课程设计讲义

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干燥介质进口温度
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干燥介质为空气时，进口条件应按夏季条 件计算； 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℃。
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简单计算法
• 要点：把整个干燥管按照颗粒在恒速区的 传热系数进行计算，空气物性取其进出口 平均温度下的数据。
• 讨论：计算简单，结果偏于保守。
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分段计算法
AB段：物料从进口温度升（降）温至空气的湿球温度， 并不传递湿分，称为预热段。
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物料的出口温度
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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。
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干燥过程难点
• 物料内部扩散机理比较复杂。 • 设备种类很多，选型设计很大程度上需 要依赖实验数据和经验。
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干燥设备设计思路
• 1 根据物料性质，干燥设备特点，确定 采 用干燥设备的种类； • 2 根据工艺要求，确定干燥条件；确定设 计计算方法；进行干燥器设计计算；确定 工艺尺寸； • 注意：改变条件，优化结果。 • 3 确定辅助设备。 • 4 完成设计说明书。 • 提出机械设计、土建设计条件等。
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干燥介质出口温度
• 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℃。
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设计基本条件： （所有同学一样） 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 kg 水/kg 干气
气流干燥器设计
张浩勤 教授
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聚氯乙烯的气流干燥 设计任务书
• 设计要求： • 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。 • 作出主设备的工艺计算，确定设备尺寸。 • 进行辅助设备选型。 • 作出经济估算，并进行多方案的技术经济比较。 • 绘制带控制点的工艺流程图。 • 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 纸。
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设备选型
• 查阅聚氯乙烯的性质和生产方法 同学们首先了解生产基本原理和干燥流程。 独立查找与干燥有关的物理化学性质，主 要有形状、软化点、分解温度、密度、比 热、导热系数、主要用途等。 思考题：聚氯乙烯生产基本流程？ 工业上干燥聚氯乙烯一般采用哪种干燥器？ 为什么可用气流干燥器 进行干燥？
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设备选型
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参考文献 聚氯乙烯生产原理与物性数据： 《聚氯乙烯工艺学》；《聚氯乙烯生产原 理》、《聚氯乙烯生产知识问答》等； 《化工产品手册》、《合成树脂》； 《化工工艺设计手册》（物性数据）
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设备选型
• 了解干燥设备特点
• 化学工业用的较多的是对流干燥，尤其是分 散悬浮干燥应用得最广泛，最突出的是气流 干燥和流化床干燥。
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气流干燥原理简介
• 气流干燥器设备简单，连续高效，应用广 泛。其特点为悬浮颗粒与气相之间的热质 传递。
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颗粒在重力场中的运动规律
颗粒的沉降速度为颗粒与气体的相对速度 绝对速度 um = 气流速度 ug - 沉降速度 ut 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） ； （3） 当 ug = ut 时，um = 0，颗粒静止不动； （流态化） 。 对于实际工业生产的群体颗粒，计算更为复杂，可参见化工 原理教材固体流态化的内容。
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脉冲式气流干燥器：特征是气流干燥管的管径 是交替缩小和扩大，气流在上升过程中加速与 减速交替进行，发挥加速段有较高的传热、传 质作用，以强化传热过程。 旋风式气流干燥器：旋风式气流干燥器是气流 夹带物料从切线方向进入，沿着内壁形成螺旋 线运动，物料在气流中的均匀分布与旋转运动， 使颗粒周围气体边界层处于高度湍流状态，以 强化传热、传质过程。适用于不怕粉碎的热敏 性物料。 作为训练，本设计以最简单的直管干燥器为 主。
其中
0.65
Re
d (u r ) g ug
d：颗粒直径，m； ur：相对速度；ρ g：气体密度，kg/m3； ug：气体粘度，Pa.s。
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加速运动区域对流给热系数计算
• 在已知加速区起点和终点对流给热系数的 条件下，中间其他点的对流给热系数可以 采用内插法进行计算。
则加速区传热系数计算公式为
Nut 2.0 0.54Re t
0.5
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加速运动区域对流给热系数计算
显然，在物料进口处，即加速区起点， ur 最大，α 和 kH 均最大，其计算式为：
Nuo 0.95104 Re o 2.15
400 < Reo < 1300 30 < Reo < 400
Nuo 0.76 Re o
工业中常将各种除湿方法结合使用，例如，机械除湿和干燥联合 操作。
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干燥过程特点
干燥一般包括两个基本过程，一是对固体加 热达到湿分汽化的过程；另一个是汽化后 湿分扩散进入气相的传质过程，同时湿分 从固体内部扩散源源不断达到固体表面， 这是湿分在物体内部的传质过程。所以， 干燥过程的特点是传热和传质同时伴生且 相互影响、相互制约的过程。
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流化床干燥器
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气流干燥装置分类
以干燥管形式分类有： • 直管式气流干燥器：气流干燥器基本型式； • 变径式气流干燥器：在加料口上部一段（颗粒 加速段）采用较小管径，颗粒速度进入恒速段 以后则采用扩大管气流干燥管直径 逐渐增加，气速由下到上逐渐减少，增加了颗 粒在管内的停留时间，降低了干燥管的高度；
☆
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气流干燥器的基本知识
气流干燥器的基本知识：请参阅化原教材或 有关参考书，学习时注意以下几个问题： 气流干燥器的流程，由哪些设备构成？ 气流干燥器的特点是什么？（优点、缺点） 气流干燥器适用于什么物料？ 加料口上部一段（加速段）干燥速度特别快 的原因是什么？（
气流干燥器
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气流干燥器
• 气固接触面积大（悬浮）；干燥时间短； 传热与传质效率高，设备结构简单。 • 适用于：状、泥状、块状湿物料，热敏性、 易氧化物料 ； 非结合水分干燥 • 产品磨损较大：摩擦与碰撞，不适于易粉 碎物料除尘设备要求严
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流化床干燥器
• 气固两相间接触良好，床内温度比较均匀， 平均停留时间比长，产品的最终含水量可 较低,对物料适应性较好。当散状物料干燥 存在降速阶段时，采用沸腾干燥较为有利。 • 主要缺点是：沸腾床中可能出现局部物料 的短路和返混
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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。
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气流干燥管内参数分布
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• 空气沿干燥管的温度分布如图所示，综观 整个干燥过程， • 空气的性质（温度，湿度）沿干燥管在不 断变化； • 物料温度变化分为三个阶段； • 颗粒的速度是先加速后恒速。
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等速运动区域对流给热系数计算
在等速运动区域，气固相间相对运动速度 ur 不 变，其对流给热系数α （或对流传质系数 kH） 也不同；但该值较小（为什么） 。对空气--水系 统，可按下式计算：
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设计方案
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 *22 23 24 空气进口 温度 T1(℃) 110 90 110 90 110 90 110 90 110 110 130 130 110 130 110 130 150 130 150 130 150 130 150 130 空气出口温 度 T2(℃) 60 60 70 70 60 60 70 70 70 60 60 70 70 70 60 60 60 70 70 60 70 70 60 60 气速*初值 （m/s） 15 15 15 15 20 20 20 20 15 15 15 15 20 20 20 20 25 20 20 20 25 25 20 25 进口湿料量（kg/h） 1 500 500 500 500 500 500 500 500 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 2 700 700 700 700 700 700 700 700 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000