臥式多室流化床干燥器.doc

1、中原工學院化工原理課程設計臥式多室流化床干燥器2013/01/15： 支玉惠學院：紡織學院班級：輕化101學號：1指導老師：瑾課程設計設計任務書（一）.設計題目設計一臺臥式多室流化床干燥器，用于干燥顆粒狀肥料。將其濕含量從 0.04+0.001 X 1=0.0410.0003+0.0001=0.0004 （以上均為干基），生產(chǎn)能力（以干燥產(chǎn)品計）3000+100=3100kg/ho（-）.操作條件1 .干燥介質(zhì)：濕空氣。其初始濕度和溫度根據(jù)地區(qū)的氣候條件來選定。離開 預熱器的溫度tl為80。2 .物料進口溫度：e l=30o3 .熱源：飽和蒸汽，壓力400kPao4 .操作壓力：常壓。5 .設

2、備工作日 每年330天，每天24小時連續(xù)運行。6 .廠址：新市龍湖地區(qū)。（三）、設計容（1）干燥流程的確定和說明。（2）干燥器主體工藝尺寸計算及結(jié)構(gòu)設計。（3）輔助設備的選型及核算（氣固分離器、空氣加熱器、供風裝置、供 料器）。（三）.基礎數(shù)據(jù)1 .被干燥物料顆粒密度 P s = 1730kg/m3；堆積密度 P b=800kg/m3；絕干物料比熱Cs = 1.47kJ/（kg ）;顆粒平均直徑dm=0.14 mm；臨界濕含量Xc=0.013 （kg/kg絕干料）；平衡濕含量X*=0。2 .物料靜床層高度Z 0為0.15m。3干燥裝置熱損失為有效傳熱量的15%。目錄（一）、設計方案簡介： 3（

3、二）、干燥過程的流程說明4（三）、干燥過程的計算42.1 主體設備的工藝設計計算42.1.1 物料衡算42.1.2 空氣和物料出口溫度的確定52.1.3 干燥器的熱量衡算52.1.4 預熱器的熱負荷和加熱蒸汽消耗量62.2 干燥器的設計72.2.1 流化速度的確定72.2.2 流化床層底面積的計算82.2.3 干燥器的寬度和長度92.2.4 干燥器高度92.2.5 干燥器結(jié)構(gòu)設計10（四）輔助設備的選擇及計算11一、風機12二、供料裝置13三、除塵設備14四、換熱器選型15五、空氣過濾器16六、管路計算及管道選擇17（五）、優(yōu)化分析185.1.1 .干燥器年總費用G185.1.2 干燥設備投資

4、折舊費用 GD18G.5.1.3 空氣年預熱費用 h195.1.4 風機年運轉(zhuǎn)費用195.2 .1干燥器優(yōu)化設計工藝分析205.2.2 風機風量205.2.3 干燥器體積的計算20（六）、設計一覽表22（七）、評述24（八人參考文獻25（一）、設計方案簡介：在化學工業(yè)中，為了滿足生產(chǎn)工藝中對物料含水率的要求或便于儲存、 運輸，常常需要用到干燥過程。本次化工原理課程設計的任務是設計一種臥式 多室流化床干燥器，將顆粒狀物料的含水量從0.041降至0.0004 ,生產(chǎn)能力為3100 kg / ho來自氣流干燥器的顆粒狀物料用星形加料器加入干燥器的第一 室，再經(jīng)過其余的四個室，在 42 下離開干燥器。

5、濕度為0.00988的空氣經(jīng) 翅片換熱器（熱載體為400kPa飽和水蒸氣）加熱至80C后進入干燥器，經(jīng)過與懸浮物料接觸進行傳質(zhì)傳熱后，濕度增加到0.02 ,溫度降至43o最后將尾氣通過旋風分離器和袋濾器，以提高產(chǎn)品的收率。流程中采用前送后抽式供 氣系統(tǒng)，維持干燥器在略微負壓下工作。通過查閱資料和選用公式設計，干燥 器較好的設計結(jié)果為：床層底面積 3m2,長度與寬度分別取4m和1.5m,高度 3.5m,隔板間距0.8m,物料出口堰高1.54m。分布板開孔率4.3%,總篩孔數(shù) 120509個，孔心距6.8mm。擋板與多孔板之間留有一定間隙（一般為幾十毫 米），使物料能順利通過。濕物料自料斗加入后，

6、一次有第一室流到最后一 室，在卸出。由于擋板的作用，可以使物料在干燥器的停留時間趨于均勻，避 免短路。并可以根據(jù)干燥的要求，調(diào)整各室的熱、冷風量以實現(xiàn)最適宜的風量 與風速。也可在最后一、二室只同冷風，以冷卻干物料。干燥室截面在上部擴 大，以減少粉塵的帶出。此外，還確定了合適的送風機、排風機、旋風分離 器、袋濾器、換熱器和空氣過濾器等附屬設備及型號。（二）、干燥過程的流程說明濕物料由星型供料器加入、通過空氣過濾器，后利用送風機的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的負 壓的推動使物料進入管路。然后，凈化后溫度為25的空氣進入換熱器，與壓力為400kPa的飽和水蒸氣進行熱量交換, 空氣被加熱，飽和水蒸氣冷卻被液化。出口處的空

7、氣溫度，即進干燥器溫度為80。工藝流程圖如下:（三）、干燥過程的計算3.1 主體設備的工藝設計計算3.1.1 物料衡算W=G(X1-X2)=L(H2-H1)X2 0,00043 2=1 +X2= 1 + 0.0004=0.0003998Gc=G2(l-o2)=3100X ( 1-0.0003998 ) =3098.76 kg絕干料/hW=G(X1-X2)=3O98.76 X (0.041-0.0004)=125.8kg/h|0.622 X * X Ps 0.622 X 0.5 X 3.1684H1 =H0= P- X Ps- = 101.325 -0.5 X 3J684=0.00988kg/k

8、g 絕干氣3.1.2 空氣和物料出口溫度的確定空氣的出口溫度2應比出口處濕球溫度高出13,即T2=43物料離開干燥器的溫度2的計算，即r (X X, ) t w2 c(*) ( X 2 X - cs (t2 tw2)n w 2 X 2 -X -C st2 -t w2*t2 I Xc-Xt 2 w2n ( Xc X ') Cs(t2 tw2 )1 w2由水蒸氣查表得rtw 2=2423 將有關數(shù)據(jù)代入上式，即 43 - 0 24330-2423 X 0.0004 - 1.47 X (43 - 30) X (器)"" X <147 X (43 - 30)2423

9、X 0.013 - 1.47 X (43 - 30)解得：9 2=42 3.1.3 干燥器的熱量衡算干燥器中不補充熱量，Qd ° ,因而可用下式進行衡算，即 Q Qp Qi Q2 Q3 Ql 式中：X (2490+1.88 X43)Q3=W(2490+1.88t2) = 125.8=323436.5KJ/hQ2=Gcm2(0 2- 0 1)=G(cs+4.187XX2)( 。2-0 1)=3098.76X(1.47+4.187 X0.0004) X ( 42-30 )=54941.4KJ/hQl=L(1.01 + 1.88H0)(t2-t0)=LX(1.10+1.88 X0.0099

10、) X ( 43-25 )= 18.51LQp=L(1.01 + 1.88H0)(tl-t0)=LX(1.O1 + 1.88 X0.0099) X(80-25)=56.57L取干燥器的熱損失為有效耗熱量 Q? Q3的15%,QD.15(Q2+Q3)=56756.7KJ/h將上面各值代入式Q Qp Qi Q2 Q3 Ql中，便可解得空氣耗用量，即56.57118.51L+54941.4+323436.5+56756.7解得：“11433.7kg絕干氣/hW由式L 求的空氣離開干燥器的濕度H2,即H2 HiH2=0.021 kg 水/kg 絕干氣3.1.4 預熱器的熱負荷和加熱蒸汽消耗量QP=L(

11、1.01 + 1.88H0)(tl-t0)= 11433.7X ( 1.01 + 1.88 X 0.0099 ) X ( 80-25 )=646821.8KJ/h由水蒸汽表查得，400kPa水蒸氣的溫度Ts 143.4 C ,冷凝熱r 2138.5kJ / kg ,Wh壬 X 0.85取預熱器的熱損失為有效傳熱量的 .%,則蒸汽消耗量為:646821.8/(2138.5 X 0.85)=355.84 干燥器的熱效率為n h=§F X l0°%=0.333.2 干燥器的設計3.2.1 流化速度的確定1 .臨界流化速度Umf的計算在80下空氣的有關參數(shù)為密度P =1 kg /m

12、3,黏度U =2.11 X 10-5Pa.s ,導熱系數(shù)人=3.047 X 10-2W/m. 。d3( P s - p)pff2 (Ar= 曰0.00014 X (1730-1) X 1 X 9.81)/(0.0211)2=104.54取球形顆粒床層在臨界流化點£ MF=0.4o由£ MF和A數(shù)值查圖得。Lymfe5 X 10 6臨界流化速度計算：Lymf n p sg fo.000005 X 0.0211 X 1730 X 9.81jUmfe=0.012 lm/s2 .顆粒帶出速度Ut由1及Ar值查圖得Lyt=0.55帶出速度計算0.55 X 0 0211 X 1730

13、X 981=0.582m/s3 .操作流化速度取操作流化速度為°，ut ,即u=0.7 X 0.582=0.4073m/s3.2.2流化床層底面積的計算1.干燥第一階段所需底面積Ai計算，得(1.01 1.88Ho)LaZo =(1.01 l.88Ho)LAi(tm)Gc( X i X 2 )r式中有關參數(shù)計算如下：取靜止床層厚度Z0=0.15m,干空氣的質(zhì)量流速取為 U ,即L' =pu=1.0 X0.4073=0.40736 (1 - c0)a =6X (1-0.4)/0.00014=25714.3m2/m3Re= u =0.00014X 0.4073 X 1/0.021

14、1=2.702流化床的對流傳熱系數(shù)a =4X10=0.004 X (0.03047/0.00014) X 2.7021.5 =3.867 W/ ml 流化床層的體積傳熱系數(shù)“a X a=99443.04WJ A由于dm=0.14minV 0.9 mm,所得值應予以校正，由 m值從圖中查得。C=0.1a a =0.1 義99443.04=9944.304 W/: (1.01 + L88 X 04)099) X 04073(1.01 f 1.88 X 0.00989) X 弧4尸3 X 41 X (80 - 30)9944.304 X0.15=-55- X (0.041 O(KXM> X 2

15、423T加牟得 Al=4.044m2 物料升溫階段所需底面積 A2計算，得(1.01 1.88HojL aZ 0=(1.01 1.88Ho)LA? W1 1GcCm：tl 2式中 Cm2=cs+4.187X2= 1.47kJ / kg 80 - 30In 用"建=0,276(1.01 + 1.88 X 0.00988) X 0.4073Lfii-i- ijea X OlDOIM w 0.5匕9944.304 X0.15=0.276解得；A2=0.834 m - f o!1 - 0.4 Zl=Z01I =0.15 xl 0.861 =0.432m床層總的底面積為：A=A1+A2=4.8

16、8 m23.2.3 干燥器的寬度和長度今取寬度b=1.63m,長度1=3m ,則流化床的實際底面積為4.89 nV。沿長度方向 在床層設置個橫向分隔板，板間距0.5m。物料在床層中的停留時間為：b 0.15 X 4.88 X 800T3100=0.189 h3.2.4 干燥器高度1 .濃度相高度Z1計算，得1 oZi Zo 1而由下式計算，前已算出,Re 2.09995 , Ar 75.657于是L18fie + 0,36J?e2 Q.21I 18 X 2.702 + 0.36 X 2.702n o.21由 £ =4104.54)=0.861分離段高度“24 X < 1.63

17、X 0.6 )De= 2 X ( 1j63 4-0.6 >0.877m由u=0.4073m/s及De=0.877,從圖中查得:%=0.877 X 2.S = 2.193m為了減少氣流對固體顆粒的帶出量，取分布板以上的總高度為3.5m。3.2.5干燥器結(jié)構(gòu)設計1 .布氣裝置采用單層多孔布氣板，且取分布板壓強降為床層壓強降的15%， 則Pd=0.15 Pb=0.15Z0 ( 1- e 0) ( P s- P ) g=0.15X0.15 X(l-0.4) X (1730-1) X 9.81=228.98Pa2再取阻力系數(shù) ，則篩孔氣速為：(2 A Pd 2 j2 X 22898N=kl tP

18、= W _2 x 1 I =15.132 m /s干燥介質(zhì)的體積流量為：t 273 1.013 10L(0.772 1.244H)/ J101300= 11433.7/3600 X (0.772+1.244 X0.00988) X 273 X101300-3.22m %選取篩孔直徑d° 15mm ,則篩孔總數(shù)為：3.22n I -U 2J幾0=4 00=3.14/4 X 15.132 X 0.00152=120509.67分布板的實際開孔率為："=4= 0.044即在分布板上篩孔按等邊三角形布置，孔心距為：Ude !3.14 X 0.00152et=（嗎9）=（ 0.044

19、 X 2髀=0.00684mm 2.分隔板 沿長度方向設置4個橫向分隔板，隔板與分布板之間的距離為3050mm (可調(diào) 節(jié))，提供室物料通路。分隔板寬l.5m，高3m ,由5mm厚鋼板制造。3 .物料出口堰高dp% ().00014 X 1 X 0,567Retu-40.0000211=3.86卻一 | 25_25 I1-%.，嚎=3.76044將u及Umf代入上式,解得日=6.452214 g-g) 2.14 X (0.15 -LjT_/ %(J_J X 產(chǎn) 98 76/36001凱)4 0I6452 111.63 乂 800 'U用式=求溢流堰高度，即將有關數(shù)據(jù)代入上式，經(jīng)試差解得

20、：h= 1.54 m(四)輔助設備的選擇及計算、風機按氣體的出口壓力或者進、出口壓強比將其分為通風機、鼓風機、壓縮機 和真空泵。1 .送風機 風機按其結(jié)構(gòu)形式有軸流式和離心式兩類。軸流式的特點是排風量大而風壓很 小，一般僅用于通風換氣，而不用于氣體輸送。故選擇離心式通風機。其風機 進口體積流量VI為J0 3) 273101V L(0.772 1.224 H) ?73 p=9788.52壓頭HT為(U2 U1 )Ht ( Z2 Zl) g(P2 pi)"g Hfl 2上式中Z2 Zl可忽略，P2 p, 1n %，所以上式可簡化為Ht g Hfi 2因為整個干燥過程的壓降主要有氣固分離器

21、、換熱器、干燥器和旋風分離器的H壓降，其總和大約為13000Pao為前半段提供動力的風機取T 7000pa根據(jù)所需風量V 1 =9788.52m3/h和經(jīng)驗，從風機樣本中查得 9-26NO.6.3的離心通風機滿足要求，電動機型號為Y225M-2o該風機性能如下風量 8588-1 1883 m3/h全風壓 9698-8615 pa軸功率45kw2 .排風機同理可得到物料出干燥塔的溫度下的體積流量V2t2 273101V2 U0.772 1.224H 2)273=10560.93 m 3/h根據(jù)所需風量V1 =10560.93m3/h和經(jīng)驗，從風機樣本中查得9-26NO.6.3的離心通風機滿足要求

22、，電動機型號為 Y225M-2o該風機性能如下風量 8588-1 1883 m3/h全風壓 9698-8615 pa軸功率45kw二、供料裝置根據(jù)物料性質(zhì)（散粒狀）和生產(chǎn)能力（3100kg/h ）選用星形供料裝置（加 料和排料）。供料器是保證按照要求定量、連續(xù)（或間歇）、均勻地向干燥器供料與排 料。供料器有各種不同的形式和容量，必須根據(jù)物料的物理性質(zhì)和化學性質(zhì) （如含濕量、堆積密度、粒度、黏附性、吸濕性、磨損性和腐蝕性等）以及要 求的加料速度選擇適宜的供料器。常用的固體物料供料器有圓盤供料器、旋轉(zhuǎn) 葉輪供料器、螺旋供料器、噴射式供料器等。將這些供料器相比較：對于圓盤供料器，雖然結(jié)構(gòu)簡單、設備費

23、用低，但 是物料進干燥器的量誤差較大，只能用于定量要求不嚴格而且流動性好的粒狀 物料；對于旋轉(zhuǎn)葉輪供料器，操作方便，安裝簡便，對高達300oC的高溫物料也 能使用，體積小，使用圍廣，但在結(jié)構(gòu)上不能保持完全氣密性，對含濕量高 以及有黏附性的物料不宜采用；對于螺旋供料器，密封性能好，安全方便，進 料定量行高，還可使它使用于輸送腐蝕性物料。但動力消耗大，難以輸送顆粒 大、易粉碎的物料；對于噴射式供料器空氣消耗量大，效率不高，輸送能力和 輸送距離受到限制，磨損嚴重。我們本次設計的任務是干燥細顆粒物料，它在進入干燥器之前的溫度下為 固態(tài)顆粒狀，顆粒平均直徑dm=0.14mm,硬度和剛性應較高。因為圓盤供

24、料器只能用于定量要求不嚴格的物料，所以通常情況下不選 用。又因為螺旋供料器容易沉積物料，不宜用于一年330天，每天24小時的連續(xù) 工作。另外噴射式供料器效率不高，且磨損嚴重，輸送能力和輸送距離受到 限制，也不宜采用。綜上，應選用星型供料裝置。物料供料量V = G/ P =3098.76/800=3.87m3/h計算星型加料器每轉(zhuǎn)加料量為3.87 X 10006。又 24 =2.69參考旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥與氣流干燥技術手冊554頁，選擇CLD HX 4型星型加料器，該加料器主要參數(shù)如下：41 / r每轉(zhuǎn)體積電機 Y8014/0.55轉(zhuǎn)速 24r / min工作溫度80三、除塵設備由于對于粒徑小于5 m

25、的細粉在旋風分離器的除塵效果較差，為了回收 有價值的塵粒和保護衛(wèi)生，工業(yè)上常采用除塵效率更高的設備進行二次除塵。二次除塵設備中常用的有袋濾器和濕式除塵器，其中袋濾器應用最多，具 有以下特點：對于微米或亞微米數(shù)量級塵粒的除塵效率一般可達99%,甚至可達 99.9%以上；處理氣體量圍大，根據(jù)需要，可設計制造出處理每小時幾立方米到 幾百萬立方米氣流量的袋式除塵器。適應性強，可以捕集多種干性粉塵； 不受粉塵比電阻的限制，特別對于高比電阻粉塵，除塵效率比電除塵器高得 多；進口含塵氣體在相當大的圍變化，對除塵效率和阻力影響不大。結(jié)構(gòu)簡 單，使用靈活，運行穩(wěn)定可靠，不存在水污染和污泥處理等問題。因此本次設

26、計采用袋濾器。參考常用化工單元設備設計6J212-213頁知，對于脈沖袋濾器式中：F 所需過濾面積，m2 ；Q含塵氣體處理量，m 3 / min ；過濾風速,m / min對于脈沖振打u 3.0 4.0m / min 180.0- 240.0m / h取風速u=200m/h3已知含塵氣體處理量 Q=V2=10560.93m/h故 F=10560.93/200=52.8 查表后選用MC-72 n型脈沖袋濾器四、換熱器選型用來加熱干燥介質(zhì)(空氣)的換熱器稱為空氣加熱器。一般可采用煙道氣 或飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)，且已飽和水蒸&&更廣泛。在干燥輸中，常 用的蒸汽加熱器有兩種主要形式，

27、一種是型；另一種是型。這兩種結(jié)構(gòu)形式的熱媒都在管子流動，通過管子的外表面加熱空氣，由于空氣側(cè)的換熱 系數(shù)要比管側(cè)熱媒的換熱系數(shù)低很多，所以管外側(cè)都加工成翅片，用以提高管 外空氣的湍流程度以及增加單位管長的換熱面積，提高傳熱性能。兩種加熱器用恪緲7般為，被加熱的空氣溫度在14° C以下， 迎面氣速為2,. m s ,最高不超過'm s。對于此次設計任務來說，操作壓力為400kpa,被加熱空氣最高溫度為80,符合加熱器操作圍要求。從蒸汽T 143 4c 性能表中查得，當蒸汽壓力P 400kPa時，飽和蒸汽溫度s ,。空氣平 均溫度T=to+t.(25+80)/2=52.5 ,此時

28、空氣密度P =1.087。SR7 1 0 7DA 件的散熱面積As AB 717.5根據(jù)其中蒸汽加熱器性能規(guī)格表124 ,初選型號為，單元組A0.45m?28.59m2,通風凈截面積f -1001 10 6 0.72 m2確定空氣從43升至80 所需熱量Q=ViPCP(t i-t o)=9788.52 X 1.087 X1.02 X ( 80-25 ) =595447.76KJ/h9788.52實際風速：U=3600 X Af=3600 X 0.45=3.786m/s空氣的質(zhì)量流速：Ur =u P =3.786 X 1.087=6.568m/s根據(jù)所查公式求排管的傳熱系數(shù)K：K=51.5(u

29、r)°-5I0 =51.5 X (6.568) 0 51 =134.49kJ/m 2.h. 傳熱溫差口:80-25143,4 二 253=時前=88.056 所需傳熱面積Ac ：Q - |95447.76 |Ac=K A =13449 X 88.065=50.28m2所需單元排管數(shù)n：Ac 50.28n=/la= 28.59=1.76實際選取2組，總傳熱面積A=2X 28.59=85.77m2性能校核VI 9788.52迎面風速 Us= As=72 X 3600=3.78m/s2.5m/s < u s=3.78m/s < 3.8m/s 故合適A 8577傳熱面積安全系數(shù)，

30、4c=508=1.7加熱空氣側(cè)總阻力 P=3X1.76u r=3X 1.76 X 6.57=4.14pa五、空氣過濾器空氣動力設備吸入含有灰塵的空氣之后，由于所用加熱介質(zhì)空氣中有可能 會含有各種煤塵、顆粒，如隨空氣進入到干燥系統(tǒng)中將造成設備的磨損，縮短 設備的使用壽命，吸入的灰塵會在風機葉片表面上結(jié)垢，造成設備中轉(zhuǎn)子的動 平衡精度下降，使其工作壽命大大減短，灰塵中的有害化學成分會使設備生 銹、腐蝕，因而，空氣動力設備必須要配高精度空氣過濾器。已知空氣流量為9788.52m3/h,查相關資料知，ZKL180型自潔式空氣過濾器 較為完善，過濾面積大、流速低、阻損小，可實現(xiàn)空氣過濾元件的自動清潔，自

31、 動化程度高，過濾原價使用壽命長，因此選用此種型號作為我們干燥系統(tǒng)的空氣 過濾設備。其性能參數(shù)如下：ZKL180空氣過濾器的主要性能參數(shù)最大空氣過濾量3m/min吸入狀態(tài)過濾精度um/效 率%消耗功率W電源AC18021/99.96100220V3反吹氣量m/min結(jié)構(gòu)形式初阻損Pa反吹氣壓MPa0.1單層W1500.4-0.6六、管路計算及管道選擇空氣流動適宜流速為15-20m/s取流速u=20m/s；計算空氣入口管路管徑：Vi=9788.52m/hVi d 2u 4距 4 X 9788.52故：d=v 訊 x X 360() X 20=0.416m=416mm選用450mm管路管徑，材質(zhì)為

32、不銹鋼，壁厚10mm。計算空氣出口管路管徑：V2=10560.93m3/h4V2 J 4 X 10560.93k/71 的靠 X 3600 X 20=0,432m=432mm選用450mm管路管徑，材質(zhì)為不銹鋼，壁厚9mm,、一士 u 30m / s飽和蒸汽在管路中適宜流速為20-30m/s,取流速計算飽和蒸汽管路管徑：流量已知飽和蒸汽為400kPa,溫度為143.4,查表知2.1618 kg / n?Wh=355.84kg/h-J 4 X IVh I n 4 X 355.84d=3600pjni=2.161® x 3600 x tt x 30=q 9441m=44.1 mm查表知選

33、取無縫鋼管為輸送管道外徑為 54mm,壁厚4mm,材質(zhì)為不銹鋼。計算蒸汽冷凝水管路管徑:飽和蒸汽經(jīng)換熱器冷凝后變?yōu)槔鋮s水，溫度為143.4 ,查表知其密度水923.006kg/m3 ,冷凝水在管道中適宜流速為。80.15m / s取 u 0.15m / s 4 x W/i .4 x 355.84d=W3600pm/923 x 3600 X rr x 0.15=30.16mm查表知選取有縫鋼管為輸送管道，外徑為 40mm,壁厚為3.5 mm，材質(zhì)為碳鋼。（五）、優(yōu)化分析5.1.1 .干燥器年總費用G在考慮了干燥器，空氣預熱器，風機，除塵器等設備的投資折舊費用和空 氣預熱費用，風機運轉(zhuǎn)費用等操作費

34、用的情況下，建立了干燥介質(zhì)出口溫度 優(yōu)化設計數(shù)學模型，它以年總費用為目標函數(shù)，總費用 G為：G = Gd+Gh+Gp式中：G總費用，萬元/年；Gd 干燥設備投資折舊費，萬元/年；Gh空氣預熱費，萬元/年；Gp風機運轉(zhuǎn)費，萬元/年。5.1.2 干燥設備投資折舊費用 GD干燥設備投資折舊費用Gd包括干燥器，預熱器，風機和除塵器設備的投 資折舊費。設年投資折舊費為：GDaMbVcFcY式中：Vm干燥器體積，3 ；設備年折舊率, 美元和人民幣的兌換系數(shù)。a為綜合指數(shù)，它隨企業(yè)規(guī)模，加工能力，產(chǎn)品質(zhì)量，信譽，服務水平等不同而不同，一般可取0.20.4 ,為通貨膨脹系數(shù)，設2005年為1500.1 ,若以

35、后各bc年不知，可按5%遞增速度書算，為經(jīng)驗系數(shù)，一般可取4555,為指數(shù)，一般可取11.5 ,0為設備折舊率，一般取0.080.125,即干燥器使用年限一般為812年。由式得干燥系統(tǒng)的設備折舊費是干燥器體積的函數(shù)。5.1.3 空氣年預熱費用Gh若干燥介質(zhì)溫度低于1600C時，較適合采用蒸汽預熱干燥介質(zhì)?？諝忸A熱 費用實際上是所消耗蒸汽的費用，它與干燥物料時的流量，預熱空氣的流量等有 關，由物料衡算和熱量衡算得到飽和水蒸氣的用量，水蒸氣用量越大，則空 氣年預熱費用越多，因此空氣預熱費用 。卜為：Gh=L XThX(1.01 + 1.88 XHo) X(t i-t o) X8.12 X10-6式

36、中：Th年工作時間，h ；5.1.4 風機年運轉(zhuǎn)費用風機年運轉(zhuǎn)費用為風機運轉(zhuǎn)所消耗的電能的費用，它與風機的風量成正 比，若干燥系統(tǒng)阻力較小，可采用一臺送風機，其年運轉(zhuǎn)費用為：Gp=0.00004 XQhsXTh若干燥系統(tǒng)的阻力較大或防止干燥器中干燥介質(zhì)中干燥介質(zhì)向外泄露，使 干燥器產(chǎn)生一定的負壓，則必須在干燥系統(tǒng)出口增加一臺排風機，其年運轉(zhuǎn)費 用可用下式計算：Gp=0.00004 X(Qhs+ QhP) XTh式中Qhs, Qhp一一送風機，排風機的風量，m3/h;0.00004經(jīng)驗比例系數(shù)。5.2 .1干燥器優(yōu)化設計工藝分析由以上分析得要求干燥系統(tǒng)的總費用，必須求得風機用量Qhs , QhP

37、 ；飽和 水蒸氣的用量,干燥器體積V。而這三個變量是空氣出口溫度的函數(shù)，在空氣O O W V出口溫度t2確定的情況下，“hs , Vhp , h ,是可以通過工藝衡算得到。5.2.2 風機風量對臥式多室干燥系統(tǒng)在干燥器出口要采用除塵裝置分離空氣中的固體顆 粒，故干燥系統(tǒng)的阻力較大，除在干燥系統(tǒng)進口安裝送風機外還要在干燥系統(tǒng) 出口處安裝排風機，送風機安裝于預熱器之前，此時濕空氣的狀態(tài)為( t0 , Ho),而排風機安裝于干燥器之后，其濕空氣狀態(tài)為t2, H2 ),所以送(風量和排風量分別為：Qhs L (0.7731.224 Ho) (273 to) /273QhP L (0.7731.224

38、H2) (273 t2)/2735.2.3 干燥器體積的計算由于多室流化床的干燥速度快，物料在干燥器中停留的時間短，其整個過程可認為由恒速干燥和降速干燥兩個階段組成。按體積給熱系數(shù)法計算其體積，為Q At。要求得干燥器的體積，必須求的干燥過程的傳熱量 Q 體積給熱系數(shù)a以及對數(shù)平均推動力 5。假設物料的傳熱和傳質(zhì)只發(fā)生在高度為H,空隙率為0.4的靜止床層，且其 過程分為兩個部分，一，恒速蒸發(fā)階段，二，降速段。具體過程如下: 含量)降為Xc (臨界濕含量)，干燥介質(zhì)溫度由 力降到一物料和熱量衡算 為：第一階段：在恒速蒸發(fā)階段濕物料溫度由升到tw,水分含量由Xi (初始濕Ql =GX(X l-Xo

39、)Xnu)i+ ( Cs+4.187 XXI ) X(Tw 1-0 1)=L CsX(ti-tt)(干燥介質(zhì)在恒速階段釋放的熱量)；第二階段：濕物料溫度由w升到2,含水量由X)降到X (最終含水量)，干 燥介質(zhì)溫度由到12 ,物料和熱量衡算關系為：Q2=GX(Xo-X2)Xrtm+ ( Cs+4.187XX2) X( 0 2-Twi)(降速階段水蒸發(fā)和濕物料升溫需要的熱量)。上式中空氣流量，物料流量等由總的物料和熱量衡算得到，其他臨界條件由已知得到。由上兩式子分別得到不同階段的溫度(,I, 0 , t2),將物料和介質(zhì)的流向假認為逆流，計算得到逆流傳熱平均溫差tl , t2 ：(H - tw)

40、 - (U - B 1) r r-x fl - ff x 11=J(ll _ fl 2) - (t2 - tw)tj他柒- O Vt V V帶入"a ,得到I, 2,考慮干燥器實際體積比傳熱體積大和熱損失等因素，由經(jīng)驗取實際體積和傳熱體積的比值為6。即干燥器體積 6 (V. V2)o由附錄的程序可以看出，通過比較可知在出口溫度為43度時為最優(yōu)狀態(tài)。結(jié)果如下：設備折舊費 Gd=44.84萬元，空氣預熱費Gh=4.16萬元，風機運 轉(zhuǎn)費Gp=0.645萬元，總費用最少值G=49.65萬元 最佳出口溫度t：=43折舊費用Gd空氣年預熱費用Gh干燥器總車費用（六）、設計一覽表數(shù)據(jù)名稱符號數(shù)值單位物料(PVC)初始濕含量X10.041kg水/ kg絕干料終態(tài)濕含量X20.0004kg水/ kg絕干料臨界濕含量Xo0.013kg水/ kg絕干料平衡濕含量*X0kg水/ kg絕干料進口溫度130oC顆粒密度S1730kg/ m3堆積密度b800kg/ m3絕干物料比熱Cs1.47kJ /(kg K)顆粒平均直徑dm0.14mm靜床層高度Zo0.15m干燥介質(zhì)（空氣）進干燥器溫度tl80oC干燥器操作壓力P常壓(400)KPa熱損失15%熱源（飽和水蒸氣）壓力Ps40