化工原理课程设计流化床干燥器

化工原理课程设计合肥学院HEFEIUNIVERSITY化工原理课程设计题目:硫酸钾流化床干燥器设计系别:化学与材料工程系专业:化学工程与工艺学号:0903024029姓名:蒋尚伟指导教师:张慧化工原理课程设计第一节概述将大量固体颗粒悬浮于运动着的流体之中，从而使颗粒具有类似于流体的某些表观特性，这种流固接触状态称为固体流态化。流化床干燥器就是将流态化技术应用于固体颗粒干燥的一种工业设备，目前在化工、轻工、医学、食品以及建材工业中都得到了广泛应用。一、流态化现象空气流速和床内压降的关系为：空气流速和床层高度的关系为：VelocityPressuredropFixedFluidizedADBCEUmf化工原理课程设计流化床的操作范围：umf~ut二、流化床干燥器的特征优点：（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30、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。三、流化床干燥器的形式1、单层圆筒形流化床干燥器连续操作的单层流化床干燥器可用于初步干燥大量的物料，特别适用于表面水分的干燥。然而，为了获得均匀的干燥产品，则需延长物料在床层内的停留时间，与此相应的是提高床层高度从而造成较大的压强降。在内部迁移控制干燥阶段，VelocityHeight0fbedFixedFluidizedADBCEUmf化工原理课程设计从流化床排出的气体温度较高，干燥产品带出的显热也较大，故干燥器的热效率很低。2、多层圆筒形流化床干燥器热空气与物料逆向流动，因而物料在器内停留时间及干燥产品的含湿量比较均匀，最终产品的质量易于控制。由于物料与热空气多次接触，废气中水蒸气的饱和度较高，热利用率得到提高。此种干燥器适用于内部水分迁移控制的物料或产品要求含湿量很低的场合。多层圆筒型流化床干燥器结构较复杂，操作不易控制，难以保证各层板上均形成稳定的流比状态以及使物料定量地依次送入下一定。另外，气体通过整个设备的压强降较大，需用较高风压的风机。3、卧式多室流化床干燥器与多层流化床干燥器相比，卧式多室流化床干燥器高度较低，结构筒单操作方便，易于控制，流体阻力较小，对各种物料的适应性强，不仅适用于各种难于干燥的粒状物料和热敏性物料，而且已逐步推广到粉状、片状等物料的干燥，干燥产品含湿量均匀。因而应用非常广泛。四、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。五、干燥原理干燥通常是指将热量加于湿物料并排除挥发湿分（大多数情况下是水），而获得一定湿含量固体产品的过程。湿分以松散的化学结合或以液态溶液存在于固体中，或积集在固体的毛细微结构中。当湿物料作热力干燥时，以下两种过程相继发生：过程1．能量（大多数是热量）从周围环境传递至物料表面使湿分蒸发。过程2．内部湿分传递到物料表面，随之由于上述过程而蒸发。干燥速率由上述两个过程中较慢的一个速率控制，从周围环境将热能传递到湿物料的方式有对流、传导或辐射。在某些情况下可能是这些传热方式联合作用，工业干燥器在型式和设计上的差别与采用的主要传热方法有关。在大多数情况下，热量先传到湿物料的表面热按后传入物料内部，但是，介电、射频或微波干燥时供应的能量在物料内部产生热量后传至外表面。化工原理课程设计整个干燥过程中两个过程相继发生，并先后控制干燥速率。六、物料的干燥特性物料中的湿分可能是非结合水或结合水。有两种排除非结合水的方法：蒸发和汽化。当物料表面水分的蒸汽压等于大气压时，发生蒸发。这种现象是在湿分的温度升高到沸点时发生的，物料中出现的即为此种现象。如果被干燥的物料是热敏性的，那么出现蒸发的温度，即沸点，可由降低压力来降低（真空干燥）。如果压力降至三相点以下，则无液相存在，物料中的湿分被冻结。在汽化时，干燥是由对流进行的，即热空气掠过物料。降热量传给物料而空气被物料冷却，湿分由物料传入空气，并被带走。在这种情况下，物料表面上的湿分蒸汽压低于大气压，且低于物料中的湿分对应温度的饱和蒸汽压。但大于空气中的蒸汽分压。化工原理课程设计第二节设计任务书设计一台卧式多室流化床干燥器，用于干燥PVC湿物料。将其湿含量从0.15干燥至0.005（以上均为干基），生产能力（以干燥产品计）2500kg/h。被干燥物料：颗粒密度s=1400kg/m3；堆积密度b=700kg/m3；绝干物料比热sC=1.256kJ/kg℃；颗粒平均直径dm=m150；临界湿含量CX=0.05；平衡湿含量*X≈0。物料静床层高度0Z为0.15m。干燥装置热损失为有效传热量的15%。干燥条件确定1.干燥介质——湿空气，根据成都的年平均气象条件，将空气进预热器温度定为16℃,相对湿度定为84%。2.干燥介质进入干燥器温度1t=120℃。3.物料进入干燥器温度：1=20℃4.干燥介质离开干燥器的相对湿度和2和2t：对气流干燥器，一般要求2t较物料出口温度高10—30℃，或者较出口气体的绝热饱和温度（湿球温度）高20—50℃。5.热源：饱和蒸汽，压力400kPa。6.物料出口温度2：物料出口温度于许多因素有关，但主要取决于物料的最终湿含量2X、临界湿含量cX，和内部迁移控制段的传质系数。如果cXX2，则wt2，若cXX2，物料的临界湿含量低于0.05则可用下式计算)()(22222222222222)()()))(()(wSCwttCXXrwSCwCwSwwttCXXrXXXXttCXXrttt。7.操作压力：常压。8.设备工作日：每年330天，每天24小时连续运行。化工原理课程设计第三节设计计算（一）干燥流程的确定及说明根据任务，采用卧式多室流化床干燥装置系统。来自气流干燥器的颗粒状物料用星形加料器加到干燥室的第一室，依次经过各室后，于67.5℃离开干燥器。湿空气由送风机送到翅片型空气加热器，升温到120℃后进入干燥器，经过与悬浮物料接触进行传热传质后温度温度降到了73℃。废气经旋风分离器净化后由抽风机排除至大气。空气加热器以400kPa的饱和水蒸气作热载体。（二）物料和热量衡算1.物料衡算由给定的任务条件已知，生产能力为2500kg/h(以干燥产品计)，即为hkgG/25002,又120.15,0.005.湿基005.0005.01005.01222XX绝干物质质量流率为hkgGGC/5.2487)005.01(2500)1(22绝干物质干燥器单位时间汽化水分量为12()2487.5(0.150.005)360.69/CWGXXkgh水在16℃下的饱和蒸汽压为化工原理课程设计kpatpwS826.1)84.2331611.39915916.18exp(152)84.23311.39915916.18exp(152空气湿度为00956.0826.184.0325.101826.184.0622.0622.00＝－sspPpH绝干气体质量流率为12HHWL,01HH=0.00956,2360.690.00956LH(a)2.空气和物料出口温度的确定空气出口温度比出口处湿球温度要高出20—50℃，在这里取35℃。2280225024602370234023102430240024900203040506010708090100温度/℃1101200.010.030.020.080.060.050.040.100.120.140.16H湿空气的湿度-温度图湿度/kg.(kg干空气)-1汽化潜热/kJ/kg)1.350.950.850.751.051.251.15汽化潜热对湿度湿比热容对温度饱和比体积对温度湿比体积对温度H=0.140.120.080.100.040.060.020.00绝热饱和线1.001.051.101.151.201.251.301.35湿比热容/kJ.(kgH2O.℃)-1湿比体积/m3.(kg干空气)-1化工原理课程设计由1120t℃，00956.01H查上页湿度图得：1wt=38.0℃近似取2138wwtt℃，则2383573t℃设物料离开干燥器的温度2，因CXX2,而05.0Xc故可用公式)()(22222222222222)()()))(()(wSCwttCXXrwSCwCwSwwttCXXrXXXXttCXXrttt又因2230285.227.2491wwtr=2491.27-2.30285*38=2403.76kJ/kg故代入数据2403.760.051.256(7338)20.0052403.760.0051.256(7338)()730.0573382403.760.051.256(7338)得到267.5℃3.干燥器的热量衡算如图所示，干燥器中不补充能量，故dQ0干燥器中的热量衡算可表达为：化工原理课程设计llmwpQQQQQQ(b)物理意义是气体冷却放出的热量Qp用于三个方面：以wQ气化湿分，以mQ加热物料，以lQ补偿设备的热损失。其中，)(120wvWctcrWQ=360.69（2491.27+1.884734.18720)=601201kJ/h=167kW,22187.4Xccsm))(187.4()(122122XcGcGQscmCm又=2487.5(1.256+4.187005.0))205.67(=150877.8kJ/h=41.91kW)(020ttLcQHl=))(884.1005.1(020ttHL=(1.005+1.884*0.00956)(73-16)L=58.31kJ/h=0.0162LkW)(010ttLcQHP=))(884.1005.1(010ttHL=L(1.005+1.884*0.00956)(120-16)=106.39LkJ/h=0.0285LkW因为干燥器的热损失为有消耗热量的15%，即)%(15mwlQQQ=0.15(167.0+41.91)=31.34kW将上面各式代入(b)式，即为0.0285L=167+41.91+0.0162L+31.34240.2