1、9.1 干燥设备的设计例选9.1.1 回转圆筒干燥器设计示例 9.1.1.1 设计条件 被干燥物料名称 硫酸铵 生产能力 7000/h 物料进口含水量 物料出口含水量 物料入口温度 () 物料出口温度 () 加热介质 空气 流向 顺流 空气速度 空气温度 () 湿球温度 () 热空气进口温度 t1=82() 干燥器出口气体温度 t2=37() 硫酸铵的粒度dp=13mm,堆积密度,比热容KJ/(Kg)9.1.1.2 物料衡算和热量衡算(1) 水分蒸发量生产能力为G1=7000/h=1.93/s,若以绝对干料计,则 将湿基含水量换算成干基含水量水/绝干料 水/绝干料水分蒸发量为 W=Gc()=1
2、.872(0.031-0.001)=0.056(/s)(2) 空气消耗量 按t0=27、tw0=17,由I-H图(图9-1)可查得HO=0.008水/绝干气,Io=47.6KJ/绝干气。 设绝干空气的消耗量为L,觉干气/s,则干燥系统的热量衡算列于表9-1。表9-1 干燥系统热量收支情况收 入支 出进口空气带入热LIO湿物料带入热干燥系统加入热Q0出口废空气带出热LI2产品带出热装置的散热损失QL * 热量计算时,时间1s、温度以0为基准。干燥系统包括预热器和干燥器,参见图9-2 在热量收支平衡时,按表9-1可得 式中各项分别为 LIO=47.6L =1.872(1-0.001)2+0.001
3、4.225 =93.7其中,C2为产品的比热;C为硫铵的比热,C=2KJ/() QL常以QO的0.2倍估算,则干燥器的热量衡算方程为47.6L+93.7+5.87+QO=LI2+131.18+0.2QO即 0.8QO=LI2-47.6L+36.61 (a)又 I2=(1.01+1.88H2)t2+2492H2 =(1.01+1.88H2)37+2492H2即 I2=37.37+2561.56H2 (b)又 LI2=LIO+CH(t2-to)+Wiv,a=LIO+(Cg+CwHO)(t2-to)+Wiv,a =47.6L+(1.014+1.880.008)(37-27)+0.0562565.4即
4、 LI2=57.86L+143.66 (c)又 L= (d) 联立式(a)、(b)、(c)、(d),解得 H2=0.02/绝干气 I2=88.6KJ/绝干气 L=4.67绝干气/s QO=223(KJ/s) 将已知的及算出的湿空气、湿物料的状态参数标于图9-2中。9.1.1.3 传热速率和温度差的计算 为了简化计算,根据被干燥物料状态的变化情况,把转筒干燥器分为三段,即:物料预热段、干燥第一阶段、干燥第二阶段。 (1)物料预热段 物料在此段内温度由升到,假设无水蒸发。由图9-2看出,物料表面在干燥第一阶段的温度为,此温度应为相对应的湿空气的湿球温度tWA。 由t1=82和H1=HO=0.008
5、/绝干气,查图9-1的湿球温度tWA=30,即=tWA=30 预热段得传热速率为 =10872(1-0.03)2+0.034.2(30-25) =19.34(KJ/S) 考虑预热段内加热损失为20,则预热段内空气给物料的传热速率为(KJ/s)对预热段作热量衡算,得 即: 23.2=4.67(1.01+1.880.008)(82-) 解得: ()预热段得平均温差为: ()(2)干燥第一阶段 干燥第一阶段课称为蒸发段,此段中水分蒸发量为0.056/s。并认为蒸发过程中,物料表面始终被非结合水所润湿,表面的温度等于它接触的空气的湿球温度tWB。tWB= tWA=30.相应的水的汽化潜热r=2423.
6、7KJ/。 蒸发段的传热速率为 (KJ/s) 考虑蒸发段内加热损失为20,则空气给出的传热为 对蒸发段作热量衡算,得 即 解得:tB=42.6() 蒸发段的平均温度差为 =25.8()(3)干燥第二阶段 干燥第二阶段课称加热段。物料在此段内温度由升到,并且没有水蒸发。该段的传热速率为 =1.872【(1-0.001)2+0.0014.2】(35-30) =18.74(KJ/s)亦考虑热损失20,则 (KJ/s)加热段的平均温差为= =5.89.1.1.4 工艺尺寸计算 (1)转筒直径 转筒的直径可根据空气的最大流量计算。空气离开转筒是的流量为 =L(1+H2)=4.671.02=4.76(湿空
7、气/s) 转筒的直径为 取筒体直径 (2)转筒长度 转筒长度Z为预热段、蒸发段、加热段三段长度之和。而每段长度均应满足下式所示的对流传热速率的要求,即 式中 转筒的横截面积,; 转筒干燥器的体积传热系数,KW/(m3) 若转筒的填充率在0.050.15范围内,可由下式计算,即 =)】 故 转筒总体长度为 Z=Z1+Z2+Z3=0.83+11.81+7.26=19.9(m)取Z=20m。转筒干燥器的长径比为Z/D=20/1.8=11,在412的范围内,故为合理。9.1.1.5 转筒的转速n和倾斜率T的选择 筒体转速一般为 选取 n=(r/min); 筒体的倾斜度一般为08,取倾斜角130,则转筒的斜率T=0.026189.1.1.6 填充率检验在计算体积传热系数时,曾假定填充率为0.050.15,现在进行检验。填充率为: 式中 停留时间,s; =(28.03+12.88)60=2455(s)VS 每分钟的加料体积,m3/s VS=(m3/s)V- 转筒体积,m3; 故得填充率为 可知填充率在0.050.15范围,符合假设要求,以上计算是和理的。