化工原理課程設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)直管氣流干燥器,以干燥聚氯乙烯樹脂濕物料

化工原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)者：老師：學(xué)號(hào)：設(shè)計(jì)時(shí)間：目錄題目數(shù)據(jù)流程圖流程與方案的選擇說明干燥物料主要部件和尺寸的計(jì)算主要數(shù)據(jù)、公式來源主要附屬設(shè)備和選型的計(jì)算設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)結(jié)果概覽干燥器的國(guó)內(nèi)外狀況參考文獻(xiàn)題目：設(shè)計(jì)直管氣流干燥器,以干燥聚氯乙烯樹脂濕物料已知數(shù)據(jù)：濕物料：顆粒直徑：；絕干物料密度：；絕干物料比熱：；含濕量(以濕基計(jì))：20％操作溫度(℃)：℃℃操作壓力(KPa)：101.325加熱蒸汽壓力：4atm(表壓)原料量(kg/h)：1520干燥介質(zhì)：濕空氣％,℃,℃干物料(產(chǎn)品)含水量：5％臨界濕含量平衡濕含量工業(yè)流程圖流程與方案的選擇說明聚氯乙烯全名為polyvinylchloride，主要成份為聚氯乙烯，另外加入其他成分來增強(qiáng)其耐熱性，韌性，延展性等。工業(yè)聚氯乙烯樹脂主要是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，但也包含一些結(jié)晶區(qū)域（約５％），所以聚氯乙烯沒有明顯的溶點(diǎn)，約在80℃左右開始軟化，熱扭變溫度（1.82MPa負(fù)荷下）為70-71℃，在加壓下150℃開始流動(dòng)，并開始緩慢放出氯化氫，致使聚氯乙烯變色。選擇氣流干燥器氣流干燥器主要干燥粉粒狀、泥狀、塊狀。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力大，造價(jià)低，易于制造和維修，只要一根直徑為0.2~0.7m、長(zhǎng)10~20m的干燥管就可以了。一般熱效率也比較高，粒子在顯著分散于氣流中粒子的表面幾乎都可以作為有效干燥面積，氣固傳熱表面積大，干燥非結(jié)合水時(shí)，熱效率可達(dá)60%左右。其主要缺點(diǎn)：由于氣速高以及物料在輸送過程中與壁面的碰撞及物料見的相互摩擦，整個(gè)系統(tǒng)的流體阻力大，動(dòng)力消耗大，對(duì)粉塵回收裝置的要求高，且不宜干燥有毒物質(zhì)。氣流干燥比較適合于干燥粒徑100um且以上的粒狀、泥狀、塊狀的固體，對(duì)聚氯乙烯，因具有熱熔性，當(dāng)溫度超過70℃時(shí)，容易軟化，而其含濕量可以達(dá)到較高而不潮解，故干燥聚氯乙烯選用氣流干燥器是合理的。干燥物料主要部件和尺寸的計(jì)算一.氣體離開干燥器的溫度t2的確定干燥器出口氣體的溫度與干燥管長(zhǎng)和燃料費(fèi)用有關(guān)。如果t2取得低，對(duì)熱能的利用是有利的，可以節(jié)省燃料費(fèi)，但干燥管的長(zhǎng)度卻要增加，因此t2的需要通過經(jīng)濟(jì)核算才能確定。如果出口溫度太低，可能在干燥器以后的管道及設(shè)備內(nèi)壁上析出水滴，使物料回潮。通常t2應(yīng)比進(jìn)口氣體的絕熱飽和溫度高20-50oC左右。進(jìn)口溫度t0=20oCps=215exp?（18.5916-H0=0.622ψCH=1.005+1.884H帶入數(shù)據(jù)t0=20oC解得ps=2.3485kPaH0=0.01175kg水汽/kg絕干氣體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絕干氣體用視差法計(jì)算解的tas=41.3325oC故在此處取t2=70oC二.計(jì)算產(chǎn)品溫度θ如果產(chǎn)品的濕含量高于或等于臨界濕含量，則產(chǎn)品溫度θ2取濕球溫度tw2（即θ2=tw=t-rwcHrw=2491.27-2.30285twHw=0.622ppw=215exp?（18.5916t=70oCH取0.4視差法計(jì)算得tw2=41o三.計(jì)算干燥介質(zhì)消耗量GC(X1-X2)LXXH1=H0iGcci視差法計(jì)算L=8890.1kg/hH核算帶入

H核算計(jì)算產(chǎn)品溫度θ2=40.67o四.計(jì)算干燥管直徑DD=濕比容vH=（0.002853+0.004557H）（H取平均值（0.01175+0.03875）/2=0.0252kg進(jìn)口氣速通常選?。?0-40）m/s在此處選取進(jìn)口氣速ugt取進(jìn)出口均值105oC。L=計(jì)算的值D=0.3449m取整可得管徑D=350mm五.確定加速區(qū)Nu與Rer間的關(guān)系設(shè)Rer＜400則（加速區(qū)始點(diǎn)）（加速區(qū)終點(diǎn)）=濕空氣密度計(jì)算式ρ=P=101325paT1=413.15KT2=343.15Kp0=1878.6papt=5942.3pa計(jì)算的ρg1=0.8485kg/m計(jì)算得n=0.4367An=1.675六.加速區(qū)平均及的表達(dá)式A的計(jì)算（后面每段分別計(jì)算）膜平均溫度下的值算術(shù)平均溫度tm下的值計(jì)算值A(chǔ)λ=2.3308七.沉降速度（0.59<<0.6,保留4位小數(shù)）ut=0.5925m/s八.分段幾分法計(jì)算加速區(qū)管長(zhǎng)L（1）加速第一段（預(yù)熱段）熱恒算cccX計(jì)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.傳熱計(jì)算①=105.9②.的計(jì)算A③的試差計(jì)算設(shè)則22.69m/s Bu=其中n取0.6計(jì)算Bu=1.917 uri=22.0374m/s④校核：uriu3、流體力學(xué)計(jì)算求及=2064.63=1339.21Jm==1693.4m==102.39=-682.81=0.0044s=0.0199m4、附加計(jì)算①本段末粒子速度umi=ugm-uri=7.7126m/s②=0.253（2）加速第二段1、預(yù)分段 （C為安全系數(shù)=0.8333）設(shè)=0.4444=13.3793kw2、熱衡算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絕干氣體=(0.002853-0.004557Hmi)(tmi+273.15)=1.1713kJ/kg絕干氣體0.8648kg/m3=VHmiV校核：=21.4587（回到曲線上）3.傳熱計(jì)算①=90.236oC②.的計(jì)算Aq=4362.5③的試差計(jì)算則16.0243m/sBu==1.3862=1334.2=15.4123m/s ④校核：uriut4、流體力學(xué)計(jì)算求及=846.32Jm==1163.78m==87.83=-432.38=0.0058s=0.0615m5、附加計(jì)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、預(yù)分段 設(shè)=12.8412kw2、熱衡算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絕干氣體=(0.002853-0.004557Hmi)(tmi+273.15)=1.1612kJ/kg絕干氣體0.8748kg/m3=VHmiV校核：=15.1463m/s（回到曲線上）3.傳熱計(jì)算①=86.0614oC②.的計(jì)算Aq=4319.63③的試差計(jì)算則11.7556m/sBu==9.8825=846.32=10.326m/s ④校核：uriut4、流體力學(xué)計(jì)算求及=486.32Jm==689.32m==76.2437=-265.32=0.0062s=0.1102m5、附加計(jì)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計(jì)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總和L=?L=1.0679m≈1m(k>1k≈1)k=1.176加速段結(jié)束九.恒速段管長(zhǎng)計(jì)算加速段結(jié)束后：Hi=0.02678kg水汽/kg絕干氣體ti=104.62oCvVHm=1.1226=28.8365m/sHm=0.5(H2+Hi)=0.03277kg水汽/kg絕干氣體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=干燥總長(zhǎng)度：L=?L加速+?L恒速=7.9m干燥總時(shí)間：τ=?τ加速+?τ恒速=0.3076s附屬設(shè)備選型計(jì)算（1）加料器的選型氣流干燥器裝置所采用的加料器必須保證向干燥器連續(xù)均勻的加料。對(duì)于聚氯乙烯的干燥，綜合其物性及加料量考慮，選用螺旋加料器。螺旋加料器宜于輸送粒狀、粉狀、及小塊狀物料，密封性能好，操作安全方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造費(fèi)用低，但輸送過程中物料易破碎，零件磨損大，且不宜輸送粘性噠、易結(jié)團(tuán)的物料。根據(jù)題意查表：kd選取0.37，k1取值為50查表求螺旋加料器的傾斜修正系數(shù)kβ，選取輸送傾斜角度為kβt為螺距，對(duì)于粘度小的物體t=0.8D或D，取t=D由于G=1216kg/h，ρm根據(jù)式G=47kdkβD2tn可計(jì)算出D=0.07mn≤188.98r/min(2)風(fēng)機(jī)的選型L=8890.1m3/h所以選取9—26型離心通風(fēng)機(jī)機(jī)號(hào)5.6（3）加熱器的選擇Vp為空氣通過通風(fēng)凈截面的質(zhì)量流速，單位為kg/m2.s，取值8kg/m2.s則所需通風(fēng)截面積A=GVp=0.309m2由計(jì)算結(jié)果查《化工原理設(shè)計(jì)導(dǎo)論表7-6確定選擇SRL10x7/2型其性能參數(shù)如下：型號(hào)通風(fēng)截面積m2散熱面積m2熱介質(zhì)通過截面積m2管束數(shù)連接管直徑m2SRL10x7/20.331.00.00623150重新計(jì)算Vp=LA=8.2315kg/m2.表7-7中公式K=15.1Vp0.24=25.04W/m2.s本散熱器采用熱介質(zhì)為水蒸氣，其工作壓力為p=4atm，其冷凝溫度為t=151oC則△tm=71oCQ=Lcp(t2-t1)=312.2kWFT=Q/(K△tm)=175.7m加熱器串聯(lián)臺(tái)數(shù)n=5.67取整為6臺(tái)。（4）旋風(fēng)分離器的選擇旋風(fēng)分離器是利用離心力分離沉粒的設(shè)備。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，沒有活動(dòng)部件，操作條件廣泛，分離效率高。在本設(shè)計(jì)任務(wù)中，依據(jù)題意選取旋風(fēng)分離器。L=8890.1m3/h設(shè)入口風(fēng)速為15m/s,由查表可選擇CLP/B—9.4X型旋風(fēng)分離器。（5）布袋除塵器的選擇L=8890.1m3/h選擇DQMC~60型號(hào)含塵濃度g/m3風(fēng)速m3/min風(fēng)量m3/h阻力Pa效率%外形尺寸mmD3-53-48100-10800981-1177992360x1610x3646由于旋風(fēng)分離器和袋慮器阻力比較大，故在尾段還要一個(gè)抽濾器。設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)一.對(duì)氣流干燥器的評(píng)價(jià)1.干燥器的熱效率：n2.干燥效率：nd=Q3.干燥總效率：n=ndnh=54.98%由以上計(jì)算知，干燥器具有以下特色：（1）干燥時(shí)間極為短暫，τ=0.3076s在極短的時(shí)間內(nèi)就可以干燥產(chǎn)品了。（2）粒子顯著分散于氣流中，全管的體積傳熱系數(shù)很大，可以最大的干燥速率將物料的濕分量降到最低。（3）干燥效率高，散熱面積小，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，只需一根直徑為0.35m，長(zhǎng)為7.9m的干燥管就可以了，占地面積小，操作方便。設(shè)計(jì)一覽表干燥管管徑mm350溫度物料Θ1=20oCΘ2=40.67oC管長(zhǎng)m7.9干燥時(shí)間s0.3076氣體t1=140oCt2=70oC附加設(shè)備螺旋加料器葉輪轉(zhuǎn)速(r/min)188.98直徑70mm旋距70mmKd0.37K150K0.7旋風(fēng)分離器需要風(fēng)量m3/h8890.1型號(hào)CLP/B—9.4X風(fēng)速15m/s空氣加熱器需要面積m3175.7型號(hào)SRL10x7/2臺(tái)數(shù)6實(shí)際面積186m2袋慮器風(fēng)量m3/h8890.1型號(hào)D外形尺寸2360x1610x3646國(guó)內(nèi)外干燥器的近況隨著全球經(jīng)濟(jì)、技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的日趨劇烈,人們對(duì)有效利用能源、提高產(chǎn)品質(zhì)量和加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)等的意識(shí)逐步增強(qiáng)。干燥設(shè)備隨著干燥技術(shù)的變革而革新。革新的內(nèi)容包括:(1)設(shè)計(jì)制造新的干燥設(shè)備或與干燥過程相配套的設(shè)備;(2)提高干燥產(chǎn)品的質(zhì)量,在干燥產(chǎn)品質(zhì)量控制方面比現(xiàn)有設(shè)備要好;(3)避免或減少對(duì)環(huán)境的污染;(4)操作更安全、可靠;(5)總體上降低能耗,降低設(shè)備制造成本下面我將列舉一些干燥器的近況和發(fā)展1.振動(dòng)流化床干燥機(jī)[2]振動(dòng)流化床干燥機(jī)是由振動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生激振力使機(jī)器振動(dòng),物料在這給定方向的激振力的作用下跳躍前進(jìn),同時(shí)床底輸入熱風(fēng)使物料處于流化狀態(tài),物料顆粒與熱風(fēng)充分接觸,進(jìn)行劇烈的傳熱傳質(zhì)過程,此時(shí)熱效率最高[3]。該干燥機(jī)的上腔處于微負(fù)壓狀態(tài),濕空氣由引風(fēng)機(jī)引出,干料由排料口排出,從而可以達(dá)到較理想的干燥效果。該干燥機(jī)流化均勻,無死角,溫度分布均勻,熱效率高,振動(dòng)力平穩(wěn),可調(diào)性強(qiáng),適用于顆粒、粉、條、絲、梗狀物料干燥。2.流化床干燥器這是60年代發(fā)展起來并十分流行的一種干燥器。由于在干燥過程中,固體顆粒懸浮于干燥介質(zhì)中,因而流體與固體接觸面較大,熱容量系數(shù)可達(dá)8000～25000kJ/(m3h℃);又因物料在干燥器內(nèi)劇烈攪動(dòng),大大減少了氣膜阻力,因而熱效率較高,可達(dá)60%～80%,且密封性能好,傳動(dòng)機(jī)械又不接觸物料,產(chǎn)品純潔度高,目前廣泛用于化工、醫(yī)藥、輕工、食品及建材工業(yè)中。3.壓力噴霧干燥機(jī)[4]壓力噴霧干燥機(jī)的工作過程為:料液通過隔膜泵以高壓輸入,噴出霧狀液滴,然后同熱空氣并流下降,大部分粉粒由塔底排料口收集,廢氣及其微小粉末經(jīng)旋風(fēng)分離器分離,廢氣由抽風(fēng)機(jī)排出,粉末由設(shè)在旋風(fēng)分離器下端的授粉筒收集。該機(jī)還可裝備二級(jí)除塵裝置,使物料回收率在96%～98%以上。該干燥機(jī)干燥速度快,料液經(jīng)霧化后比表面大大增加,在熱風(fēng)氣流中,瞬間就可蒸發(fā)95%～98%的水分,完成干燥的時(shí)間僅需十幾秒到數(shù)十秒鐘,特別適用于熱敏性物料的干燥。但是,當(dāng)加熱溫度低于150℃時(shí),其容積傳熱系數(shù)低,需要較大的容積;熱效率較低;氣固物料分離要求高,一般需要兩級(jí)除塵。4.過