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盘式干燥机选型计算示例

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盘式干燥机选型计算示例

信息来源:本站 | 发布日期: 2019-01-08 | 浏览量:
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1、设计参数
物料名称:维生素C, 无色晶体, 80~300目细粉;
物料湿分:乙醇,需回收;

湿料含湿率:w1=15%;

产品含湿率:w2=0.1%;
 量: 10T/d   G2=10000/24=416.67kg/h;
进料温度:tm1=20℃;
出料温度: tm2=50℃;

排气温度: t2= 58℃ (蒸汽在排出干燥机前有多次被加热盘背面加热升温过程)

物料比热: Cm=1.5kj/kg.℃;
乙醇比热: Cw=2.85 kj/kg.℃;
乙醇汽化潜热:  r=950kj/kg;
乙醇沸点:78.3℃;
加热介质:热水;

热水进水温度: T1=75℃;
热水出水温度: T2=72℃;
盘式干燥机工作真空度: -0.06MPa(表压)

2、物料衡算
产品干基含水率:  wd2= w2/(1-w2)=0.1/(100-0.1)=0.001kg/kg
绝干物料产量:  G= G2 x (1-w2)=416.67x(1-0.001)=416.254kg/h
湿物料产量:  

      G1 = G2x[(1-w2)/ (1-w1)]=416.67x[(1-0.001)/(1-0.15)]=489.71kg/h

3、计算乙醇总蒸发量Δw

      Δw = G1-G2 = 489.71- 416.67=73.04kg/h

4、干燥热量计算

      Qd  = Δw×(r+Cwx(tm2-tm1)+G×(Cm+CwxWd2)×(tm2-tm1)

= 73.04x(950+2.85x(50-20))+416.254x(1.5+2.85x0.001)x(50-20)

= 98589.36kj/h

因该干燥是在低真空状态下进行,且要求回收溶剂,系统没有另行引入干气体,其计算干燥热量时稍有不同,一般按水分出料温度下蒸发,计算偏于安全

5、传热对数温差计算

ΔT = [(T1-tm1)-(T2-tm2)]÷ln[(T1-tm1)/(T2-tm2)]

= [(75-20)-(72-50)]÷ln[(75-20)/(72-50)] =36.02℃

6、干燥面积的计算

A = Qd / ( k.ΔT) = 98589.36/(23x3600/1000x36.02) = 33.06m2

其中k = 23w/m2.℃按经验选取。

拟选择2200/12型盘式干燥器,总加热面积36.9m2

7、管壳式冷凝器计算

1)计算干燥机泄漏量Mg。冷凝器的工作负荷为干燥机蒸发出的乙醇蒸汽和泄露进来的空气,其中乙醇蒸汽经降温而冷凝为液体,空气则仅有降温过程,但空气的泄入量影响冷凝器的传热系数。空气泄漏量Mg可查相应图表数据而确定,由盘式干燥器容积24m3,查得箱体泄漏量7kg/h,两端轴承处泄露估计为4kg/h,则总的泄漏量为Mg=11kg/h。

2)乙醇蒸汽饱和温度计算。乙醇在-0.06MPa(工作压强P=41.3kPa)单一组分下的饱和蒸汽温度约为59℃,但由于混合气体中含有大量泄漏进来的空气,进入冷凝器的乙醇湿气并不饱和,其湿度为X=Δw/Mg=6.64kg/kg,根据湿度定义X=Pw.Gw/(P-Pw)Gg得乙醇刚进入冷凝器的蒸汽分压Pw

Pw=PGgX/(Gw+GgX)=33.34kPa

其中Gg-空气分子量,Gg=29 ;Gw-乙醇分子量,Gw=46; Pw-乙醇蒸汽分压,kPa;P-干燥器工作总压强,kPa;

查乙醇的蒸汽压表,在Pw=33.34kPa时的饱和温度为tw=51℃。

随着冷凝的进行,乙醇在冷凝器中的浓度逐步降低,蒸汽压和饱和温度也下降,假设乙醇冷凝回收率为95%,则排出冷凝器前的乙醇蒸汽为
        X2=(1-0.95)Δw/Mg=0.332kg/kg
        Pw2=PGgX2/(Gw+GgX2)=7.148 kPa
       查乙醇蒸汽压表,在Pw2=7.148kPa时的饱和温度约为tw2=21℃。为此,如仅选用一台冷凝器,则冷却后的蒸汽温度应选为tc=20℃,否则,在冷凝器的后半部分将无法实现冷凝。如采用两台串联,后一台冷凝器仍应为t'c=20℃,前一台冷凝温度可稍高于该值,可参考Pw=33.34kPa选取。

3)按质量比加权计算乙醇蒸汽和空气混合物的比热容Ch
         空气比热 Cg=1.013kj/kg.  乙醇蒸汽比热Cw=1.51kj/ kj/kg. ℃
         空气质量分率  Rg=Mg/(Mg+Δw)=11/(11+73.04)=0.13
         乙醇蒸汽质量分率  Rw=Δw /( Mg+Δw)=73.04/(11+73.04)=0.87
         混合气体比热容  Ch=Cg.Rg+Cw.Rw =1.45kj/kg. ℃

(4) 冷凝器冷负荷Qc

    Qc=Δw r+(Δw+Mg).Ch(t2-tc)

      =73.04×950+(73.04+11)×1.45×(58-20)=74108.6kj/h  

       (随着冷凝进行,蒸汽温度逐步降低,在此则按t2计算,偏于安全)
        (5) 冷凝器换热面积Ac

因最终乙醇蒸汽的饱和温度为21℃,可选取常温水作为冷却介质,现选取给水温度Tc1=7℃,排水温度Tc2=15℃,则传热温差为:
              ΔTcc= [(t'w-Tc1)-(t'c-Tc2)]÷ln[(t'w-Tc1)/( t'c-Tc2)]

         = [(39.5-7)-(20-15)]÷ln[(39.5-7)/(20-15)]=14.69℃

      Ac=Qc/(Kc. ΔTc)=74108.6÷250÷14.69=20.18m2

  其中Kc=250kj/ m2.℃.h,按经验选取;

  饱和蒸汽温度取冷凝器前后平均值t'w=(58+21)/2=39.5℃

 以上计算,没有考虑冷凝过程中乙醇含量逐渐降低对传热系数和传热温差的影响,实际过程将是变温冷凝过程,乙醇蒸汽含量随冷凝而逐渐降低,气体流量下降,流速降低,不凝气体浓度加大,总传热系数降低。另外,乙醇蒸汽的饱和温度逐渐降低,导致传热温差降低,比热容也是逐渐下降,接近不凝气体的比热容,因此,应逐段计算其传热系数和传热温差,更为合理。本例因设备较小,采用了简化计算方法。

本冷凝器是按管壳式间接冷却方式计算,也可选用翅片式换热器作冷凝器,或采用直冷冷凝器,各种冷凝方式的差别详见附属装置有关章节。

(6) 冷却介质流量L
             L= Qc/C. ΔT=74108.6/4.18/(15-7)=2216kg/h
         8、真空泵选型计算
         盘式干燥机工作压强为P=41.3kPa,假设系统至冷凝器出口处时压降为

              ΔP=5kPa,则冷凝器出口处抽气量

 则:V=1000RTw2oMg/Gg/(P-ΔP-Pw2)

1000×8.314×294×11÷29÷(41300-5000-7148)=31.8m3/h

 其中Tw2=273+21=294,Pw2=7.148 kPa,

 真空机组有效抽速  Sp=1.3V=41.3m3/h
         K=1.3 为抽速损失系数,工作压力P=41.3kPa。 

  

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