化工原理课程设计(逆流回转圆筒干燥器)解读

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1、刖目干燥技术的目的是除去某些原料、半成品及成品中的水分或溶剂，就化学工 业而言目的在于，使物料便于包装、运输、储藏、加工和使用。化学工业中的干 燥法有三类：机械除湿法、加热干燥法和化学除湿法，加热干燥法是化学工业中 常用的干燥方法。常规干燥设计是按经验确定干燥介质（通常是空气）的出口温度，然后进行 干燥器的其他工艺参数及结构的尺寸的设计。干燥器的出口温度选择不当，会增 加干燥过程的总费用，因为干燥介质出口温度是干燥器设计的重要参数之一，出 口温度高则干燥介质湿度降低，干燥介质的耗用量增加，设备体积减小。出口温 度低也不行，则使干燥介质耗用量少，干燥器体积增大。因而有必要对干燥器进 行优化设计，

2、权衡设备投资费和干燥介质动力、干燥介质加热和热损失等操作费 用，使其年总费用最小，从工程经济的观点出发来确定干燥介质的出口温度，达 到优化设计的目的，节省干燥器的投资费和操作费。许多研究者对干燥系统的优 化设计问题进行了深入的研究。提出的逆流回转干燥器优化设计模型将干燥器的 体积计算简化成一个整体,且假设湿物料温度自始至终处于湿球温度，也就是说整 个干燥过程处于表面蒸发段;改进了逆流回转干燥器优化设计模型,将干燥器的体 积分为物料预热段、表面蒸发段和物料加热段三段计算，比较符合工程实际情况, 但其干燥器的造价与体积成线性关系，不符合实际情况。上述模型的求解均采用 落后的手工迭代计算。本文建立了

3、逆流回转圆筒干燥器优化设计新的数学模型，该模型中干燥器的造 价与干燥器体积成非线形关系，以年总费用最小为目标并利用黄金分割法来确定 干燥介质最佳出口温度，且对其他辅助设备进行设计和选型，使之更符合工程实 际情况。干燥任务及设计方案的论证1.1 硫酸筱的性质和用途：(1)性质：无色结晶或白色颗粒。无气味。280c以上分解。水中溶解度：0时41. 22g, 25c时43. 47g, 100时50.42g。不溶于乙醇和丙酮。0. Imol/L水溶液的pH为 5.5 o相对密度1.77 o折光率1.521。低毒，半数致死量， 有刺激性。有吸湿性，吸湿后固结成块。加热到513c以上完全分解成氨气、氮 气

4、、二氧化硫及水。与碱类作用则放出氨气。与氯化钢溶液反应生成硫酸银沉淀。 也可以使蛋白质发生盐析。(2)用途:一种优良的氮肥，适用于一般土壤和作物，能使枝叶生长旺盛，提高果实品质 和产量，增强作物对灾害的抵抗能力，可作基肥、追肥和种肥。能与食盐进行复 分解反应制造氯化铁，与硫酸铝作用生成钱明矶，与硼酸等一起制造耐火材料。 加入电镀液中能增加导电性。也是食品酱色的催化剂，鲜酵母生产中培养酵母菌 的氮源，酸性染料染色助染剂，皮革脱灰剂。此外，还用于啤酒酿造，化学试剂 和蓄电池生产等。还有一重要作用就是开采稀土，开采以硫酸铁作原料，采用离 子交换形式把矿土中的稀土元素交换出来，再收集浸出液简单过滤分离

5、后晒干成 稀土原矿，每开采生产1吨稀土原矿约需5吨硫酸筱。生物学上的用途也很多，多用于蛋白纯化工艺方面，因为硫酸钱属于惰性物质， 不易与其他生物活性物质发生反应，在纯化过程中能最大程度的保护蛋白活性， 另外，硫酸铁的可溶性极好，能形成高盐环境，对于蛋白沉淀与后续的高盐纯化 做准备。1.2 干燥设备的简介(特点，原理)以及选取依据(1)干燥设备工作原理：干燥过程需要消耗大量热能，为了节省能量，某些湿含量高的物料、含有固体 物质的悬浮液或溶液一般先经机械脱水或加热蒸发，再在干燥器内干燥，以得到 干的固体。在干燥过程中需要同时完成热量和质量（湿分）的传递，保证物料表面湿分蒸汽分压（浓度）高于外部空间

6、中的湿分蒸汽分压，保证热源温度高于物料温度。热量从高温热源以各种方式传递给湿物料，使物料表面湿分汽化并逸散到外 部空间，从而在物料表面和内部出现湿含量的差别。内部湿分向表面扩散并汽化, 使物料湿含量不断降低，逐步完成物料整体的干燥。物料的干燥速率取决于表面汽化速率和内部湿分的扩散速率。通常干燥前期 的干燥速率受表面汽化速率控制；而后，只要干燥的外部条件不变，物料的干燥 速率和表面温度即保持稳定，这个阶段称为恒速干燥阶段：当物料湿含量降低到 某一程度，内部湿分向表面的扩散速率降低，并小于表面汽化速率时，干燥速率 即主要由内部扩散速率决定，并随湿含量的降低而不断降低，这个阶段称为降速 干燥阶段。（

7、2）各种常见干燥设备的比较表一各种干燥器的比较干燥器种类特点适用情况回转圆筒干燥器生产能力大，可连续操作；结构简单，操作方 便；故障少，维修费用低；适用范围广，可以 用它干燥颗粒状物料，对于那些附着性大的物 料也可分离；操作弹性大，清扫容易。但设备 庞大，一次性投资多：安装、拆卸困难；热容 量系数小，热效率低：物料在干燥器内停留时 间长，且物料颗粒之间的停留时间差异较大， 因此不适合于对温度有严格要求的物料。有悬浮液的溶液和乳状液，以及用于其它 干燥方法易于热分解的物料，如：染料， 陶瓷，奶粉、蛋白粉厢式干燥器构造简单、制造容易、适应性强。但干燥不均 匀，干燥时间长，劳动强度大，操作条件差干燥

8、粒状、片状和膏状物料，批量小、干 燥程度要求高、不允许粉碎的脆性物料， 以及随时需要改变风量、温度和湿度等干 燥条件的情况。气流干燥器对流传热系数和传热温度差大,干燥器的体积 小，干燥速率快，物料停留时间短，可在高温 下干燥：热利用率高；设备紧凑，结构简单； 可以完全自动控制。气流在系统中压降较大；钛铁矿，合成树脂，淀粉和矿渣等泥状物 料干燥管长；在干燥过程中存在摩擦，易将产品 磨碎；分离器的负荷大。沸腾床干燥器颗粒在干燥器内的停留时间可任意调上气流 速度小，物料与设备的磨损较轻，压降小；传 热面大，物料的最终含水量低：结构简单、紧 凑。因颗粒在床层中高度混合，则可引起物料 的短路和返混,物料

9、在干燥器内的停留时间不 均匀。适用于直径在30mm6mm的粉粒状物料。喷雾干燥器干燥时间短，适于热敏性物料；所得产品为空 心颗粒，溶解性好，质量高；操作稳定；能连 续、自动化生产：由料液直接获得粉末产品， 省去了蒸发、结晶、分离和粉碎操作。体积传 热系数低：设备体枳庞大；操作弹性较小，热 利用律低、能耗大。适用于热敏性物质，如牛奶、药品、染料 等。可制成粉状产品。滚筒干燥器与喷雾干燥器相比具有动力消耗少、投资少、 维修费用省，干燥时间与干燥温度容易调节等 优点。生产能力、劳动强度和条件等方面不如 喷雾干燥器。适用于溶液、悬浮液、胶体溶液等流动性 物料的干燥。脉冲燃 烧干燥 器提高干燥速率2-3

10、倍；降低单位空气耗量 30%-40%：避免了干燥器内部各处特征量的不 均匀分布，从而提高了产品质量：处理易于结 块或团聚的粘性物料，不需要机械搅拌和粉 碎；分散液体，浆料和悬浮液不需要转盘式雾 化器或高压喷嘴：排入大气中的空气量少：燃 气和产品的温度低：系统不需要鼓风机干燥食品和生物制品文丘里 射流干 燥器空气耗量低，约为普通干燥器的50%：由于 空气内循环，使排气管能量损失低：在系统入 口处，进料的分散性提高，为处理粘性物料提 供了可能：延长了重湿颗粒的停留时间。干燥农药，化工粉料，聚合剂，颗粒尺寸 分布广的物料也可进行干燥。旋转喷 动床干 燥器单位水分蒸发量提高25%-30%：延长了物料

11、在干燥室中的停留时间，从而降低了物料的最 终湿含量颜料，惰性粒子环型干燥器干燥器内设置气动筛分器，可以使某些物料 循环，选择性地延长高湿含量颗粒的停留时 间可以有效地干燥生产量要求相当高的难 干物料，尤其适用于干燥在降速段易于 团聚的粘性物质（3） 用回转圆筒干燥器干燥硫酸筱的原因被干燥物料的理化性质是决定干燥介质种类、干燥方法和干燥设备的重要因 素。回转圆筒干燥器一般适用于颗粒状物料，而且适合连续大量生产，而硫酸核 是白色斜方晶系结晶，是颗粒状物料，易溶于水，而且硫酸钱的干燥生产一般 来说也是要连续大量生产的，所以用回转圆筒干燥器适合于干燥硫酸筱。物料的物性对设备选型的要求由于回转干燥器的内

12、部结构型式多样，所以在选择设备型 式时要掌握所处理物料的形态、分散性、流动性、热敏性、亲水性等物性，使其在通过干燥 设备完成烘干过程中，既能达到工艺要求又不发生影响产品质量的物理或化学性能的变化。回转圆筒干燥器一般使用于颗粒状物料，所处理的物料含水量范闱在325%,也有高达 50%的。干燥后的含水量可达到0。5%左右，甚至是0。1%。干燥器的长度通常在230m, 也有长达50m的，一般的L/D在670c物料在干燥器内的停留时间5分钟到2小时之间。 其优点是生产能力大，适用范围广，流体阻力小，操作上允许波动范围较大，操作方便3。根据上述干燥任务可以认定使用回转圆筒干燥器可以满足本次任务的需要。1

13、. 3流程论证心”在干燥过程中，湿物料和载热体流动方向有并流和逆流两种。并流：物料移动方向与载热体流动方向相同。干燥过程中湿含量高的物料与 温度温度最高而湿含量小的教热体在进口端相遇，此处干燥推动力大。而在出口 端，则湿含量较小的物料和湿含量较大的载热体相接触，干燥推动力小。所以并 流的特点是推动力沿物料移动方向逐渐减小。在干燥最后阶段，干燥推动力减小 到很小，干燥速度因此很慢，影响生产能力。但是由于出口端的物料处于温度上 升阶段，但因热风温度已下降，故产品的温度升高也有限，因此，即使用较高的 热风温度，也不致损坏产品的质量。因此并流方式适合于以下物料的干燥：物料在湿度较大时，允许快速干燥而不

14、会发生裂纹或焦化现象。干燥后物料不能耐高温，即产品遇高温会发生分解、氧化等现象。干燥后的物料吸湿性很小，否则干燥后的物料会从载体中吸回水分，降低产品 的质量。逆流：物料移动方向与载热体流动方向相反。在入口处，湿度高的物料与湿 度大、温度低的载热体接触，在出口处，湿度低的物料与温度高的湿度小的载热 体相接触，因此干燥器内各部分的干燥推动力相差不大，分布比较均匀。因而逆 流式适合用于将干燥产品加热到某一温度的场合，可以使产品含湿量达到很低。 逆流方式适合于下列物料的干燥：物料在湿度较大时，不允许有快速干燥，以免物料发生龟裂现象。干燥后的物料可以耐高温，不会发生分解、氧化等现象。干燥后的物料具有较大

15、的吸湿性。要求干燥速度大，同时乂要求物料干燥程度大。逆流的缺点是入口处的物料温度较低，而载热体湿度很大，接触时，载热体 中的水汽会冷却而冷凝在物料上，使物料湿度增加，干燥时间延长，影响生产能 力。（3）使用逆流流程的论证：采用逆流还是并流操作是由物料的性质和最终物料含 水量来决定的。只有寝含水量较高且允许快速干燥、干燥过程不会发生裂纹或焦 化现象，干燥后不耐高温且吸湿性乂小的物料才适于用并流操作。逆流操作的传 热与传质推动力较均匀，故适合于不允许快速干燥，而干燥后能耐高温的物料。 通常逆流操作的物料出口含水量比并流操作的为低。而硫酸钺本身相对吸湿性较小，不易结块，温度系数小而溶解度大（25度时

16、饱和溶液 为4。1M,即767克/升；0度时饱和溶解度为3。9M,即676克/升）,根据硫酸铁本身的性质可以认定使用逆流操作可以满足本次任务的需要。二.数学模型的建立（课件）在工业生产中，任一过程或装置的选择及确定，最终的目标及依据是要求完 成这一生产任务所需的总费用为最小。在总费用中，一般主要包括设备成本费及 操作成本费两大项。物料在干燥器内进行干燥时，在其它参数确定后，干燥过程的操作费、设备 费及总费用与干燥器出口气体（t2）的温度关系如图：图比西用与出口温度关系示靛图1.干燥器年总费用JJ =GD+GHeat+GP+GLJ总费用，（元/年）；GD干燥设备年投资折旧费用（元/年）；GHea

17、t空气年预热费用（元/年）；GP风机年运转费用（元/年）；GL干燥器年散热损失费用（元/年）。1） 干燥设备年投资折旧费用GD（元/年）GD=a（M &SI）bVcFcYa 综合指数，0.20.4;M& S I - 通货膨胀系数，1000. 1 （95年，年增5 %）;b经验系数；14 （材料为碳钢的回转圆筒干燥器）c指数；0. 66 （材料为碳钢的回转圆筒干燥器）Fc 设备费用年折旧率,a-l （510年）；Y 美元与人民币的汇率；V干燥器体积。GD = f（y）绝干空气用量L必须同时满足：W = Gc（X1-X2） = L（H2-Hl）三、数学模型的求解(单变量函数最优化的直接搜索法)求单

18、变量函数f(t2)的极小值(或极大值)的方法有两类。一类是不需要计算 目标函数f(t2)的导数的，通常称为直接法；另一类是需要计算导数f (t2)的, 通常称为微分法或间接法。由于工程问题的复杂性，在进行化工单元过程最优化 时所建立的目标函数往往是无法求导的，只能用不需要求导数的各种直接搜索法 求军。在求解前，先要确定极值点所在的区间a, b。并流:t2 G %)逆流：r2 %)1 .缩短搜索区间的一种方法(区间收缩法)在已经确定的极小值所在的区间a, b内，c, d两点是把原区间a, b作对称 分割(等距离分割)的两个分点。令：c = (1 义) + Ab ci + A(/? ci)(1)d

19、 Au + (1 b A(b ci)(2)九一配置系数,0v%2_f(d),最小值落在c, b上，去掉a,令al二c、bl=b,则c, b构 成一个新的搜索区间al, bl；如此反复进行下去，函数极小值点所在的区间an, bn的长度将越来越短， 直到满足精度要求的极小值点。如：bn- an0. 00001()则J(t2opt)就是所求的最小值。为减少计算工作量，可以把落入新区间点作为新的对称分割点之一。对第一种情 况，al二a、bd,落入该区间点是c,就将c作为新的分割点之一 dl,由式(1)、 式(2)得：C 二(1一4) + /164 =+ (i4)a 44 +(i4)丸 + (1%)b.

20、, b - d = Aa + (l- A)b,. d、= c /. 4al +(1- 4)%Q + (1- 2)Z? = (1- 4)a + Ab推导得：4=y1-2见课件3 .根据优化设计的结果对返潮进行校核根据t2=42.6331C,查表，由内插法得饱和蒸汽压Ps=8477.72Pa同时空气出口湿度H2=0. 0375kg/kg,根据 H2 = 0.622Pw/(尸一尸卬)得：Pw=5761. 47PaPwG 2.03?Vs = - = 0.0011 m Isp 1770V转筒筒体积，V=46.6147m3/s ；TVs 4661.2x0.0011 八八一（p = 0.0782 = 11.

21、00%V 46.6147所以填充率与所取的10%接近，说明优化设计满足要求4。.辅助设备的设计与选型在回转圆筒干燥器的生产流程中，需要干燥的湿物料由皮带运输机或斗式提 升机送到料斗，然后经料斗的加料机通过加料管进入进料端。加料管的斜度大于 物料的自然倾角，以便物料顺利溜入干燥器。干燥器圆筒式一个与水平线略成倾 斜的旋转圆筒。物料由较高的一端加入，教热体由低端进入，与物料成逆流接触, 也有载热体和物料一起并流进入筒体的。随着圆筒的转动，物料受重力作用运行 到较低的一端。湿物料在筒内前移的过程中，直接或间接地得到载热体的给热， 使湿物料得以干燥，然后在出料端经皮带机或螺旋输出机送出.干燥系统通过优

22、化设计得到最适宜的空气出口温度与湿度、绝干空气用量、 干燥器体积后就可以进行干燥系统辅助设备选型设计计算。干燥系统的辅助设备 包括送风机、空气过滤器、翅片式空气加热器、旋风分离器、袋滤器。1 .空气过滤器的设计与选型卬卬空气过滤器用以滤去空气中的尘埃、烟灰、飞虫等杂质。空气过滤器按喷雾 室进风量确定过滤面积。可由多个过滤单体组成。过滤单体可制成50*50cm左 右方形尺寸的过滤板，用钢板制成框架，滤层厚约10cm左右。滤层材料一般采 用不锈钢丝绒或玻璃丝，喷以轻质油(要求无味，无臭，无毒，挥发性低，化学 稳定性高)，以增加除尘效果。当空气通过空气过滤器时候，空气中杂质即被阻 挡或为油膜吸附于滤

23、层中。每隔一定时期拆下，用碱液和清水清洗，干燥后喷以 油质，再继续使用。过滤大体应多备用数块，以便及时轮换更新，保证正常生产。 滤层面积的决定，可按下式：F=Q/M；式中F过滤面积,n?Q通过过滤层之空气量,m3/hM过滤强度，即滤层之单位面积所允许的空气负荷，一般为4000 8000m3/(m2h),设计时选用以不超过2m3/( nfs)为宜，选M=5400 m3/(m2*h).o 空气通过过滤层的阻力，可以按照下式计算Hf=4.9*S*V18式中：Hf空气通过滤层时候的阻力(pa)；S滤层的厚度(cm)；V过滤速度m/s,即为1.5m/s (可由过滤的强度来选)；(1)过滤器的滤层面积F的

24、计算：通过过滤层的空气量Q：273 + /273+23Q = M0.773 +1.224%)= 16976.6910x (0.773+1.244x 0.014) x= 13812.88/?过滤强度M取5400m3/ (m2 h)13812.885400=2.5579/过滤单体取O.52xO.52=O.27nr的过滤板，所需要的块数n=2.5579-0.27=9.47,所以需要10块板。（2）空气通过过滤层的阻力”，.计算:空气过滤器的阻力一般不超过0.147-0.194kPao查滤尘器技术参数表可知 厚度有7 cm和12 cm两种，我们取滤层的厚度S取12cm。过滤速度v=1.5ni/s：H,

25、 =4.9xS XV18 =4.9xl2xl,518 = 0.12 尸av 0.137Ap所以可以初步确定选用LWP-D型空气过滤器和LWP-X （Hf=0.071kPa）型空气 过滤器，但因为LWP-D型空气过滤器的参考价格为80元，而LWP-X型空气过 滤器的参考价格为60元，所以从经济角度考虑应选哈尔滨通江暖风机厂生产的 LWP-X型空气过滤器。2.翅片式空气加热器的设计和选型卬（t应比H高15-20）新鲜空气经空气过滤器过滤后，需加热到140-160C进入喷雾干燥室，加热方 法一般采用间接加热，即通过传热壁使新鲜空气提高温度，热源有烟道气和蒸汽 两种。利用烟道气加热的设备结构简单，但温

26、度的控制较困难，传热壁易氧化， 接缝处易开裂，致使烟道气混入热空气而污染制品。因此，采用蒸汽间接加热的 空气加热器较普遍。翅片式是蒸汽加热器中的一种，由多块蒸汽散热排管组合而成，蒸汽排管用 紫铜或钢管制成，管外绕以增加传热效果之翅片，翅片与管子表面具有良好的接 合。（1）确定翅片式空气加热器中加热蒸气的饱和温度ts为满足传热要求，取ts=142,比tl温度高15-20C（2）计算参数F选择排管数并确定表面风速Uao参数尸=仁上=上工.=0.85t $ T 0142 23由散热排管的蒸汽加热性能曲线查得6R、7R、8R、9R型排管均适合，因为6R、 7R型排管的表面风速较低，传热效果差，且需要较

27、大的受风面积，而9R型排管的表 面风速大，流动阻力大，所以权衡利弊取8R,即8个排管，表面风速由纵坐标查得 ua=4.85ni/s(3)根据翅片式空气加热器中空气在标准状况下的体积、流量，由下式计算排管 受风面积As：As=Vhs/(3600ua)式中：As为排管受风面积，nRVhs为标准状况下空气体积流量，nf/h；Ua为表面风速，m/s；Vhs=L(0.773+1.244H0)= 16976.6910*(0.773+1,244*0.014)= 13418.65m3/ha16976.6910x (0.773 +1.244x 0.014)，Aa = 0.768/3600x4.85(4)根据受风

28、面积及排管型式选择适宜的翅片空气加热器型式查S型散热排管基本参数表可得S-2R-12-78型的翅片式空气加热器的受风面 积0.880m2最接近0.847nf,故选用S-2R-12-78型的翅片式空气加热器。因为有 步骤2确定必须采用8R型的排管，所以需要将4台单台排管数为2,散热面积 为20.25m2,通风净截面积Af为0.468m?的翅片式空气加热器串联作才能满足 要求。(5)计算翅片式空气加热器加热湿空气所需要的热量Q：Q =-) = 16976.6910x(1.01 + 1.88x0.014)x(124-23)=1776921.73U/1 = 493.5MW6、计算翅片式空气加热器的传热

29、系数KK=0.01977GO608 4)式中：K为总传热系数,KW/( nr*K)；G 为湿空气质量流速，kg/( nr*s), G=L( 1+Ho)/Af ；Af为通风净截面积，nf；“为总传热系数修正系数。取8R型的为0.765 湿空气的质量流速: r/i,u16976.6910x(1 + 0.014)/ 2h( 2、G = L( + A/o)/Af =()4eg= 36782.83攵g/(z ) = 10.22kg。 s)由S型散热排管传热系数的修正常数图，查得8R型排管的传热系数修正系数。为0.765；AT = 0.01977 G06V = 0.01977 x 10.22608 x 0

30、.765 = 0.0621 W/(/K)7、计算传热推动力 4 =小一仁21 = 142-上匕U = 685C 8、校核传热面积是否满足工艺要求湿空气在翅片式空气加热器中从23C加热到124C,所需的传热面积为493.590.0621x68.5=116.03 m 2四台S-2R-12-78型的翅片式空气加热器的总传热面积A 实=4x29.25 = 117/A女A泥；所以该换热器能满足工艺要求。3 .旋风分离器的设计和选型旋风分离器是广泛应用的一种除尘设备，其主要原理是利用旋转的含尘气体 所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来。其特点是结构简单、造价低廉、制 作容易、管理方便、操作可靠，捕集性能

31、好。对于含尘量很高的气体同样可以直 接分离，并且压力损失也比较小。它不仅适合与干燥装置从废气中分离粉末，还 普遍应用于干燥制品的风力输送中物料分离。但由于旋风分离器仅对数微米以上 的粗粉尘非常有效，可是工业粉尘一般多在数微米以下，因此主要用旋风分离器 作为第一级除尘，或作为通过凝集装置后的除尘器。本次优化设计将旋风分离器 作为第一级除尘器。旋风分离器的性能有三个技术性能，即处理量Q,压力损失尸及除尘效率 （影响因素：粉尘的性质，浓度、湿度及漏风大小）三个经济指标。在评价和选 择旋风分离器的时候，要全面考虑这些因素。理想的旋风分离器必须在技术上能满足工艺生产及环境保护对气体含尘的要求，并且在经济

32、上是最合算的。在具体 设计选择型式时，要结合生产实际，处理好三个技术指标的关系。设计及选用步骤：常压下，粉尘重度为rc=1960kg/m3；空气黏度为41.8X IO& kg . s/m2.空气重 度 ryL29 kg/m33.1. 确定旋风分离器的进口速度，/：旋风分离器进口气速在1025m/s范围，根据经验值取18m/s3.2. 确定旋风分离器的几何尺寸（1）进口面积弓计算：处理的气量273 +42.6331273Q= Qsh = L(0.733 +1.244H2)二 =16976 .6910 x(0.773 +1.244 x 0.0375)x= 16087 .97 m3/?Fj = a

33、xb =16087.973600x18=0.248/n2取a = 2，则 a=O.7O5m, b=0,352m。(2)筒体尺寸筒体直径 = 4Z? = 4 x 0.352 = 1.408 m筒体长度 = L5。=1.5x1.408 =2.112？(3)锥体尺寸锥体长度”一力=20 =2x1.408 =2.8 排灰 口直径 D =0.25Dn =0.25x1.408 =0.352 6(4)出口管直径de与插入深度hede = 0.5D()= 0.5 x 1.408 = 0.704/?he = O.4Do =0.4x1.408 = 0.5632; 33压力损失的计算根据sh叩herd-lapple

34、的压力损失公式4 = K 丝=12x 75 x 0 3 = K为比例系数,螺旋面加，K=12）， d；0.7042vf2182AP = / = 6xxl.29 = l 27.92“、O2g2x9.81所以根据算出的筒体尺寸，经过圆整，D= 1600mm,进口气速为18m/s,选取 CTL18旋风除尘器，处理气量为172001/h,筒体直径为1890mm。（尔力损 失？）4 .袋滤器的设计和选型袋式除尘器是一种高效率的除尘器。它亦能直接收到干燥产品。适用于捕 集非粘结、非吸湿及非纤维性的粉尘，处理初浓度为0.000l1000g/m这种除 尘器利用多孔纤维材料对含尘气体进行过滤，使粉尘与气体分离，

35、其主要原理是: 粉尘通过滤布时产生筛分、惯性、黏附、扩散和静电等作用二被捕集。一般是用 纤维材料作成圆筒形，所以也叫袖袋除尘器。这种除尘器的清灰有机械振打，人 工振打，脉冲喷吹，气环反吹等不同方式。滤袋材料有毛，棉织品，玻璃纤维， 合成纤维等。如果滤布选用恰当，风速合适，袋式除尘器的除尘效率一般可达 99%左右。4.1 袋滤器的负荷的选择原则：压力损失应适当，根据不同级的除尘而确定压力损失。（1）气体含尘浓度高时，选取低负荷；气体含尘浓度低时，选取高负荷。（2）除尘器连续操作时间长的选取低负荷，连续时间短的选取高负荷。（3）清灰周期长的选取低负荷，清灰周期短的选取高负荷。4.2 滤袋过滤面积的

36、确定处理含尘气体量。”：273 +42.6331273Q= Qsh = L(0.733 +1.244H2).”二 乜=16976 .6910 x(0.773 +1.244 x 0.0375)x = 16087 .97/负荷q即为每小时每平方米滤布处理的气体量，取27.5/（小加2）,所以滤袋的 过滤面积4.3 滤袋个数的确定滤袋直径由滤布规格确定。通常在使用中尽量使用统一规格，以便检修和更换, 常用的是。200 300。为便于清灰，滤袋可做成上口小下口大的形式；滤袋 长度对除尘效率和压力损失无影响，一般取35m。取滤袋直径D=0.23m0所以：7tDL 3.14x0.25x5= 149.05所

37、以取150个滤袋。4.4 滤袋的排列方式正方形的排列方式较经常使用，当滤袋的直径取在250mm时，间距选取为300mm,5 .风机的设计和选型在干燥装置中，风机所需要的风量是根据湿空气的体积流量而定的，湿空气的流 量：Q = L(O.773 + L224o)=16976.6910 x (0.773 +1.244 x 0.014) x273+23= 13812.88/?选择风机时，需要考虑漏风及储备，所以上述的湿空气流量需要乘以1.5的系数,即：Q=1.5X13812.88=20719.32 m3/h该风机达到所需风量，风压的目的，具有效率高，噪声低，能耗省,运转平稳等。符合 操作设计条件，经济

38、上可行。五.设备间管子的选用网1.进风段:4 =上 （Ql为进风空气流量，m%;u为空气流速，在1115m/s范围内, 7TXU取 15m/s）Qi = L(0.773 + L224”u)273十 九273=16976.6910 x (0.773 + 1.244 x 0.014) x273 + 23273= 13812.8&“3/? = 3.84m3/s（40/,Ux3.84 n 力4 =.= 571 7Tx u v 3.14 x 15查选用公称直径为600mm,外径为610mm的承插式铸铁管。将公称直径600mm代入4 =1-进行校核得：u=13.59m/s,在ll15ni/s范围内。 XU

39、2 .排风段（即废空气进入旋风分离器和袋式除尘器阶段）：,=:上 （Q2为废空气流量，nf/s;u为空气流速，在1115m/s范围内，取 7TXU15ni/s)273 +42.6331273Q = Qph = L(0.733 +1.244/7,) 二=16976 .6910 x(0.773 +1.244 x 0.0375)x = 16087 .97w3/ = 4.47m3/427TXU4x4 47：=0.616/n = 6163.14x15查12可得d2公称直径700mm；实际外径为738mm的承插式铸铁管将公称直径700mm代入出=/必进行校核得：u=11.62m/s,在范围内。3 .加热器

40、与干燥器之间的管路空（Q3为热空气流量，m%;u为空气流速，在1115m/s范围内，取 % X U15m/s)Q = 2(0.733 + L244 “ J 271勺273 +124 =16976 .6910 x(0.773 + 1.244 x 0.014)x=19513 56?3/ = 5420/3/s4x5.4203.14x15=0.678 m = 678 mm查12可得d2公称直径为700mm；实际外径为738mm的承插式铸铁管将公称直径700mm代入么=进行校核得：uT4.09m/s在ll15ni/s范围 7TXU内。所以取送风段选用公称直径。$ = 600的承插式铸铁管，排风段选用 D

41、s=700mm的承插式铸铁管，加热器与干燥器之间的管路选用Ds=700mm的承 插式铸铁管六.设计结果汇总及讨论1 .工艺计算结果汇总及讨论表2.优化设计的结果与校核结果进行比较参数校核程序结果优化设计结果最佳空气出口温度t243. 9642. 6331干燥系统总费用J （元/年）227549.08221205. 8959计算t2迭代次数2934干空气用量L （Kg/h）17352.61516976.6910空气的出口湿度H20. 0370. 0375干燥器直径D （m）1.3951. 3776干燥器体积V （n）49. 7346. 6147干燥系统设备费Gd （元/年）113755. 421

42、09000. 822干燥器散热损失费Gl （元/年）4258. 014001.0261风机运转费Gp3863. 114190. 1572空气预热费GHeat105672. 54104013. 8940预热段体积Vi(m3)14. 74310. 9427蒸发段体积Vn (m3)30. 7230. 5281加热段体积Vin (m3)4.2685. 1439总体积V (n?)49. 73146. 6147空气离开预热段温度t ()110. 329106. 8881空气离开蒸发段温度t ()56. 10951. 4999物料蒸发段温度tw()38. 56134. 4551预热段消耗热量Qi(KcaLO

43、i)54105. 88638875.5377蒸发段消耗热量Q,i(Kcal/h)231733. 3730. 5281加热段消耗热量Q川(Kcal/h)58428. 39371953.9446干燥器的长度Z(m)32. 5531. 29162 .辅助设备的选型汇总表3.辅助设备选型表空气过滤器LWP-X10块板袋滤器翅片式空气加热器S-2R-12-784台风机旋风分离器CTL-18管子选用承插式铸铁管： 送风段= 600mm，排风段 Ds=7000mm, 加热器与干燥器之间的管路Ds=700mm3 .分析与讨论本次课程设计建立回转圆筒干燥器优化设计模型，用黄金分割法求解最佳出口温度t2,以获得最

44、小年费用J。比较程序优化设计出来数据与校核数据，两者 还是有一定的差距。本次优化设计的任务是要求将6%的硫酸镀湿物料干燥到0.2%,产品量是要 求6900kg/h,具体的条件是环境温度是23,经预热过的空气温度124；物料 进口并流温度24,出口温度56C,干物料比热是2.008KJ/Kg-K；每年的生 产时间是7200h/年，即300天/年。若是处理量，干基或者操作方式不同都会使 结果发生变化。先讨论处理量G2,湿物料的干基XI以及流程不同选择对结果产 生的影响。（1）保持其他条件不变，只改变处理量G2。（逆流，干基x厂6%）表4.不同G2的数据结果(kg/h)参数5400590064006

45、9007400最佳空气出口温度t243. 9643. 9643. 9643. 9643. 96干燥系统总费用J（元/年）178300.38194723. 36211139.41227549.08243952. 83计算t2迭代次数2929292929干空气用量L （Kg/h）13580. 28814837. 74316095. 17917352.61518609. 996空气的出口湿度H20. 0370. 0370.0370. 0370. 037干燥器直径D （m）1.2341. 291.3441. 3951. 445干燥器体积V （nf）34. 4339. 32144.42449. 7355

46、. 233干燥系统设备费Gd（元/年）89244.5997421. 54105591. 67113755.42121913. 59干燥器散热损失费Gl （元/年）3332. 363640. 93949. 464258. 014566. 58风机运转费Gp （元/ 年）3023. 33303. 243583.173863. 114143. 03空气预热费GHeat （元/年）82700. 1390357. 6898015. 11105672. 54113329.63干燥器的长度Z（m）28. 8030. 1031.3232. 5533. 70从表4中可以看出，当产品处理量改变时，随着处理量的增加

47、，最佳空气出 口温度，湿空气出口的湿度不变，总费用J逐渐增加，基本成正比的关系。绝干空气的需求量不断增加，也呈正比例的趋势，所需干燥设备的直径D,体积V, 长度Z也随着增加，此时干燥系统设备费也相应增加，同时Gl, Gp, Gheat也 增加。（2）保持其他条件不变，只改变湿物料的干基XI （逆流，G2=6900kg/h）表5 .不同xl的数据结果参数15678最佳空气出口温度t242. 61343. 39643. 9644. 44144.869干燥系统总费用J （元/年）171214.49199333. 47227549. 08255831. 61284163.24计算t2迭代次数29292

48、92929干空气用量L （Kg/h）12998. 52315177. 64317352.61519538.75221737. 974空气的出口湿度H20. 0340. 0360. 0370. 0380. 039干燥器直径D （m）1.2021.3031.3951. 4831.566干燥器体积V （n中）32.53340. 78749. 7359. 25569.308干燥系统设备费Gd（元/年）85966. 7499803.36113755.42127703. 26141618. 63干燥器散热损失费Gl（元/年）3196. 633723. 364258. 014793. 065327.08风机

49、运转费Gp （元/ 年）2893.783378. 913863. 114349. 84839. 39空气预热费GHeat （元/年）79157. 3492427.57105672.54118985.49132378. 14干燥器的长度Z（m）28. 6830.6032. 5534.3236. 00从表5中可以看出，但湿物料的干基增加时，空气出口温度逐渐增加；总费 用增加的明显而且几乎呈正比例；干空气的用量也呈正比例的趋势增加；空气出 口湿度增加较处理量的改变明显；所需干燥设备的直径D,体积V,长度Z也随着 增加，此时干燥系统设备费也相应增加，同时Gl, Gp, Gheat也增加。（3）保持其他

50、条件不变，只改变流程方式。（Xl=6%, G2=6900kg/h）表6.不同HO的数据结果参数逆流并流最佳空气出口温度t243. 9661.832干燥系统总费用J （元/年）227549.08265999. 05计算t2迭代次数2928干空气用量L （Kg/h）17352.61522550. 873空气的出口湿度H20. 0370. 032干燥器直径D （m）1.3951.628干燥器体积V （mD49. 7353. 355干燥系统设备费Gd （元/年）113755. 42119161. 79干燥器散热损失费Gl （元/年）4258. 014488. 43风机运转费Gp （元/年）3863.

51、115020. 37空气预热费GHeat （元/年）105672. 54137328. 46干燥器的长度Z（m）32. 5525. 64从表6.可得，并流较逆流而言，最佳空气出口温度变大，总费用提高，干燥 装置设备的直径D,体积V均变大，长度Z变小；对绝干空气的需求增大；对空气 的出口湿度H2影响变化不大。由此可见对工业要求是由外界多方面所决定的。而我们要根据生产的要求找 到最优化的生产工艺，从而使得在能源，经济上到达最节约。（4）在本次设计的风机选型中，由于忽略了翅片式加热器和管道了阻力，使得 风机的全风压减小，因此在选用风机的型号时会有所误差存在。并且风机是强耗 电的设备，它是否节能将关系

52、到总费用的多少，因此在实际生产中还应注意到风 机的节能问题，可以以新型高效叶轮取代气动性能差的旧式叶轮；如果风机提供 的流量比设备系统所需要的流量大得多，可以考虑用尺寸较小的叶轮代替原来较 大的叶轮；如果风机的风量和风压都有很大的余量，可以将叶片截短；如果风机 风压偏高，可以考虑减少叶片数和减小叶片出口角；叶片形状的改进也可以收到 节能的效果；如果轴流式风机所需要的风压较低，可以考虑卸掉部分叶片；将老 式离心风机叶轮的平直板前盘改为圆弧形前盘，可以使效率明显提高。在不同的场合下，对风机的要求是不一样，故风机合理选型是风机节能的关 键。同时管道的布置也会影响风机的节能，管道布置不合理不但增加了阻

53、力、造 成能源的浪费，而且会造成风机的进出口条件差，使风机效率大大降低，影响风 机性能的发挥。(5)对于袋漉器来说，在选用滤布材料方面有很多新型种类，主要目的都是为 了提高过滤效率，降低了压降，增加了空气流量，并延长滤袋的适用寿命。3.干燥过程的节能措施:避在干燥过程中，如果将节能措施做的好，那么总费用也会有明显的减小，有 利于生产。干燥系统的节能实际上就是要求a.减少干燥过程的热量；b.回收废气带走的热量；c.尽可能地减少热损失。而干燥过程的节能措施：1. 1.对减少干燥过程的热量。首先可对原料预处理，干燥过程是通过向物料供热 使其所含水分或溶剂汽化而达到干燥的目的。因此,为减少汽化水分的热

54、负荷，在 对流干燥前，采用机械方法先脱除一部分游离水。由表5,可以看到干燥的总费用 J随着的湿物料干基含水量的增加而增加，其中干燥预热费用增加的比例相当明 显，干基从4%增到8%,空气预热费Ghm增加的67%左右。其次改善干燥介质的状 态：(1)提高进气温度。提高进气温度,单位质量干空气携带的热量增加,干燥过程所 需要的空气用量减少,废气带走的热量相应减少,热效率增加。但是,空气的进口 温度应以不影响物料性质为限。(2)降低干燥介质的出口温度。降低干燥介质的温度,提高其湿度温度,可以节省 干燥介质的消耗量，提高干燥操作的热效率;但实际操作中，为防止干燥产品返潮, 以及设备的堵塞和设备材料的腐蚀

55、,离开干燥器的气体需高于进入干燥器时的绝 热饱和温度的2050 C。3. 2.回收废气带走的热量，离开干燥器的废气中带有大量的热量，回收、利用这 部分能量将有益于提高生产效益。因此，回收利用废气中的热量是干燥节能方法中最具竞争力的：（1）可以采用部分废气循环，将含有大量热量的部分废气返回预热室，与新鲜空 气混合使用，可将废气中的余热重新利用，并降低了空气加热器的热负荷,能耗将 有显著的下降。同时，废气的循环加大了干燥室的空气流量，有利于提高对流传 热系数。但是由于干燥介质的湿度增加,使干燥速率下降,干燥时间延长,设备投 资增加，需进一步优化。（2）采用高效的传热设备：干燥过程中，为节约能耗，常

56、常用废热空气预热新鲜 空气。但是,干燥产生的废气,温度通常很低,一般低于90C,而且是气-气换热， 总传热系数很小，通常只有1030kcal/m* h。因此，为了提高传热系数，减少换 热面积，降低设备投资费用，需采用高效的换热设备。（3）采用热管技术：热管技术是目前国内外争相发展的高新节能技术。热管实 质上是在一个真空管内填充一定量的经过特殊处理的液体（工质）制成的，它依 靠工质的相变达到传热目的。热管技术具有传热效率高，流动阻力损失少等优点, 广泛地应用于废气余热的回收,为干燥过程的节能提供了一种高效节能的措施。 采用热泵技术。（4）采用过热蒸汽代替热空气：以过热蒸汽替代传统的热空气作为干燥

57、介质， 由于干燥排出的废气是水蒸气,其潜热可以回收再用于干燥。（5）在国外，热泵技术已得到广泛应用。热泵是利用液态工作介质（氨、氟里昂、 水等）在蒸发器中减压蒸发,从较低温度的干燥废气中吸收余热,而气态工作介 质经压缩机后进入冷凝器,在较高温度下冷凝放出潜热预热新鲜空气。3. 3.加强设备的保温：加强设备和管路的保温隔热，以减少干燥系统的热损失。 同时优化送风系统,减少因热气的漏出和冷气的漏入造成的能量损失。3.4. 采用并逆留组合方式进行干燥并逆流方式在入口处物料的湿度大，温度低，而载热体的湿度小，温度高, 因此干燥推动力大。当物料到达转筒中部时载热体的湿含量增高，温度降低，此 时物料湿含量也降低，温度升高，因此干燥推动力减小。为了改变与提高其干燥 效果，该段采用逆流操作。由于物料继续前进和从物料出口端来的载热体相遇， 此教热体较物料入口端来的载热体湿含量降低，温度高，可促使物料继续干燥， 并随着物料的前进一直保持着比较均匀的干燥推动力，从而达到比较理想的干燥效果。4 .探讨新型食品干燥器11喷雾干燥系统一般是由料泵将液状原料打入干燥塔，通过微粒化装置（旋转 圆盘或喷嘴方式）使原料成微粒化，并经热风干燥成粉末从干燥塔底部出料，最 后微粒子进入旋风分离器得到回收。由于加压2种流体喷嘴式能防止运行中液滴 控制困难的问题，且顶端由高速