磷石膏烘干氣流干燥器設計方案

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1、第一章氣流干燥的設計原則21.1 干燥的目的及各種不同干燥方式21.2 氣流干燥過程及適用范圍 21.2.1 氣流干燥過程 21.2.2 氣流干燥器適用對象 31.3 對流干燥流程、設備和某些操作條件的確定31.3.1 干燥流程的主體設備 41.4 干燥對象氯酸鈉的特性 4第二章氣流干燥器的設計基礎52.1 顆粒在氣流干燥管中的運動52.1.1 加速運動與等速運動及其特征52.1.2 球形顆粒在氣流中的運動速度 52.2 顆粒在氣流干燥器中的對流傳熱系數 62.3 顆粒在氣流干燥器中的對流傳熱速率 62.3.1 加速運動階段62.3.2 等速運動階段7第三章氣流干燥器的設計計算83.1 物料、

2、熱量衡算83.1.1 設計條件83.1.2 干燥器的物料衡算93.1.3 干燥器的熱量衡算93.2 氣流干燥管直徑和高度的計算113.2.1 干燥管管徑的計算113.2.2 干燥管高度計算123.3 氣流干燥管的壓降143.3.1 氣固相與干燥管壁的摩擦損失143.3.2 克服位能提高所需壓降143.3.3 顆粒加速所引起的壓降損失143.3.4 局部阻力損失143.4 輔助設備的選型 153.4.1 風機 153.4.2 預熱器153.4.3 及壁厚的核算15第四章后記 174.1 設計心得體會174.2 符號說明17附錄 19參考文獻 19第一章 氣流干燥的設計原則氣流裝置的設計內容包括干

3、燥介質的選擇，流程的確定， 搜集和整理有關數據，干燥過程的物料和能量的衡算，干燥管 結構類型和主要工藝尺寸的確定，干燥條件的確定以及主要輔 助設備類型選型及設計，繪制表明物料流向、流量、組成、主 要控制點和各設備之間相互個關系的工藝流程圖和干燥裝置主 要設備總裝置圖等。1.1 干燥的目的及各種不同干燥方式干燥的目的主要是便于物料的儲藏、運輸和加工，通過干燥 使產品或半成品達到要求的含濕標準。將濕物料中的濕分（常見的為水分除去的方法很多，如壓 榨、過濾、離心、冷凍及利用干燥劑等等。但綜合除濕程度、 操作的可靠性、經濟性和處理能力，干燥是工業生產中應用最 普遍的除濕方法。就干燥而言，根據傳遞方式的

4、不同可分為傳 導干燥、對流干燥、輻射干燥和介電加熱干燥。1.2 氣流干燥過程及適用范圍1.2.1 氣流干燥過程氣流干燥裝置是連續常壓干燥器的一種。顆粒狀或粉末狀濕物 料通過帶式供料器從干燥器底部進入，同時高溫干燥介質也從 干燥器底部進入，并達到一定的流速將濕物料分散和懸浮于氣 流中，在物料和熱介質氣流一并沿干燥管向上流動的同時,發生 高效的傳質傳熱，達到快速干燥的目的。適當的安裝風機在系統中的位置，氣流干燥器可以在正壓 下操作，對于有毒或粉塵污染可能較大的情況，采用真空操 作，產品不宜泄露,有利于保持生產環境；同時也有利于降低水 分汽化溫度，保護熱敏性物料。但此時風機處于抽氣工作狀態, 所抽的

5、氣體溫度較高，并可能含有 一些顆粒和粉塵，因此對風 機要求較高，同時耗能增加。1.2.2 氣流干燥器適用對象1.2.2.1 物料形態氣流干燥技術主要適用顆粒狀、粉末狀、濕物料。顆粒的 粒徑一般在20mm以下。對于塊狀、或膏狀濕物料，一般在干燥 器底部串聯一粉碎機，濕物料和高溫介質可以直接通過粉碎機 內部，使膏狀物料邊干燥邊粉碎，然后再進入氣流干燥管進行 干燥，以解決膏糊狀物料難以連續干燥的問題。1.2.2.2 物料中濕分存在狀態氣流干燥器內高溫熱氣流以高速在干燥管內流動，停留時 間非常有限，因此，一般只適用于物料非結合水進行表面蒸發 的恒速干燥過程。實踐表明，這些狀態水分存在下，顆粒狀物 料均

6、可在氣流干燥管中進行干燥， 最終獲得含水率為 0.3%0.5%的產品。對于濕分在物料內作擴散遷移的濕物料，則 完全不適用于氣流干燥過程。1.2.2.3 對干燥產品有無其它附加要求 氣流干燥器中的高速氣流使顆粒之間、顆粒與器壁之間的激烈 碰撞和摩擦，物料很容易粉碎和磨損，更難以保存完好的結晶 形狀和結晶光澤，因此，對干燥產品有上述要求的情況下，不 適于氣流干燥方法。1.2.2.4 其它不適用情況有些物料極易粘附在管壁上，如鈦白粉、粗制葡萄糖等不宜采 用氣流干燥方法；另外，物料粒度太細或物料本身有毒，由于 氣固相分離較難，一般也不宜采用氣流干燥方法。1.3 對流干燥流程、設備和某些操作條件的確定

7、典型對流干燥流程，由風機送來的空氣經預熱器加熱至適當溫 度后進入干燥器；在干燥器內，氣流與濕物料直接接觸；沿空 氣行程，氣流的溫度降低，濕含量增加，廢棄自干燥器的另一 端排出。若為間歇操作，濕物料分批投入干燥器內，待干燥至 指定的含濕要求后一次取出；若為連續過程，濕物料被連續的 加入，干燥產品也連續放出。干燥器內，物料與氣流的方向可 為并流、逆流或其它形式。1.3.1 干燥流程的主體設備干燥過程的主體設備為干燥器。根據被干燥物料的性質、 干燥程度的要求、生產能力的大小不同，所采用的干燥器的型 式也是多種多樣的。由于固體物料干燥的機理復雜，至今仍未 找到闡明干燥過程機理的合適理論。在能達到預期干

8、燥目的前 提下，選用干燥器主要還是根據操作費用、投資多少、安全因 素及操作是否方便等因素決定，而無法進行嚴密的實際計算。1.4 干燥對象氯酸鈉的特性危險性類別： 強氧化劑健康危害： 本品粉塵對呼吸道、眼及皮膚有刺激性?？诜?急性中毒，表現為高鐵血紅蛋白血癥，胃腸炎，肝腎損傷，甚 至發生窒。燃爆危險： 本品助燃，具刺激性。吸入： 迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如 呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫。食入： 飲足量溫水，催吐。就醫。 工程控制：生產過程密閉，加強通風。提供安全淋浴和洗 眼設備。系統防護：可能接觸其粉塵時，建議佩戴自吸過濾式防塵 口罩。眼睛防護：戴化學安

9、全防護眼鏡。 身體防護：穿聚乙烯防毒服。 其他防護：工作現場禁止吸煙、進食和飲水。工作完畢， 淋浴更衣。保持良好的衛生習慣。干燥器設計應基于氯酸鈉的上述性質，考慮干燥器的密封 性和耐腐蝕性。第二章 氣流干燥器的設計基礎氣流干燥器的設計計算實質就是懸浮態氣、固相間的相互運動 分析及其傳熱傳質的計算與運用過程。對于單個顆粒的運動已 有數值求解和各種分析法可供參考。2.1 顆粒在氣流干燥管中的運動2.1.1 加速運動與等速運動及其特征顆粒從干燥管底部進入時，其上升的速度為零，而氣流為最下升速的運動速度為，此時氣固相間的相對運動速度 大。此后，顆粒在上升氣流對其產生的曳力的作用 度不斷增大，而氣、固相

10、間的相對速度不斷減小。當等 于顆粒的沉降速度時，顆粒的加速度為零，此后將以恒定的 速度繼續上升?？梢婎w粒在干燥管中分為加速階段和恒速階段。單位體積干燥管中顆粒密集度低，單位體積干燥管的傳熱 傳質面積小，這些多重因素使得等速段的傳熱傳質速率小，干 燥效率低。2.1.2 球形顆粒在氣流中的運動速度單個球形顆粒在氣流中運動受到三個力的作用：顆粒的重力Fg，流對顆粒力或阻力:氣流對顆粒的浮力，。當這三個力平衡時,；氣氣固相間相對速度等于顆粒的沉降速度，顆粒呈等速運動。由此得到式中，一顆粒直徑，m重力力口速度，m/s一氣體、顆粒的密度，kg/m2.2 顆粒在氣流干燥器中的對流傳熱系數 在氣流干燥過程中，

11、由于干燥介質為空氣，所以，單個球形顆粒與氣流間的對流傳熱系數的關聯式可以直接寫成式中，一顆粒直徑，m；D 干燥管直徑， m；G 一顆粒的絕干質量流量， kg/h；u一顆粒的運動速度，m/s。一顆粒的密度，kg/m2.3 顆粒在氣流干燥器中的對流傳熱速率2.3.1 加速運動階段在加速運動階段，由于顆粒的運動速度不斷變化，所以 對流傳熱系數h和單位有效傳熱面積a也是不斷變化的。因此顆粒與氣流之間的傳熱量須采用微積分方法進行計5-185-19其中5-19間,當Re在4001之間，5-20其中式5-20是Re在4001之間，氣流干燥器加速段內顆粒與氣體之間傳熱速率估算公式。2.3.2等速運動階段等速段

12、內顆粒與氣流之間的傳熱速率，不需要進行積分計 算，可直接用公式5-20第三章氣流干燥器的設計計算流程簡圖3.1 物料、熱量衡算3.1.1 設計條件干燥產品量：660kg/h45000kg/h物料進口濕含量： 2%濕基）45%物料出口濕含量： 0.03%濕基） 1%臨界濕含量： 1%濕基）空氣進預熱器溫度：15空氣進預熱器相對濕度： 35%空氣進干燥器溫度：145450顆粒平均粒徑： 0.6mm物料進口溫度：1535自己查得的數據當地大氣壓 89.59kPa氯酸鈉的比熱容：0.937kJ/（kg _j 3.1.2 干燥器的物料衡算為 34查空氣濕焓圖的起和溫度高42因為H即，口氣體145，I00

13、42 ）的絕熱飽和溫度所以 Z=0.11+10.93.3氣流干燥管！3.3.1氣固相與匚3.3.4局部阻力損失選擇電加熱器1186kg/h的空氣由15加熱到145需要熱功率3.4.3及壁厚的核算鋼和鋁等氣流干常用的材料。O勺材料有碳鋼、普通低合金鋼、耐酸不銹直縫卷制電焊鋼管，公稱直徑200外徑195mm壁厚9mm氣流干燥管壁厚的核算設 s=9mm第四章 后記4.1 設計心得體會為期倆周的課程設計結束了。在這14 天里，我仿佛是一名 企業的設計師，親身體驗了一個儀器是怎樣根據生產需要，一 步步經歷設計、計算、再設計、再計算等繁瑣步驟，最后才能 進入生產。設計是枯燥的，但它在生產中可以減少許多人力

14、物 力的浪費，最大程度地直接滿足生產需求，設計過程中，我切實體會到了以前所學課程的重要用處， 也十分后悔以前沒有把知識學扎實，“書到用時方恨少”，太 精辟了。計算和繪圖，電腦沒少幫了我忙，大大提高了我的工 作效率。感謝在設計時老師的精心輔導，讓我們在計算中少走了許多彎路。4.2 符號說明廠換熱器換熱面積，水的飽和蒸汽壓，J絕干物料的比熱容,化熱，固體物料的質量流量,廠濕球溫度下的水的汽氣體的速度,空氣的濕度，物料的濕基含水的到J顆粒的沉降速度,物料的溫度,干燥管的直徑,_I顆粒的平均粒徑,水分的蒸發量，到小丿J 口里，因1 物料的干基含水量，相對濕度熱導率,黏度,|溫度,物料的干基平衡含水量，干燥管的高度,傳熱速率,系數，量綱數密度絕干空氣流量畑空氣的焓,顆粒提供的干燥面積，廠廠干燥時間或物料在干燥器內到的停留時間,附錄參考文獻化工流體流動與傳熱第二版 柴誠敬 張國亮 主編化工傳質與分離過程第二版 賈邵義 柴誠敬 主編 常用工業干燥設備及應用 劉相東 于才淵 周德仁 編 現代干燥技術 潘永康 主編 王喜忠 副主編 化工工藝設計手冊 中國石化集團上海工程有限公 司編