盘式干燥机选型计算示例

信息来源：本站 | 发布日期： 2018-04-26 | 浏览量：

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（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+Cwx（tout-tin）)+Md×(Cm+CwxWd1)×(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^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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