干燥器课程设计

《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80℃2．物料进口温度θ130℃3．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ρs1730kg/m3堆积密度ρb800kg/m3干物料比热容cs1.47kJ／(kg·℃)颗粒平均直径dm0.14mm临界含水量X00.013（干基）平衡含水量X*02．物料静床层高度Z00.15m3．干燥装置热损失为有效传热量的15％。天津大学2010级本科生《化工原理》课程设计报告1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天津大学2010级本科生《化工原理》课程设计报告1一、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80℃2．物料进口温度θ1=30℃3．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．空气和物料离开干燥器时的温度t2、θ2，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20～50℃（这里取25℃）。由t１=80℃及Ｈ１=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2，即)()())(()(22*)()(**222*22222222*22wsctttcXXrcwstwttcXXrXXXXttcXXrtttwwsCwtw由相关资料查得2wtr=2441.5kJ/kg，代入上式中得)2550(47.1013.05.2441)013.00004.0)(2550(47.10004.05.2441255050)2550(47.1013.05.24412解得θ2=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，采用卧式多室流化床干燥装置系统，其简化流程如下天津大学2010级本科生《化工原理》课程设计报告2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。天津大学2010级本科生《化工原理》课程设计报告3二、干燥过程的物料衡算和热量衡算1、物料衡算0385.004.0104.01111XXw0004.00004.010004.01222XXwhkgwGG/35.2788)0385.01(2900)1(11绝干物料hkgXXGW/4.110)0004.004.0(35.2788)(21水分008.04.110212HHHWL2、热量衡算干燥器中不补充热量，ＱD＝0，因而可得：LpQQQQQQ321kWhkJtWQ24.79/6.285273)5088.12490(4.110)88.12490(21kWhkJXcGGcQsm18/64836)308.45)(0004.0187.447.1(35.2788))(187.4()(122122天津大学2010级本科生《化工原理》课程设计报告4LkWhLkJLttHLQo01025.0/9.36)1450)(008.088.101.1())(88.101.1(203LkWhLkJLttHLQoop0188.0/65.67)1480)(008.088.101.1())(88.101.1(1取干燥器的热损失为有效耗热量（Q1＋Q2）的15％，即kWQQQL586.14)1824.79(15.0)(21将上面各值代入LpQQQQQQ321，便可得空气消耗量L＝13079kg绝干气/h由008.04.110212HHHWL求得空气离开干燥器的湿度H2＝0.01644kg水/kg绝干气2、干燥器的热效率干燥器的计算：%100%100)88.12490(12PQQQtWkWhkJttHLQoP8.245/884829)1480)(008.088.101.1(13079))(88.101.1(10kWtWQ24.79)5088.12490(4.110)88.12490(21000024.321008.24524.79天津大学2010级本科生《化工原理》课程设计报告5三、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31/kgm，粘度52.1110Pas，导热系数23.04710/()oWmC物料的颗粒密度31730/skgm，堆积密度3800/bkgm，颗粒平均直径0.14mdmm。则29.95)1021.2(81.91)11730()1014.0()(253323gdArs对均匀球形颗粒的流化床，开始流化的孔隙率0.4，取该值为临界流化点，即0.4mf。由图（《化工原理课程设计》中图6—6可得6210ymfL【1】于是临界流化速度为：smgLyusmfmf/009.0181.917301021.2102256323（2）颗粒带出速度ut颗粒被带出池，空床的空隙率1。根据rAt和=1，由图（《化工原理课程设计》中图6—6可得0.5ytL带入计算mfu相同的式子计算，可得smgLyust/572.0181.917301021.25.025323（3）操作流化速度取操作流化速度为0.7ut，即u＝0.7×0.572＝0.4004m/s2．流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：天津大学2010级本科生《化工原理》课程设计报告6物料静床层高度0.15oZm干空气的质量流速4004.04004.01uLkg/m3·s静床层的比表面积3230/257141014.0)4.01(6)1(6mmdam雷诺数536.21021.214004.01014.0Re53udm流化床的对流传热系数5.1335.13)536.2(1014.003047.0104(Re)104md=3.52W/m2·℃流化床层的体积传热系数905132571452.3aaW/m3·℃由于md=0.14mm0.9mm，所以a值应该予以校正，从图（《化工原理课程设计》中图6—7中可查得C=0.1。所以体积传热系数3.90512571452.31.0a表面汽化阶段所需底面积A1可以按下式子计算：]1)()()88.101.1([)88.101.1(2111000WtWaXXGttALHLHZ13014.0405.0]15.2441)0004.004.0(360035.2788)2580(4004.0)008.088.101.1([4004.0)008.088.101.1(15.03.905111AA解得A1=3.319m2（2）物料升温阶段所需底面积天津大学2010级本科生《化工原理》课程设计报告7产品比热容cm2=cs+4.187X2＝1.47＋4.187×0.0004＝1.472kJ/（kg·℃）物料升温阶段的所需底面积A2可以按下式计算：]1ln/)88.101.1([)88.101.1(211120002ttGcALHLHZma其中03798.08.45803080lnln2111tt所以有1353.9405.0]103798.0472.135.27883600405.0[405.015.03.905122AA解得A2=0.1069m2（3）床层总底面积流化床层总的底面积A=A1＋A2=3.319+0.1069=3.4259m23．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：min29.91549.0)0004.01(35.27888006.315.020hGAZb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：1100ZZ其中ε计算如下：21.0221.0229.95536.236.0536.218Re36.0Re18Ar=0.866天津大学2010级本科生《化工原理》课程设计报告8672.0866.014.0115.01100