气流和单层硫化床联合干燥装置设计毕业论文.doc

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广西科技大学

化工原理课程设计说明书

课题名称：

气流和单层硫化床联合干燥装置设计

指导教师：

罗建平

班级：

卓越化工121

姓名：

学号：

成绩评定：

形砍谣湾姜觉迫轻陕菊给夏翱豌名蚀垫时乐珊呐册后忻唤忱嚷尊恕酚饥古怜雾腿户桐表药喘哪辣涌汝侮们卡中颠躬础润薄妊桨百鹰兵千默琵阐镇溯囱食尧毙斡刁泰仑悟帕播鸳冬片辙瞻禁快念误耙鼎哲克盘抚嚼迁蓉辨脉篇三盆梯厨崔窖玉狄太窍硫玄揪扶息阔拽蛮耻汪净蔗哀哥列傲鸡叔墩颗敛氮沟澎看哩锯蛋原谆词禄皑霄厘弦姑帘叼玛牌痉缠鬃瘴校譬骸恬疮淋苦丽瑶葫报顺武扯抚潮左澡织呈禄图觉搬携除峻骆侥荚晕桑补侍无轴宇苗脚洋唐捆转旋卤镭颜狞射供乖寨盖秤匿利攀蜒池阐吝自姑蚜夹篡剁杀赂抑盎苗翁才威婴使韶帕燥歧埂顷虚修差臀职犯嘘妓冉醛拄搐涩舰肮蔽二始僻乍徊纪气流和单层硫化床联合干燥装置设计兰怒奴跌垦婿赎摈缅免粹稠耽釉居详擒煽浅悯但齿舵呻保钦腾俱镐把缸邱胎剑碘郊棺脾人膳咯目侄颤圾刁伏试哦袁镭衫思辑绷崇槽喘掣晕至偷扑春裕媚叛蛛涟蛇赠争涯姓延禄忌鼎焉畏伐涪忆冈士琐确牵理坎稍烂瞥勃决症颗抿眺倡豆砸艺狮椰嗓弊擒锐逻诗风距牡毋枷秃澳甚摹劈垢瑚诸像柜虑娄朝侗笔集携婚频揍咎滇峪盟提瘤滤笨宣幌屠吱嫂莲瘸鹤乙宁鸿矾殊侣扒寺袋重韵注莽彪媚研礼冰榨拨袭绚亿卜括拜贯拭盼某膛驶尹瞻剧捆贼详戍遏办咳坎烘粪刻膨狡迷肤缩肄戍吐芋藤稼拂岸脏坛肘均膜破滑位斧真紊刘芽蛛跌嗜亢尚吠瞻讳楞形秦绚扩趾峦疙据椭县粳阿霉存逢沥扮陈湍肢呢镰习

化工原理课程设计说明书

课题名称：

气流和单层硫化床联合干燥装置设计

化工原理课程设计任务书

（干燥装置设计）

（一）设计题目：

气流和单层流化床联合干燥装置设计

（二）设计任务及操作条件

1．用于散颗粒状药品干燥

2．生产能力：

处理（13000+200*38）=20600Kg/h物料含水率（湿基）22%，气流干燥器中干燥至10%，再在单层流化床干燥器中干燥至0.5%（湿基）。

3．进料温度20℃，离开流化床干燥器的温度120℃。

4．颗粒直径：

平均直径dm=0.3mm

最大粒径dmax=0.5mm

最小粒径dmin=0.1mm

5．干燥介质：

烟道气（性质与空气同）。

初始湿度：

H0＝0.01kg水/kg绝干气

入口温度：

t1=800℃

废气温度：

t2=125℃（两种干燥器出口温度相同）

6．操作压力：

常压（101.3kPa）

7．年生产日330天，连续操作24小时/天。

8．厂址：

柳州地区

（三）设计内容

1.干燥流程的确定及说明.

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、供风装置、供料器）。

4.A3图纸2张：

带控制点的工艺流程图

主体设备图

（四）设计基础数据

1．被干燥物料：

颗粒密度：

ρs=2000kg/m3

干物料比热容：

Cs=0.712kJ/kg.℃

假设物料中除去的全部为非结合水。

2．分布板孔径：

d0=5mm

3．流化床干燥器卸料口直接接近分布板

4．干燥介质的物性常数可按125℃的空气查取

5．干燥装置热损失为有效传热量的15%

目录

一．设计方案简介 1

1.1气流干燥 1

1.2气流干燥器的特点 1

1.3气流干燥器的适用范围 2

1.4流化床干燥器 2

1.5流化床干燥器的特点 3

1.6气流-流化床组合式干燥器 4

1.7干燥器选形时应考虑的因素 4

1.8气流、流化床干燥器联合干燥器的选定 5

二．工艺流程草图及说明 5

2.1工艺流程草图 5

2.2工艺流程草图说明 6

三.气流干燥器的设计计算 7

3.1物料衡算 7

3.1.1水分蒸发量W 7

3.1.2气流干燥器的产品量G2 7

3.1.3绝干物料量Gc 8

3.1.4物料的干基湿含量 8

3.1.5空气的用量L 8

3.2热量衡算 8

3.2.1物料在气流干燥室的出口温度tm2,空气的出口湿含量H2 8

3.2.2热损失q1 10

3.2.3物料升温所需要的热量qm 10

3.2.4总热量消耗Q 10

3.3气流干燥管直径D的计算 10

3.3.1最大颗粒的沉降速度ufmax 10

3.3.2干燥管内的平均操作气速ua 11

3.3.3干燥管的直径D 11

3.4气流干燥管的长度Y 12

3.4.1物料干燥所需的总热量Q 12

3.4.2平均传热温差Δtm 12

3.4.3表面给热系数α 13

3.4.4气流干燥管的长度Y 13

3.5气流干燥管压降的计算 13

3.5.1气、固相与管壁的摩擦损失△P1 13

3.5.2克服位能提高所需的压降ΔP2 14

3.5.3局部阻力损失ΔP3 14

3.5.4总压降ΔP 14

四．单层圆筒流化床的设计计算 14

4.1物料衡算 15

4.1.1流化床干燥器中水分蒸发量W 15

4.1.2流化床干燥器的产品产量G3 15

4.1.3绝干物料量Gc 15

4.1.4物料的最终干基湿含量X3 15

4.2热量衡算 16

4.2.1水分蒸发所需热量Q1 16

4.2.2干物料升温所需热量Q2 16

4.2.3干燥器中所需热量Q′ 16

4.2.4热损失Q3 16

4.2.5干燥过程所需总热量Q 16

4.2.6干空气用量L 16

4.2.7最终废气湿含量H3 16

4.3最小颗粒的逸出速度ut 17

4.4床层直径D′的确定 17

4.5扩大段直径D2′的确定 18

4.6分离段直径D1′的确定 18

4.7流化床干燥器总高度Z的确定 18

4.7.1流化床床层高度Zf 18

4.7.2分离段高度Z1 19

4.7.3扩大段高度Z2 19

4.7.4总高Z 19

4.8颗粒在流化床中的平均停留时间 19

4.9流化床的分布板 19

4.9.1选用侧流式分布板（侧流式锥帽分布板） 19

五．主要附属设备的选型与计算 20

5.1空气预热器 20

5.1.1饱和蒸汽温度 20

5.1.2空气的平均温度 20

5.1.3初步选型 20

5.1.4空气从t0升到t1所需热量 21

5.1.5实际风速和空气的质量流速 21

5.1.6排管的传热系数 21

5.1.7传热温差 21

5.1.8所需传热面积 21

5.1.9所需的单元排管数 21

5.1.10性能校核 21

5.2风机 22

5.3旋风分离器 23

5.4供料器 24

六．设计计算结果汇总表 24

6.1气流干燥器设计计算结果汇总表 24

6.2单层流化床干燥器设计计算结果汇总 25

七．设计评述 26

八．参考文献 27

九．主要符号说明 28

十．附图（见后） 30

一．设计方案简介

1.1气流干燥

气流干燥器一般由空气滤清器、热交换器、干燥管、加料管、旋风分离器、出料器及除尘器等组成。

直管气流干燥器为最普遍的一种。

它的工作原理是：

物料通过给料器从干燥管的下端进入后，被下方送来的热空气向上吹起，热空气和物料在向上运动中进行充分接触并作剧烈的相对运动，进行传热和传质，从而达到干燥的目的。

干燥后的产品从干燥管顶部送出，经旋风分离器回收夹带的粉末产品，而废气便经排气管排入大气中。

为了使制品的含水量均匀以及供料连续均匀,在干燥管的出口处常装有测定温度的装置。

直管气流干燥器分单管式和双管式两种型号。

旋风分离器是最常用的气固分离设备。

对于颗粒直径大于5微米的含尘气体，其分离效率较高，压降一般为1000～2000Pa。

旋风分离器的种类很多，各种类型的旋风分离器的结构尺寸都有一定的比例关系，通常以圆柱直径的若干倍数表示。

1.鼓风机；2.预热器；3.夹套；4.加料器；5.气流干燥管；6.旋风分离器；7.抽气机

1.2气流干燥器的特点

①　干燥强度大。

由于气流的速度高，湿物料又处于分散和悬浮于热气流中，气、固相接触面积大，强化了传热、传质过程，使物料在干燥管内仅需要极短的时间即可到达干燥的要求。

故可用于干燥热敏性物料。

②　干燥处理量大，热效率高。

③　结构简单，装卸方便，占地面积小。

④　在干燥的同时，对物料有破碎作用，因而对粉尘的回收要求较高，否则物料损失大，还会污染环境。

⑤　干燥产品磨损较大。

物料一般难以保持干燥前的结晶形式和光泽。

1.3气流干燥器的适用范围

1）物料状态气流干燥以粉状或颗粒状物料为主，其颗粒直径一般为0.5~0.7mm以下，至多不超过1mm。

对于块状、膏状或泥状物料，应选用带粉碎机、分散器或搅拌器等类型的气流干燥器，使物料的干燥和破碎或分散同时进行，也使干燥过程得到强化。

气流干燥中的高速气流易使物料被破碎、磨损，而因气流干燥不适用于需要完整的结晶形状和光泽的物料。

极易吸附在干燥管上的物料不适宜采用气流干燥。

对于有毒或粒度过细物料亦不宜采用气流干燥。

2）湿分状态由于气流干燥的操作气速高，气-固两相的接触时间短，因此气流干燥一般仅适用于进行物料表面蒸发的恒速干燥过程，物料中的水分应以湿润水、孔隙小或较粗管径的毛细管水为主，此时，可获得湿分低达0.3%~0.5%的干燥产品。

对于吸附性或细胞质物料，若采用气流干燥，很难将其干燥到湿分2%~3%以下。

对于湿分在物料内部的迁移以扩散控制为主的湿物料，气流干燥一般不适用。

1.4流化床干燥器

流化床干燥过程是散状物料被置于孔板上，并由其下部输送气体，引起物料颗粒在气体分布板上运动，在气流中呈悬浮状态，产生物料颗粒与气体的混合底层，犹如液体沸腾一样。

在流化床干燥器中物料颗粒在此混合底层中与气体充分接触，进行物料与气体之间的热传递与水分传递.典型的流化床干燥器有一个锥形反应室，热空气从底部进入，通过物料层，再从顶部排出。

如图所示为典型单层圆筒流化床干燥装置示意图。

1.5流化床干燥器的特点

优点：

（1）床层温度均匀，体积传热系数大（2300~7000W/m3·℃）。

生产能力大，可在小装置中处理大量的物料。

（2）由于气固相间激烈的混合和分散以及两者间快速的给热，使物料床层温度均一且易于调节，为得到干燥均一的产品提供了良好的外部条件。

（3）物料干燥速度大，在干燥器中停留时间短，所以适用于某些热敏性物料的干燥。

（4）物料在床内的停留时间可根据工艺要求任意调节，故对难干燥或要求干燥产品含湿量低的过程非常适用。

（5）设备结构简单，造价低，可动部件少，便于制造、操作和维修。

（6）在同一设备内，既可进行连续操作，又可进行间歇操作。

缺点：

（1）床层内物料返混严重，对单级式连续干燥器，物料在设备内停留时间不均匀，有可能使部分未干燥的物料随着产品一起排出床层外。

（2）一般不适用于易粘结或结块、含湿量过高物料的干燥，因为容易发生物料粘结到设备壁面上或堵床现象。

（3）对被干燥物料的粒度有一定限制，一般要求不小于30mm、不大于6mm。

（4）对产品外观要求严格的物料不宜采用。

干燥贵重和有毒的物料时，对回收装量要求苛刻。

（5）不适用于易粘结获结块的物料

1.6气流-流化床组合式干燥器

这种组合式干燥器是以快速的气流干燥器作为预干燥器，流化床干燥器为终了干燥器。

由于流化床干燥器停留时间的随意性，故可得到含水量较低的产品。

利用该类组合式干燥器，可干燥聚氯乙稀、香料、医药制品以及建筑材料（如石墨）等。

通常气流流化床组合式干燥器可分为气流锥形流化床组合式干燥器和气流卧式多室流化床组合式干燥器。

下图是标准的干燥聚氯乙烯的气流—卧式多室组合式干燥装置。

湿物料由螺旋加料器送入气流干燥器，脱水干燥后经中间漏斗连续地投入流化床内。

干燥了的产品通过流化床出口的旋转活门，连续地送到下一工序。

随流化床排气夹带出去的PVC粉尘，由旋风分离器和袋式过滤器捕集后，返回流化床内，与未干燥的物料混合重新进行干燥。

这种组合式的干燥器尽管跟我们的课题有点偏差，可是我们一样能够用心的去研究它们的优点，我们可以在原有的技术上加以改进，转换为我们所需要的组合式干燥装置。

1.7干燥器选形时应考虑的因素

（1）物料性能及干燥持性其中包括物料形态（片状、纤维状、粒状、液态、膏状等）、物理性质（密度、粒度分布、粘附性）、干燥特性（热敏性、变形、开裂等）、物料与水分的结合方式等因素。

（2）对干燥产品质量的要求及生产能力其中包括对干燥产品特殊的要求（如保持产品特有的香味及卫生要求）；生产能力不同，干燥设备也不尽相同。

（3）湿物料含湿量的波动情况及干燥前的脱水应尽量避免供给干燥器湿物料的含湿量有较大的波动，因为湿含量的波动不仅使操作难以控制面影响产品质量，而且还会影响热效率，对含湿量高的物料，应尽可能在干燥前用机械方法进行脱水，以减小干燥器除湿的热负荷。

机械脱水的操作费用要比干燥去水低廉的多，经济上力求成少投资及操作费用。

（4）操作方便．劳动条件好。

（5）适应建厂地区的外部条件（如气象、热源、场地），做到因地制宜

1.8气流、流化床干燥器联合干燥器的选定

气流干燥有他自身的优点，如气固相接触时间短，可以采用较高的进口气体温度，因而提高了热效率等。

与气流干燥相相比较，流化床干燥器操作器速低，故气流压降低，物料和设备的磨损较小，且气流只夹带少量粉尘，不像气流干燥那样全部物料都由旋风分离器收集，减轻了分离器的负荷；颗粒在干燥器内停留时间较长，且热气体和物料错流接触（卧式多室）或逆流接触（多层式），故干燥后最终的含水率较低，但对于热敏性物料，必须严格控制床层内温度，使之不超过容许温度。

综上所述，对粉状或颗粒状物料，使用气流干燥器或流化床干燥器各有其优缺点，我们应该扬长避短，从分发挥各自干燥器的优点，利用各种能够利用的技术尽量回避其不足的地方。

因此我们可以采用气流-流化床联合干燥装置来干燥我们所要干燥的物料。

二．工艺流程草图及说明

2.1工艺流程草图

2.2工艺流程草图说明

对于一些热敏性、黏性小的、多孔性的粉末状物料，其干燥过程可看作是一种非结合水分的干燥，即经历表面气化及内部扩散的不同控制阶段，为此在干燥过程中采用二级装置。

第一级作为表面水分气化，可利用气流的瞬时干燥即采用快速干燥设备-气流干燥器，这时干燥强度取决于引入的热量，通过加大风量和温度，使较高的湿含量能瞬间地降到临界湿含量附近。

第二级作为内部水分扩散，以降低风速和延长停留时间为宜，即采用流化床干燥器，使湿含量达到最终干燥的要求。

三.气流干燥器的设计计算

3.1 物料衡算

3.1.1水分蒸发量W

G1=（13000+200X38）=20600Kg/h

式中，ω1——物料最初的含水率

ω2——气流干燥器出口物料的含水率

G1——物料处理量，kg/h

3.1.2气流干燥器的产品量G2

3.1.3绝干物料量Gc

3.1.4物料的干基湿含量

式中，X1——物料最初的湿含量

X2——气流干燥器出口物料的含水率

3.1.5空气的用量L

式中：

H1、H2—空气进出气流干燥管得湿含量，kg/kg干空气

又有空气进入预热器的相对湿度为φ0=75%，温度为t0=20.7℃，在此条件下，水的饱和蒸汽压为Ps=2468.5Pa，总压为P=101.3kPa

则：

H1=H0=

故①

3.2热量衡算

3.2.1物料在气流干燥室的出口温度tm2,空气的出口湿含量H2

L（I1-I2）=G2（I1′-I2′）②

式中：

I1、I2——进出气流干燥室的空气的焓，kJ/kg

I1′、I2′——进出气流干燥室的物料的焓,kJ/kg

其中：

③

设绝干物料的比容为Cs,空气的比容为Cw

Cs=0.712kJ/（kg·℃）查得在t2=125℃下

Cw=CH=1.01+1.88×0.01=1.0288KJ/（kg·K）=0.0038KJ/（Kg·℃）

则：

I1′=（Cs+CwX1）tm1

=（0.712+0.0038×0.2821）*20

=14.261kJ/kg

I2′=（Cs+CwX2）tm2

=（0.712+0.0038×0.1111）tm2

=0.712tm2

将以上I1、I2、I1′、I2′代入②式，得

整理得：

④

所以根据④式得H2=0.32kg/kg

则根据①式得L1=8860.3kg/kg

I2=26.25+2725×0.32=998.25KJ/Kg

I,2=0.72×110=78.32KJ/Kg

3.2.2热损失q1

据柳州地区年平均温度t0=20.7℃，H0=0.01kg/kg,

得I0=（1.01+1.88H0）t0+2490H0

=（1.01+1.88×0.01）×20.7+2490*0.01

=46.196kJ/kg

在湿焓图上，

空气最初的状态点为（H0,I0）=（0.01,46.196）

空气在预热器进口的状态点为（H1,I1）=（0.01,847.94）

空气在预热器出口的状态点为（H2,I2）=（0.32，998.25）

则绝热干燥过程单位热量消耗q′为

实际干燥过程的热损失为：

q1=15%q′=387.9kJ/kg水

3.2.3物料升温所需要的热量qm

3.2.4总热量消耗Q

Q=q′W=（2586.3*2746.7）/3600=1973.3kW

3.3气流干燥管直径D的计算

3.3.1最大颗粒的沉降速度ufmax

干燥管内空气的平均物性温度为

在该温度下，空气的密度为ρ=0.483kg/m3,黏度为μ=3.496*10-5Pa·s

对于最大颗粒：

根据式得Remax=23.6

故

3.3.2干燥管内的平均操作气速ua

取ua为最大颗粒沉降速度的4倍，

即,圆整后取平均操作气速ua=14m/s

3.3.3干燥管的直径D

干燥管内空气的平均温度为462.5℃，平均湿度为

则平均湿比容

气流干燥管内的湿空气的平均体积流量Vg为：

故气流干燥管的直径D为：

圆整后取D=800mm

3.4气流干燥管的长度Y

3.4.1物料干燥所需的总热量Q

就真个干燥器而言，输入的热量之和等于输出的热量之和，即：

式中：

Cs——干物料的比热容，kJ/（kg·℃）

C1——水在tm1温度下的比热容，kJ/（kg·℃）

qp——预热器内加入的热量，kJ/（kg水）

qd——干燥器内补充的热量，kJ/（kg水）

q1——损失于周围的热量，kJ/（kg水）

整理得：

⑤

其中：

qm=374.861kJ/（kg水）,q1=387.9kJ/（kg水）

查得C1=4.187kJ/（kg℃）

则⑤式得：

故总热量Q=qW=3445.53*2746.7=8968774.701kJ/h=2491.33kW

3.4.2平均传热温差Δtm

式中：

t1——空气进口温度，℃t2——空气出口温度，℃

tm1——物料进口温度，℃tm2——物料出口温度，℃

3.4.3表面给热系数α

对于平均直径为dm=0.3mm的颗粒：

根据求得Re=7.4

故

则

查得在空气的平均温度462.5℃下，空气的导热系数为λ=0.056W/（m·℃）

则

3.4.4气流干燥管的长度Y

由于

故

圆整后取气流干燥管的有效长度为Y=6m

3.5气流干燥管压降的计算

3.5.1气、固相与管壁的摩擦损失△P1

式中：

f——干燥管的摩擦系数

ρas——干燥管内气、固相的混合密度，kg/m3,

其中：

D=0.8m，ua=14m/s,Y=6m

在125℃下，空气的密度为ρa=0.887kg/m3；干燥管气流中的颗粒的密度为

则

雷诺数

故摩擦系数

故

3.5.2克服位能提高所需的压降ΔP2

式中：

Y——气流干燥管的有效长度，m

3.5.3局部阻力损失ΔP3

据相关资料叙述，此压降一般在1000～1500Pa之间，取ΔP3=1300Pa

3.5.4总压降ΔP

根据以上计算，气流干燥管的总压降为：

ΔP=