化工原理课程设计-设计直管气流干燥器,以干燥聚氯乙烯树脂湿物料

化工原理课程设计设计者：老师：学号：设计时间：目录题目数据流程图流程与方案的选择说明干燥物料主要部件和尺寸的计算主要数据、公式来源主要附属设备和选型的计算设计评价设计结果概览干燥器的国内外状况参考文献题目：设计直管气流干燥器,以干燥聚氯乙烯树脂湿物料已知数据：湿物料：颗粒直径：；绝干物料密度：；绝干物料比热：；含湿量(以湿基计)：20％操作温度(℃)：℃℃操作压力(KPa)：101.325加热蒸汽压力：4atm(表压)原料量(kg/h)：1520干燥介质：湿空气％,℃,℃干物料(产品)含水量：5％临界湿含量平衡湿含量工业流程图流程与方案的选择说明聚氯乙烯全名为polyvinylchloride，主要成份为聚氯乙烯，另外加入其他成分来增强其耐热性，韧性，延展性等。工业聚氯乙烯树脂主要是非晶态结构，但也包含一些结晶区域（约５％），所以聚氯乙烯没有明显的溶点，约在80℃左右开始软化，热扭变温度（1.82MPa负荷下）为70-71℃，在加压下150℃开始流动，并开始缓慢放出氯化氢，致使聚氯乙烯变色。选择气流干燥器气流干燥器主要干燥粉粒状、泥状、块状。其结构简单，生产能力大，造价低，易于制造和维修，只要一根直径为0.2~0.7m、长10~20m的干燥管就可以了。一般热效率也比较高，粒子在显著分散于气流中粒子的表面几乎都可以作为有效干燥面积，气固传热表面积大，干燥非结合水时，热效率可达60%左右。其主要缺点：由于气速高以及物料在输送过程中与壁面的碰撞及物料见的相互摩擦，整个系统的流体阻力大，动力消耗大，对粉尘回收装置的要求高，且不宜干燥有毒物质。气流干燥比较适合于干燥粒径100um且以上的粒状、泥状、块状的固体，对聚氯乙烯，因具有热熔性，当温度超过70℃时，容易软化，而其含湿量可以达到较高而不潮解，故干燥聚氯乙烯选用气流干燥器是合理的。干燥物料主要部件和尺寸的计算一.气体离开干燥器的温度t2的确定干燥器出口气体的温度与干燥管长和燃料费用有关。如果t2取得低，对热能的利用是有利的，可以节省燃料费，但干燥管的长度却要增加，因此t2的需要通过经济核算才能确定。如果出口温度太低，可能在干燥器以后的管道及设备内壁上析出水滴，使物料回潮。通常t2应比进口气体的绝热饱和温度高20-50oC左右。进口温度t0=20oCps=215exp⁡（18.5916-H0=0.622ψCH=1.005+1.884H带入数据t0=20oC解得ps=2.3485kPaH0=0.01175kg水汽/kg绝干气体CH=1.0271kJ/（kg.K）tas=t-rascH（Hras=2491.27-2.30285tasHas=0.622ppas=215exp⁡（18.5916其中t=140oCH=0.01175kg水汽/kg绝干气体用视差法计算解的tas=41.3325oC故在此处取t2=70oC二.计算产品温度θ如果产品的湿含量高于或等于临界湿含量，则产品温度θ2取湿球温度tw2（即θ2=tw=t-rwcHrw=2491.27-2.30285twHw=0.622ppw=215exp⁡（18.5916t=70oCH取0.4视差法计算得tw2=41o三.计算干燥介质消耗量GC(X1-X2)LXXH1=H0iGcci视差法计算L=8890.1kg/hH核算带入

H核算计算产品温度θ2=40.67o四.计算干燥管直径DD=湿比容vH=（0.002853+0.004557H）（H取平均值（0.01175+0.03875）/2=0.0252kg进口气速通常选取（20-40）m/s在此处选取进口气速ugt取进出口均值105oC。L=计算的值D=0.3449m取整可得管径D=350mm五.确定加速区Nu与Rer间的关系设Rer＜400则（加速区始点）（加速区终点）=湿空气密度计算式ρ=P=101325paT1=413.15KT2=343.15Kp0=1878.6papt=5942.3pa计算的ρg1=0.8485kg/m计算得n=0.4367An=1.675六.加速区平均及的表达式A的计算（后面每段分别计算）膜平均温度下的值算术平均温度tm下的值计算值Aλ=2.3308七.沉降速度（0.59<<0.6,保留4位小数）ut=0.5925m/s八.分段几分法计算加速区管长L（1）加速第一段（预热段）热恒算cccX计算得c∆q1=15.8137kwtttm=140-133.63ln⁡(140-133.63)=3.44oCvHvH1=1.201m3/kgvH2=1.182m3/kgv0.849kg/m3ugm=29.75m/s=29.75-0.2508=29.5umo=Aad2.传热计算①=105.9②.的计算A③的试差计算设则22.69m/s Bu=其中n取0.6计算Bu=1.917 uri=22.0374m/s④校核：uriu3、流体力学计算求及=2064.63=1339.21Jm==1693.4m==102.39=-682.81=0.0044s=0.0199m4、附加计算①本段末粒子速度umi=ugm-uri=7.7126m/s②=0.253（2）加速第二段1、预分段 （C为安全系数=0.8333）设=0.4444=13.3793kw2、热衡算ti=127.09oC=∆qi=Hi-1+WiL=0.5(ti-1+ti)=131.86oC，Hm=0.5(Hi+Hi-1)=0.0133kg水汽/kg绝干气体=(0.002853-0.004557Hmi)(tmi+273.15)=1.1713kJ/kg绝干气体0.8648kg/m3=VHmiV校核：=21.4587（回到曲线上）3.传热计算①=90.236oC②.的计算Aq=4362.5③的试差计算则16.0243m/sBu==1.3862=1334.2=15.4123m/s ④校核：uriut4、流体力学计算求及=846.32Jm==1163.78m==87.83=-432.38=0.0058s=0.0615m5、附加计算①本段末粒子速度umi=ugm-uri=13.759m/s②=0.3006③=0.8572由求（3）加速第三段1、预分段 设=12.8412kw2、热衡算t=121.35oC=∆qi=Hi-1+WiL=0.5(ti-1+ti)=125.38oC，Hm=0.5(Hi+Hi-1)=0.0153kg水汽/kg绝干气体=(0.002853-0.004557Hmi)(tmi+273.15)=1.1612kJ/kg绝干气体0.8748kg/m3=VHmiV校核：=15.1463m/s（回到曲线上）3.传热计算①=86.0614oC②.的计算Aq=4319.63③的试差计算则11.7556m/sBu==9.8825=846.32=10.326m/s ④校核：uriut4、流体力学计算求及=486.32Jm==689.32m==76.2437=-265.32=0.0062s=0.1102m5、附加计算①本段末粒子速度umi=ugm-uri=18.5835m/s②=0.33③=0.9148由求以下段均按上述方法计算第一段第二段第三段第四段第五段第六段第七段△q15.183713.379312.841212.12511.46210.9879.652t_i133.63127.09121.35116.37111.46107.87104.62△t_i105.7890.23684.96576.85370.36467.54665.378w0.0050.00430.00430.00390.00390.0038H0.011750.01390.01760.01990.02370.02530.02678Hm0.01330.01530.018750.02180.02450.02604ρgm0.8490.86480.87480.88670.089680.090340.09143ugm29.7529.171328.911328.62428.43928.19728.001Aq4387.74362.54319.634298.34305.14315.64300.8ur22.037415.412310.3266.83713.52761.75830.7014Bu1.9171.86631.75231.62451.57931.50121.4875Ji1334.2846.32486.32297.32157.4699.8758.35m102.3987.8376.243765.98758.03450.10145.821b-682.81-432.38-265.32-167.6-103.8-67.6-35.7△τ0.00440.00580.00620.0080.00870.00940.0147△L0.01990.06150.11020.15730.19760.23990.2815um7.712613.75918.583521.786924.911426.438727.2996r0.2530.30060.330.337880.484050.501560.60109C0.83330.85720.91480.922220.659850.92510.73303总和L=∆L=1.0679m≈1m(k>1k≈1)k=1.176加速段结束九.恒速段管长计算加速段结束后：Hi=0.02678kg水汽/kg绝干气体ti=104.62oCvVHm=1.1226=28.8365m/sHm=0.5(H2+Hi)=0.03277kg水汽/kg绝干气体tm=0.5(ti+t2)=87.31∆q=LC∆q=44.905kwρum=28.001-0.5962=27.4048m/s=3.1725ts=ti+t2+2θ2λα=∆∆L=∆τ=干燥总长度：L=∆L加速+∆L恒速=7.9m干燥总时间：τ=∆τ加速+∆τ恒速=0.3076s附属设备选型计算（1）加料器的选型气流干燥器装置所采用的加料器必须保证向干燥器连续均匀的加料。对于聚氯乙烯的干燥，综合其物性及加料量考虑，选用螺旋加料器。螺旋加料器宜于输送粒状、粉状、及小块状物料，密封性能好，操作安全方便，结构简单制造费用低，但输送过程中物料易破碎，零件磨损大，且不宜输送粘性哒、易结团的物料。根据题意查表：kd选取0.37，k1取值为50查表求螺旋加料器的倾斜修正系数kβ，选取输送倾斜角度为kβt为螺距，对于粘度小的物体t=0.8D或D，取t=D由于G=1216kg/h，ρm根据式G=47kdkβD2tn可计算出D=0.07mn≤188.98r/min(2)风机的选型L=8890.1m3/h所以选取9—26型离心通风机机号5.6（3）加热器的选择Vp为空气通过通风净截面的质量流速，单位为kg/m2.s，取值8kg/m2.s则所需通风截面积A=GVp=0.309m2由计算结果查《化工原理设计导论表7-6确定选择SRL10x7/2型其性能参数如下：型号通风截面积m2散热面积m2热介质通过截面积m2管束数连接管直径m2SRL10x7/20.331.00.00623150重新计算Vp=LA=8.2315kg/m2.表7-7中公式K=15.1Vp0.24=25.04W/m2.s本散热器采用热介质为水蒸气，其工作压力为p=4atm，其冷凝温度为t=151oC则△tm=71oCQ=Lcp(t2-t1)=312.2kWFT=Q/(K△tm)=175.7m加热器串联台数n=5.67取整为6台。（4）旋风分离器的选择旋风分离器是利用离心力分离沉粒的设备。其结构简单，造价低廉，没有活动部件，操作条件广泛，分离效率高。在本设计任务中，依据题意选取旋风分离器。L=8890.1m3/h设入口风速为15m/s,由查表可选择CLP/B—9.4X型旋风分离器。（5）布袋除尘器的选择L=8890.1m3/h选择DQMC~60型号含尘浓度g/m3风速m3/min风量m3/h阻力Pa效率%外形尺寸mmD3-53-48100-10800981-1177992360x1610x3646由于旋风分离器和袋虑器阻力比较大，故在尾段还要一个抽滤器。设计评价一.对气流干燥器的评价1.干燥器的热效率：n2.干燥效率：nd=Q3.干燥总效率：n=ndnh=54.98%由以上计算知，干燥器具有以下特色：（1）干燥时间极为短暂，τ=0.3076s在极短的时间内就可以干燥产品了。（2）粒子显著分散于气流中，全管的体积传热系数很大，可以最大的干燥速率将物料的湿分量降到最低。（3）干燥效率高，散热面积小，设备结构简单，造价低，只需一根直径为0.35m，长为7.9m的干燥管就可以了，占地面积小，操作方便。设计一览表干燥管管径mm350温度物料Θ1=20oCΘ2=40.67oC管长m7.9干燥时间s0.3076气体t1=140oCt2=70oC附加设备螺旋加料器叶轮转速(r/min)188.98直径70mm旋距70mmKd0.37K150K0.7旋风分离器需要风量m3/h8890.1型号CLP/B—9.4X风速15m/s空气加热器需要面积m3175.7型号SRL10x7/2台数6实际面积186m2袋虑器风量m3/h8890.1型号D外形尺寸2360x1610x3646国内外干燥器的近况随着全球经济、技术竞争的日趋剧烈,人们对有效利用能源、提高产品质量和加强环境保护等的意识逐步增强。干燥设备随着干燥技术的变革而革新。革新的内容包括:(1)设计制造新的干燥设备或与干燥过程相配套的设备;(2)提高干燥产品的质量,在干燥产品质量控制方面比现有设备要好;(3)避免或减少对环境的污染;(4)操作更安全、可靠;(5)总体上降低能耗,降低设备制造成本下面我将列举一些干燥器的近况和发展1.振动流化床干燥机[2]振动流化床干燥机是由振动电机产生激振力使机器振动,物料在这给定方向的激振力的作用下跳跃前进,同时床底输入热风使物料处于流化状态,物料颗粒与热风充分接触,进行剧烈的传热传质过程,此时热效率最高[3]。该干燥机的上腔处于微负压状态,湿空气由引风机引出,干料由排料口排出,从而可以达到较理想的干燥效果。该干燥机流化均匀,无死角,温度分布均匀,热效率高,振动力平稳,可调性强,适用于颗粒、粉、条、丝、梗状物料干燥。2.流化床干燥器这是60年代发展起来并十分流行的一种干燥器。由于在干燥过程中,固体颗粒悬浮于干燥介质中,因而流体与固体接触面较大,热容量系数可达8000～25000kJ/(m3h℃);又因物料在干燥器内剧烈搅动,大大减少了气膜阻力,因而热效率较高,可达60%～80%,且密封性能好,传动机械又不接触物料,产品纯洁度高,目前广泛用于化工、医药、轻工、食品及建材工业中。3.压力喷雾干燥机[4]压力喷雾干燥机的工作过程为:料液通过隔膜泵以高压输入,喷出雾状液滴,然后同热空气并流下降,大部分粉粒由塔底排料口收集,废气及其微小粉末经旋风分离器分离,废气由抽风机排出,粉末由设在旋风分离器下端的授粉筒收集。该机还可装备二级除尘装置,使物料回收率在96%～98%以上。该干燥机干燥速度快,料液经雾化后比表面大大增加,在热风气流中,瞬间就可蒸发95%～98%的水分,完成干燥的时间仅需十几秒到数十秒钟,特别适用于热敏性物料的干燥。但是,当加热温度低于150℃时,其容积传热系数低,需要较大的容积;热效率较低;气固物料分离要求高,一般需要两级除尘。4.过