化工原理课程设计直流气体干燥聚氯乙烯

1、精品 料推荐scu化工原理课程设计书直管气流干燥器四川大学轻纺与食品学院陶瑞霄学号： 08430910921精品 料推荐目录一、绪论二、任务书三、流程1. 流程图2. 流程概述四、设计方案及参数的确定1. 设计方案的确定2. 参数确定五、干燥器主要尺寸的计算1. 基本物料衡算2. 干燥管主要参数的计算3. 加速段管长的计算4. 恒速段管长的计算2精品 料推荐六、主要附属设备的选型和计算1. 加料器的选型和计算2. 旋风分离器的选型和计算3. 空气加热器的选型和计算七、设计评价1. 对气流干燥器的评价2. 对附属设备的评价八、心得体会九、设计结果一览表十、主要符号表十一、参考文献3精品 料推荐绪

2、论化工原理课程设计的目的和要求课程设计是化工原理课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。通过课程设计 ,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：1. 查阅资料，选用公式和搜集数据 (包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集 )的能力；

3、2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；3. 迅速准确的进行工程计算的能力；4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力聚氯乙烯全名为 polyvinyl chloride ，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），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

4、氯乙烯变色（由黄变红、棕、甚至于黑色） 。工业聚氯乙烯重均相对分子质量在 4.8-4.8 万范围内，相应的数均相对分子质量为 2-1.95 万。而绝大多数工业树脂的重均相对分子质量在 10-20 万，数均相对分子质量在 4.55-6.4 万.硬质聚氯乙烯（未加增塑剂）具有良好的机械强度、耐候性和耐燃性，可以单独用做结构材料，应用于化工上制造管道、板材及注塑制品。硬质聚氯乙烯可以用增强材料。它是当今世界上深受喜爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料。由于化学稳定性高，所以可用于制作防腐管道、管件、输油管、离心泵和鼓风机等。聚氯乙烯的硬板广泛应用于化学工业上制作各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板，

5、门窗结构，墙壁装饰物等建筑用材。由于电气绝缘性能优良，可在电气、电子工业中，用于制造插头、插座、开关和电缆。在日常生活中，聚氯乙烯用于制造凉鞋、雨衣、玩具和人造革等，它的全球使用量在各种合成材料中高居第二。pvc 可分为软 pvc 和硬 pvc。其中硬 pvc 大约占市场的2/3，软 pvc 占 1/3。软 pvc 一般用于地板、天花板以及皮革的表层，但由于软pvc 中含有柔软剂 (这也是软 pvc 与硬 pvc 的区别 )，容易变脆 ,不易保存，所以其使用范围受到了局限。硬pvc 不含柔软剂，因此柔韧性好，易成型，不易脆，无毒无污染，保存时间长，因此具有很大的开发应用价值。pvc 的本质是一

6、种真空吸塑膜，用于各类面板的表层包装，所以又被称为装4精品 料推荐饰膜、附胶膜，应用于建材、包装、医药等诸多行业。其中建材行业占的比重最大，为 60%，其次是包装行业，还有其他若干小范围应用的行业。氯化乙烯基最初是在 1835 年在 justusvonliebig 实验室合成出来的。而聚氯乙烯是由 baumann 在 1872 年合成的。但是直到 20 世纪 20 年代才在美国生产出了第一个聚氯乙烯的商业产品，在接下来的 20 年内欧洲才开始大规模生产。 聚氯乙烯具有原料丰富（石油、石灰石、焦炭、食盐和天然气） 、制造工艺成熟、价格低廉、用途广泛等突出特点，现已成为世界上仅次于聚乙烯树脂的第二

7、大通用树脂，占世界合成树脂总消费量的 29%。聚氯乙烯容易加工，可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工。聚氯乙烯主要用于生产人造革、薄膜、电线护套等塑料软制品，也可生产板材、门窗、管道和阀门等塑料硬制品。食品干燥技术食品工业的很多原料均含有大量水分，为使食品具有良好的保藏性和节约运输费用，则要求水分含量尽可能降低。所以从物料中除去水分是食品加工过程中经常进行的过程，称为干燥或去湿。采用的技术有普通干燥、冷冻干燥和喷雾干燥。一、普通干燥干燥过程中，物料表面的水分要不断汽化，从而使内部的水分继续扩散到表面来，达到干燥的目的。根据物料加热的方式不同， 分为三种干燥方法： 对流干燥

8、 (热风干燥 )、辐射干燥及接触干燥 (传导式 )。1.对流干燥直接以高温的空气为热源， 借对流方式将热量传递给物料， 热空气既是载热体又是载湿体。一般热风干燥多在常压下进行。2.辐射干燥是食品工业上的一种重要的干燥方法。即利用红外线、远红外线、微波等能源，将热量传递给物料的干燥方法。可在常压或真空下进行。3.接触干燥是间接靠间壁的导热将热量传递给与壁面接触的物料。 热源可以是水蒸气、热空气或热水等。接触干燥可在常压下进行也可在真空下进行。常压下操作时，物体与气体之间虽然有热交换，但气体的主要作用是将蒸气带走。二、冷冻干燥冷冻干燥又称真空冷冻干燥、冷冻升华干燥、分子干燥等，是将物料预冷至-30

9、-40，使物料中的大部分水分变为固态冰，然后提供低温热源，在真空状态下，使冰直接升华为水蒸气而使物料脱水的过程。冷冻干燥是一种特殊的干燥方法。它包括两个重要的步骤：冻结物品及升华分离结晶体。 在真空条件下，通过升华作用，把物料中冻结的水分不重新融化而从物料中分离除去。方法和过程1.物料中水分的预冻结食品的冻结主要是水溶液的冻结。当食品内部溶质浓度5精品 料推荐低于低共熔浓度时，冷冻的结果是冰晶的析出，随后溶液的浓度越来越高，理论上达到低共熔浓度为止；若溶质浓度高于低共熔浓度时，冷却结果表现为溶质不断析出，余下的溶液浓度越来越低，理论上也达到低共熔浓度为止。2.冻结物料进行升华干燥冻结物料的升华

10、干燥是在真空干燥箱内进行的。 在升华过程中，物料中冻结水分汽化需要吸收热量，因此，需要给物料加热，以提高冷冻干燥速率。但所提供的热量应保证冻结物料的温度接近而又低于物料的共熔点，以便使物料中冰晶既不溶解又能以最高速率进行升华。 在升华过程中， 温度几乎不变， 干燥速率保持恒定。3.物料加热升温当冻结水分全部蒸发后， 开始蒸发剩余没有冻结的水分， 此时干燥速率下降，加热速度可加快，以使水分不断排除掉。在此阶段物料温度会升高，但一般不超过 40。三、喷雾干燥喷雾干燥是以单一工序将溶液、 乳浊液、悬浮液或糊状物料加工成粉状、 颗粒状干制品的一种干燥方法。它将液体通过雾化器的作用，喷洒成极细的雾状液滴

11、，并依靠干燥介质 (热空气、烟道气或惰性气体 )与雾滴的均匀混合，并进行能量交换，使水分 (或溶剂 ) 汽化的过程。特点1.干燥温度较低虽然采用较高温度的干燥介质， 但液滴有大量水分存在时， 它的干燥温度一般不超过热空气的湿球温度。对奶粉干燥，约为 50 60。因此，非常适宜于热敏性物料的干燥，能保持产品的营养、色泽和香味。2.干燥速度快、时间短由于料液被雾化成几十微米大小的液滴，所以液体的比表面积很大。3.制品有良好的溶解性和分散性。4.产品纯度高由于干燥是在密闭的容器中进行的，杂质不会混入产品中。5.可连续化生产干燥后的产品经连续排料，在后处理上结合冷却器和气力输送，组成连续生产作业，实现

12、自动化大规模生产。6.生产过程简单操作控制方便即使含水量达 90的料液，不经浓缩同样也能一次获得均匀的干燥产品。大部分产品干燥后不需粉碎和筛选，简化了生产工艺流程。而且，对于产品粒度和含水量等质量指标，可通过改变操作条件进行调整，且控制管理都很方便。我国常用的雾化形式有三种：气流喷嘴式雾化、压力式喷嘴雾化、旋转式雾化。6精品 料推荐当前，食品干燥技术的一个重要趋势是最大限度的保持食品的营养和色香味，食品生产中经常使用的是无损于食品风味、不易引起变色和变质的喷雾干燥，冷冻真空干燥和真空皮带式干燥等高品质干燥技术。另一方面由于冻结和真空操作的运转费用很高，考虑到产品品质和成本费用，最终的品质低下为

13、妥协点，不得不转用滚筒干燥或其他干燥方法。任务书聚氯乙烯气流干燥器设计设计任务题目：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（1） 湿物料颗粒直径： dp 150m绝干物料密度：1400kg / m2m绝干物料比热： cs1.256kj/kg k含湿量（以湿基计）：120%操作温度：1 20 c2 65 c操作压力： 101.325kpa加热蒸汽压力： 4atm（表压）原料量： g 11210 kg/h临界湿含量 :1 （2） 干燥介质：湿空气080%， t 020 c, t1140 c（ 3） 干物料（产品）含水量：25%临界湿含量 : x c0.03平衡湿含量： x *07精品

14、 料推荐设计内容1 、设计说明书（1）目录（2）任务书（3）流程和方案的选择说明与论证（4）干燥器主要尺寸的计算（5）附属设备选型计算（6）设计结果计算（7）主要符号表（8）参考文献2 、气流干燥器总图（略）流 程8精品 料推荐流程概述 :如图 ,物料由加料斗 4 经星型状加料器 5 进入气流干燥管的底部 ,空气由风机 1 吸入 ,通过预热器加热直一定温度后 ,送入气流干燥管 ,由于热气流的高速流动 ,使物料颗粒悬浮于气流之中 ,并与气流发生传热传质 ,实现干燥 ,已干燥的物料随气流带出经旋风分离器 6,而回收产品 ,产品通过气封 7 而由出口卸出 ,废气经风机抽出而放空 ,完整的的对流干燥装

15、置应该包括 :风机 ,预热器 ,加料斗 ,干燥器 ,气固分离设备 ,及各种控制仪表等选用干燥设备 ,合理分布流程 ,遵循以下规则 : 1.,选择风机依据是 ,全系统的流程阻力 ,及工艺要求的风量 .2.风机的安装位置 :通常应该在气固分离设备之后， 可使整个干燥装置处于负压下 操作，避免粉尘泄露和高温损坏风机，且利于物料水分的汽化3.当一台风机的风压不够，克服系统的阻力时，可采用多台，分别安装在干燥装置的前后9精品 料推荐4.空气预热器常使用翅片式加热器，可强化传热速率，提高传热效果5.气固分离设备常采用旋风分离器，其构造简单费用低，压降也不大，分离效果好6.常用加料器用星型或螺旋式，它们都适

16、用于块状物料，螺旋式还适用于膏状物料，但两者都不适于硬度大的物料 .设计方案及参数的确定（一）设计方案的确定根据方案的内容为： 干燥方法及干燥器结构形式的选择； 干燥装置流程及主要辅助设备的确定，干燥器操作条件的确定等。设计方案的总原则是： 满足工艺要求， 经济合适，生产安全。有以下几点要求：(1)所确定的流量和选用的设备，必须保证产品达到预期的干燥目的，而且质量要确定。(2)热能消耗干燥过程的主要消耗，设计是考虑如何省能。(3)干燥器的选定尽量降低价格。(4)选用合适的干燥介质，如热空气，烟道气等，一般使用热空气，除去物料与空气中的氧气接触会发生反应时，则用过热蒸汽或氮气等惰性气体，当不担心

17、烟道气对干物料的污染时，可尽量采用烟道气。1）设计依据干燥器设计中，主要利用以下基本关系， (1)物料衡算； (2) 热量； (3)传热速率方程式； (4)传质速率方程式，但由于对流传热系数及传质系数随不同的条件而变化，且无同样的和 r 关系式，因此干燥的设计要用经验方法进行计算。2）干燥器的选型被干燥物料的行状以及干燥后产品的要求决定了干燥器的类型， 干燥器必须能保证产品的质量，速率快，操作控制方便，劳动条件好，而且要能适宜被干物料的形态和物性生产能力要高，而且能耗低。工业中气流干燥器是常用的一种， 对于能在其他中自由流动的颗粒物料， 常采用气流干燥器进行干燥，因为结构简单，造价低，易于制造

18、和维修，操作稳定且便于控制，一般热效率也比较高，干燥非结合水时，热效率可达 60%左右，但干燥结合水时，热效率仅为 20%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100m 且以上的合成纤维结晶，矿石，合成橡胶等，对聚氯乙烯，因具有热熔性，当温度太高（一般不超过 7080），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。3）工艺流程在设计中工艺流程采用湿物料直接加入干燥管中，由于蒸汽流的冲击作用而将物料分散，从而使物料得

19、以干燥，干燥后的物料大部分由一级旋风分离器收集，剩余部分由袋滤器捕集。由于气流干燥器的干燥时间较短，若湿物料水分未干燥10精品 料推荐完全的话，可串联流动干燥机，使湿物料干燥充分。（二）参数确定1）选择干燥介质在物料的干燥过程中，采用何种介质是根据物料的性质和生产厂家的具体情况来确定的。通常使用的干燥介质是不饱和热空气，若气体的相对湿度越低，则表明湿气体距饱和状态越远， 吸湿能力也越大。（相对湿度的定义为： 在一定温度、压力下，湿气体所含湿分蒸汽压 p 与该温度、压力下湿分的饱和蒸汽压之比，即= ( p / ps)100% ），由于干燥过程一般在常压或负压下进行，总压对ps 基本无影响，又考虑

20、到成都地区湿度较大，故取其值为80 .2）气体进口温度的选定提高气体进口温度可增大传热温差，有利于提高热效率和干燥强度，但温度过高的话，干燥管的干燥速率将下降很快，并且操作费用增大，在本次设计计算中取 130（由任务书确定）。3）气体出口温度的确定干燥器的出口气体温度与干燥管的长度及燃料费用有关，若取得较低，则对热能利用是有利的，但管长需要增加，制造成本将增加，考虑各种因素的影响，确定气体出口温度为 70.4）气体进口速度的确定气体进口速度越大，颗粒与气流之间的相对速度就越大，给热系数也将越大，但气速过高，其操作费用也会提高，对生产的经济性不利，一般气速定为 2040m/s，本次计算先取 30

21、m/s，得到的管径值圆整后，在最终确定进口气速。5）湿物料的进口温度的确定湿物料的进口温度都是根据生产实际情况而定，根据本次设计任务， 取 20.干燥器主要尺寸的计算一、基本物料衡算1、汽化水分量 wx110.25x 220.05261112（由 x 2 大于 x c，判断干燥过程无降速干燥段）g cg1 (11)986kg / h 0.2689 kg / sw= gc ( x 1x 2 )191.083 kg / h0.0530kg / s空气温度取 20，其饱和蒸汽压为ps02 exp( 18.59163991.11)2.3485kpa15t 0233.8411精品 料推荐空气湿度为（取

22、80）h 1h 00.622ps0.0118kg水汽 / kg绝干物料ppsch1ch 21.0051.884h 11.027kj /(kgc )2 空气出口温度 t2、湿度 h 2、.干空气消耗量 l 及物料出口温度 2试差公式： twt1rw (h wh 0 )rw2491.272.30285t wpw23991.11exp 18.5916233.8415t wh w0.622pwpwp联立方程，求出 tw 41.6569干燥过程的热量衡算：q qw qmw ( r0cvt2cw 1 ) gccm2 ( 21)cm2cs cw x 21.4762kj /(kg k)241.6569 ctw

23、65 c, 满足产品质量要求。q0.053( 2491.271.884804.18720)0.26891.4762(41.656920)144.1840kwlq2.4957kg / s(t2t1 )ch 0注 校核 t2h 2hw0.0344kg水汽 / kg绝干物料1lh 20.622pp5.3105kpappt d3991.11233.8433.834416.58ln ptt 2t d46.16562046.165650所设 t 2比较合理3.干燥管直径 d 的计算vhht1m3/kg绝干水汽(0.002835 0.0045571 )(273) 1.1931112精品 料推荐1设 u g2

24、8m / s，则 d( lv h 1 ) 20.3679m 37cm4u glv h127.6933m / s校核 u gd 24二、干燥管参数的计算1.确定给热系数(1)加速段起点g 03.214 10 7(t1273) 0.7122.3421 10 5g 01 h 00.8481vh 1则d pu g 0g 0150.4207400rer 0g 0则 nu00.76 rer0.6519.77260(2)加速段终点终点的确定：若整个干燥管内交换的总热量为q，则加速段应占其80，则 t1tt0.8t1t 2解得， tt92 cqt0.8q123.0298kwq mgc c m2 ( 21 )8

25、.1998wtqtqm0.0445r0cvc w1h twt0.0308h 0lvht(0.0028350.004557 h t )(tc273)1.086m3 / kg绝干气体gt1h t0.9492kg / m3vhtgt3.21410 7 (273 tt ) 0. 71220144910 5 pa s13精品 料推荐x tx1wt0.0845gc0.40.6ajtgtgt20 .144113 .8751 .6d pmt9.811ut()1 .40.5981ajt则rertdp ut gt3.9696gtnut20.54 rert0.53.0759(3)拟合公式已知有关系式 nuanrer

26、 n ，带入起点、终点结果，得nu0anrer0n(1)nu tanrert n(2)由 (1)、(2)得，ln( nu0 )nu0nut0.5119an1.5188nnrer 0)rer 0ln(rert2. aq 的计算a10.3089 an gcd pn 0 .40.0471cm1c s c w x12.3028qilc h 1 (t1tt )gcc m1 ( 2 1 ) 13 .4102t it1qi134.4196 clc h 114精品 料推荐t 0.5(t1ti )137.2098 ctm1(t11 )(ti2 )105.7976t11lnti2t st1 ti1284.0191

27、4g2.8210 5 (ts273.15)0 .80.0311无汽化h mh10.0118,t mtvhm(0.002835 0.004557h m )(tm 273)1.1857m3绝干气体/ kggm1h m0.8538kg / m3vhmgm3.21410 7 (273 t m )0.7122.330810 5 pa sn0.4ag gm4324.8093n 0.6gmaqa1 at m121550.81453. umo 的计算aa6gc71.4545md p4d 2um0aa d p0.17860.06u gmvhm u g 027.4891vho4.加速段的平均值计算ajt20.14

28、41g 00.8481kg / m3g 00.40.6aj 0g 0g 013 .8751.6d pm02.3421 10 5 pa s20 .3003aj 0ajt20.2222aj2三、加速段管长的计算15精品 料推荐第一段：预热段uri 1ugmum 027.3105m / s设 urur i121.0080m / si1.3bu1 (27.3398n 0.421.0306i1n0. 4 )1.426921. 4ji 1aj ur9.812063.6226i11ji1uri(19.81) 1.420.0374m / sqiajexpaq buuri1.5, uri12分段较为合理utur

29、 ijiajuri1.49.811334.2118jmaj(uri 12.4uri2 .49.811691.42342.4uriuri)1mji1j i100.28888uriuri1bjmm( uri1uri)682.808621muri 1b0.0044slnmmuriblbu gmlnmuri1b1urur0.0178mm2mmur ib mi 1i末粒子速度： umiugmur i7.4517m / sri27.339819.71540.363019.7154ci1 /1.2 0.8333第二段1.预分段设 ri1.8,则 : ri11/ ri0.4444qiqi1rici1 12.8

30、421kwri12.热量衡算16精品 料推荐t iti 1qi129.0927 clc hi1wiqi0.0050kg/sr0cv tic w2h ih i1wi0.0139lt mi1 / 2( ti1ti )131.7562 ch mi1 / 2(h i1h i ) 0.0129vhmi( 0.0028350.004557 h mi )(tmi 273) 1.1713m3 / kg绝干气体gmi1h mi0.8648kg / m3vhmiu gmivhmiu gmi127.1713m / svhmi13.传热计算tmi(ti12 ) (ti2)90.1337 cln ti12ti2tsti

31、 1tii1i81.2923 c4g2.8210 4(t s273.15) 0.80.0309w /( m k)gmi3.214 10 7(273tmi )0. 7122.308710 5 pa sa10.3089 angcd p n0.40.0471n 0 .4agg4347.1637n0 .6gn0 .4n 0.4aq0.3089 angcg d pgt m a1 atm 18455 .0022n0 .6g4. uri 的试差计算17精品 料推荐设 uriuri115.4134m / s1.3bu1/ 2(uri1n0.4uri n0. 4 )1.3783ji 1ajuri1 .49.81

32、1334.2118111.4uri1j i 19.8114.0186m / sajexpqiaq bu将上值代入得bu1/ 2(uri1n0.4uri n0 .4 )1.3711uri13.9929m / s5.校核分段合理性uri1.5, uri12utu ri分段较为合理6.流体力学计算jia u1.49.81 803.2062jriajuri2 .42.4jm1uri9.811062 .39392.4uriuri1mj i1j i87.8494uriuri1b jmmuri1uri432.376821muri1blnmuri0.0058smblbugmmuri1b1uri0.0624mm

33、2mlnburi 1murim7.附加计算末粒子速度： umiugmuri13.4962m / s18精品 料推荐riuri 1uri0.4320uriciqiri 10.8572qi 1ri以下均按上述方法重复计算可得加速段中第3 6 的数据，现列表如下：第一段第二段第三段第四段第五段第六段q13.410212.842111.324211.07759.71029.3355t134.4196129.0927124.3803119.7706115.7299111.8451t105.797690.133785.061480.448575.953072.074m2tm137.2098131.7562126.7365122.0755117.753072.0742w0.00500.00440.00440.00380.0038h0.01180.01290.01580.01770.01930.0209hm0.01290.01490.01680.018