《气流和单层流化床联合干燥装置设计》

1、PAGE 化工原理课程设计说明书设计题目: 气流和单层硫化床联合干燥装置设计学生姓名：_所在班级：_学 号：_设计时间：_设计成绩：_指导教师：_审阅时间：_气流和单层流化床联合干燥装置设计任务书一、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13540Kg/h（按进料量计），物料含水率（湿基）22%，气流干燥器中干燥至10%，再在单层硫化床干燥器中干燥至0.5%（湿基）。3、进料温度20，离开硫化床干燥器的温度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=0.1mm5、干燥介质：烟

2、道气（性质与空气同）。初始湿度：HO0.01 kg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：干燥流程的确定及说明.干燥器主体工艺尺寸计算及结构设计。辅助设备的选型及核算（气固分离器、供风装置、供料器）。A3图纸2 张： （1）带控制点的工艺流程图（2）主体设备图四、设计基础数据：1、被干燥物料颗粒密度：s=2000 kg/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5mm3、流化床干燥器卸料口直接接近分布板4、干

3、燥介质的物性常数可按125的空气查取5、干燥装置热损失目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328655379 1设计方案简介 PAGEREF _Toc328655379 h 1 HYPERLINK l _Toc328655380 1.1气流干燥的适用范围 PAGEREF _Toc328655380 h 1 HYPERLINK l _Toc328655381 1.2气流干燥器的特点 PAGEREF _Toc328655381 h 1 HYPERLINK l _Toc328655382 1.3流态化干燥特点 PAGEREF _Toc328655382 h 2 HY

4、PERLINK l _Toc328655383 1.4气流-流化床组合式干燥器 PAGEREF _Toc328655383 h 3 HYPERLINK l _Toc328655384 1.5气流、流化床干燥器联合干燥器的选定 PAGEREF _Toc328655384 h 3 HYPERLINK l _Toc328655385 2工艺流程草图及说明 PAGEREF _Toc328655385 h 4 HYPERLINK l _Toc328655386 3工艺计算及主要设备设计计算 PAGEREF _Toc328655386 h 5 HYPERLINK l _Toc328655387 3.1确定

5、设计方案 PAGEREF _Toc328655387 h 5 HYPERLINK l _Toc328655388 3.2工艺参数的选定 PAGEREF _Toc328655388 h 5 HYPERLINK l _Toc328655389 3.3气流干燥器的工艺设计条件 PAGEREF _Toc328655389 h 6 HYPERLINK l _Toc328655390 3.4物料衡算 PAGEREF _Toc328655390 h 6 HYPERLINK l _Toc328655391 3.5热量衡算 PAGEREF _Toc328655391 h 6 HYPERLINK l _Toc32

6、8655392 3.6气流干燥管直径D的计算 PAGEREF _Toc328655392 h 7 HYPERLINK l _Toc328655393 3.7气流干燥管长度Y的计算 PAGEREF _Toc328655393 h 8 HYPERLINK l _Toc328655394 3.8单层流化床干燥器的工艺设计条件 PAGEREF _Toc328655394 h 8 HYPERLINK l _Toc328655395 3.9物料衡算 PAGEREF _Toc328655395 h 9 HYPERLINK l _Toc328655396 3.10热量衡算 PAGEREF _Toc328655

7、396 h 9 HYPERLINK l _Toc328655397 3.11干燥器工艺尺寸设计 PAGEREF _Toc328655397 h 10 HYPERLINK l _Toc328655398 4干燥装置附属设备的计算与选型 PAGEREF _Toc328655398 h 13 HYPERLINK l _Toc328655399 4.1风机 PAGEREF _Toc328655399 h 13 HYPERLINK l _Toc328655400 4.2供料器 PAGEREF _Toc328655400 h 13 HYPERLINK l _Toc328655401 4.3旋风分离器的选型

8、 PAGEREF _Toc328655401 h 13 HYPERLINK l _Toc328655402 5设计计算结果汇总表 PAGEREF _Toc328655402 h 14 HYPERLINK l _Toc328655403 5.1气流干燥器设计计算结果汇总 PAGEREF _Toc328655403 h 14 HYPERLINK l _Toc328655404 5.2单层流化床干燥器设计计算 PAGEREF _Toc328655404 h 15 HYPERLINK l _Toc328655405 6设计评论 PAGEREF _Toc328655405 h 15 HYPERLINK

9、l _Toc328655406 7参考文献 PAGEREF _Toc328655406 h 16 HYPERLINK l _Toc328655407 8主要符号 PAGEREF _Toc328655407 h 16 HYPERLINK l _Toc328655409 9附图（附后） PAGEREF _Toc328655409 h 17 PAGE 18 PAGE 1设计方案简介气流干燥的适用范围物料状态 气流干燥以粉状或颗粒状物料为主，其颗粒直径一般为0.50.7mm以下，至多不超过1mm。对于块状、膏状或泥状物料，应选用带粉碎机、分散器或搅拌器等类型的气流干燥器，使物料的干燥和破碎或分散同时进

10、行，也使干燥过程得到强化。气流干燥中的高速气流易使物料被破碎、磨损，而因气流干燥不适用于需要完整的结晶形状和光泽的物料。极易吸附在干燥管上的物料不适宜采用气流干燥。对于有毒或粒度过细物料亦不宜采用气流干燥。湿分状态 由于气流干燥的操作气速高，气-固两相的接触时间短，因此气流干燥一般仅适用于进行物料表面蒸发的恒速干燥过程，物料中的水分应以湿润水、孔隙小或较粗管径的毛细管水为主，此时，可获得湿分低达0.3%0.5%的干燥产品。对于吸附性或细胞质物料，若采用气流干燥，很难将其干燥到湿分2%3%以下。对于湿分在物料内部的迁移以扩散控制为主的湿物料，气流干燥一般不适用。气流干燥器的特点气流干燥是一种连续

11、式高效固体流态化干燥方法。主要由空气加热器、加料器、气流干燥器管、旋风分离器、风机等组成。它有以下几个特点：干燥强度大。气固间的传热系数和传热表面积都很大，其平均体积传热系数达23007000W/(m3.).干燥时间短。干燥介质在气流干燥管中的速度一般为10-20m/s，因此气固两相之阿基诺的接触干燥时间很短。气流干燥管结构简单，占地面积小，制造、维修方便。处理量大，热效率高。干燥非结合水，效率可大60%。系统阻力大。由于操作气速高，干燥系统压降较大，故动力消耗大，而且干燥产品需要用旋风分离器和袋滤器等分离下来，因此分离系统负荷较重。干燥产品磨损较大。由于操作气速很高，而物料易被粉碎，磨损，难

12、以保持干燥前的结晶形状和光泽。气流干燥器如下图所示：流态化干燥特点流化床干燥器又称沸腾床干燥器，是流态化技术在干燥上的应用，将散粒状物料置于多孔板上，与由下而上通过多孔分布板的热流相接触，只要气流速度保持在颗粒的临界流化速度与带出速度之间，颗粒即能在床内形成流化，颗粒在热气流中上下翻滚，互相混合和碰撞，与热气流进行传热、传质而达到干燥的目的。当床层膨胀到一定高度时，床层孔隙率增大而使气流速度下降，颗粒又重新落下而不致被气流所带走。流化床具有下列特点:处理量大。在流化态干燥器内，由于热气流与固体颗粒的充分混合，表面更新机会多，因此强化了传热传质过程，其体积给热系数一般为23306590W/()。

13、物料在流态化干燥器内的停留时间可以自由调节，通常在几分钟至几个小时之间。因此对于需要进行比较长时间干燥的物料或干燥产品湿含量要求很低的情况下适用。床层内温度分布均匀，并可以随意调节。因此，流态化干燥可以得到湿分均匀的干燥产品。流态化干燥可以进行连续操作，亦可以进行间歇操作。设备结构简单，造价低，维修方便。对于易粘壁或结团成块的物料不宜采用流态化干燥。用流态化干燥的物料，在粒度上有一定的限制，太大不易被流化，太小又易被气流带走。一般要求的粒度为30um-6mm.不适用于干燥湿含量太高的物料（若要采用，则必须采取特殊措施）。单层（连续）流化床干燥器如图4-2所示。湿物料由加料器加入到流化床干燥器内

14、，环境空气经鼓风机和空气加热器加热到一定温度后，由干燥器底部经筛板均匀，再进入流化床层中与物料进行接触干燥，合格的干燥产品由出料口排出，含有细粉的废气通过旋风分离器后由引风机排空。气流-流化床组合式干燥器这种组合式干燥器是以快速的气流干燥器作为预干燥器，流化床干燥器为终了干燥器。由于流化床干燥器停留时间的随意性，故可得到含水量较低的产品。利用该类组合式干燥器，可干燥聚氯乙稀、香料、医药制品以及建筑材料（如石墨）等。通常气流 流化床组合式干燥器可分为气流 锥形流化床组合式干燥器和气流 卧式多室流化床组合式干燥器。下图是标准的干燥聚氯乙烯的气流卧式多室组合式干燥装置。湿物料由螺旋加料器送入气流干燥

15、器，脱水干燥后经中间漏斗连续地投入流化床内。干燥了的产品通过流化床出口的旋转活门，连续地送到下一工序。随流化床排气夹带出去的PVC粉尘，由旋风分离器和袋式过滤器捕集后，返回流化床内，与未干燥的物料混合重新进行干燥。这种组合式的干燥器尽管跟我们的课题有点偏差，可是我们一样能够用心的去研究它们的优点，我们可以在原有的技术上加以改进，转换为我们所需要的组合式干燥装置。气流、流化床干燥器联合干燥器的选定气流干燥有他自身的优点，如气固相接触时间短，可以采用较高的进口气体温度，因而提高了热效率等。与气流干燥相相比较，流化床干燥器操作器速低，故气流压降低，物料和设备的磨损较小，且气流只夹带少量粉尘，不像气流

16、干燥那样全部物料都由旋风分离器收集，减轻了分离器的负荷；颗粒在干燥器内停留时间较长，且热气体和物料错流接触（卧式多室）或逆流接触（多层式），故干燥后最终的含水率较低，但对于热敏性物料，必须严格控制床层内温度，使之不超过容许温度。综上所述，对粉状或颗粒状物料，使用气流干燥器或流化床干燥器各有其优缺点，我们应该扬长避短，从分发挥各自干燥器的优点，利用各种能够利用的技术尽量回避其不足的地方。因此我们可以采用气流-流化床联合干燥装置来干燥我们所要干燥的物料。工艺流程草图及说明对于已经选定的组合干燥方式是气流和单层流化床联合干燥装置设计，上图的组合方式能够实现连续操作、干燥效率高、对散装药品颗粒没有造成

17、太多的影响。工艺计算及主要设备设计计算确定设计方案选择干燥类型：气流干燥是一种连续式高效固体流态化干燥方法，其气固间的传热系数和传热表面积都很大，干燥时间短，结构简单，占地面积小，适应性广；流化床干燥器具有良好的气固两相接触，气流与颗粒间的接触面积大，具有很高的固体传热系数，适合于处理低含量的物料。将气流干燥器与流化床干燥器串联，可以充分发挥它们各自的优势，节约烟道气的用量，从而节约能源，减少干燥时间，让干燥过程实现经济最大化。干燥介质的选择：作对流干燥的干燥介质，可采用空气、烟道气和过热水蒸气等。在化学工业中通常使用的干燥介质为空气。当干燥过程可在很高的温度下进行时，可用烟道气来代替空气，以

18、提高干燥的效率，提高经济性，但要求被干燥的物料不怕污染。计算烟道气的干燥过程时，也可以利用空气的H-I图，在此情况下，必须注意进入干燥器的烟道气已经被加热时，气流干燥器和流化床干燥器的各种操作方式也都适用于烟道气的干燥过程。预热器气流干燥器流化床干燥器气废气废气烟道气L工艺参数的选定柳州地区年平均气温为20.4，湿度为76%。重力加速度为9.79 m/s2。烟道气的定性温度选进出口的平均温度(800+125)/2=462.5查物性手册【化工原理 第三版】在462.5下空气的物性参数，并用视差法计算得如下： 比热容1.070kJ/(kgK) 导热系数5.544w/(mK) =密度0.4815kg

19、/m3 粘度Pas 气流干燥器的工艺设计条件进料量 G1=13000+15X=13000+15*36=13540 Kg/h湿物料含湿量 W1=22%产品含湿量 W2=10%干物料密度 =2000 Kg/m3热风入口温度 t1=800 热风出口温度 t2=125 湿物料进入干燥器的温度 tm1=20 湿物料离开干燥器的温度 tm2=110 颗粒平均直径 dp=0.3 mm颗粒最大直径 dmax=0.5 mm颗粒最小直径 dmin=0.1 mm干物料比热容 cs=0.712 KJ/(Kg)年平均空气温度 20.4年平均空气湿度 76%物料衡算（1）水分蒸发量Ww=1805.3 （Kg/h）（2）绝

20、干物料量GcGc= G1(1-W2)=13540*(1-22%)=10561.2 （Kg/h）(3)物料的干基湿含量X1=0.2821X2=0.1111L= (a)热量衡算干燥器中不补充热量，QD=0,因而可得Q=Qp=Q1+Q2+Q3+QL (b)式中 Q1=W(2490+1.88t2)=1805.3*(2490+1.88*125) =1366.51 KWQ2=GCCm(tm2- tm1)=Gc(CS+4.187X2) (tm2- tm1)=10561.2*(0.712+4.187*0.1111)(110-20)=310.8 KWQ3=L(1.01+1.88H0)(t2-t0)=L(1.01

21、+1.88*0.010)(125-20.4)=0.0348L KWQP= L(1.01+1.88H0)(t1-t0)=L(1.01+1.88*0.010)(800-20.4)=0.259L KW取干燥器的热损失为有效耗热量（Q1+Q2）的15%，既QL=（Q1+Q2）*15%= (1366.51+310.8)=251.6 KW将上面各式带入（b），可得空气消耗量为L=8604 Kg/h由（a）求得空气离开干燥器的湿度H2=0.2198 kg/kg干空气Qp=o.259*8604=2228.4 kw气流干燥管直径D的计算最大颗粒沉降速度ufmax，干燥管内的平均物性温度为0.5*（800+125

22、）=462.5该温度下空气的动力粘度ua=3.50*10-5Pa.s密度a=0.4815kg.m-3对于最大颗粒：Armax=961.78查表可知，Remax=40所以ufmax=5.815m/s气流干燥管的平均操作气速uaua=2ufmax=2*5.815=11.63m/s，圆整后取ua=12m/s气流干燥管的直径D 气流干燥管内空气的平均温度为462.5，平均湿度HM=,则平均湿比容为Vm，Vm=（0.773+1.244*0.1149）=2.468 m3/kg干空气气流干燥管内湿空气的平均体积流量Vg为Vg=L*Vm=8604*2.468=21231.7(m3/h)所以气流干燥管直径D为D

23、=0.626m圆整后取气流干燥管直径D=0.7m气流干燥管长度Y的计算恒速干燥阶段所需的热量QcQc=GC(X1-X3)rw+(Cm+CW* X1)(tw-tm1) =10561.2*(0.2821-0.1111)*2402.8+0.712+4.186*0.2821 =1322 kw物料干燥所需的总热量为QQ=1322 kw平均传热温差tmtm=193.6表面传热系数，对于平均直径dm=0.3mm的颗粒Ar=207.7查表得：Ref=6所以Uf=1.45m/s=613.6 W/(m2.)气流干燥管长度Y由于=2.78 m2/m3=4.003 m圆整后去气流干燥管长度Y=5m 单层流化床干燥器的

24、工艺设计条件进料量 G1=11734.7 Kg/h湿物料含湿量 W1=10%产品含湿量 W2=0.5%干物料密度 =2000 Kg/m3热风入口温度 t1=800 热风出口温度 t2=125 湿物料进入干燥器的温度 tm1=110湿物料离开干燥器的温度 tm2=120 颗粒平均直径 dp=0.3 mm颗粒最大直径 dmax=0.5 mm颗粒最小直径 dmin=0.1 mm干物料比热容 cs=0.712 KJ/(Kg)年平均空气温度 20.4年平均空气湿度 76%重力加速度 9.79堆积密度 1200kg/m3干燥介质 烟道气物料衡算水分蒸发量WW=1120.4 Kg/h干燥产品G2G2=G1-

25、W=11734.7-1120.4=10614.3 Kg/h热量衡算水分蒸发所需的热量Q1Q1=W(2490+1.88t2-4.186tm1)=1120.4*(2490+1.88*125-4.186*110)=705kw干物料升温所需的热量Q2Q2=G2Cm（tm2-tm1）=10614.3*0.712(120-110)=42 kw干燥过程所需的有效热量QQ= Q1+ Q2=705+42=747 KW热量损失Q3Q3=15% Q=15%*747=112 kw干燥过程所需的总容量 QQ= Q1+ Q2+ Q3=705+42+112=858 KW干空气的用量 LL=4448 kg 干空气/h废气湿含

26、量H2H2=H1+=0.10+=0.2619 kg 水/kg 干空气干燥器工艺尺寸设计带出速度ut颗粒被带出时，床层的孔隙率取Ar=7.69根据=1及Ar=7.69查图得Ly=2*10-2所以 ut=0.85m/s所以 取操作流化速度u=0.5ut=0.5*0.85=0.425m/s床层直径D的确定根据实验结果，适宜的空床气速为1.21.4m/s，现取为1.2m/s进行计算，在125下，湿空气的比容VH2和体积流量V分别为湿空气的比容：VH2=1.662 m3/kg 干空气体积流量V：V=L* VH2=4448*1.662=7392.6 m3/h流化床床层的横截面积A为A=1.711m2因此，

27、床层直径为D=1.48m圆整后取实际床层直径为1500mm分离高度H1的确定分离高度目前还没有一个可靠的计算方法，可根据于才渊，王宝和，王喜忠编写的干燥装置设计手册的105页的图4-62查得：1.8H1=1.8D=1.8*1.5=2.7m=2700mm分离段直径D1的确定在120时，空气的密度=0.898kg/m3，黏度=2.29*10-5，对于平均直径为0.3mm的颗粒来说Ar0=905由阿基米德数和雷诺数的关系计算得Ref=4.5uf=0.383D1=2.456m圆整后取实际分离段直径D1为2500mm扩大段高度H2确定流化床扩大段的高度一般可根据经验选取，大致等于扩大段的直径（可根据于才

28、渊，王宝和，王喜忠编写的干燥装置设计手册105页）。所以H2=D1=2500mm流化床层高度的计算一般取静止床层高度；颗粒在任意充填时，固定床空隙率在0.36至0.4之间，固定床孔隙率0.40，=1-=1-=0.4所以有=1200kg/m3对于颗粒平均直径dp=0.3*10-3的物料R=5.0Ar= =905流化床的孔隙率=（）=（）0.21=0.63取静止床层高度H0=300mm,则流化床层的高度为Hf=H0=0.3=0.486 m 分布板开孔率的确定分布板才有单层多孔布气板且取分布板的压力降为床层压降的15%，则：=0.15=0.15H0(1-)()g=0.15*0.15（1-0.4）（2

29、000-0.898）*9.79=264.2Pa取分布板的阻力系数=2，则气体通过筛孔速度u=17.15m/s干燥介质热空气的体积流量为Vs=L=4448*=5093m3/h=1.41m3/s分布板孔径为d0=5mm,则总筛孔数为n0=4201个分布板的实际开孔率为=0.0482即分布板的实际开孔率为4.82%物料在床层中的停留时间：=0.0512h=3.07min干燥装置附属设备的计算与选型风机考虑到我们整个操作流程的工作压力是常压，我选用前送后抽式风机。用两台风机分别安装在空气加热器前和气固分离器后，前台为送风机，后台为抽风机，调节前后压力，可使干燥室处于略微负压下操作，整个系统与外界压力差

30、很小。这满足了我们的工艺要求。送风机V1= L(0.773+1.224H0)=3929(0.773+1.244*0.10)*=3316.6m3/h根据经验，取风机的全风压为4000Pa,由风机的综合特征曲线图可选 排风机V2= L(0.773+1.224H0)=3929(0.773+1.244*0.10) =4499m3/h根据经验，取风机的全风压为3000 Pa, 由风机的综合特征曲线图可选9-27-101NO8型风机。供料器根据需要，我选定用旋转叶轮供料器V=6.77m3/h综合考虑，我选用的供料器的规格参数如下：规格：200 x300 生产能力：10 m3/h叶轮转速：31nr/min

31、传动方式：链轮直联型号：JTC561 功率：1 kw输出转速：31 nr/min 设备质量：76kg旋风分离器的选型综合考虑，为获得比较高的固相回收率，拟选用XLP/B-8.2型旋风分离器。其圆筒直径820，入口气速20。压强降为1150，单台生产能力8650。设计计算结果汇总表气流干燥器设计计算结果汇总项目 符号 单位 计算数据水分蒸发量绝干物料量物料干基 物料干基 空气用量 废气湿含量总热量 损失热量最大沉降速 平均气速干燥管直径干燥管长平均传热温差表面传热系数WGcX1X2LH2QQLuDY Kg/hKg/h Kg/kg 水/kg KwKwm/sm/smmW/(m2)1805.31056

32、1.20.28210.111186040.21982228.4251.65.815120.75193.6613.6单层流化床干燥器设计计算项目符号单位计算数据水分蒸发量干燥产品量空气用量废气湿含量带出速度床层直径分离段直径流化床层高度分布板开孔率 物料在床层中的停留时间分离段高度扩大段高度WG2LH2UtDD1HfH1H2Kg/hKg/hKg干空气/hKg水/kg干空气m/smmmmmmminmmmm1120.410614.344480.26190.85150025004864.82%3.0727002500设计评论两个星期多的准备，写到这里本次的作业已经到了收尾阶段，一路的艰辛和汗水唯有自己

33、的体会最深。通过这次化工原理课程设计，我收获颇丰，设计的过程加强了我的动手、独立思考能力，此外还让我把学到的知识运用实际中。困难并不可怕，可怕的是我们恐惧困难。世上无难事只怕有心人，课程设计虽难，但是我一样也过来了。在这次的设计中个，我学到的不只是知识，更是生活的道理。化工原理课程已经完整的学完了，不能说我学得有多深入，至少感觉理论上还是有一定的基础的，这次设计很好的对我的理论知识进行一番考量。万事开头难，刚刚着手准备是一个非常困难的阶段，经过一段时间的煎熬最后终于整理好了设计思路。在这个过程中，参考书给我提供了很大的帮助，在我又疑问的时候，参考书是我最好的帮手，我总能够在相应的参考书中找到满

34、意的答案。学会利用参考书是我们当前急需补充的一门课题。学而不用是我们现在最大的问题，一门门科目考试过去了，我的知识也一点点的忘记了。在平时的学习中，我只是掌握了基本的知识，仅仅是表面的知识。而更深厚的内容是我们课本、教材所没有的。大学学的是基础的知识，学的更是一种解决问题的方法。这次我做的是干燥这一块的课程设计，当时在学习化工原理的时候对干燥这部分内容掌握得不是很好，在拿到课题的时候，我并没有紧张或发懵。我坚信无论是什么课题，我都能够做得很好，或许不能达到完美，但是我会尽我最大的努力去完成设计。在做设计的过程中，我也有很多的体会，团队精神很重要，团队成员成员之间应该互相帮助、互相提携，在现在这个充满竞争的时代，很多事很难靠一个人的力量去解决的。在这个团队中，作为其中的一