化工原理课程设计

一、设计任务1

二、设备选型1

三、气流干燥器设计方法6

四、计算过程14

五、辅助设备选型32

六、经济估算33

七、方案对比35

八、设计收获或建议24

聚氯乙烯的气流干燥。

一、设计任务；

设计要求：1）结合实际工艺流程，运用化工原理基础知识并查阅有关文献，收集有关物性数据，列出设计步骤。

2）作出主设备的工艺计算，确定设备尺寸。

3）进行辅助设备选型。

4）作出经济估算，并进行多方案的技术经济比较。

5）绘制带控制点的工艺流程图。

6）编写设计说明书。

以工艺计算为基础，进行机械设计，绘制有关图。

设计基本条件：

物料：聚氯乙烯，常压干燥。

初始含水量 x1 = 0.15（干基）干燥产品含水量 x2 = 0.005

临界含水量 xc = 0.015平衡含水量 x* =0

进口温度 tm1 = 25平均粒径 dp = 1.2×10-4 m

干燥介质：空气。

按夏季条件，取t0 = 36 ℃，h0 = 0.030 k**/kg干。

空气进口温度t1=150℃

空气出口温度t2=70℃

气速*初值为20 m/s

进口湿料量1500 kg/h

二、设备选型：

2.1物料性质。

聚氯乙烯本色为微黄色半透明状，有光泽。透明度胜于聚乙烯、聚丙烯，差于点击此处添加**说明聚苯乙烯，随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。常见制品：

板材、管材、鞋底、玩具、门窗、电线外皮、文具等。是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料。稳定；不易被酸、碱腐蚀；对热比较耐受

聚氯乙烯具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90％的硫酸、浓度为60％的硝酸和浓度20％的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差，软化点为80℃，于130℃开始分解变色，并析出hci。具有稳定的物理化学性质，不溶于水、酒精、汽油，气体、水汽渗漏性低；在常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50—60%的硝酸和20%以下的烧碱溶液，具有一定的抗化学腐蚀性；对盐类相当稳定，但能够溶解于醚、酮、氯化脂肪烃和芳香烃等有机溶剂。

此外，povc的光、热稳定性较差，在100℃以上或经长时间阳光暴晒，就会分解产生***，并进一步自动催化分解、变色，物理机械性能迅速下降，因此在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。

2.2设备特点。

气流干燥器。

一种利用高速热气流使泥状、散粒状或块状湿物料分散呈悬浮态在随热气流输送的过程中进行干燥的设备。它在选矿、冶金、制药、塑料、食品、化肥、煤炭等工业部门中广泛应用。图为一种带有粉碎设备的气流干燥装置。

其主体是一根直立的圆管，湿物料由螺旋混合器给入粉碎设备，从燃烧炉来的烟道气(或热空气)同时送入粉碎设备。将粉碎后的粒状固体吹入气流干燥筒中。湿物料被高速运动的热气体分散并悬浮于气流中，气、固间进行传热和汽化、使物料得到干燥。

干燥后的物料随气流进入旋风分离器分离后由底部排出，再借分配器定时地排出作为产品或返回螺旋混合器，用于调节湿物料中的含水量。废气由风机排入大气。

直管式气流干燥器是工业上应用最早、最普遍的一种。它结构简单，制造容易，其干燥筒长一般为10～12m，最长的达30m以上。它的最大缺陷是干燥筒过高。

根据干燥筒内气、固相间传热、传质机理，当湿颗粒物料最初给入干燥筒时，上升速度为零，此时与热气流之间相对速度为最大，而后随着颗粒被上升气流不断加速，二者的相对速度随之减少，待相对速度等于颗粒在气流中的沉降速度时，颗粒不再被加速，而是保持等速上升，直至干燥管出口。可见，颗粒在干燥筒中的运动分为加速运动段和等速运动段。通常加速段在加料口以上1～3m内完成。

由于加速段内气固问相对速度大，故对流传热系数大，而干燥筒底部颗粒处于浓相，气、固相间接触表面积大，加上气、固间的温度差和湿度差大，因而传热传质推动力大，干燥速率高。因此欲提高气流干燥器的干燥效能和降低干燥筒的高度，应充分发挥干燥筒底部加速段的作用和增加气、固相间的相对速度。据此发展了短管式(管长一般为4～6m)、脉冲式、倒锥式、旋风式等气流干燥器。

使用效果优于直筒式气流干燥器。

2.3干燥操作条件的确定。

2.3.1干燥介质的选择

干燥介质的选择，决定于干燥过程的工艺及可利用的热源。基本的热源有饱和水蒸气，液态或气态的燃料和电能。故在对流干燥中，干燥介质可采用空气、惰性气体、烟道气和过热蒸汽。

当干燥温度不太高，且氧气的存在不影响被干燥物料的性能时，可采用热空气作为干燥介质。对某些易氧化的物料，或以物料中蒸出易爆气体时，宜采用惰性气体作为干燥介质。烟道气适用于不怕污染，且不与烟气中so2和co2等气体发生作用的物料。

2.3.2流动方式的选择。

气体和物料在干燥器中的流动方式，一般可分为并流、逆流、错流。

并流：其特点为可采用较高气温干燥，而物料温度在恒速段接近于空气的湿球温度而不致过热；物料出口温度较低，带走热量较少。在干燥强度和经济性方面优于逆流。

但并流干燥的推动力沿程逐渐下降，干燥后阶段的推动力很小，使干燥速率降低，因而难以获得含水量很低的产品。并流操作适用于：

1）物料含水量高，允许快速干燥而不产生龟裂或焦化的物料；

2）干燥后期不耐高温的物料；

3）只有恒速段，干燥要求不很高的物料。

逆流：整个干燥过程的推动力比较均匀，适用于：

1）要求获得含水量很低的物料；

2）干燥后期可耐高温，而前期不允许快速干燥的物料；

错流：错流的热、质传递情况介于并流和逆流之间，适用于：

1）在高、低含水量时，都可进行快速干燥且耐高温的物料；

2）干燥器构造不适宜采用并流或逆流的场合（如流化床）。

2.3.3干燥介质温度。

1）干燥介质为空气时，进口条件应按夏季条件计算；

2）进干燥器的温度愈高，则干燥器热效率愈高，所以应保持在物料允许的最高温度范围内。此值受到干燥器型式和热源温度的影响，例如，静止物料，介质进口温度稍低，悬浮物料进口温度可高些；若选用饱和水蒸气加热，介质温度不超过150℃。

3）干燥介质出口的温度和湿度只能指定一个，另一个由物料、热量衡算确定。干燥介质出口温度愈低，热效率愈高；但干燥过程的平均推动力下降，干燥器尺寸增大。最适宜的出口温度应通过经济衡算来决定。

实际选择时，首先要考虑物性的限制，如物料的熔点或软化点温度的限制，其次还应考虑相对湿度不能太大，在后继设备（如旋风分离器等）和管路中不能有水析出而破坏正常操作。对气流干燥器，一般要求较物料出口温度高10～30℃，较入口气体的绝热饱和温度高20～50℃。

2.3.4物料的出口温度。

恒速干燥阶段，物料温度等于空气的湿球温度；降速干燥阶段，物料温度有所升高。

影响物料的出口温度的因素较多，主要取决于物料的临界含水量及降速干燥阶段的传质系数。临界含水量愈低，传质系数愈大，出口温度愈低。

简化计算公式见天大化原教材（6-55）（或华东教材（13-32））。

其近似条件为：（1）物体内部温度均一，即悬浮颗粒或薄层物料；（2）降速阶段的速率与物料的自由含水量成正比。

2.3.5气流干燥原理

气流干燥是一种连续式高效固体流态化干燥方法。他把呈泥状、粉粒状或块状的湿物料送入热气流中，与之并流，从而得到分散成粒状的干燥产品。

目前，气流干燥器在化工、医药、染料以及塑料等工业中得到了广泛的应用。

湿物料自螺旋加料器进入干燥管，空气由鼓风机鼓入，经加热器加热后与物料汇合，在干燥管内达到干燥目的。干燥后的物料在旋风除尘器和袋式除尘器得到**，废气经抽风机由排气管排除。

气流干燥是对流干燥的一种，湿物料的干燥是由传热和传质两个过程所组成。当湿物料与热空气相接触时，干燥介质（热空气）将热能传递至湿物料表面，由表面传递至物料的内部，这是一个热量传递过程。与此同时，湿物料中的水分从物料内部以液态或气态扩散到物料表面，由物料表面通过气膜扩散到热空气中去，这是一个传质。

2.3.6气流干燥的特点。

1．干燥强度大气流干燥气流速度高，粒子在气相中分散良好，可以把粒子的全部表面积作为干燥的全部表面积，因此，干燥的有效面积大大增加。同时，由于干燥时的分散和搅动作用，使汽化表面不断更新，因此，干燥的传热、传质过程强度较大。例如，旋风式气流干燥器的干燥强度可达2.

69千克(水)/(m２·h)。

直管式气流干燥器的体积传热系数αa的平均值约为2300~7000w/（m·k），它比回转干燥器的αa大20~30倍。

2．干燥时间短气固两相的接触时间极短，干燥时间一般在0.5~2s，最长为5s。物料的热变性一般是温度和时间的函数，因此，对于热敏性或低熔点物料不会造成过热或分解而影响其质量。

3．热效率高气流干燥采用气固相并流操作，而且，在表面汽化阶段，物料始终处于与其接的气体的湿球温度，一般不超过60~65c，在干燥末期物料温度上升的阶段，气体温度已大大降低，产品温度不会超过70~90c，因此可以使用高温气体。例如，煤粉干燥采用700~800c的高温烟道气作为干燥介质。在生产实践中，气温在2s内由700c降为300c，或在4s内由700c降为180c，而物料本身不超过40c。

一般如保温良好，热气体温度在450c以上时，热效率在60%~75%之间。若采用间接蒸汽加热空气的系数，其热效率较低，仅为30%左右。

4．处理量大一根直径为0.7m、长为10~15m的气流干燥管，每小时可处理25t煤或15t硫酸铵。

5. 设备简单气流干燥器设备简单，占地少，投资省。与回转干燥器相比，占地面积减少60%，投资约省80%。

同时可以把干燥、粉碎、筛分、输送等单元过程联合操作，不但流程简化，而操作易于自动控制。

6. 应用范围广气流干燥可使用于各种粉粒状物料。在气流干燥管直接加料情况下，粒径可达10mm，湿含量可在10%-40%之间。

由于气流速度较高，粒子有一定的磨损和粉碎，对于要求有一定形状的颗粒产品不宜采用。对于易于粘壁的、非常粘稠的物料以及需干燥至临界湿含量以下的物料也不宜采用。在干燥时要产生毒气的物料，以及所需的风量比较大的情况下也不宜采用气流干燥。

三、气流干燥器设计方法：

3.1颗粒在重力场中的运动规律[5，6]

由化工原理知识知，颗粒的沉降速度为颗粒与气体的相对速度，其绝对速度还与气体的运动速度有关。

绝对速度um = 气流速度ug - 沉降速度ut

以上各值均为向量。对于单一颗粒，沉降速度可进行计算（化原沉降一章）。在垂直管中，气流速度向上，沉降速度向下，1）当ug > ut时，um > 0，颗粒向上运动；（气力输送）；

2）当ug < ut时，um < 0，颗粒向下运动；（沉降）；

化工原理课程设计

化工原理课程设计

化工原理课程设计

化工原理课程设计

其他用户还读了