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    盤式干燥機選型計算示例

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    盤式干燥機選型計算示例

    信息來源:本站 | 發布日期: 2019-01-08 | 瀏覽量:
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    1、設計參數
    物料名稱:維生素C, 無色晶體, 80~300目細粉;
    物料濕分:乙醇,需回收;

    濕料含濕率:w1=15%;

    產品含濕率:w2=0.1%;
     量: 10T/d   G2=10000/24=416.67kg/h;
    進料溫度:tm1=20℃;
    出料溫度: tm2=50℃;

    排氣溫度: t2= 58℃ (蒸汽在排出干燥機前有多次被加熱盤背面加熱升溫過程)

    物料比熱: Cm=1.5kj/kg.℃;
    乙醇比熱: Cw=2.85 kj/kg.℃;
    乙醇汽化潛熱:  r=950kj/kg;
    乙醇沸點:78.3℃;
    加熱介質:熱水;

    熱水進水溫度: T1=75℃;
    熱水出水溫度: T2=72℃;
    盤式干燥機工作真空度: -0.06MPa(表壓)

    2、物料衡算
    產品干基含水率:  wd2= w2/(1-w2)=0.1/(100-0.1)=0.001kg/kg
    絕干物料產量:  G= G2 x (1-w2)=416.67x(1-0.001)=416.254kg/h
    濕物料產量:  

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

    3、計算乙醇總蒸發量Δw

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

    4、干燥熱量計算

          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

    因該干燥是在低真空狀態下進行,且要求回收溶劑,系統沒有另行引入干氣體,其計算干燥熱量時稍有不同,一般按水分出料溫度下蒸發,計算偏于安全

    5、傳熱對數溫差計算

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

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

    6、干燥面積的計算

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

    其中k = 23w/m2.℃按經驗選取。

    擬選擇2200/12型盤式干燥器,總加熱面積36.9m2

    7、管殼式冷凝器計算

    1)計算干燥機泄漏量Mg。冷凝器的工作負荷為干燥機蒸發出的乙醇蒸汽和泄露進來的空氣,其中乙醇蒸汽經降溫而冷凝為液體,空氣則僅有降溫過程,但空氣的泄入量影響冷凝器的傳熱系數。空氣泄漏量Mg可查相應圖表數據而確定,由盤式干燥器容積24m3,查得箱體泄漏量7kg/h,兩端軸承處泄露估計為4kg/h,則總的泄漏量為Mg=11kg/h。

    2)乙醇蒸汽飽和溫度計算。乙醇在-0.06MPa(工作壓強P=41.3kPa)單一組分下的飽和蒸汽溫度約為59℃,但由于混合氣體中含有大量泄漏進來的空氣,進入冷凝器的乙醇濕氣并不飽和,其濕度為X=Δw/Mg=6.64kg/kg,根據濕度定義X=Pw.Gw/(P-Pw)Gg得乙醇剛進入冷凝器的蒸汽分壓Pw

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

    其中Gg-空氣分子量,Gg=29 ;Gw-乙醇分子量,Gw=46; Pw-乙醇蒸汽分壓,kPa;P-干燥器工作總壓強,kPa;

    查乙醇的蒸汽壓表,在Pw=33.34kPa時的飽和溫度為tw=51℃。

    隨著冷凝的進行,乙醇在冷凝器中的濃度逐步降低,蒸汽壓和飽和溫度也下降,假設乙醇冷凝回收率為95%,則排出冷凝器前的乙醇蒸汽為
            X2=(1-0.95)Δw/Mg=0.332kg/kg
            Pw2=PGgX2/(Gw+GgX2)=7.148 kPa
           查乙醇蒸汽壓表,在Pw2=7.148kPa時的飽和溫度約為tw2=21℃。為此,如僅選用一臺冷凝器,則冷卻后的蒸汽溫度應選為tc=20℃,否則,在冷凝器的后半部分將無法實現冷凝。如采用兩臺串聯,后一臺冷凝器仍應為t'c=20℃,前一臺冷凝溫度可稍高于該值,可參考Pw=33.34kPa選取。

    3)按質量比加權計算乙醇蒸汽和空氣混合物的比熱容Ch
             空氣比熱 Cg=1.013kj/kg.  乙醇蒸汽比熱Cw=1.51kj/ kj/kg. ℃
             空氣質量分率  Rg=Mg/(Mg+Δw)=11/(11+73.04)=0.13
             乙醇蒸汽質量分率  Rw=Δw /( Mg+Δw)=73.04/(11+73.04)=0.87
             混合氣體比熱容  Ch=Cg.Rg+Cw.Rw =1.45kj/kg. ℃

    (4) 冷凝器冷負荷Qc

        Qc=Δw r+(Δw+Mg).Ch(t2-tc)

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

           (隨著冷凝進行,蒸汽溫度逐步降低,在此則按t2計算,偏于安全)
            (5) 冷凝器換熱面積Ac

    因最終乙醇蒸汽的飽和溫度為21℃,可選取常溫水作為冷卻介質,現選取給水溫度Tc1=7℃,排水溫度Tc2=15℃,則傳熱溫差為:
                  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,按經驗選取;

      飽和蒸汽溫度取冷凝器前后平均值t'w=(58+21)/2=39.5℃

     以上計算,沒有考慮冷凝過程中乙醇含量逐漸降低對傳熱系數和傳熱溫差的影響,實際過程將是變溫冷凝過程,乙醇蒸汽含量隨冷凝而逐漸降低,氣體流量下降,流速降低,不凝氣體濃度加大,總傳熱系數降低。另外,乙醇蒸汽的飽和溫度逐漸降低,導致傳熱溫差降低,比熱容也是逐漸下降,接近不凝氣體的比熱容,因此,應逐段計算其傳熱系數和傳熱溫差,更為合理。本例因設備較小,采用了簡化計算方法。

    本冷凝器是按管殼式間接冷卻方式計算,也可選用翅片式換熱器作冷凝器,或采用直冷冷凝器,各種冷凝方式的差別詳見附屬裝置有關章節。

    (6) 冷卻介質流量L
                 L= Qc/C. ΔT=74108.6/4.18/(15-7)=2216kg/h
             8、真空泵選型計算
             盤式干燥機工作壓強為P=41.3kPa,假設系統至冷凝器出口處時壓降為

                  ΔP=5kPa,則冷凝器出口處抽氣量

     則:V=1000RTw2?Mg/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,

     真空機組有效抽速  Sp=1.3V=41.3m3/h
             K=1.3 為抽速損失系數,工作壓力P=41.3kPa。 

      

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