容
（1）干燥流程的确定和说明。
（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、空气加热器、供风装置、供料器）。
（三）．基础数据
1．被干燥物料
颗粒密度ρs=1730kg/m3；绝干物料比热Cs=1.47kJ/（kg临界湿含量Xc=0.013（kg/kg
·℃）；
绝干料）；
堆积密度ρb=800kg/m3；
颗粒平均直径dm=0.14㎜；
平衡湿含量X*=0。
2．物料静床层高度Ζ0为0.15m。
3干燥装置热损失为有效传热量的15%。
（一）、设计方案简介：
3
（二）、干燥过程的流程说明4
（三）、干燥过程的计算4
3.1主体设备的工艺设计计算4
3.1.1物料衡算4
3.1.2空气和物料出口温度的确定5
3.1.3干燥器的热量衡算5
3.1.4预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量6
3.2干燥器的设计7
3.2.1流化速度的确定7
3.2.2流化床层底面积的计算8
3.2.3干燥器的宽度和长度9
3.2.4干燥器高度9
3.2.5干燥器结构设计10
（四）辅助设备的选择及计算11
一、风机12
二、供料装置13
三、除尘设备14
四、换热器选型15
五、空气过滤器16
六、管路计算及管道选择17
（五）、优化分析18
5.1.1.干燥器年总费用G18
5.1.2干燥设备投资折旧费用GD18
5.1.3空气年预热费用Gh19
5.1.4风机年运转费用19
5.2.1干燥器优化设计工艺分析20
5.2.2风机风量20
5.2.3干燥器体积的计算20
（六）、设计一览表22
（七）、评述24
（八）、参考文献25
（一）、设计方案简介：
在化学工业中，为了满足生产工艺中对物料含水率的要求或便于储存、
运输，常常需要用到干燥过程。
本次化工原理课程设计的任务是设计一种卧式
多室流化床干燥器，将颗粒状物料的含水量从0.041降至0.0004，生产能力为
3100㎏／h。
来自气流干燥器的颗粒状物料用星形加料器加入干燥器的第一
室，再经过其余的四个室，在42℃下离开干燥器。
湿度为0.00988的空气经
翅片换热器（热载体为400kPa饱和水蒸气）加热至80℃后进入干燥器，经
过与悬浮物料接触进行传质传热后，湿度增加到0.02，温度降至43℃。
最后将
尾气通过旋风分离器和袋滤器，以提高产品的收率。
流程中采用前送后抽式供
气系统，维持干燥器在略微负压下工作。
通过查阅资料和选用公式设计，干燥
器较好的设计结果为：
床层底面积3m2，长度与宽度分别取4m和1.5m，高度
3.5m，隔板间距0.8m，物料出口堰高1.54m。
分布板开孔率4.3%，总筛孔数
120509个，孔心距6.8mm。
挡板与多孔板之间留有一定间隙（一般为几十毫
米），使物料能顺利通过。
湿物料自料斗加入后，一次有第一室流到最后一
室，在卸出。
由于挡板的作用，可以使物料在干燥器的停留时间趋于均匀，避
免短路。
并可以根据干燥的要求，调整各室的热、冷风量以实现最适宜的风量
与风速。
也可在最后一、二室只同冷风，以冷却干物料。
干燥室截面在上部扩
大，以减少粉尘的带出。
此外，还确定了合适的送风机、排风机、旋风分离
器、袋滤器、换热器和空气过滤器等附属设备及型号。
（二）、干燥过程的流程说明
湿物料由星型供料器加入、通过空气过滤器，后利用送风机的旋转产生的负压的推动使物料进入管路。
然后，净化后温度为25℃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，饱和水蒸气冷却被液化。
出口处的空气温度，即进干燥器温度为80℃。
工艺流程图如下：
（三）、干燥过程的计算
3.1主体设备的工艺设计计算
3.1.1物料衡算
W=G（X1-X2）=L（H2-H1）
ω2===0.0003998
Gc=G2（1-ω2）=3100×（1-0.0003998）=3098.76㎏绝干料/h
W=G（X1－X2）=3098.76×（0.041-0.0004）=125.8kg/h
H1=H0==
3.1.2空气和物料出口温度的确定
=0.00988kg/kg绝干气
空气的出口温度t2应比出口处湿球温度高出13℃，即
T2=43℃
物料离开干燥器的温度
2的计算，即
r
（X
C
X*
）
X2
-X
*
tw2
（
*
）（
CS（t2tw2）
）（
*
）
t2
rtw2
X2-X-cs
t2-tw2
XC-X
1
t2
tw2
rt（XC
X*）cs（t2
tw2）
[1]
w2
由水蒸气查表得rtw2=2423
将有关数据代入上式，即
=
解得：
θ2=42℃
3.1.3干燥器的热量衡算
干燥器中不补充热量，QD0，因而可用下式进行衡算，即
QQPQ1Q2Q3QL
式中:
Q3=W（2490+1.88t2）
=125.8×（2490+1.88×43）
=323436.5KJ/h
Q2=Gcm2（
θ2－θ1）
=G（cs+4.187
×X2）（
θ2－θ1）
=3098.76
×（1.47+4.187
×0.0004）
×（42-30）
=54941.4KJ/h
Q1=L（1.01+1.88H0）（t2-t0）
=L
×（1.10+1.88×0.0099）×（43-25）
=18.51L
Qp=L（1.01+1.88H0）（t1-t0）
=L×（1.01+1.88×0.0099）×（80-25）
=56.57L
取干燥器的热损失为有效耗热量Q2Q3的15%，
QL=0.15（Q2+Q3）=56756.7KJ/h
将上面各值代入式QQPQ1Q2Q3QL中，便可解得空气耗用量，即
56.57L=18.51L+54941.4+323436.5+56756.7
解得：
L=11433.7kg绝干气/h
由式
W
求的空气离开干燥器的湿度
H2，即
L
H1
H2
H2=0.021㎏水/㎏绝干气
3.1.4预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量
QP=L（1.01+1.88H0）（t1-t0）
=11433.7×（1.01+1.88×0.0099）×（80-25）
=646821.8KJ/h
由水蒸汽表查得，400kPa水蒸气的温度TS143.4℃，冷凝热
r2138.5kJ/kg，
取预热器的热损失为有效传热量的15%，则蒸汽消耗量为：
Wh=
646821.8/（2138.5×0.85）=355.84
干燥器的热效率为
ηh==0.33
3.2干燥器的设计
3.2.1流化速度的确定
1.临界流化速度umf的计算
o
在80C下空气的有关参数为密度ρ=1㎏/m3，黏度μ=2.11×10-5Pa.s，导热系数λ=3.047×10-2W/m.℃。
Ar=
0.00014×（1730-1）×1×9.81）/（0.0211）2=104.54
取球形颗粒床层在临界流化点εMF=0.4。
由εMF和Ar数值查图6-10[1]
得。
Lymf=5×10-6
临界流化速度计算：
Umf==0.0121m/s
2.颗粒带出速度ut
由1及Ar值查图得Lyt=0.55
带出速度计算：
Ut===0.582m/s
3.操作流化速度u
取操作流化速度为0.7ut，即
u=0.7×0.582=0.4073m/s
3.2.2流化床层底面积的计算
1.干燥第一阶段所需底面积A1计算，得
aZ0
（1.011.88H0）L
（1.011.88H0）LA1（t1tw1）
Gc（X1X2）rtw
式中有关参数计算如下：
1
取静止床层厚度Z0=0.15m，干空气的质量流速取为u，即
L′=ρu=1.0×0.4073=0.4073
α==6×（1-0.4）/0.00014=25714.3m2/m3
Re==0.00014×0.4073×1/0.0211=2.702
流化床的对流传热系数α=4××
=0.004×（0.03047/0.00014）×2.7021.5
=3.867W/·℃
流化床层的体积传热系数=α×a=99443.04W/·℃
由于dm=0.14㎜＜0.9㎜，所得a′值应予以校正，由dm值从图中查得。
C=0.1
αa=0.1×99443.04=9944.304W/·℃
9944.304×0.15=
解得A1=4.044m2
物料升温阶段所需底面积A2计算，得
（1.01
1.88H0）L
aZ0
lnt1
（1.011.88H0）LA2
1
1
Gccm2
t1
2
式中Cm2=cs+4.187X2=1.47kJ／㎏·℃
=ln
=0.276
9944.304×0.15=
解得；A2=0.834㎡
床层总的底面积为：
A=A1+A2=4.88㎡
3.2.3干燥器的宽度和长度
今取宽度b=1.63m，长度l=3m，则流化床的实际底面积为4.89㎡。
沿长度方向在床层设置个横向分隔板，板间距0.5m。
物料在床层中的停留时间为：
τ==
=0.189h
3.2.4干燥器高度
1.浓度相高度Z1计算，得
10
Z1Z0
1
而由下式计算，前已算出，Re2.09995，Ar75.657
于是
由ε===0.861
Z1=Z0＝0.15×=0.432m
分离段高度Z2
De=0.877m
由u=0.4073m/s及De=0.877,从图中查得：
为了减少气流对固体颗粒的带出量，取分布板以上的总高度为3.5m。
3.2.5干燥器结构设计
1.布气装置
采用单层多孔布气板，且取分布板压强降为床层压强降的15%，则
Pd=0.15Pb=0.15Z0（1-ε0）（ρs-ρ）g
=0.15×0.15×（1-0.4）×（1730-1）×9.81
=228.98Pa
再取阻力系数2，则筛孔气速为：
===15.132m／s
干燥介质的体积流量为：
V
S
0
t273
1.013105
L（0.7721.244H）
273
P
=11433.7/3600×（0.772+1.244×0.00988）××
=/s
选取筛孔直径d01.5mm,则筛孔总数为：
===120509.67
分布板的实际开孔率为：
ψ==0.044
即在分布板上筛孔按等边三角形布置，孔心距为：
t==（=0.00684mm
2．分隔板
沿长度方向设置4个横向分隔板，隔板与分布板之间的距离为30~50mm（可调节），提供室物料通路。
分隔板宽1.5m，高3m，由5mm厚钢板制造。
3.物料出口堰高h
Ret===3.86
==
将u及umf代入上式，解得Ev=6.452
用式
=
求溢流堰高度h，
即将有关数据代入上式，
经试差解得：
h=1.54m
（四）辅助设备的选择及计算
一、风机
按气体的出口压力或者进、出口压强比将其分为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。
1．送风机
风机按其结构形式有轴流式和离心式两类。
轴流式的特点是排风量大而风压很小，一般仅用于通风换气，而不用于气体输送。
故选择离心式通风机。
其风机进口体积流量V1为
V
1
0
t0273
101
L（0.7721.224H）
273
P
=
9788.52
压头HT为
2
2
）
HT（z2
z1）g（p2p1）
（u2
u1
2
gHf12
上式中z2
z1可忽略，p2
p1，u1
u2，所以上式可简化为
HTgHf12
因为整个干燥过程的压降主要有气固分离器、换热器、干燥器和旋风分离器的
压降，其总和大约为13000Pa。
为前半段提供动力的风机取HT
7000Pa
根据所需风量V1=9788.52m3/h和经验，从风机样本中查得
9-26NO.6.3的
离心通风机满足要求，电动机型号为Y225M-2。
该风机性能如下
风量8588-11883m3/h
全风压9698-8615pa
轴功率45kw
2．排风机
同理可得到物料出干燥塔的温度下的体积流量V2
t2273
101
V2L（0.7721.224H2）
P
273
=10560.93m3/h
根据所需风量V1=10560.93m3/h和经验，从风机样本中查得
9-26NO.6.3
的离心
通风机满足要求，电动机型号为Y225M-2。
该风机性能如下
风量
8588-11883m3/h
全风压
9698-8615pa
轴功率
45kw
二、供料装置
根据物料性质（散粒状）和生产能力（3100kg/h）选用星形供料装置（加料和排料）。
供料器是保证按照要求定量、连续（或间歇）、均匀地向干燥器供料与排料。
供料器有各种不同的形式和容量，必须根据物料的物理性质和化学性质（如含湿量、堆积密度、粒度、黏附性、吸湿性、磨损性和腐蚀性等）以及要求的加料速度选择适宜的供料器。
常用的固体物料供料器有圆盘供料器、旋转叶轮供料器、螺旋供料器、喷射式供料器等。
将这些供料器相比较：
对于圆盘供料器，虽然结构简单、设备费用低，但是物料进干燥器的量误差较大，只能用于定量要求不严格而且流动性好的粒状
物料；对于旋转叶轮供料器，操作方便，安装简便，对高达300oC的高温物料也能使用，体积小，使用围广，但在结构上不能保持完全气密性，对含湿量高
以及有黏附性的物料不宜采用；对于螺旋供料器，密封性能好，安全方便，进料定量行高，还可使它使用于输送腐蚀性物料。
但动力消耗大，难以输送颗粒大、易粉碎的物料；对于喷射式供料器空气消耗量大，效率不高，输送能力和输送距离受到限制，磨损严重。
我们本次设计的任务是干燥细颗粒物料，它在进入干燥器之前的温度下为固态颗粒状，颗粒平均直径dm=0.14mm，硬度和刚性应较高。
因为圆盘供料器只能用于定量要求不严格的物料，所以通常情况下不选
用。
又因为螺旋供料器容易沉积物料，不宜用于一年330天，每天24小时的连续工作。
另外喷射式供料器效率不高，且磨损严重，输送能力和输送距离受到
限制，也不宜采用。
综上，应选用星型供料装置。
物料供料量V=G/ρ=3098.76/800=3.87m3/h
计算星型加料器每转加料量为
=2.69
参考《旋转闪蒸干燥与气流干燥技术手册》
[5]54
页，选择
CLD
HX
4型星
型加料器，该加料器主要参数如下：
每转体积4L/r
电机Y8014/0.55
转速24r/min
工作温度80oC
三、除尘设备
由于对于粒径小于5m的细粉在旋风分离器的除尘效果较差，为了回收有价值的尘粒和保护卫生，工业上常采用除尘效率更高的设备进行二次除尘。
二次除尘设备中常用的有袋滤器和湿式除尘器，其中袋滤器应用最多，具
有以下特点：
对于微米或亚微米数量级尘粒的除尘效率一般可达99%，甚至可达99.9%以上；处理气体量围大，根据需要，可设计制造出处理每小时几立方米到几百万立方米气流量的袋式除尘器。
适应性强，可以捕集多种干性粉尘；
不受粉尘比电阻的限制，特别对于高比电阻粉尘，除尘效率比电除尘器高得多；进口含尘气体在相当大的围变化，对除尘效率和阻力影响不大。
结构简单，使用灵活，运行稳定可靠，不存在水污染和污泥处理等问题。
因此本次设计采用袋滤器。
参考《常用化工单元设备设计》[6]212-213页知，对于脉冲袋滤器
Q
F
u
式中：
F——所需过滤面积，m2；
Q——含尘气体处理量，m3/min；
u——过滤风速，m/min。
对于脉冲振打u3.0~4.0m/min180.0~240.0m/h
取风速u=200m/h
3
已知含尘气体处理量Q=V2=10560.93m/h
故F=10560.93/200=52.8
查表后选用MC-72Ⅱ型脉冲袋滤器
四、换热器选型
用来加热干燥介质（空气）的换热器称为空气加热器。
一般可采用烟道气或饱和水蒸气作为加热介质，且已饱和水蒸气应用更广泛。
在干燥系统中，常
用的蒸汽加热器有两种主要形式，一种是SRZ型；另一种是SRL型。
这两种结构形式的热媒都在管子流动，通过管子的外表面加热空气，由于空气侧的换热
系数要比管侧热媒的换热系数低很多，所以管外侧都加工成翅片，用以提高管外空气的湍流程度以及增加单位管长的换热面积，提高传热性能。
两种加热器操作压力围一般为0.031.6MPa，被加热的空气温度在140℃以下，迎面气速为2.53.8m/s，最高不超过7.6m/s。
对于此次设计任务来说，操作压力为400kpa，被加热空气最高温度为80℃，符合加热器操作围要求。
从蒸汽
性能表中查得，当蒸汽压力
P
400kPa时，饱和蒸汽温度TS143.4℃。
空气平
均温度T=t0+t1=（25+80）/2=52.5
℃,此时空气密度ρ=1.087。
根据其中蒸汽加热器性能规格表12-1，初选型号为SRZ107D，单元组
件的散热面积Aa
28.59m2
，通风净截面积Af0.45m2
，受风面积
AsAB717.5
1001106
0.72m2
确定空气从43℃升至80℃所需热量
Q=V1ρCP（t1-t0）=9788.52×1.087×1.02×（80-25）=595447.76KJ/h
实际风速：
u===3.786m/s
空气的质量流速：
ur=uρ=3.786×1.087=6.568m/s
根据所查公式求排管的传热系数K：
K=51.5（ur）0.510=51.5×（6.568）0.51=134.49kJ/m2.h.℃
传热温差tm：
tm=
=88.056℃
所需传热面积Ac：
AC===50.28m2
所需单元排管数n：
n===1.76
实际选取2组，总传热面积A=2×28.59=85.77m2
性能校核
迎面风速Us===3.78m/s
2.5m/s
传热面积安全系数，==1.7
加热空气侧总阻力P=3×1.76ur=3×1.76×6.57=4.14pa
五、空气过滤器
空气动力设备吸入含有灰尘的空气之后，由于所用加热介质空气中有可能会含有各种煤尘、颗粒，如随空气进入到干燥系统中将造成设备的磨损，缩短设备的使用寿命，吸入的灰尘会在风机叶片表面上结垢，造成设备中转子的动平衡精度下降，使其工作寿命大大减短，灰尘中的有害化学成分会使设备生锈、腐蚀，因而，空气动力设备必须要配高精度空气过滤器。
已知空气流量为9788.52m3/h,查相关资料知，ZKL180型自洁式空气过滤器较为完善，过滤面积大、流速低、阻损小，可实现空气过滤元件的自动清洁，自动化程度高，过滤原价使用寿命长，因此选用此种型号作为我们干燥系统的空气过滤设备。
其性能参数如下：
ZKL180空气过滤器的主要性能参数
最大空气过滤量
过滤精度um/效
消耗功率W
电源AC
3
率%
m/min吸入状态
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