化工原理课程设计

题目：化工原理课程设计

学院：化学工程学院。

系别：过程装备与控制工程

班级：过控班。

姓名。学号。

指导教师。2024年 1 月 13 日。

通过理论课的学习和生产实习，学生已经掌握了不少理论知识和生产实际知识。对于一个未来的工程技术人员来说，如何运用所学知识去分析和解决实际问题室至关重要的。

化工原理课程设计是化工专业的学生在校学习期间第一次进行的设计，要求每位同学独立完成一个实际装置(本次设计为气流干燥器)的设计。设计中应对干燥原理、操作、流程及设备的结构、制造、安装、检修进行全面考虑。本次设计是在教师指导下，由学生独立进行的没计，因此，对学生的独立工作能力和实际工作能力是一次很好的锻炼机会，是培养化工技术人员的一个重要坏节。

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、正确的设计思想和认真负责的设计态度设计应结合实际进行，力求经济、实用、可靠和先进。

2、独立的工作能力及灵活运用所学知识分析问题和解决问题的能力。

3、能够正确运用各种参考资料，合理选用各种经验公式和数据。以及在由于所用资料不同，各种经验公式和数据可能会有一些差别情况下设计者能尽可能了解这些公式、数据的来历、使用范围，并能正确地选用的能力。

4、能够合理确定工艺流程及其确保实现的措施；正确进行化工单元操作的工艺计算；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等。

设计前，学生应该详细阅读设计指导书、任务书，明确设计目的、任务及内容。设计中，应当安排好自己的工作，提高工作效率。

最后，能够以简洁文字、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。

全名为polyvinylchlorid，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。它是当今世界上深受喜爱、颇为流行并且也被广泛应用的一种合成材料。它的全球使用量在各种合成材料中高居第二。

据统计，仅仅2024年一年， pvc在欧洲的生产量就有五百万吨左右，而其消费量则为五百三十万吨。在德国，pvc的生产量和消费量平均为一百四十万吨。pvc正以4%的增长速度在全世界范围内得到生产和应用。

pvc 在东南亚的增长速度尤为显著，这要归功于东南亚各国都有进行基础设施建设的迫切需求。在可以生产三维表**的材料中，pvc是最适合的材料。

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，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。

实现物料干燥的设备称为干燥器，工业上被干燥的物料千差万别。在物料性状上，有板状、块状、纤维状、粒状、粉状、液状等等。由于物料的多样性，为满足各种物料的干燥要求，干燥器的形式也是多种多样的，每种干燥器都有一定的适应性和局限性。

常见干燥器大致有以下几种：

气流干燥器、流化床干燥器、转筒干燥器、喷雾干燥器、厢式干燥器、带式干燥器等。

由于此次课程设计选用气流干燥器，因此就主要介绍一下气流干燥器。

在此干燥器中，粉粒状湿物料受高速热气流的冲击呈分散和悬浮状态，在热气流的输送过程中进行干燥。其优缺点如下：

优点：1) 干燥速度快，体积小；

2) 气、固并流操作，不会烧坏物料；

3) 干燥时间短，特别适合热敏性物料；

4) 干燥产品的湿含量均匀；

5) 结构简单，设备投资少，占地面积小、操作方便，性能稳定，维修量小。

缺点：1) 只适合干燥非结合水分；

2) 颗粒破碎现象严重，粉料排空会造出环境污染；

3) 能量消耗较高。

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)： 20 %

操作温度。操作压力(kpa)：101.325 加热蒸汽压力：4 atm(表压)

原料量(kg/h)： 1200

2) 干燥介质：湿空气，℃,

3) 干物料(产品)含水量： 5 %

临界湿含量平衡湿含量。

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) 流程与方案的选择说明与论证；

5) 干燥器主要部件和尺寸的计算6) 主要数据、公式的**；

7) 主要附属设备的选型和计算8) 设计评价；

9) 设计结果概览10) 参考文献(指设计中使用到的)；

如图，空气由鼓风机1吸入，通过预热器2加热直一定温度后，送入气流干燥管；物料经加料斗4经螺旋状加料器5进入气流干燥管的底部；在气流干燥管3中，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；干燥的物料随气流带出经旋风分离器6,而**产品；产品通过卸料阀7由出口卸出；废气经引风机8抽出而放空。

完整的的对流干燥装置应该包括：鼓风机，预热器，加料斗，干燥器，气固分离设备，及各种控制仪表等。

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**。

(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，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。

在选择干燥器时，首先应根据湿物料的形态、特性、处理量以及工艺要求进行选择。然后再结合能源、载热体种类的限制以及安装设备的场地等问题选出可用的干燥器，并通过对所选干燥器的基建费和操作费进行经济核算，必须要保证产品。

的质量产量，速率快，操作控制方便，劳动条件好，并且能耗低，成本少。

气流干燥器是工业中常用的一种，它能够干燥粉粒状、泥状、块状湿物料，具有结构简单，造价低，易于制造和维修，操作稳定且便于控制，一般热效率也比较高的特点。

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”，而聚氯乙烯树脂在“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。

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，适合干燥热敏性物料，而聚氯乙烯具有热稳定性差，软化点为80℃，而其含湿量可以达到较高而不潮解，故干燥聚氯乙烯选用气流干燥器是合理的。

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。

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