化工原理课程设计聚氯乙烯树脂湿物料干燥

《化工原理课程设计聚氯乙烯树脂湿物料干燥》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计聚氯乙烯树脂湿物料干燥（28页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、化工原理课程设计 题 目 聚氯乙烯树脂湿物料干燥 学院 化工学院 专业 过程装备与控制工程 学生姓名 学号 年级 2011 指导教师 二一四年一月十四日目录一、绪 论 1课程设计的目的和要求 2聚氯乙烯的简单介绍 二、题目及数据1. 设计任务2. 设计内容三、流程1.流程图2.流程概述四、流程与方案的选择说明与论证1.设计方案的确定2.参数确定五、干燥器主要部件和尺寸的计算 1.基本物料衡2.干燥管主要参数的计算3.加速段管长的计算4.恒速段管长的计算六、主要数据、公式的来源七、主要附属设备的选型和计算1.加料器的选型和计算2.旋风分离器的选型和计算3.空气加热器的选型和计算 八、设计评价 1

2、.对气流干燥器的评价 2.对附属设备的评价 九、设计结果概览 十、参考文献绪论1. 化工原理课程设计的目的和要求课程设计是化工原理课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。 通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：1、

3、 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；2、 合理确定工艺流程及其确保实现的措施；3、 正确进行化工单元操作的工艺计算；4、 确定设备结构的造型及尺寸计算，以及辅助设备的选型计算；5、 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；6、 能以简洁文字、图表和绘制流程图与设备图的方式，将设计思想和结果表达出来。2.聚氯乙烯介绍全名为polyvinyl chloride，主要成份为聚氯乙烯，另外加入其他成分来增强其耐热性，韧性，延展性等。工业聚氯乙烯

4、树脂主要是非晶态结构，但也包含一些结晶区域（约），所以聚氯乙烯没有明显的溶点，约在80左右开始软化，热扭变温度（ 1.82MPa负荷下）为70-71，在加压下150开始流动，并开始缓慢放出氯化氢，致使聚氯乙烯变色（由黄变红、棕、甚至于黑色）。工业聚氯乙烯重均相对分子质量在4.8-4.8万范围内，相应的数均相对分子质量为2-1.95万。而绝大多数工业树脂的重均相对分子质量在10-20万，数均相对分子质量在4.55-6.4万。硬质聚氯乙烯（未加增塑剂）具有良好的机械强度、耐候 性和耐燃性，可以单独用做结构材料，应用于化工上制造管道、板材及注塑制品。 硬质聚氯乙烯可以用增强材料。它是当今世界上深受喜

5、爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料。由于化学稳定性高，所以可用于制作防腐管道、管件、输油管、离心泵和鼓风机等。聚氯乙烯的硬板广泛应用于化学工业上制作各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板，门窗结构，墙壁装饰物等建筑用材。由于电气绝缘性能优良，可在电气、电子工业中，用于制造插头、插座、开关和电缆。在日常生活中，聚氯乙烯用于制造凉鞋、雨衣、玩具和人造革等。它的全球使用量在各种合成材料中高居第二。PVC可分为软PVC和硬PVC。其中硬PVC大约占市场的2/3，软PVC占1/3。软PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表层，但由于软PVC中含有柔软剂(这也是软PVC与硬PVC的区别)，容易变脆,不易保存

6、，所以其使用范围受到了局限。硬PVC不含柔软剂，因此柔韧性好，易成型，不易脆，无毒无污染，保存时间长，因此具有很大的 开发应用价值。PVC的本质是一种真空吸塑膜，用于各类面板的表层包装，所以又被称为装饰膜、附胶膜，应用于建材、包装、医药等诸多行业。其中建材行业占的比重最大，为60%，其次是包装行业，还有其他若干小范围应用的行业。氯化乙烯基最初是在1835年在JustusvonLiebig实验室合成出来的。而聚氯乙烯是由Baumann在1872年合成的。但是直到20世纪20年代才在美国生产出了第一个聚氯乙烯的商业产品，在接下来的20年内欧洲才开始大规模生产。 聚氯乙烯具有原料丰富（石油、石灰石、

7、焦炭、食盐和天然气）、制造工艺成熟、价格低廉、用途广泛等突出特点，现已成为世界上仅次于聚乙烯树脂的第二大通用树脂，占世界合成树脂总消费量的29%。聚氯乙烯容易加工，可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工。聚氯乙烯主要用于生产人造革、薄膜、电线护套等塑料软制品，也可生产板材、门窗、管道和阀门等塑料硬制品。 题目及数据1、 设计任务聚氯乙烯气流干燥器设计题目：设计直管气流干燥器，以干燥聚氯乙烯树脂湿物料已知数据 （1） 湿物料颗粒直径：绝干物料密度：绝干物料比热：含湿量（以湿基计）：操作温度：操作压力：101.325kpa 加热蒸汽压力：4atm（表压）原料量：kg/h临界湿含

8、量:1 （2） 干燥介质：湿空气（3） 干物料（产品）含水量：临界湿含量: 平衡湿含量：2、设计内容 设计说明书一份，内容包括： （1）目录 （2）题目及数据 （3）流程图 （4）流程和方案的选择说明与论证 （5）干燥器主要尺寸的计算 （6）主要数据公式的来源 （7）附属设备选型计算 （8）设计评价 （9）设计结果概览 （10）参考文献 流 程1、流程图2、流程概述:如图,物料由加料斗4经星型状加料器5进入气流干燥管的底部,空气由风机1吸入,通过预热器加热直一定温度后,送入气流干燥管,由于热气流的高速流动,使物料颗粒悬浮于气流之中,并与气流发生传热传质,实现干燥,已干燥的物料随气流带出经旋风分

9、离器6,而回收产品,产品通过气封7而由出口卸出,废气经风机抽出而放空,完整的的对流干燥装置应该包括:风机,预热器,加料斗,干燥器,气固分离设备,及各种控制仪表等选用干燥设备,合理分布流程,遵循以下规则:1.,选择风机依据是,全系统的流程阻力,及工艺要求的风量.2.风机的安装位置:通常应该在气固分离设备之后，可使整个干燥装置处于负压下 操作，避免粉尘泄露和高温损坏风机，且利于物料水分的汽化3.当一台风机的风压不够，克服系统的阻力时，可采用多台，分别安装在干燥装置的前后4.空气预热器常使用翅片式加热器，可强化传热速率，提高传热效果5.气固分离设备常采用旋风分离器，其构造简单费用低，压降也不大，分离

10、效果好6.常用加料器用星型或螺旋式，它们都适用于块状物料，螺旋式还适用于膏状物料，但两者都不适于硬度大的物料.流程与方案的选择说明与论证1、设计方案的确定根据方案的内容为：干燥方法及干燥器结构形式的选择；干燥装置流程及主要辅助设备的确定，干燥器操作条件的确定等。设计方案的总原则是：满足工艺要求，经济合适，生产安全。有以下几点要求：(1)所确定的流量和选用的设备，必须保证产品达到预期的干燥目的，而且质量要确定。(2)热能消耗干燥过程的主要消耗，设计是考虑如何省能。(3)干燥器的选定尽量降低价格。(4)选用合适的干燥介质，如热空气，烟道气等，一般使用热空气，除去物料与空气中的氧气接触会发生反应时，

11、则用过热蒸汽或氮气等惰性气体，当不担心烟道气对干物料的污染时，可尽量采用烟道气。1）设计依据干燥器设计中，主要利用以下基本关系，(1)物料衡算；(2)热量；(3)传热速率方程式；(4)传质速率方程式，但由于对流传热系数及传质系数随不同的条件而变化，且无同样的和R关系式，因此干燥的设计要用经验方法进行计算。2）干燥器的选型被干燥物料的行状以及干燥后产品的要求决定了干燥器的类型，干燥器必须能保证产品的质量，速率快，操作控制方便，劳动条件好，而且要能适宜被干物料的形态和物性生产能力要高，而且能耗低。聚氯乙烯树脂在“等速干燥区”除去表面水分，在很短的时间内2-8s即可完成，因此可采用气流干燥器来完成；

12、树脂在“降速干燥区”，出去空隙内的水分，需要较长的时间（10min左右 ）才能使含水分达到0.3%-0.5%以下，宜采用沸腾干燥器。因此，目前聚氯乙烯树脂干燥工艺大多采用气流干燥和沸腾干燥两端串联的流程。由于本任务除去的是聚氯乙烯树脂的非结合水即干燥过程一直保持在“等速干燥区”，所以选用气流干燥完成。气流干燥又称闪热式干燥或急骤干燥。这种干燥方式是利用热空气在瞬间（2-8s）将物料中表面水分除去。离心后含20%-25%水分的PVC进入气流干燥器底部，在流速很快（10-20m/s）的热气流扰动下，树脂颗粒散开，有效干燥面积大大增加，气固相在几秒钟内通过干燥管，经过传热和传质，树脂颗粒表面的水分迅

13、速汽化并随热气流带走。因此，热空气和树脂接触时间段，故可允许使用较高的风温，一般最高可达160摄氏度（由于本次设计干燥过程一直处于等速干燥区，故物料温度保持在热空气的湿球温度不变，高温气流更不能破坏物料）。气流干燥比较适合于干燥粒径100且以上的合成纤维结晶，矿石，合成橡胶等。气流干燥器能量消耗较大，热效率较低（为30%-40%）是其缺点。但由于气流干燥器具有设备简单、连续、稳定、处理能力大等优点。根据以上分析，并结合本次的设计任务，综合考虑选择直管气流干燥器。3）工艺流程在设计中工艺流程采用湿物料直接加入干燥管中，由于蒸汽流的冲击作用而将物料分散，从而使物料得以干燥，干燥后的物料大部分由一级

14、旋风分离器收集，剩余部分由袋滤器捕集。由于气流干燥器的干燥时间较短，若湿物料水分未干燥完全的话，可串联流动干燥机，使湿物料干燥充分。2、参数确定1）选择干燥介质在物料的干燥过程中，采用何种介质是根据物料的性质和生产厂家的具体情况来确定的。通常使用的干燥介质是不饱和热空气，若气体的相对湿度越低，则表明湿气体距饱和状态越远，吸湿能力也越大。（相对湿度的定义为：在一定温度、压力下，湿气体所含湿分蒸汽压p与该温度、压力下湿分的饱和蒸汽压之比，即），由于干燥过程一般在常压或负压下进行，总压对基本无影响，又考虑到成都地区湿度较大，故取其值为80.2）气体进口温度的选定提高气体进口温度可增大传热温差，有利于

15、提高热效率和干燥强度，但温度过高的话，干燥管的干燥速率将下降很快，并且操作费用增大，在本次设计计算中取140（由任务书确定）。3）气体出口温度的确定干燥器的出口气体温度与干燥管的长度及燃料费用有关，若取得较低，则对热能利用是有利的，但管长需要增加，制造成本将增加，还可能会导致物料返潮，所以一般取出口气体温度高于露点温度20-50为宜。考虑各种因素的影响，确定气体出口温度为75。4）气体进口速度的确定气体进口速度越大，颗粒与气流之间的相对速度就越大，给热系数也将越大，但气速过高，其操作费用也会提高，对生产的经济性不利，一般气速定为2040m/s，本次计算先取30m/s，得到的管径值圆整后，在最终

16、确定进口气速。5）湿物料的进口温度的确定 湿物料的进口温度都是根据生产实际情况而定，根据本次设计任务，取20.干燥器主要尺寸的计算一、 基本物料衡算1、 汽化水分量W （由 W=空气温度取20，其饱和蒸汽压为 空气湿度为（取80） 2、干空气消耗量L及物料出口温度 试差公式： 联立方程，求出41.6569 由于干燥过程无降速段，故无聊出口温度2=tw=41.6569 干燥过程的热量衡算： 校核：设，则校核二、 干燥管参数的计算1、确定给热系数(1)加速段起点则 则 (2)加速段终点终点的确定：若整个干燥管内交换的总热量为Q，则加速段应占其80， 解得： 则 (3)拟合公式已知有关系式，带入起点

17、、终点结果，得Nu0=AnRer0n (1) Nut=AnRertn (2)由(1)、(2)得， 2、固体颗粒的初速的计算3、加速段平均的值计算4、加速段平均AJ的值计算 三、 加速段管长的计算1、 加速第一段（预热段）2、 第二段（1） 预分段设（2） 热量衡算（3） 传热计算（4）的试差计算设将上值代入再试差得:（5）校核分段合理性（6）流体力学计算，求和（7）附加计算末粒子速度：以下均按上述方法重复计算可得加速段中第37的数据，现列表如下：第一段第二段第三段第四段第五段第六段第七段q14.401720.365419.861018.502915.069213.581013.2208t133

18、.9415125.3815117.0825109.3986103.176497.594792.1838tm105.536587.935282.422871.514964.580758.684453.1865tm136.9708129.6615121.2320113.2406106.2875100.385594.8893W00.00800.00780.00730.00600.00540.0053H0.011750.01520.01850.02170.02430.02660.0289Hm0.011750.01350.01680.02010.02300.02550.0278VH1.18421.166

19、31.14791.13041.11511.10191.0896ugm30.199829.743329.276828.829828.437828.102427.78790.85440.8690.88570.90240.91740.93060.9432ts83.899685.659281.444677.448773.972271.021268.2731g2.3308E-052.3002E-052.2663E-052.2336E-052.2043E-052.1798E-052.1569E-05g0.03110.03120.03090.03060.03030.03020.0299A4572.71874

20、664.90914709.87344754.36494794.53774829.74484863.5085Aq18478.375519525.982418486.563216191.54714745.111913497.28812318.2986ur22.120213.03247.33513.87732.19021.31120.7692Bu1.46711.39491.30771.21841.13471.06461.0081J 1533.4786726.0186319.2832124.988350.785619.73706.8066Jm1934.1247 71115.7026524.793222

21、7.897796.306744.547122.9060m104.177288.851071.392156.188843.984235.322529.2524b-779.1870-445.9690-202.2495-87.1110-37.1324-17.2947-8.98660.00410.00850.01140.01620.01840.02050.0198L0.01830.10860.22300.38050.47130.54370.5899um 8.079616.710921.941524.952526.247526.791126.9186r0.26200.41080.43710.47140.

22、43510.40130.3370C0.83330.90150.91640.86390.88230.87900.9023加速段总管长的计算：加速段总干燥时间：=0.0989s四、 恒速段管长的计算加速段结束后知：干燥器总长度：干燥器总干燥时间：主要数据、公式的来源 数据和公式主要来源于化工原理下册书及老师给的设计手册和任务书 附属设备选型计算一、 加料器的选型和计算1.加料器的选型气流干燥器装置所采用的加料器必须保证向干燥器连续均匀的加料。对于聚氯乙烯的干燥，综合其物性及加料量考虑，选用螺旋加料器。螺旋加料器宜于输送粒状、粉状、及小块状物料，密封性能好，操作安全方便，结构简单制造费用低，但输送过

23、程中物料易破碎，零件磨损大，且不宜输送粘性哒、易结团的物料。2.加料器的计算根据题意查表：选取0.37，取值为50查表求螺旋加料器的倾斜修正系数，选取输送倾斜角度为=0.7t为螺距，对于粘度小的物体t=0.8D或D，取t=D由于G=1300kg/h，=1400kg/根据式有：二、 聚氯乙烯的气、固分离旋风分离器旋风分离器是利用惯性离心力的作用从气流中分离出所含沉粒的设备。因为其结构简单，造价低廉，没有活动部件，可用各种材料制造，操作条件范围广泛，分离效率较高，所以至今仍是化学工业里最常用的一种除尘和气固分离设备。在本设计任务中，依据要求，气流中聚氯乙烯树脂的直径在150m，而且在干燥过程中由于

24、碰撞和摩擦，颗粒破碎产生的5m以下的颗粒很少，故选取旋风分离器，而不用袋式除尘器（袋式除尘器为防止污染环境和浪费主要用于除去5m以下的粉尘）。 选用计算：设进口风速为17m/s，查表选择CLP/B-8.2X型旋风分离器其规格及性能如下：型号数量(台)CLP/B-8.2X86501714231三、 空气加热器根据要求用压力为4atm（表压）的蒸汽加热空气到140，故可选用翅片加热器。选用计算：为空气通过通风净截面的质量流速，单位为，先取，则所需通风截面积 由计算结果查化工原理设计导论表7-6确定选择型，其性能参数如下：型号散热面积通风截面积热介质通过截面积管束数连接管直径mm45.7 0.30

25、0.009447 50重新计算得， 由表7-7中公式， 本散热器采用热介质为水蒸气，其工作压力为p=4atm，其冷凝温度为串联台数 ，取整数，得4台检查安全系数：(445.7-159.39)/159.39=14.69%即安全系数为0.1469，所选加热器合适。由表7-7中公式得其阻力 综上所述所选的附属设备如下：1. 螺旋加料器： JTC5612. 旋风分离器：CLP/B-8.2X型3. 空气加热器：型4. 风机：9-26型离心通风机器 机号6.3设计评价一、对气流干燥器的评价1. 干燥器的热效率：2. 干燥效率3. 干燥总效率由以上计算知，干燥器具有以下特色：（1）干燥时间极为短暂，几乎在瞬

26、间内（0.32s）便可以得到粉末状的干产品；（2）粒子显著分散于气流中，全管的体积传热系数很大，可以最大的干燥速率将物料的湿分量降到最低；（3）物料与热风并流操作，且干燥时间短，故可以采用高温干燥介质，以提高气固的传热温差，同时物料在表面汽化段，操作安全；（4）干燥效率高，散热面积小，设备结构简单，造价低，只需一根直径为0.34m，长为的干燥管就可以了，工程上取三节长为3m的铝管就可以满足要求了（5）气流干燥器，占地面积小，操作方便。二、对附属设备的评价加料器的选用没能找标准的型号，但计算出了基本参数；在风机的选型过程中，根据送入的风量和阻力选用风机，采用两台风机同时进行工作，在加热器前面装一

27、台送风机，在除尘系统后面装一台抽风机，即前送后抽式流程（负压操作），不但可以减少设备费用，还可以避免粉尘飞扬，有利于改善劳动环境。设计结果概览干燥管管长(m)8.2温度物料=20=41.6569管径(m)0.34干燥时间(s)0.32气体=140=75附属设备螺旋加料器叶轮转速(r/min)182.57选型直径75(mm)螺距70(mm)Kd0.37K1500.7旋风分离器需要风量()型号CLP/B-8.2X型风量8650风速17m/s1423Pa空气加热器需要面积()型号台数4台实际面积182.8 主要符号表C 比热容，G 固体物料质量流率，H 气体湿度L 绝干气体质量流率，P 压力，Q 传热速率，kWr 湿分汽化潜热，t 气体温度，V 气体比容，u 气体速度，m/s 干燥时间，sl 干燥管长度，mW 湿分汽化量， 固体物料温度， 物料密度， 对数平均温度，w 湿含量D 管径，m参考文献1 叶世超等编著. 2006. 化工原理（下册）北京：科学出版社 2 四川大学大学化工原理设计导论编写组编著.化工原理设计导论成都：成都科技大学出版社 3 潘永康等主编 现代干燥技术 化学工业出版社 4 赵劲松等主编 聚氯乙烯树脂及其应用 化学工业出版社