化工原理課程設(shè)計(jì)題目:脈沖氣流枯燥器設(shè)計(jì)系別:化學(xué)材料與工程系專業(yè):_學(xué)號(hào):姓名:指導(dǎo)教師:二零一四年一月二十七日目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書 31.概述 31.1氣流枯燥的特點(diǎn) 31.2設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 32.工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì) 42.1的根本條件 42.2物料衡算和熱量衡算 4物料衡算 4熱量衡算 5校核假設(shè)的物料出口溫度 52.3氣流枯燥管直徑的計(jì)算 6加速段氣流枯燥管直徑的計(jì)算 6加速運(yùn)動(dòng)段管高的計(jì)算 6減速段管高的計(jì)算 112.4總的枯燥管的高度 193.輔助設(shè)備的選擇與計(jì)算 193.1管路的選擇與計(jì)算 193.2加料裝置 193.3風(fēng)機(jī) 203.4熱風(fēng)加熱裝置 203.5別離裝置 204.主要符號(hào)和單位 215.枯燥裝置的工藝流程 226.設(shè)計(jì)評(píng)價(jià) 22附錄 23參考文獻(xiàn) 24

設(shè)計(jì)任務(wù)書本次以重油燃燒氣為枯燥介質(zhì)，對(duì)物料進(jìn)行枯燥，別離，保證品質(zhì)，在設(shè)計(jì)過程中涉及工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)，風(fēng)機(jī)的選擇，熱風(fēng)加熱裝置，加料裝置的選擇等，通過循環(huán)讓物料及過程中產(chǎn)生的中間物及廢料到達(dá)最高利用率。1.概述1.1氣流枯燥的特點(diǎn)氣流枯燥在我國(guó)是一種應(yīng)用最廣發(fā)最久遠(yuǎn)的枯燥器，隨著不同新型氣流枯燥器的開發(fā)成功，氣流枯燥我枯燥領(lǐng)域方興未艾。由于枯燥時(shí)間短適合容易受高溫變質(zhì)物料的枯燥；不適合粘性大的物料枯燥，管道較廠一般超過20米，安裝的限制制約了其開展。氣流枯燥器的主要缺點(diǎn)在于枯燥管太高，為降低其高度，近年來出現(xiàn)了幾種新型的氣流枯燥器：①多級(jí)氣流枯燥器。將幾個(gè)較短的枯燥管串聯(lián)使用，每個(gè)枯燥管都單獨(dú)設(shè)置旋風(fēng)別離器和風(fēng)機(jī)，從而增加了入口段的總長(zhǎng)度。②脈沖式氣流枯燥器。采用直徑交替縮小和擴(kuò)大的枯燥管〔脈沖管〕，由于管內(nèi)氣速交替變化，從而增大了氣流與顆粒的相對(duì)速度。③旋風(fēng)式氣流枯燥器。使攜帶物料顆粒的氣流，從切線方向進(jìn)入旋風(fēng)枯燥室，以增大氣體與顆粒之間的相對(duì)速度，也降低了氣流枯燥器的高度。在氣流枯燥器中，主要除去外表水分，物料的停留時(shí)間短,溫升不高,所以適宜于處理熱敏性、易氧化、易燃燒的細(xì)粒物料。但不能用于處理不允許損傷晶粒的物料。目前，氣流枯燥在制藥、塑料、食品、化肥和染料等工業(yè)中應(yīng)用較廣。1.2設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介物料呈顆粒狀，圓球形，處理量為3000kg/h，顆粒平均直徑在200。本設(shè)計(jì)采用脈沖式氣流枯燥器來枯燥物料，可以減少枯燥管的高度和節(jié)省設(shè)備的本錢。脈沖式枯燥器由于其不斷變化的管徑，可以使顆粒在管內(nèi)保持與枯燥氣流的相對(duì)快速運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)了枯燥的效果并減少了枯燥的時(shí)間。2.工藝計(jì)算及主體設(shè)備設(shè)計(jì)2.1的根本條件物料的根本參數(shù)枯燥介質(zhì)：空氣稀釋重油燃燒氣生產(chǎn)能力〔濕基〕物料顆粒的平均直徑物料顆粒的最大直徑物料密度要求物料從〔干基〕，枯燥至〔干基〕物料進(jìn)口溫度干物料比熱物料的臨界含水量〔干基〕平衡濕含量極小，忽略不計(jì)。2.1.2進(jìn)氣流枯燥管的空氣溫度其空氣濕含量2.2物料衡算和熱量衡算物料衡算氣流枯燥管內(nèi)的物料衡算式：〔*〕絕干物料枯燥去除水分結(jié)合〔*〕式有：①熱量衡算氣流枯燥管內(nèi)熱量衡算式：選定空氣的出口溫度，假設(shè)物料出口溫度為76對(duì)于空氣——水系統(tǒng)，運(yùn)用下式：得到進(jìn)口空氣的焓值：出口焓值：將、值代入熱量衡算式：解得：②聯(lián)立①、②式，得：校核假設(shè)的物料出口溫度按下式進(jìn)行校核：查得：代入上式得：與假設(shè)的根本一致，不必試算。2.3氣流枯燥管直徑的計(jì)算加速段氣流枯燥管直徑的計(jì)算由經(jīng)驗(yàn)假設(shè)口空氣速度，空氣進(jìn)氣流枯燥管溫度，空氣進(jìn)氣流枯燥管濕度，查得空氣比容，代入下式：加速運(yùn)動(dòng)段管高的計(jì)算〔1〕預(yù)熱段枯燥管的計(jì)算〔a〕進(jìn)料溫度，在進(jìn)氣、氣狀態(tài)下的濕球溫度，故預(yù)熱段所需熱量為：〔b〕熱氣的熱量衡算：解得：故在此段內(nèi)，平均溫度，平均濕度，查得氣體各項(xiàng)性質(zhì)為：[的定性溫度為]、〔c〕加速運(yùn)動(dòng)段預(yù)熱帶顆粒與氣流間的傳熱量及的計(jì)算……〔**〕該段內(nèi)的平均氣速將上述各數(shù)據(jù)代入式〔**〕中，得代入得：設(shè)，那么上述等式右邊項(xiàng)為：故預(yù)熱帶終了的，與其相對(duì)應(yīng)的顆粒運(yùn)動(dòng)速度為：〔d〕預(yù)熱帶枯燥管的高度計(jì)算預(yù)熱帶自、開始，至、結(jié)束。由于數(shù)值均處于過渡區(qū)，故枯燥管高度的計(jì)算公式為〔2〕外表蒸發(fā)帶枯燥高度計(jì)算本段之所以要分開求枯燥管高度，主要是消除由于氣溫變化過大而使平均氣溫下的個(gè)項(xiàng)氣體特性數(shù)據(jù)和枯燥管內(nèi)氣體流速與實(shí)際數(shù)值相差太大所帶來的誤差。物料濕含量自0.25枯燥至0.20區(qū)間〔a〕作熱平衡，求物料枯燥至濕含量0.20時(shí)氣體的溫度：其中562是的汽化潛熱解得〔b〕該段內(nèi)各物理數(shù)據(jù)：物料枯燥至0.20時(shí)相應(yīng)的氣體濕含量為枯燥用混合氣在、時(shí)的各項(xiàng)物理性質(zhì)為：，[定性溫度為]〔c〕該段內(nèi)氣流與顆粒的給熱量及的計(jì)算枯燥所需要的熱量：該段內(nèi)平均氣速：故該段開始的傳熱平均溫度：將上述各數(shù)值代入給熱量的計(jì)算公式得：設(shè)，那么上述等式右邊項(xiàng)為；故物料濕含量由0.25到0.20，該段終了的與49相對(duì)應(yīng)的顆粒速度為；〔d〕物料含濕量由0.25到0.20段枯燥管的高度計(jì)算該段自，開始，到，結(jié)束由于雷諾數(shù)數(shù)值均處于過渡區(qū)，故枯燥管的高度的計(jì)算公式為：物料含濕量有0.20到0.15區(qū)間:〔a〕作熱平衡方程,求物料枯燥至濕含量為0.15是氣體的溫度:〔b〕該段內(nèi)各項(xiàng)物性數(shù)據(jù)為:物料枯燥至0.15時(shí)相應(yīng)的氣體濕含量為為枯燥用混合氣在時(shí)的各項(xiàng)物理性質(zhì)為:[定性溫度]〔c〕該段內(nèi)氣流與顆粒的給熱量及雷諾數(shù)的計(jì)算:枯燥所需要的熱量:該段內(nèi)平均氣速:故該段開始時(shí)的傳熱平均溫度將上述數(shù)值代入給熱量的計(jì)算公式得:設(shè),那么上述等式右邊項(xiàng)為:故物料濕含量由0.200.15,該段終了的。與相應(yīng)的顆粒速度為：〔d〕物料含濕量由0.20到0.15段枯燥管的高度計(jì)算:該段自,開始,至,結(jié)束故枯燥管的高度的計(jì)算式為:〔e〕當(dāng)?shù)念w粒沉降速度計(jì)算:該處的風(fēng)速為：而根據(jù)阿蘭定律：顆粒的沉降速度為：而物料含濕量為0.15截面處，氣流與顆粒的沉降速度為：和已相差不大，自此處開始，進(jìn)行第一次脈沖擴(kuò)大，加速段總管高為：2.3.3減速段管高的計(jì)算：資料說明：脈沖管的擴(kuò)大截面與縮小管截面之比一般取4。濕物料濕含量由0.150.10區(qū)間：〔a〕作熱平衡方程，求物料枯燥至濕含量為0.10時(shí)氣體的溫度t：〔b〕該段內(nèi)各項(xiàng)物性數(shù)據(jù)：物料枯燥至0.10時(shí)的相應(yīng)的氣體濕含量為枯燥用混合氣在、時(shí)的各相物理性質(zhì)為：〔c〕該段內(nèi)氣流與顆粒的給熱量及的計(jì)算：枯燥所需要的熱量：該段內(nèi)的平均氣速：故該段由,開始的傳熱平均溫度為將上述各數(shù)值代入給熱量q的計(jì)算公式得：設(shè)，那么上式右邊為故物料的濕含量由0.150.10，該段終了Re=34.35與Re=34.35相應(yīng)的顆粒速度為：〔d〕濕含量由0.150.10段枯燥管的高度計(jì)算：該段自，開始，至，故該段枯燥管高度計(jì)算式為：濕物料濕含量由0.100.05區(qū)間：〔a〕作熱平衡方程，求物料枯燥至濕含量為0.05時(shí)的氣體溫度t解得：〔b〕該段內(nèi)各項(xiàng)物性數(shù)據(jù)：物料枯燥至0.05時(shí)的相應(yīng)的氣體的濕含量枯燥用混合氣在，時(shí)的各項(xiàng)物理性質(zhì)為：〔c〕該段內(nèi)氣流與顆粒的給熱量及的計(jì)算：枯燥所需的熱量：該段的平均氣速：故該段由開始的傳熱平均溫度將上述各數(shù)值代入給熱量q的計(jì)算公式得：設(shè)Re=14.75，那么上述表達(dá)式右邊為：故物料含濕量由0.100.05，該段終了Re=14.75。與Re=14.75相應(yīng)的顆粒速度為：〔d〕濕含量由0.100.05段枯燥管的高度計(jì)算：該段自，至，故枯燥管高度L的計(jì)算式為：〔e〕，時(shí)顆粒沉降速度計(jì)算：該處的風(fēng)速為而根據(jù)阿蘭定律顆粒的沉降速度為：而物料在濕含量為0.05的截面處，氣流與顆粒沉降速度為：和相差不大，且已經(jīng)向下，自此處開始，進(jìn)行第二次脈沖收縮，以與第一次加速相同的管徑來設(shè)計(jì)，濕物料由0.050.02區(qū)間：〔a〕作熱平衡方程，求物料枯燥至濕含量為0.02時(shí)的氣體溫度t解得：〔b〕該段內(nèi)各項(xiàng)物性數(shù)據(jù)：物料枯燥至0.05時(shí)相應(yīng)的氣體濕含量枯燥用混合氣，時(shí)的各項(xiàng)物理性質(zhì)為：〔c〕該段內(nèi)氣流與顆粒的給熱量及的計(jì)算：枯燥所需的熱量：該段內(nèi)平均氣速：故該段由開始的傳熱平均溫度將上述各數(shù)據(jù)代入給熱量q的計(jì)算公式：故物料濕含量有0.050.02，該段終了Re=30.815。與Re=30.815相應(yīng)的顆粒速度為：〔d〕濕含量由0.050.02段的枯燥管高度的計(jì)算：該段自,至，故枯燥管的高度計(jì)算：〔e〕，時(shí)顆粒沉降速度計(jì)算：該處的風(fēng)速為而根據(jù)阿蘭定律顆粒的沉降速度為：而物料在濕含量為0.02的截面處，氣流與顆粒的沉降速度為：和相差不大，自此處開始進(jìn)行第三次脈沖擴(kuò)大，以第一次擴(kuò)大相同的管徑來計(jì)算。濕物料由0.020.005區(qū)間〔a〕此時(shí)由于物料濕含量已經(jīng)到達(dá)臨界濕含量，進(jìn)入恒速枯燥段。在以傳熱方法計(jì)算中，降速枯燥段僅表達(dá)為物料溫度不再維持濕球溫度不變，而是隨枯燥過程的進(jìn)行不斷升高，故氣固兩相間的傳熱溫差將大為降低，此段的傳熱速度也較低，因此需較長(zhǎng)的管高?？菰镉没旌蠚?，時(shí)各項(xiàng)物理性質(zhì)如下：該段的平均氣速為〔b〕該段內(nèi)熱量計(jì)算：Q=物料自身升溫q+蒸發(fā)水汽q+本身含水升溫q其中：0.3——物料比熱容1.000——70時(shí)水的比熱，約為76時(shí)水的比熱554.0——75時(shí)飽和水蒸汽的汽化熱，約為76時(shí)水蒸汽的汽化熱kcal/kg將上述各項(xiàng)數(shù)值代入氣固相間給熱量計(jì)算公式：設(shè)，那么上述式的右邊為：固物料含濕量由0.020.005，該段終了。與相對(duì)應(yīng)的顆粒速度為：〔c〕濕含量由0.020.005段的枯燥管高度計(jì)算：該段自，至，因此枯燥管長(zhǎng)度計(jì)算：2.4總的枯燥管的高度：3.輔助設(shè)備的選擇與計(jì)算3.1管路的選擇與計(jì)算由風(fēng)機(jī)送出的風(fēng)量和氣速，我們可以計(jì)算出管路的直徑。風(fēng)量為，風(fēng)速為，那么：=解得：表1無縫鋼管規(guī)格表公稱直徑Dg〔mm〕實(shí)際直徑〔mm〕管壁厚度〔mm〕25027311注：Pg為公稱壓力，指管內(nèi)可承受的流體表壓力，。3.2加料裝置由生產(chǎn)任務(wù)可知，所枯燥的物料為散粒狀，圓球形。因此可選常用的星形加料器，星形加料器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能定量加料，顆粒幾乎不破碎，具有一定程度的氣密性，能承受300℃左右的高溫，因而應(yīng)用較廣，除用與加料外也可用于旋風(fēng)別離器的排料等?！布恿虾团帕稀乘璧纳a(chǎn)能力〔按進(jìn)料量計(jì)〕：其規(guī)格和操作參數(shù)為：規(guī)格：鏈輪傳動(dòng)生產(chǎn)能力：葉輪轉(zhuǎn)速：齒輪減速電機(jī)：型號(hào)JTC561，功率，輸出轉(zhuǎn)速3.3風(fēng)機(jī)作為提供枯燥氣流的設(shè)備，風(fēng)機(jī)所提供的氣流量應(yīng)大于實(shí)驗(yàn)計(jì)算所得量。因風(fēng)機(jī)是從外界自然環(huán)境抽取空氣，所出氣體流速略大于30m/s，固其全風(fēng)壓在2000Pa左右，屬于中低壓。擬用T4.72/4型風(fēng)機(jī)，其根本數(shù)據(jù)如下：[2]轉(zhuǎn)速：流量：出風(fēng)口方向0~225間隔45電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132s-2功率傳動(dòng)方式無軸承電機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)外形尺寸設(shè)計(jì)任務(wù)實(shí)際所需風(fēng)量：3.4熱風(fēng)加熱裝置生產(chǎn)任務(wù)中并未說明此種物料是否允許被污染或?qū)儆跓崦粜晕镔|(zhì)，故擬用間接熱風(fēng)加熱裝置，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)〔清潔度〕?？諝獾倪M(jìn)口溫度可達(dá)400，枯燥介質(zhì)采用空氣稀釋重油燃燒氣〔性質(zhì)與空氣同〕，所以采用燃油熱風(fēng)爐換熱器?？諝庠诩訜釥t中所需的熱量：查表：選用Q-Q-60型間接加熱器，其性能參數(shù)如下：輸出熱量：油耗量：外型尺寸：熱風(fēng)溫度:輸出風(fēng)量：35600~23003.5別離裝置：為了獲得較高的固體回收率，同時(shí)減少不必要的設(shè)備投資，擬用標(biāo)準(zhǔn)型別離器。一般選用旋風(fēng)別離器,其別離效率很高，能別離的最小粒徑在5左右，根本滿足環(huán)保排放的標(biāo)準(zhǔn)，故不需要再用更精細(xì)的別離設(shè)備。擬用XLP/A-7.0型，其圓筒直徑為700mm，以下為根本數(shù)據(jù)：[2]處理風(fēng)量：重量：進(jìn)口風(fēng)速：外形尺寸：設(shè)備阻力：除塵效率：4.主要符號(hào)和單位a——單位體積物料提供的傳熱〔枯燥〕面積，m2/m3c——比熱容，KJ/〔kg.℃〕dp——顆粒直徑，D——枯燥器直徑，mH——空氣的濕度，kg/kg絕干氣L——絕干空氣流量，kg/h或kg/sP——水汽分壓，kPaP——空氣總壓，kPaQ——傳熱速率，wr——汽化熱，KJ/kgt——溫度，℃Ug——?dú)怏w的速度，m/sV——濕空氣的比容，m3/kg絕干氣——物料的濕基含量——熱量，KJ/s或J/s或kwW——水分蒸發(fā)量，kg/s或kg/hX——物料的干基含水量，kg水/kg絕干氣希臘字母：——對(duì)流傳熱系數(shù)，W/〔m2.℃〕——固體物料溫度，℃——導(dǎo)熱系數(shù)，W/〔m2.℃〕——密度，kg/m3——枯燥時(shí)間或物料在枯燥器內(nèi)停留時(shí)間，S——相對(duì)濕度百分?jǐn)?shù)下標(biāo)：0——進(jìn)預(yù)熱器的、新鮮的或沉降的；1——進(jìn)枯燥器的或離預(yù)熱器的；2——離開枯燥器的；c——臨界的；d——露點(diǎn)的；g——?dú)怏w的，或絕干氣的；m——濕物料的或平均的；5.枯燥裝置的工藝流程熱空氣熱空氣空氣加熱器枯燥器濕物料旋風(fēng)別離器產(chǎn)品布袋過濾器風(fēng)機(jī)廢氣6.設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是在其主體設(shè)備的計(jì)算和輔助設(shè)備的選擇，通過查看有關(guān)資料、手冊(cè)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，排除人為誤差，將誤差控制在很小的范圍內(nèi)。粒子為圓球形，顆粒在枯燥過程中，由于除去水分而引起顆粒大小的改變及重度忽略不記，在氣流枯燥枯燥管中，顆粒均勻懸浮分布于氣流中，無互相黏結(jié)現(xiàn)象，顆粒在進(jìn)入氣流枯燥管后，顆粒濃度對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡的影響忽略不記。在流程的最后，本設(shè)計(jì)省去了布袋收塵器，因?yàn)閺男L(fēng)別離器出的空氣中的顆粒直徑小于5um，根本上滿足環(huán)保要求，假設(shè)要求超環(huán)保排放，那么其裝備的本錢將大大提高。通過本次設(shè)計(jì)我更加的了解了設(shè)計(jì)的真正內(nèi)涵，唯有通過實(shí)踐才能知道自己的缺乏之處以及擅長(zhǎng)，雖然CAD畫圖遇到了困難，但是肯鉆就能成功，讓自己的畫圖水平有了較大的提高，總之，本次的設(shè)計(jì)是合理的。附錄氣流枯燥器的設(shè)計(jì)參數(shù)小段管徑〔m〕預(yù)熱帶干燥管的高度〔m〕表面蒸發(fā)帶干燥高度〔m〕減速段管高度〔m〕第二次加速段管高度〔m〕第二次減速段管高度〔m〕物料濕含量0.3560.23920.25—0.200.20—0.150.15—0.100.10—0.050.05—0.020.02—0.005大段管徑〔m〕雷諾數(shù)78.2——4949.6—24.670.6—34.3542.87—14.7586.92—30.81586.