氣流和單層流化床聯(lián)合干燥裝置的設(shè)計(jì)

PAGEword文檔可自由復(fù)制編輯設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目某散粒狀藥品其含水量為20%，在氣流干燥器中干燥至10%后，再在單層流化床干燥器中干燥至0.5%（以上均為濕基）設(shè)計(jì)任務(wù)以及操作條件（1）生產(chǎn)能力12800㎏/h（按進(jìn)料量計(jì)）（2）物料進(jìn)口溫度θ1=20℃，離開流化床干燥器的溫度θ2=120℃（3）顆粒直徑平均直徑dm=0.3mm,最大粒徑dmax=0.5mm,最小粒徑dmin=0.1mm.（4）操作壓力常壓（5）干燥介質(zhì)煙道氣（性質(zhì)與空氣相同）其初始濕度H0=0.01㎏水/㎏絕干氣，入口溫度t1=800℃,廢氣溫度t2=125℃（6）設(shè)備工作日每年330天，每天24小時(shí)連續(xù)進(jìn)行。（7）廠址自選設(shè)計(jì)方案簡介根據(jù)干燥物料為固體顆粒，而且濕度相對(duì)比較大，因此選擇氣流干燥器和圓筒型干燥器組合達(dá)到干燥要求，用螺旋供料器加料，它依靠螺旋旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的推送作用，使物料從一端向另一端移動(dòng)而進(jìn)行定量供料，它密封性能好，操作安全方便，進(jìn)料定量性高。選擇適當(dāng)結(jié)構(gòu)的螺旋，可使之適用于含濕量范圍寬廣的物料。另外，通過材質(zhì)的選擇，又可使它適用于輸送腐蝕性材料。但它動(dòng)力消耗較大，難以輸送顆粒大，容易粉碎的物料。氣體從干燥器出來后，由于干燥的物料為顆粒狀，所以干燥后的氣體中含有很多固體顆粒，因此要分離含塵氣體，故必須用旋風(fēng)除塵器加以除塵。旋風(fēng)分離器計(jì)算的主要依據(jù)有三個(gè)方面，一是含塵氣的體積流量，二是要求達(dá)到的分離效率，三是允許的壓強(qiáng)降。在選定旋風(fēng)分離器的形式之后，便可查閱該型旋風(fēng)分離器的主要性能表。按照規(guī)定的允許壓強(qiáng)降，可同時(shí)選出幾種不同的型號(hào)。若選直徑小的分離器，效率較高，但可能需要數(shù)臺(tái)并聯(lián)才能滿足生產(chǎn)能力的要求；若選直徑大的，則臺(tái)數(shù)可以減少，但效率要比較低。除塵器必須在裝置的上方，而從干燥器出來的氣體要對(duì)流化床中的物料進(jìn)行干燥氣體必須從流化床的下端通入，所以必須用導(dǎo)管將氣體導(dǎo)入下部。而從氣流干燥器出來的物料必須由膠帶輸送機(jī)送到拋料機(jī)的加料斗上，然后進(jìn)入流化床進(jìn)行干燥。干燥的煙道氣由于含有大量的粉塵，故必須用四個(gè)并聯(lián)的旋風(fēng)除塵器加以分離，最后煙道氣由排風(fēng)機(jī)排出。氣流和單層流化床聯(lián)合干燥裝置的設(shè)計(jì)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)被干燥物料：干物料量比熱容CS=0.712㎏KJ/(㎏.℃)顆粒密度=2000㎏/m3物料最大直徑dmax=0.5mm最小粒徑dmin=0.1mm平均直徑dm=0.3mm物料初始含水量ω1=20%出氣流干燥器含水量ω2=10%經(jīng)單層流化床干燥后含水量ω3=0.5%進(jìn)氣流干燥器溫度θ1=20℃離開單層流化床干燥器溫度θ2=120℃處理濕物料量G0=12800㎏/h干燥裝置有效熱損失為有效熱傳量的15%干燥介質(zhì)：煙道氣初始濕度HO=0.01㎏水/㎏絕干氣入氣流干燥器溫度t1=800℃廢氣溫度t2=125℃二設(shè)計(jì)計(jì)算干燥流程的確定工藝流程圖（如圖）燃燒爐2-鼓風(fēng)機(jī)3-加料器4-氣流干燥器5-集灰斗6-下料器7-料倉8--旋風(fēng)分離器9-抽風(fēng)機(jī)燃燒爐2-鼓風(fēng)機(jī)3-加料器4-氣流干燥器5-集灰斗6-下料器7-料倉8--旋風(fēng)分離器9-抽風(fēng)機(jī)1-除塵器2-鼓風(fēng)機(jī)3-鼓風(fēng)機(jī)5-下料器6-料倉7-集灰斗8-旋風(fēng)分離器10-流化床干燥器11-出料口工藝流程說明：濕物料經(jīng)過加料器進(jìn)入干燥管，煙道氣由鼓風(fēng)機(jī)鼓入，經(jīng)過加熱器加熱之后與物料混合，在干燥管內(nèi)經(jīng)過數(shù)次干燥之后，物料由膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)送到拋料機(jī)的加料斗上，再經(jīng)過拋料機(jī)送入到流化床內(nèi)部，煙道氣經(jīng)過旋風(fēng)除塵器回收之后，由鼓風(fēng)機(jī)將其送入流化床底部分布板，再對(duì)物料干燥。物料由料倉收集，干燥后煙道氣夾帶的煙塵經(jīng)過4個(gè)并聯(lián)的除塵器分離之后，由排風(fēng)機(jī)排出。氣流干燥器的物料衡算和熱量衡算物料衡算氣流干燥管內(nèi)的物料X1衡算式為：G(X1-X2)=L(Hˊ-H1)干物料：G=G1（1-ω1）=12800×（1-20%）=10240㎏絕干料/h干燥除去的水分：公式W=G（X1-X2）X1=ω1/（1-ω1）=0.2/（1-0.2）=0.25X2=ω2/（1-ω2）=0.1/（1-0.1）=0.11W=G（X1-X2）=10240×（0.25-0.11）=1433.6㎏水/h又W=L(Hˊ-H1)∵H1與煙道氣初始濕度相同∴H1=H0=0.61㎏水/㎏絕干氣L=（其中Hˊ為出氣流干燥器時(shí)煙道氣濕度）熱量衡算氣流干燥器管內(nèi)的熱量衡算式為：LI1+G（CS+4.187X1）θ1=LI2+G（CS+4.187X2）選定煙道氣出口溫度為450℃假設(shè)物料出口溫度為65℃I1=（1.01+1.88H1）t1+2490H1=（1.01+1.88×0.01）×800+2490×0.01=847.94KJ/㎏I2=（1.01+1.88H2）+2490H2=（1.01+1.88H2）×450+2490H2=3336H2+454.5L=故代入熱量衡算式有（393.44-3336）=10240×[（0.712+4.187×0.11）×65-（0.712+4.187×0.251×20）]解得：=0.109㎏水/㎏煙道氣L=1433.6/（0.109-0.01）=14480.8㎏/h=818㎏/h校核假設(shè)的物料出口溫度θ′按照下式進(jìn)行校核：（）=（）[]查得tw=65℃wc=2%γw=2345KJ/㎏代入上式解得 =65.2℃與假設(shè)基本一致，故不必再計(jì)算得到 =65.2℃氣流干燥管直徑的計(jì)算擬定氣體加速進(jìn)入干燥器，取進(jìn)口空氣速度=40m/s煙道氣進(jìn)入干燥管溫度t1=800℃煙道氣進(jìn)入干燥管濕度H1=H0=0.01㎏水/㎏氣查得煙道氣的比容為3.4m3/㎏代入下式D1===0.436m以上是采用定直徑的計(jì)算氣流干燥管長度的計(jì)算由于本方法氣流干燥器直徑采用直徑計(jì)算故采用N.M.ΦeⅡopos計(jì)算法計(jì)算ki準(zhǔn)數(shù)ki=d為平均直徑dm=0.3mm為進(jìn)口氣體的平均溫度下的密度=（800+450）/2=625℃由圖5-5圖5-6查得：=0.400㎏/m3為625℃時(shí)煙道氣運(yùn)動(dòng)粘度=68.1×10-6㎡/s將數(shù)據(jù)代入公式得到ki=≈2.4由Ret與ki準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系圖查得：Ret=2.5由Nu準(zhǔn)數(shù)與Ret的關(guān)系圖查得：Nu=2.2又t=625℃時(shí)煙道氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0536===3930.7停留時(shí)間的計(jì)算平均溫度差的計(jì)算Δ/㏑其中t′=450℃t1=800℃t2=20℃θ1=20℃θ2=120℃代入式中，得到Δ/㏑=395/㏑（780/385）=559.45℃?zhèn)鳠崦娣eA′的計(jì)算A′==102400㎡/h傳熱量Q的計(jì)算Q==14480.8×（818-29.3）=1.140×107（KJ/H）d.停留時(shí)間的計(jì)算= =1.826s管長L的計(jì)算L=(Vg-Vt)Vt為粒子沉降速度計(jì)算公式：煙道氣在氣流干燥器出口處的參數(shù)t′=450℃H′=0.109㎏2k/㎏氣由條件查得煙道氣比容Vg1=2.06m3/㎏γg2=0.485㎏/m3=3.42×10-5(㎏.s)/㎡此時(shí)dmax=500mm故用Allen公式計(jì)算即上式，代入得=2.32m/s平均氣速又Vg2=Vt+3=5.32m/s空氣出口速度：取比最大粒子的沉降速度大3m/s代入Vg=17.66m/s則管長L=(Vg-Vt)=1.826(17.66-2.32)=28.01m該裝置有效熱量為物料吸收的熱量=-10240[（0.712+4.187×0.25）×20-（0.712+4.187×0.11）×65]=4.2×105單層流化床的計(jì)算（單層圓筒型）A.流化床內(nèi)水分的蒸發(fā)量w′=10240(X2-X3)X3=ω3/（1-ω3）=0.5%/(1-0.5%)=0.005w′=0.240×(0.11-0.005)=1075.2㎏水分/hB.干燥物消耗總熱量蒸發(fā)水分所消耗的熱量Q1i2—在125℃下濕水分蒸汽的熱焓量i2=（+t）—在125℃下濕水分蒸汽的汽化潛熱1370KJ/㎏—濕水分蒸汽的比熱容207KJ/㎏代入上式：==1075.2（1370+2.07×125-65）=1.68×106（KJ/h）加熱物料消耗的熱量Q2=0.721×(1-0.005)+0.005=0.7134KJ/㎏℃=12800-1433.6=11366.4㎏Q1=11366.4×0.7134×(120-65)=4.46×105（KJ/h）干燥時(shí)損失的熱量Q3Q3=0.15×()=0.15×(1.68+0.446)×106=0.3089×106(KJ/h)干燥時(shí)所消耗的總熱量Q=（0.3189+0.446+1.68）×106=2.444（KJ/h）C.干燥物料所需要的氣量第一次從氣流干燥氣出來的氣體經(jīng)過除塵后再進(jìn)入流化床進(jìn)行第二次干燥D.排氣狀態(tài)是否符合要求首先確定H2，再根據(jù)H2以及t2在H-I圖中查出相對(duì)溫度與H2以及在H-I圖H-I圖中的相對(duì)濕度加以比較：=0.109+1075.2/14480.8=0.1833㎏/㎏干氣t2=120℃時(shí)在H-I圖中查得： =20%65℃與H2=0.1833㎏/㎏干氣在H-I圖5-4中查得相對(duì)濕度約為：65% =20%<45%故排氣后經(jīng)過除塵設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生有冷凝水的現(xiàn)象E.流體力學(xué)的計(jì)算dp為平均直徑dm=0.3mmv2為125℃時(shí)氣體運(yùn)動(dòng)粘度2.45×10-5=125℃時(shí)煙道氣的密度為0.8871㎏/m3代入式中有==994.85物料的臨界流化空隙率，可接=0.6計(jì)算臨界速度Vmf根據(jù)Ar=994.85從關(guān)系圖4-12中查得：=1.5×10-3根據(jù)Vmf=代入數(shù)據(jù)有Vmf==0.093m/s流化速度V0=其中N為流化數(shù)，可接下式計(jì)算：當(dāng)ε=0.75（流化床空隙可取ε=0.55～0.75）Ar=994.85時(shí)，由關(guān)系圖4-12圖4-28查得：Ly=1又代入數(shù)據(jù)有：N==1.42×10=14.2則V0=14.2×0.093=1.32m/s固定床空隙率：ε0=1-一般情況下取=1300代入式中有：ε0=1-1300/2000=0.35沸騰層空隙率的核算：Re===0.72基本符合所以空隙率取0.75F.沸騰層高度計(jì)算一般取靜止床層高度H0≥100mm現(xiàn)在取H0=150mm作計(jì)算故H==×0.15=0.39mG..床層直徑的確定在t2=125℃下每蒸發(fā)物料中1㎏水所需的絕干空氣量為：=4.65×10-3×（273+t2）(0.622+H2)=4.65×10-3×(273+125)(0.622+0.1833)=1.49m3/㎏干空氣流化床床層截面積A=14480.8×1.48/（3600×1.2）=5.0㎡空床速度根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為1.2～1.4m/s,現(xiàn)在取1.2m/s進(jìn)行計(jì)算代入上式：流化床層直徑D==2.53m取整后知實(shí)際床層直徑為=2600㎜H.分離段直徑DS式子中As=1.1Vt為假設(shè)干燥平均直徑dpo=1.1×10-4m的沉降速度（即帶出速度），Ho使顆粒沉降下來，需要加一擴(kuò)大段，使氣速減小。dpo=1.5×10-4m的沉降速度Vt計(jì)算==133.75在排氣的擴(kuò)大段，可假定空隙率ε=1據(jù)關(guān)系圖查得：=0.91故==0.79（m/s）則=1.1×1.32/0.79×5=9.2(㎡)式中系數(shù)取1.1是考慮氣流速度要比Vt低，保證干燥后顆粒沉降分離段直徑DsDs===3.42(m)實(shí)際分離段直徑取=3600㎜布板的開孔φd床層的總壓力損失ΔPP=H(1-ε)g=0.39(1-0.75)×2000×9.8=1911Pa分布板的孔速v：(式中c為比例系數(shù)，一般取c=～)若取c=計(jì)算，則=21.9m/s若按實(shí)際操作速度1.2m/s考慮，則=5.48%若取c=計(jì)算，則V=49.23m/s此時(shí)=2.4%實(shí)際操作開孔率在次范圍能均可正常工作J.固體顆粒在沸騰層中平均停留時(shí)間==4.3（min）附屬設(shè)備的選型為保證干燥室基本維持常壓操作，采用前送后抽式系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)送風(fēng)機(jī)：V1===4.46×104m3/h根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓為4000Pa由風(fēng)機(jī)綜合特性曲線可選定：9-27-101N08型風(fēng)機(jī)V2===1.66×104（m3/h）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和風(fēng)機(jī)的綜合特性曲線可選9-27-101N08型風(fēng)機(jī)取風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓力為3000Pa氣固分離設(shè)備為獲得比較高的固相回收率，擬造用XLP/B-8.2型旋風(fēng)分離器其圓筒直徑820㎜入口氣速20m/s供料裝置根據(jù)物料性質(zhì)（散粒狀）和生產(chǎn)能力12.8t/h,選用螺旋加料裝置，加料和排料。如圖：其規(guī)格參數(shù)為：規(guī)格：300×300生產(chǎn)能力：15m3/h鏈輪傳動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)速：20r/min齒輪減速電機(jī)：型號(hào)JTC561功率：1kw輸出轉(zhuǎn)速：31r/min設(shè)計(jì)結(jié)果概要項(xiàng)目符號(hào)單位公式計(jì)算數(shù)據(jù)干燥除去的水分W㎏水/hW=G（X1-X2）1433.6出氣流干燥器時(shí)煙道氣濕度㎏水/㎏煙道氣L=0.109熱量L㎏/hL=14480.8物料出口溫度θ′℃（）=（）[]65.2氣流干燥管直徑D1mD1=0.436ki準(zhǔn)數(shù)kiki=2.4氣流干燥管長度m=3930.7平均溫度差Δtm℃Δ/㏑559.45傳熱面積A′㎡/hA′=102400傳熱量QKJ/HQ=1.140×107停留時(shí)間s=1.826管長LmL=(Vg-Vt)28.01物料吸收的熱量QJ4.2×105流化床內(nèi)水分的蒸發(fā)量w′㎏水分/hw′=10240(X2-X3)1075.2蒸發(fā)水分所消耗的熱量Q1KJ/h1.68×106加熱物料消耗的熱量Q2KJ/h4.46×105干燥時(shí)損失的熱量Q3KJ/hQ3=0.15×()0.3089×106干燥時(shí)所消耗的總熱量QKJ/h2.444固定床空隙率ε0ε0=1-0.35沸騰層高度計(jì)算Hm0.39流化床床層截面積A㎡5.0流化床層直徑Dm2.53分離段直徑DSm3.42總壓力損失ΔPPaΔP=H(1-ε)g1911分布板的孔速vm/s21.9固體顆粒在沸騰層中平均停留時(shí)間min4.3設(shè)計(jì)總結(jié)通過此次對(duì)干燥設(shè)備以及流程的設(shè)計(jì)，使我對(duì)化工原理中干燥部分的原理，理論知識(shí)以及干燥設(shè)備有了更深一步的了解。對(duì)整個(gè)干燥流程中存在的物料守衡和熱量守衡能夠正確的，靈活的運(yùn)用和加以描述。在設(shè)計(jì)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)在選擇干燥器的類型時(shí)不僅要了解各種干燥器的性能和特點(diǎn)還必須根據(jù)具體的干燥任務(wù)考慮采取的干燥方法；合理選擇干燥器的結(jié)構(gòu)型式以及操作方式；還要考慮物料性能以及干燥特性，干燥產(chǎn)品指令的要求和生產(chǎn)能力，濕物料含濕量的波動(dòng)情況以及干燥前的脫水情況，是否適應(yīng)建廠地區(qū)的外部條件等許多因素。此次課程設(shè)計(jì)，我們所用的干燥介質(zhì)為煙道氣，干燥物料為顆粒狀，這些特征決定了我們先采用氣流干燥器進(jìn)行第一次干燥，再用流化床進(jìn)行進(jìn)一步的干燥，考慮環(huán)保因素，最后的煙道氣不能直接排入空氣，必須用除塵裝置進(jìn)行除塵后再排出。在課程設(shè)計(jì)過程中，通過整個(gè)小組的共同努力和相互合作，最終完成了次項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，這為我們將來的工作實(shí)踐積累了寶貴的理論經(jīng)驗(yàn)。參考