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盘式干燥机选型计算示例

点击次数:1011 发布时间:2018-04-28

盘式干燥机选型计算示例

(1)物料原始参数:

物料名称:维生素C,无色晶体,80~300#细粉。
物料含湿率(乙醇)w1:0.15kg/kg;
产品含湿率w2:0.001kg/kg;
产量Mout:10000/24=416.670kg/h;
给料温度tin:20℃;
排料温度tout:50℃;
排气温度tw:  58℃(蒸汽在排出干燥器前,有多次被加热盘背面加热升温过程)
物料比热Cm:1.5kj/kg.℃;
湿份为乙醇,需回收。
乙醇比热Cw:2.85 kj/kg.℃;
乙醇汽化潜热r:950kj/kg;
乙醇沸点:78.3℃;
热水温度Tin:75℃;
排水温度Tout:72℃;
盘式干燥器工作真空度:-0.06MPa(表压)
(2)物料衡算
产品干基含水率 wd2= w2/(1-w2)=0.001/(1-0.001)=0.001kg/kg
绝干物料产量 Md= Mout x (1-w2)=416.67x(1-0.001)=416.254kg/h
湿物料产量Min = Moutx[(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 = Min-Mout = 489.17-416.67=73.04kg/h
(4)干燥热量计算
       Qd  = Δw×(r+C(tout-tin))+Md×(Cm+CWd1)×(tout-tin)
          = 73.04x(950+2.85x(50-20))+416.254x(1.5+2.85x0.001)x(50-20)
          = 98589.357kj/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,在计算干燥热量时与前边稍有不同,一般按水分在排料温度下蒸发,计算偏于安全。
(5)传热对数温差计算
       ΔT = [(Tin-tin)-(Tout-tout)]÷ln[(Tin-tin)-(Tout-tout)]= 36.015℃
(6)干燥面积计算
A = Qd / ( k. ΔT) = 98589.357/(23x3600/1000x36.015) = 33.06m2
其中k = 23w/m2.℃按经验选取。
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 计算干燥器泄漏量Mg 冷凝器的工作负荷为干燥器蒸发出的乙醇蒸汽和泄露进来的空气,其中乙醇蒸汽降温并冷凝为液体,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可按图1-65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是逐步降低的,蒸汽压和饱和温度也在下降,设乙醇冷凝回收率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
查乙醇的蒸汽压表,在Pw2=7.148kPa时的饱和温度约为tw2=21℃。为此,如只选用一台冷凝器,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,后一台冷凝器仍为tc=20℃,前一台的冷凝温度可稍高于该值,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.(tw-tc)=73165.6kj/h(在此蒸汽温度按tw计算,偏于安全)
》5 冷凝器换热面积Ac:
因zui终乙醇蒸汽的饱和温度为21℃,可选取常温水作冷却介质,选取给水温度Tc1=7℃,排水温度Tc2=15℃,则传热温差为:
ΔTc= [(tw-Tc1)-(tc-Tc2)]÷ln[(tw-Tc1)-( tc-Tc2)]=13.653℃
Ac=Qc/(Kc. ΔTc)=53.59m2
其中Kc=100kj/ m2.℃.h,按经验选取;
饱和蒸汽温度取泠凝器前后平均值(51+21)/2=36℃;
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以及温差的影响,实际的冷凝是个变温冷凝过程,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也逐渐降低,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。因而,应逐段计算传热系数和传热温差,在此因设备较小,采用了简化计算方法。
本例冷凝器是按管壳式间接冷却方式计算的,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=70362.86/4.18/(15-7)=2104kg/h
(8)真空泵选型计算
真空机组有效抽速Sp=(Δw+Mg) K=(73.04+11)x1.3=109.25kg/h
其中K=1.3为抽速损失系数
工作压力P=41.3kPa   

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