单层卷筒流化床干燥器课程设计.doc

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1、题目： 单层圆筒形流化床干燥器的设计 一. 概述1.干燥原理干燥通常是指将热量加于湿物料并排除挥发湿份（大多数情况下是水），而获得一定湿含量固体产品的过程。湿份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机构中。外部条件控制的干燥过程 在干燥过程中基本的外部变量为温度、湿度、空气的流速和方向、物料的物理形态、搅动状况，以及在干燥操作时干燥器的持料方法。外部干燥条件在干燥的初始阶段，因为物料表面的水分以蒸汽的形式通过物料表面的气膜向周围扩散，这种传质过程伴随传热进行，故强化传热便可加速干燥。但在某些情况下，应对干燥速率加以控制，采用相对湿度较高的空气，既保持较高的干燥速率又防止

2、出现质量缺陷。内部条件控制的干燥过程 在物料表面没有充足的自由水分时，热量传至湿物料后，物料就开始升温并在其内部形成温度梯度，使热量从外部传入内部，而湿份从物料内部向表面迁移，这种过程的机理因物料结构特征而异。在临界湿含量出现至物料干燥到很低的最终湿含量时，内部湿份迁移成为控制因素，了解湿份的这种内部迁移是很重要的。一些外部可变量，如空气用量，通常会提高表面蒸发速率。对内部条件控制的干燥过程，其强化手段是有限的，在允许的条件下，减小物料的尺寸，以降低湿份的扩散阻力是很有效的。2.几种常见的干燥器（1）气体干燥器 干燥速度快，气固并流操作，干燥时间短；另外结构简单，设备投资少，占地面积小，操作方

3、便，性能稳固，维修量小。缺点：物料停留时间很短，气流干燥器只适合干燥非结合水，不适合于结合水分的干燥；由于颗粒之间以及颗粒和器壁之间的碰撞和摩擦，不适合于干燥晶形等不允许破坏的物料；气固两相分离的任务很重，固体产品的放空损失较大，粉料排空对环境造成一定污染；气固两相的接触时间短，两相间的传热不充分，气体放空时的温度较高，热疗率较低；此外气体通过干燥系统的流动阻力较大，风机的动力消耗较高，因而气流干燥器的能量消耗较高。（2）转筒干燥器 机械化程度高，生产能力较大，干燥介质通过转筒的阻力较小，对物料的适应性较强，操作稳定，运行费用低。但是装置比较笨重，金属耗材多，传动机构复杂，维修量较大，设备投资

4、高，占地大。（3）喷雾干燥器 干燥速度快，干燥时间短，特别适合热敏性物料的干燥。但是它的体积传热系数很低，水分汽化强度小，因而干燥器体积庞大，热效率低，动力消耗大。（4）厢式干燥器 可以用于各种物料的干燥，但其热效率低，产品质量不均匀，主要用于小规模多品种、干燥条件变动大的场合。（5）流化床干燥器 优点：床层温度均匀，体积传热系数大（23007000W /m3）。生产能力大，可在小装置中处理大量的物料；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；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；设备结构简单，造价低，可动部件少

5、，便于制造、操作和维修；在同一设备内，既可进行连续操作，又可进行间歇操作。 缺点：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；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；对被干燥物料的粒度有一定限制，一般要求不小于30mm、不大于6mm。；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。3.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

6、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，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。（后面补充些关于流化态理论的介绍见参考书）二.课程设计任务书1.设计任务 设计一台单层圆筒形流化床干燥器，用于干燥某粒状药品，将其含水量从12%干燥至0.5%（以上均为湿基），产量为500kg/h.2.干燥条件 （1）干燥介质：空气。其初始温度和湿度根据成都地区的气候条件来选定。进干燥器温度为t1=120.(2)物料进口温度：1=20.（3）热源：饱和蒸汽，压力自选400kPa. (4)操作压力：常压；（5）厂址：自选。三基础数据(1)被干燥物料

7、：颗粒密度s=2000kg/m3,堆积密度b=1100kg/m3,绝干物料比热Cs=0.712kJ/kg;颗粒平均直径dmax=0.5mm，颗粒最小直径dmin=0.1mm；临界湿含量XC=0.05，平衡湿含量X*0;产品温度不能超过65。（2）物料静床层高度z0=0.15m（3）干燥装置热损失为有效传热量的15.四设计内容（1）干燥流程的确定和和说明。（2）干燥器主体工艺尺寸的计算和结构设计。(3)辅助设备的选型和计算（气固分离器、空气加热器、供风装置、加料器）。三.设计方案1干燥方法和设备的确定 根据我们此次设计的主要任务：药物颗粒的湿含量从0.12降至0.005，可以看出药物颗粒的初始湿

8、含量较低，其中存在的水应该是结合水，流化床干燥器最大优点是干燥结合水，故选择流化床干燥器。在流化床干燥器中我们选择设备结构简单，耗材量少的单层圆筒流化床干燥器。2.干燥装置流程的确定 如图所示：因为空气中含有杂质，外界空气首先经空气过滤器进入送风机，在风机的输送下进入空气加热器，使温度提高到要求的120后从下部进入单层圆筒流化床干燥器，使物料得以干燥。由于出干燥器的空气会带走部分药物颗粒，为减少浪费和污染所以在排空之前使用旋风分离器进行气固分离。最后是排风机帮助输出空气，进行后半段的流体输送。3.操作条件的确定 由资料查得，成都地区的空气平均湿度=80，平均温度t0=16 其他已知参数为：X1

9、= X2= XC=0.05 X*0 G2=500kg/h Cs=0.712kJ/kg t1=120 1=20且2不高于65（一）物料衡算 对连续操作的干燥装置，其物料衡算式为：=Gc(X1-X2)=L(H2-H1) 每蒸发1kg水分所消耗的绝干空气量可表示为：l= 绝干物料量2(1-W2)=500(1-0.005)=497.5kg/h 水分蒸发量：W=GC(X1-X2)=497.5*(0.1364-0.005)=65.37kg/h 16空气的饱和蒸汽压 空气进口湿含量： （二）空气和物料出口温度的确定 空气出口温度应比出口湿球温度高2050在这里取27 由t1=120及H1=0.0091021

10、,可查图（化工原理下册图12.5）得：tas=38.5 对空气水系统tw1tas,近似取出口湿球温度约等于进口湿球温度为38.5. 所以空气出口温度t2=65.5 因,而故式 又因=2491.27-2.30285*38.5=2402.6kJ/kg 故 得到62.2965（三）热量衡算 本次设计中干燥器无补充热量即Qd=0 Q=QP=Qw+Qm+Ql+Ql其中 =65.37（2491.27+1.88465.5-4.18720）/3600=45.96kW, =497.5（0.712+4.1870.005025）（62.29-20）/3600=4.28kW=L(1.005+1.884*0.00910

11、21)(65.5-20)/3600=0.01405LkW =L(1.005+1.884*0.0091021)(120-20)/3600=0.02953LkW因为干燥器的热损失为有消耗热量的15%，有=5.6295Kw将上面格式带入物料守恒式为0.02953L=45.96+4.28+0.01405L+5.6295解得 L=3609.1kg绝干气体/h由W=L(H2-H1)得空气出口湿含量 H2=W/L+H1=65.37/3609.1+0.0091021=0.02721 QP=0.02953L=106.6Kw 干燥器的效率 =45.96/106.6=43.11由于饱和蒸汽的压力为400kPa,由水

12、蒸汽表查得该气压下冷凝潜热r=2133kJ/kg则蒸汽耗量：D=QP/r*3600=106.6/2133*3600=179.92kg/h (四)操作速度的确定 1.临界流化速度umf 120下空气的有关参数为密度=0.898，粘度，导热系数由化工原理第四章经验公式物料的临界流化空隙率按 且有经验式 代入得umf=0.00032(2000-0.898)9.81/(1502.2910-511) =0.0467m/s2沉降速度ut 解此方程得ut=1.697m/s验证：Rep= 满足 2Re10000,0.7Pr60,所以 b.壳程给热系数 假设外壁面温度为120：c.污垢热阻查表（化工原理表7.8

13、）可得。由管程给热系数和壳程给热系数不难看出，不锈钢的温度趋进空气（68）侧，故取导热系数k=17.08W/m。 所以K=54.79W/(m2K)计算的总传热系数与估计值的偏差为综上所述，所选换热器适用。3.气固分离器为了获得较高的回收率，同时避免环境污染，需将从干燥器中出来的空气进行气固分离，在干燥系统中使用的分离器主要有旋风分离器、袋滤器、湿式洗涤器等。旋风分离器（如图6所示）是利用惯性离心力的作用从气流中分离出颗粒的设备。其上部为圆筒形，下部为圆锥形。它内部的静压力在器壁附近最高，仅稍低于气体进口处的压强，越往中心静压力越低，中心处的压力可降到气体出口压力以下。旋风分离器的分离效率通常用

14、临界粒径的大小来判断，临界粒径越小，分离效率越高。在此次设计中采用旋风分离器分离以上的药物颗粒以能达到工艺和环境要求。经考虑，故选用型旋风分离器。式中为出口空气温度下的密度，即为65.5时的密度：ri=1.051kg/m3,另外取。可得 4.加料器供料器是保证按照要求定量、连续（或间歇）、均匀地向干燥器供料与排料。常用的供料器有圆盘供料器、旋转叶轮供料器、螺旋供料器、喷射式供料器等。将这些供料器相比较：对于圆盘供料器，虽然结构简单、设备费用低，但是物料进干燥器的量误差较大，只能用于定量要求不严格而且流动性好的粒状物料；对于旋转叶轮供料器，操作方便，安装简便，对高大300oC的高温物料也能使用，

15、体积小，使用范围广，但在结构上不能保持完全气密性，对含湿量高以及有黏附性的物料不宜采用；对于螺旋供料器，密封性能好，安全方便，进料定量行高，还可使它使用于输送腐蚀性物料。但动力消耗大，难以输送颗粒大、易粉碎的物料；对于喷射式供料器空气消耗量大，效率不高，输送能力和输送距离受到限制，磨损严重。因为圆盘供料器只能用于定量要求不严格的物料，所以通常情况下不选用。又因为螺旋供料器容易沉积物料，不宜用于一年330天，每天24小时的连续工作。综上我们选用星形供料装置，如图7所示，且，因此可选择其规格和操作参数如下：规格： 生产能力： 叶轮转速： 传动方式： 链轮直联设备质量： 齿轮减速电机： 型号 功率

16、输出转速六 心得体会 这次的化工原理课程设计对我来说是一次非常有意义的经历。在老师带领我们对干燥器设计有了一个比较全面的认识之后，我开始了自己探索和学习的过程。由于是首次作这种设备设计，难免无法下手，便在网上找到了一个类似的模板作为参考。在设计过程中我遇到了很多的问题，对一些概念理解的还不是很透彻。特别是在设计中途经过老师的指点才发现自己处理不当的地方，否则至今还是不知道自己的数据哪里出了问题。在参考了很多书籍和资料后对这次的设计才逐渐清晰，很多公式也明白了出自何处。当然还有个别问题还没来得及弄清楚，是自己的拖沓的疏忽。以后一定改正。 最后感谢老师耐心的讲解和指导，帮助我们完成这次的课程设计，让我们受益匪浅。参考文献1.叶世超 夏素兰 易美桂编化工原理上下册科学出版社2002.62.刘道德等编化工设备的选择与工艺设计第三版2003.43.毕树明主编工程热力学化学工业出版社2001.64潘永康主编现代干燥技术化学工业出版社1998.95.柴诚敬 刘国维 李婀娜编化工原理课程设计天津科学技术出版社1994.106.干燥设备.忽略此处.