气流干燥器设计说明书.doc

第一章 气流干燥的设计原则 2
1.1干燥的目的及各种不同干燥方式 2
1.2 气流干燥过程及适用范围 2
1.2.1 气流干燥过程 2
1.2.2气流干燥器适用对象 3
1.3对流干燥流程、设备和某些操作条件的确定 3
1.3.1 干燥流程的主体设备 4
1.4干燥对象氯酸钠的特性 4
第二章 气流干燥器的设计基础 5
2.1颗粒在气流干燥管中的运动 5
2.1.1加速运动与等速运动及其特征 5
2.1.2 球形颗粒在气流中的运动速度 5
2.2 颗粒在气流干燥器中的对流传热系数 6
2.3 颗粒在气流干燥器中的对流传热速率 6
2.3.1加速运动阶段 6
2.3.2等速运动阶段 7
第三章 气流干燥器的设计计算 8
3.1物料、热量衡算 8
3.1.1设计条件 8
3.1.2干燥器的物料衡算 9
3.1.3干燥器的热量衡算 9
3.2气流干燥管直径和高度的计算 11
3.2.1干燥管管径的计算 11
3.2.2干燥管高度计算 12
3.3气流干燥管的压降 14
3.3.1气固相与干燥管壁的摩擦损失 14
3.3.2克服位能提高所需压降 14
3.3.3颗粒加速所引起的压降损失 14
3.3.4局部阻力损失 14
3.4辅助设备的选型 15
3.4.1风机 15
3.4.2预热器 15
3.4.3及壁厚的核算 15
第四章 后记 17
4.1设计心得体会 17
4.2符号说明 17
附录 19
参考文献 19

第一章 气流干燥的设计原则
气流装置的设计内容包括干燥介质的选择，流程的确定，搜集和整理有关数据，干燥过程的物料和能量的衡算，干燥管结构类型和主要工艺尺寸的确定，干燥条件的确定以及主要辅助设备类型选型及设计，绘制表明物料流向﹑流量﹑组成﹑主要控制点和各设备之间相互个关系的工艺流程图和干燥装置主要设备总装置图等。
1.1干燥的目的及各种不同干燥方式
干燥的目的主要是便于物料的储藏﹑运输和加工，通过干燥使产品或半成品达到要求的含湿标准。
将湿物料中的湿分(常见的为水分)除去的方法很多，如压榨﹑过滤﹑离心﹑冷冻及利用干燥剂等等。但综合除湿程度﹑操作的可靠性﹑经济性和处理能力，干燥是工业生产中应用最普遍的除湿方法。就干燥而言，根据传递方式的不同可分为传导干燥﹑对流干燥﹑辐射干燥和介电加热干燥。
1.2 气流干燥过程及适用范围
1.2.1 气流干燥过程
气流干燥装置是连续常压干燥器的一种。颗粒状或粉末状湿物料通过带式供料器从干燥器底部进入，同时高温干燥介质也从干燥器底部进入，并达到一定的流速将湿物料分散和悬浮于气流中，在物料和热介质气流一并沿干燥管向上流动的同时,发生高效的传质传热，达到快速干燥的目的。
适当的安装风机在系统中的位置，气流干燥器可以在正压下操作，对于有毒或粉尘污染可能较大的情况，采用真空操作，产品不宜泄露,有利于保持生产环境；同时也有利于降低水分汽化温度，保护热敏性物料。但此时风机处于抽气工作状态,所抽的气体温度较高，并可能含有 一些颗粒和粉尘，因此对风机要求较高，同时耗能增加。
1.2.2气流干燥器适用对象
1.2.2.1物料形态
气流干燥技术主要适用颗粒状、粉末状、湿物料。颗粒的粒径一般在20mm以下。对于块状﹑或膏状湿物料，一般在干燥器底部串联一粉碎机，湿物料和高温介质可以直接通过粉碎机内部，使膏状物料边干燥边粉碎，然后再进入气流干燥管进行干燥，以解决膏糊状物料难以连续干燥的问题
1.2.2.2物料中湿分存在状态
气流干燥器内高温热气流以高速在干燥管内流动，停留时间非常有限，因此，一般只适用于物料非结合水进行表面蒸发的恒速干燥过程。实践表明，这些状态水分存在下，颗粒状物料均可在气流干燥管中进行干燥，最终获得含水率为0.3%~0.5%的产品。对于湿分在物料内作扩散迁移的湿物料，则完全不适用于气流干燥过程。
1.2.2.3 对干燥产品有无其它附加要求
气流干燥器中的高速气流使颗粒之间、颗粒与器壁之间的激烈碰撞和摩擦，物料很容易粉碎和磨损，更难以保存完好的结晶形状和结晶光泽，因此，对干燥产品有上述要求的情况下，不适于气流干燥方法。
12.2.4 其它不适用情况
有些物料极易粘附在管壁上，如钛白粉、粗制葡萄糖等不宜采用气流干燥方法；另外，物料粒度太细或物料本身有毒，由于气固相分离较难，一般也不宜采用气流干燥方法。
1.3对流干燥流程、设备和某些操作条件的确定
典型对流干燥流程，由风机送来的空气经预热器加热至适当温度后进入干燥器；在干燥器内，气流与湿物料直接接触；沿空气行程，气流的温度降低，湿含量增加，废弃自干燥器的另一端排出。若为间歇操作，湿物料分批投入干燥器内，待干燥至指定的含湿要求后一次取出；若为连续过程，湿物料被连续的加入，干燥产品也连续放出。干燥器内，物料与气流的方向可为并流﹑逆流或其它形式。
1.3.1 干燥流程的主体设备
干燥过程的主体设备为干燥器。根据被干燥物料的性质﹑干燥程度的要求﹑生产能力的大小不同，所采用的干燥器的型式也是多种多样的。由于固体物料干燥的机理复杂，至今仍未找到阐明干燥过程机理的合适理论。在能达到预期干燥目的前提下，选用干燥器主要还是根据操作费用、投资多少、安全因素及操作是否方便等因素决定，而无法进行严密的实际计算。
1.4干燥对象氯酸钠的特性
危险性类别： 强氧化剂
健康危害： 本品粉尘对呼吸道、眼及皮肤有刺激性。口服急性中毒，表现为高铁血红蛋白血症，胃肠炎，肝肾损伤，甚至发生窒。
　　燃爆危险： 本品助燃，具刺激性。
　　吸入： 迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
食入： 饮足量温水，催吐。就医。
　　工程控制：生产过程密闭，加强通风。提供安全淋浴和洗眼设备。
系统防护：可能接触其粉尘时，建议佩戴自吸过滤式防尘口罩。
眼睛防护：戴化学安全防护眼镜。　
身体防护：穿聚乙烯防毒服。
其他防护：工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作完毕，淋浴更衣。保持良好的卫生习惯。
干燥器设计应基于氯酸钠的上述性质，考虑干燥器的密封性和耐腐蚀性。

第二章 气流干燥器的设计基础
气流干燥器的设计计算实质就是悬浮态气、固相间的相互运动分析及其传热传质的计算与运用过程。对于单个颗粒的运动已有数值求解和各种分析法可供参考。
2.1颗粒在气流干燥管中的运动
2.1.1加速运动与等速运动及其特征
颗粒从干燥管底部进入时，其上升的速度为零，而气流的运动速度为，此时气固相间的相对运动速度为最大。此后，颗粒在上升气流对其产生的曳力的作用下，上升速度不断增大，而气、固相间的相对速度不断减小。当等于颗粒的沉降速度时，颗粒的加速度为零，此后将以恒定的速度继续上升。可见颗粒在干燥管中分为加速阶段和恒速阶段。单位体积干燥管中颗粒密集度低，单位体积干燥管的传热传质面积小，这些多重因素使得等速段的传热传质速率小，干燥效率低。
2.1.2 球形颗粒在气流中的运动速度
单个球形颗粒在气流中运动受到三个力的作用：①颗粒的重力Fg，；②气流对颗粒的浮力，；③气流对颗粒的曳力或阻力。当这三个力达到平衡时，气固相间相对速度等于颗粒的沉降速度，颗粒呈等速运动。由此得到

式中， —颗粒直径，m
g —重力加速度，m/s
，—气体、颗粒的密度，kg/m
2.2 颗粒在气流干燥器中的对流传热系数
在气流干燥过程中，由于干燥介质为空气，所以，单个球形颗粒与气流间的对流传热系数的关联式可以直接写成

单位体积中颗粒的有效传质面积为

式中，—颗粒直径，m；
D —干燥管直径，m；
G —颗粒的绝干质量流量，kg/h；
u—颗粒的运动速度，m/s;
—颗粒的密度，kg/m
2.3 颗粒在气流干燥器中的对流传热速率
2.3.1加速运动阶段
在加速运动阶段，由于颗粒的运动速度不断变化，所以对流传热系数h和单位有效传热面积a也是不断变化的。
因此颗粒与气流之间的传热量须采用微积分方法进行计算 5-15
若雷诺数在，则
5-16
经处理得
5-17
式中， 为阿基米德数，纲量为1。
当Re=9~88.5之间，处于过渡区，根据曳力系数与雷诺数间的关系得
5-18
其中 5-19
当Re在400~1之间，把上式整理得
5-20
其中 5-21
式5-20是Re在 400~1之间，气流干燥器加速段内颗粒与气体之间传热速率估算公式。
2.3.2等速运动阶段
等速段内颗粒与气流之间的传热速率，不需要进行积分计算，可直接用公式
5-20

第三章 气流干燥器的设计计算气流干燥器
预热器
湿物料

新鲜空气

流程简图

3.1物料、热量衡算
3.1.1设计条件
干燥产品量：660kg/h
物料进口湿含量：2%（湿基）
物料出口湿含量：0.03%（湿基）
临界湿含量：1%（湿基）
空气进预热器温度：15
空气进预热器相对湿度：35%
空气进干燥器温度：145
颗粒平均粒径：0.6mm
物料进口温度：15
自己查得的数据
当地大气压89.59kPa
氯酸钠的比热容：0.937kJ/(kg)

3.1.2干燥器的物料衡算

3.1.3干燥器的热量衡算

查空气湿焓图的入口气体（145, =0.0042）的绝热饱和温度为34
因为 ，取出口气体温度比绝热饱和温度高42
即，代入公式

3.2气流干燥管直径和高度的计算
3.2.1干燥管管径的计算

3.2.2干燥管高度计算

降速干燥段（颗粒等速运动段）
=54971kJ/h
=40.27

所以 Z=0.11+10.9=11.01m
3.3气流干燥管的压降
3.3.1气固相与干燥管壁的摩擦损失

3.3.2克服位能提高所需压降

3.3.3颗粒加速所引起的压降损失

3.3.4局部阻力损失

3.4辅助设备的选型
3.4.1风机
入口气体状态为15,89.59kP,故

3.4.2预热器
选择电加热器
1186kg/h的空气由15加热到145需要热功率

3.4.3及壁厚的核算
气流干燥管常用的材料有碳钢、普通低合金钢、耐酸不锈钢和铝等。碳钢是其最常用的材料。

直缝卷制电焊钢管，公称直径200外径195mm 壁厚9mm
气流干燥管壁厚的核算
设s=9mm

而：

第四章 后记
4.1设计心得体会
为期俩周的课程设计结束了。在这14天里，我仿佛是一名企业的设计师，亲身体验了一个仪器是怎样根据生产需要，一步步经历设计、计算、再设计、再计算等繁琐步骤，最后才能进入生产。设计是枯燥的，但它在生产中可以减少许多人力物力的浪费，最大程度地直接满足生产需求，
设计过程中，我切实体会到了以前所学课程的重要用处，也十分后悔以前没有把知识学扎实，“书到用时方恨少”，太精辟了。计算和绘图，电脑没少帮了我忙，大大提高了我的工作效率。
感谢在设计时老师的精心辅导，让我们在计算中少走了许多弯路。

4.2符号说明

换热器换热面积， 水的饱和蒸汽压，
绝干物料的比热容， 湿球温度下的水的汽化热，
固体物料的质量流量， 气体的速度，
空气的湿度， 颗粒的沉降速度，
物料的湿基含水的质量分数 固体物料的温度，
干燥管的直径， 热导率，
颗粒的平均粒径， 黏度，
水分的蒸发量， 相对湿度
物料的干基含水量， 温度，
物料的干基平衡含水量，
干燥管的高度， 密度，
传热速率， 绝干空气流量，
系数，量纲数 空气的焓，
颗粒提供的干燥面积， 干燥时间或物料在干燥器内的停留时间，

附录
参考文献
《化工流体流动与传热》第二版 柴诚敬 张国亮 主编
《化工传质与分离过程》第二版 贾邵义 柴诚敬 主编
《常用工业干燥设备及应用》 刘相东 于才渊 周德仁 编
《现代干燥技术》 潘永康 主编 王喜忠 副主编
《化工工艺设计手册》 中国石化集团上海工程有限公司 编