干燥器课程设计(共23页)

1、化工原理课程设计报告卧式多室干燥器设计学院化工学院专业化学工程与工艺班级学号姓名指导教师化工原理课程设计任务书一、设计题目试设计一台卧式多室流化床干燥器，用于干燥颗粒状肥料。将其含水量从0.04干燥至0.0004（以上均为干基）。生产能力（以干燥产品计）2900kg/h。二、操作条件1干燥介质 湿空气。其初始湿度H0、温度根据建厂地区的气候条件来选定。离开预热器的温度t1为802物料进口温度1 303热源 饱和蒸汽，压力自选。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 自选三、设计内容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

2、算（气固分离器、空气加热器、供风装置、供料器）。四、基础数据1被干燥物料 颗粒密度s 1730kg/m3 堆积密度b 800kg/ m3 干物料比热容cs 1.47kJ(kg·) 颗粒平均直径dm 0.14mm 临界含水量X0 0.013（干基） 平衡含水量X* 02物料静床层高度Z0 0.15m3干燥装置热损失为有效传热量的15。 目 录一、干燥流程的确定 1二、干燥过程的物料衡算和热量衡算 31物料衡算32热量衡算 33干燥器的热效率 4三、流化床干燥器的设计计算 51流化速度的确定52流化床层截面积的计算 73卧式多室流化床的宽度和长度74停留时间75设备高度7四、干燥器的结构

3、设计 91布气装置 92隔板93溢流堰 10五、附属设备的设计与选型 111风机的选择 112空气加热器 133供料器 144气固分离器的选择155设备一览表16对本设计的评述 18附图（工艺流程简图、主体设备工艺条件）18一、带控制点的工艺流程图 18二、主体设备工艺条件图（附录） 18参考文献 18一、干燥流程的确定包括干燥方法及干燥器结构型式的选择、干燥装置流程及操作条件的确定1. 操作条件的确定1干燥介质 湿空气。初始湿度H0=0.008、初始温度t0=14。离开预热器的温度t1为802物料进口温度1 =303热源 饱和蒸汽，压力为400KPa4操作压力 常压5流动方式 逆流操作6空气

4、和物料离开干燥器时的温度t2、2，由以下方法求取： （1）空气的出口温度应比出口处湿球温度高出2050（这里取25）。由t=80及=0.008查湿焓图得tw1=25.0，近似取tw2= tw1=25.0，于是：t2=25+25=50，即空气离开干燥器时的温度为50可用式6-2求物料离开干燥器的温度，即 由相关资料查得=2441.5kJ/kg，代入上式中得 解得 2=45.8 卧式多室流化床干燥器，由于分隔成多室，可以调节各室的空气量，同时，流化床内增加了挡板，可以避免物料短路排出，干燥产品的含水量比较均匀。若在操作上对风量气温加以调节，或在床内添加内加热器等，还可提高热效率。根据任务书，采用卧

5、式多室流 化床干燥装置系统，其简化流程如下来自气流干燥器的颗粒物料用星形加料器加到干燥器的第一室，依次经过各室后，与45.8下离开干燥器。湿空气由送风机送到翅片形空气加热器，升温到80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50。废弃经旋风分离器净化后由抽风机拍出至大气。空气加热器以400KPa的饱和水蒸气作热载体。流程中采用前送后抽式供气系统，维持干燥器在略微负压下操作。二、干燥过程的物料衡算和热量衡算1、 物料衡算2、热量衡算干燥器中不补充热量，D0，因而可得： 取干燥器的热损失为有效耗热量（Q1Q2）的15，即 将上面各值代入，便可得空气消耗量L13079kg绝干气/h由求

6、得空气离开干燥器的湿度H20.01644kg水/kg绝干气2、 干燥器的热效率干燥器的计算： 三、流化床干燥器的设计计算 1流化速度的确定（1）临界流化速度的计算在80下空气的有关参数为：密度，粘度，导热系数物料的颗粒密度，堆积密度，颗粒平均直径。则 对均匀球形颗粒的流化床，开始流化的孔隙率，取该值为临界流化点，即。由图（化工原理课程设计中图66可得【1】于是临界流化速度为：（2）颗粒带出速度ut颗粒被带出池，空床的空隙率。根据，由图（化工原理课程设计中图66可得带入计算相同的式子计算，可得（3）操作流化速度 取操作流化速度为0.7ut，即 u0.7×0.5720.4004m/s2流

7、化床层底面积的计算 （1）干燥第一阶段所需底面积相关数据如下：物料静床层高度 干空气的质量流速 kg/m3·s静床层的比表面积 雷诺数 流化床的对流传热系数 =3.52 W/m2· 流化床层的体积传热系数 W/m3 · 由于=0.14mm<0.9mm，所以值应该予以校正，从图（化工原理课程设计中图67中可查得C=0.1。所以体积传热系数 表面汽化阶段所需底面积A1可以按下式子计算： 解得A1=3.319m2（2） 物料升温阶段所需底面积产品比热容 cm2=cs+4.187X21.474.187×0.00041.472kJ/（kg·）物料升

8、温阶段的所需底面积A2可以按下式计算： 其中所以有 解得A2=0.1069m2（3） 床层总底面积流化床层总的底面积A=A1A2 =3.319+0.1069=3.4259 m23 干燥器的宽度和长度取宽度为1.8m，长度为2m，则流化床的实际低面积为3.6m2。沿长度方向在床层内设置三个横向分隔板，板间距0.5m【2】。4 停留时间停留时间计算如下：5 设备高度 流化床的总高度分为密相段（浓相区）和稀相段（分离区）。流化床界面以下的区域称为浓相区，界面以上的区域称为稀相区【3】。（1） 浓相段高度浓相区高度Z与起始流化高度Z0之间有如下关系：其中计算如下： =0.866 （2） 分离段高度对于

9、非圆柱形设备，用当量直径De代替D当量直径由u=0.4004及De=0.783m，查图从图（化工原理课程设计中图68可得：Z2/De=2.7Z2=2.7De=2.7×0.7832.114m（3） 干燥器高度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3m。4、 干燥器的结构设计 在结构设计中主要讨论布气装置、隔板、溢流堰的设计。 （1）布气装置分布板布气装置包括分布板和预分布器两部分。其作用除了支撑固体颗粒、防止漏料以及使气体均匀分布外，还有分散气流使其在分布板上产生较小气泡的作用，以造成良好的起始流化条件与抑制聚式流化床的不稳定性设计良好的分布板应对通过它的气流有足够大的

10、阻力，从而保证气流均匀分布于整个床层截面上，也只有当分布器的阻力足够大时，才能克服聚式流化的不稳定性，抑制床层中出现沟流等不正常现象。本设计将采用单层多孔板分布板，且取分布板的压力降为床层压力降的15【4】。 =取分布板的阻力系数=2，则气体通过筛孔的速度干燥介质热空气的体积流量为：常压操作，p=1013000Pa选取筛孔直径d0=1.5mm，则总筛孔数为：分布板的实际开孔率为：若分布板上筛孔按等边三角形布置，则孔心距为：（1） 布气装置预分布器预分布器的作用是在分布器前预先把气体分布均匀一些，壁面气流直冲分布板而造成局部速度过高，对于大型干燥器，尤其是需要装置预分布器。（2） 分隔板沿长度方

11、向设置三个横向分隔板。隔板与分布板之间的距离为2040mm（可调），提供室内物料通路。分隔板宽1.8m，高2.5m，由5mm厚钢板制造。（3） 物料出口堰高 物料出口通常采用溢流方式，溢流堰的高度取50200mm，其值计算如下： 将u、umf代入上式，解得Ev6.39由下式求取溢流堰高度，即代入相关数据得 整理上式得1.521lnh+94h=71.615解得h=0.73m五、附属设备的设计与选型1 风机的选择 为了克服整个干燥系统的阻力以输送干燥介质，必须选择合适类型的风机并确定其安装方式。风机的基本安装方式有3种，送风机，后抽式，前送后抽式。本次设计为了保证保持干燥室基本维持常压操作，采用前

12、送后抽式系统。即将两台风机分别安装在空气加热器前和气固分离器之后，前一台为送风机，后一台为抽风机，调节前后压力【5】。（1） 送风机体积流量计算如下： 压头HT为 上式中可忽略，所以上式可简化为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 18000Pa。为前半段提供动力的风机取已知标准状况下空气密度=1.293kg/m3 空气进口密度=1 /标准状况下体积流量:标准状况下风压：（2）排风机 同理可得到物料出干燥器的温度下的体积流量V2：同理去压头： HT6000Pa2 空气加热器 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

13、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，一种是型；另一种是型。这两种结构形式的热媒都在管子内流动，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内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范围一般为，被加热的空气温度在140摄氏度以下，迎面气速为，最高不超过。对于此次设计任务来说，操作压力为0.1MPa，被加热空气最高温度为80摄氏度，符合加热器操作范围要求【6】。从蒸汽性能表中查得，当蒸汽压力时，饱和蒸汽温度 空气的平均温度为 此状态下空气的密

14、度为参考干燥设备设计手册，根据其中蒸汽加热性能选择规则表初选型号表选择型号SRZ10X7D,单元组散热面积Aa=28.59；通风净截面积Af=0.45；受风面积As=0.72；确定空气从14升到80所需热量：实际风速:空气质量流速：根据所查公式求排管的传热系数K：K=51.5（ur）0.510=51.5×（2.687）0.510=70.57KJ/h传热温差tm：所需传热面积A：所需实际管数：实际选组5,总传热面积A=28.59*5=142.95性能校核面风速：2.5< Us=4.148<7m/s, 故合适传热面积安全系数 3. 供料器料器是保证按照要求定量、连续（或间歇）

15、、均匀地向干燥器供料与排料。常用的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，对高大300oC的高温物料也能使用，体积小，使用范围广，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

16、重【7】。我们本次设计的任务是干燥肥料，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。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。所以本次设计选用旋转叶轮供料器，又称星型供料器。如下图根据物料性质（散粒状）和生产能力（2.9t/h）选用星形供料装置（加料和排料）。其规格和操作参数为规格：200×200 生产能力：4m3/h链轮传动 叶轮转速：20r/min齿轮减速电机：型号JTC561，功率kW，输出转速31r/min。4. 气固分离器的选择为了获得较高的回收率，同时避免环境污染

17、，需将从干燥器中出来的空气进行气固分离，在干燥系统中使用的分离器主要有旋风分离器、袋滤器、湿式洗涤器等。在一级分离中选用应用较广泛的旋风分离器作为气固分离设备。旋风分离器是利用惯性离心力的作用从气流中分离出颗粒的设备。其上部为圆筒形，下部为圆锥形。它内部的静压力在器壁附近最高，仅稍低于气体进口处的压强，越往中心静压力越低，中心处的压力可降到气体出口压力以下。旋风分离器的分离效率通常用临界粒径的大小来判断，临界粒径越小，分离效率越高。下图为标准气固分离器 型号性能型型型（扩散型）适宜气速/(m/s)12-1812-2012-20除尘粒度/ >10>5>5含尘浓度/（g/m3）4

18、.0-5.0>0.51.7-200阻力系数5.0-5.54.8-5.87-8表1.1 旋风分离器的结构与性能列5 设备一览表 型号性能型型型（扩散型）适宜气速/(m/s)12-1812-2012-20除尘粒度/ >10>5>5含尘浓度/（g/m3）4.0-5.0>0.51.7-200阻力系数5.0-5.54.8-5.87-8型旋风分离器除尘粒度不满足设计任务的要求，因此不能选择；型旋风分离器虽满足粒度要求但其阻力系数偏大，综合考虑后选择型旋风分离器作为干燥系统中的气固分离设备。5. 设备一览表项目符号计算数据单位处理湿物料量2900物料温度入口30出口45.8空气温度入口80出口50气体用量13079kg绝干气/h热效率32.24%流化速度0.4004床层底面积第一阶段3.32加热段0.11设备尺寸长2.0宽1.8高3.0布气板型号单层多孔布气板孔径1.5孔速15.13孔数137376个开孔率6.74%分隔板宽1.8与布气板距离20-40物料出口堰高0.73设计综述经过长达半个月的艰苦奋斗，化工课程设计之干燥器设计终于完成了初步的草稿，心中不禁感到由衷的高兴，不免有一种发自内心的成就感，付出的努力终于得到了回报。接下来，谈谈这次设计遇到的一些问题。我认为本次设计要求中最重要的一点就是如何让热效率要达到30%以上。刚看时计算过程总是低于这个数字