第38卷第3期化 学 工 程Vol . 38No . 3
2010年3月CHE M I CAL E NGI N EER I N G (CH I N A ) Mar . 2010
几种常用干燥设备的简捷计算方法
李建国, 赵丽娟, 潘永康
(天津科技大学机械工程学院, 天津 300222)
摘要:为简化干燥设备的设计步骤, 根据工业生产实践和经验公式, 提出了流化床、振动流化床、内热流化床、惰性粒子流化床、离心喷雾干燥、压力喷雾干燥、旋转闪蒸干燥及气流干燥8种常用干燥设备的主体尺寸的简捷设计方法, 并介绍了所有干燥设备都适用的基础计算。应用的干燥器有重要的指导作用。除了设备主体尺寸之外, 验或参考更为详尽的资料才能完成。
关键词:设计; 流化床; 喷雾干燥; ; 中图分类号:T Q 028:2010) 0320005205
fi ati n g methods for so me co mmon dryers
L I J i a n 2guo, ZHAO L i 2juan, PAN Y ong 2kang
(College of Mechanical Engineering, Tianjin University of Science &Technol ogy, Tianjin 300222, China ) Abstract:T o si m p lify the design p r ocedures of drying equi pment the si m p lified design methods f or the p ri m ary di m ensi ons of eight common dryers, including fluidized 2bed dryer, vibr o 2fluildized bed dryer, fluidized 2bed dryer with inner particles, inert particles fluidized 2bed dryer r otary s p ray dryer, p ressure s p ray dryer, r otary flash dryer and draft dryer, were put f or ward according t o industrial p ractices and experiential f or mulas . The basic calculati ons suitable for all drying equi pment were intr oduced . The menti oned si m p lified methods adop tmany e mp irical data and can direct the design of industrial dryer perfectly . Besides the p ri m ary di m ensi ons, many structural di m ensi ons should be confir med based on the designer ′s experience or more detailed inf or mati on . Key words:design; fluidized bed; s p ray drying; r otary flash; draft drying
干燥在工农业生产中的应用非常广泛, 其目的是除去物料中的湿分。最常用的干燥设备主要有流态化干燥器(流化床、振动流化床、内热流化床、惰性粒子流化床) , 喷雾干燥器(主要有离心式和压力式) , 旋转闪蒸和气流干燥器等。物料在干燥器中的干燥过程十分复杂, 它涉及到流体力学、传热、传质3个方面的基础知识, 如果按照这些基础理论来设计工业用干燥器, 就会使计算过于繁琐, 有时与实际情况出入较大。本文根据多年的工业实践经验, 结合理论研究, 得出了一些较为简捷的计算方法, 希望对设计者有所帮助。1 基础计算
1. 1 物料衡算
4个基本参数:湿物料处理量G 0, 干物料产量
G e , 湿物料的初始含水质量分数w 0, 干物料的最终含
水质量分数w e 。已知3个数据求另外1
个未知量。
对干燥器进行物料衡算:
G 0(1-w 0) =G e (1-w e )
若已知G e 及w 0, w e , 则由式(1) 得
G 0=G e
(1)
1-w e 1-w 0
(2)
基础计算包括物料与热量衡算、排风温度估算
[122]
及风量计算, 是干燥设备设计的基础。
若已知G 0及w 0, w e , 则式(1) 可写为
1-w 0
G e =G 0
1-w e
(3)
作者简介:李建国(1974—) , 男, 副教授, 博士, 研究方向为干燥技术与设备, E 2mail:[email protected] 。
・6・ 蒸发水分量
W =G 0-G e
化学工程 2010年第38卷第3期
1. 4 求空气用量
(4)
1. 2 热量衡算
蒸发水分所需要的热量
(5) Q =W γ
式中:γ为汽化潜热, kJ /kg,与蒸发温度有关。不同温度下水分的汽化潜热可在水的饱和蒸汽压表上查取, 通常可粗略地取γ=2394kJ /kg, 并考虑热效率η, 一般为0. 6—0. 9, 故提供的热量为
η=W γ/η(6) Q ′=Q /
由此可确定供热设备的尺寸及计算供给干燥器的热空气量。1. 3 排气温度
来进行计算130℃, 大气条件为20℃, 相对湿度为40%, 则热风量
(7) q V 130=
ρ() c 130-2020p 20
在空气的物理性质表上查得为:ρ=201. 205kg/m, c p 20=1. 005kJ /(kg ・℃) , 下标130, 20为温度, ℃。
3
由q V 130, 求鼓风机的风量
q V 20=q V 130
273+130引风机的风量:
q V 40=q V 130
(10)
273+130
(11)
蒸发水分量多时, 则q V 40中还需计算蒸汽的体积流量。
ρ(12) q vapor =W /, 先做基础计算, 并且应
:
3
湿物料的堆积密度ρw , kg/m; 物料在床内的停留时间, 即干燥时间τ, m in, 通常由试验或经验确
3
ρ定; 湿物料的体积处理量q 1=G 1/w , m /h;干燥时
间内湿物料处理量V τ=2. 1 普通流化床
q 1
60
τ, m 3。×
普通流化床内物料静床高度取H =0. 2m , 流化床的床层面积为A =
V τ
通过干燥器后空气中绝对含湿质量分数的增量为
Δy =(8)
ρq V 130×130
则排气的绝对含湿质量分数为
(9) y 2=y 1+Δy
在焓湿图(图1) 上作图求出排气温度:①由空气温度20℃及相对湿度40%找出A 点。A 点所对应的湿度为y 1=0. 006kg/kg 。②由A 沿等湿线向上与130℃线相交找出B 点(AB 即为空气加热线) 。③通过B 点的等焓线为h 1=147kJ /kg, 若该干燥过程热效率η=0. 85, 则出口排气的焓h 2(kJ /kg ) 为:h 2=h 1×η=147×0. 85=125, h 2线与y 2线的交点C , 即为排气的空气状态, 由C 点可查得排气温度为40℃
。
0. 2
, 设计流化床床面的长和
宽, 使A =L ×B 。L 为长度, m; B 为宽度, m 。进一步核对流化速度:
u =
q V , in
3600×A
(13)
u 应大于最小流化速度且小于携带速度, 否则
宜采用预处理或其他干燥方法。
2. 2 振动流化床
床内物料静床高度H =0. 1m , 进气速度可小于最小流化速度, 进气量主要由热量衡算确定, 其他计算方法与上述相同。2. 3 内热流化床
物料中水分蒸发所需要的热量由流化床内置的加热装置提供, 进气不必加热, 进气气速稍大于最小流化速度。内热装置可以是加热管或板式加热器, 加热面积通过计算确定。
(14) A H Δt K
2
式中:K 为传热系数, 通常取200W /(m ・K ) 。2. 4 惰性粒子流化床
图1 湿空气的焓湿图
Fig . 1 Enthal py 2hum idity chart of moist air
惰性粒子流化床干燥是由溶液、悬浮液、浆液以及膏糊物料生产粉体。惰性粒子和料液的匹配要恰当。几种粒子的流化速度如表1所示。
李建国等 几种常用干燥设备的简捷计算方法
表1 几种惰性粒子的流化速度
Table 1 Fluidized vel ocity of several inert particles
・7・
流化床增加30%—120%, 为兼顾干燥速度和粉碎能力, 可将大小粒子混合使用以提高干燥能力。在惰性粒子流化床中若采用升举式搅拌桨叶, 可提高干燥强度30%—50%。
惰性粒子流化床的操作性能受诸多因素的影响, 如进风温度、进风速度、床层高度、粒子种类、进料量、物料浓度、多孔板开孔类型、搅拌轴速等, 设计时应由试验确定诸参数, 表2。
玻璃珠
聚四氟乙烯陶粒氧化铝
5. 53. 15. 15. 8
流化速度/(m ・s ) 6. 27. 07. 84. 34. 85. 95. 96. 87. 26. 57. 58. 4
-1
9. 56. 59. 010. 1
惰性粒子流化床的操作气速和床层压降比常规
表2 Table 2 Pr operties of 型号
No . 1No . 2No . 3No . 4No . 5No . 6No . 7
流化床底部直径D 高[***********]4001600
[***********]1860
200—250200—300300—400350—500400—600500—700600—800
[***********]0033003700
料管数
2468101214
体积/m3
0. 014—0. 0180. 04—0. 060. 15—0. 20. 28—0. 40. 45—0. 680. 77—1. 091. 2—1. 61
稀液最大蒸发
5—716—2460—80110—160180—270300—440480—640
相同蒸发量的
G LP5D =0. 8m
量/(kg ・h -1) 喷雾干燥塔型号
G LP5D =1. 6m
G LP5D =2m
G LP5D =2. 5m
G LP5D =3. 1m
G LP5D =3. 5m
G LP5D =4. 5m
3 离心喷雾干燥3. 1 选取雾化器
[3]
根据处理量G 0(即喷液量) 选取雾化器直径d, 转速N 及功率。表3可提供参考。
表3 某厂企业标准
Table 3 I ndustrial standard of s ome fact ories
干燥塔型号
最大水分蒸发量/(kg ・h -1)
塔径/m雾化器直径/mm雾化器转速/(r ・m in -1)
550. 8
50
25251. 6
50502
1001002. 4120—150
1501502. 7
2002003. 018000
3003003. 3
5005004. 5
100010005. 0
200020006. 012000
500050008. 0210—240
[1**********]0. 0
150—180
15000
[**************]
3. 2 确定喷雾塔的内径与塔高D =R 99×2×(1. 0—1. 2)
N
-0. 16
(16)
采用R 99式计算离心雾化器的喷矩
R 99=3. 46d
0. 3
干燥塔直筒段高度H , 通常取H /D=0. 8—1。
(15)
G 0
0. 22
塔的锥部锥角通常取为60°, 则锥部高为:H 1=0. 866D 。雾滴在干燥塔内的总行程为
喷雾塔内径D 为
・8・
化学工程 2010年第38卷第3期
∑H
=H +H 1=H +0. 866D
有效容积:
V eff =W I
喷雾干燥塔的体积为
π2π2
(17) V =D H +D H 1
412
塔内的空塔气速取0. 1—0. 15m /s 。物料在塔内的停留时间为5—30s 。由塔高及气速核算停留时间应在此范围内。3. 3 校核
(19)
蒸发强度是一个经验数据, 可由经验数据确定。
文献[4]中推荐下式计算蒸发强度I :
I =
(t 1+273)
3. 42873. 34
(t 2+273)
(20)
此式没有反映物料特性。表5列举几种物料的干燥强度。
自上向下的并流压力喷雾, 空塔风速取0. 3—0. 5m /s; , 3—5:
V , h
根据不同进出口空气温度下干燥塔的容积蒸发强度I 校核设计的合理性。
表4 干燥塔的容积蒸发强度
Table 4 Volu metric (m )
3
πu (21)
出塔气温/℃
7080100
/℃
3. 583. 031. 92
2005. 275. 184. 09
2507. 637. 075. 96
3009. 498. 937. 80
9. 33
11. 11350
400
11. 2012. 74
:u 为空塔气速, 0. 3—0. 5m /s 。塔高H t 与液
滴的干燥性能及大小有关。确定干燥时间τ后, 塔高为:
H t =τ・u
(22)
5 旋转闪蒸干燥
根据旋转闪蒸干燥器操作的经验参数可确定干
V c =W I
(18)
比较V c 与式(15) 中的V , 取大者作为干燥塔的
体积。
4 压力喷雾干燥
燥室的内径和高度。目前旋转闪蒸干燥器的
最大内径为1. 6m , 干燥区高度为2—6m 。5. 1 干燥器内径
D =
q [122, 5]
πu (23)
压力喷雾干燥常采用干燥强度法估算干燥室的
式中:u 为轴向风速, m /s, 通常为3—5m /s 。
表5 几种物料的干燥强度
Table 5 D rying intensity of several materials
物料洗涤剂咖啡
全脂乳粉钛白粉还原棕BR
物料含水质量分数/%
6030606068—65
产品含水质量分数/%
2—3330. 5
进风温度/℃
[1**********]0—300180—190
出口温度/℃
1008285120—13090—95
干燥强度/
(kg ・m -3・h -1)
3. 121. 80. 63703. 58
5. 2 干燥室的高度6 气流干燥
可根据蒸发强度来确定高度, 蒸发强度最好由试验测定。
干燥室的体积
V =I
气流干燥的流体阻力较大, 一般为300—4000Pa 。管长通常不大于20m 。干燥时间仅为
[122, 5]
0. 5—2. 0s (最长不超过7s ) 。直管的体积传
(24)
干燥室的高度
H c 热系数为8264—25155kJ /(h ・m ・K ) 。产品出口温度比排气温度低20—30℃。
热空气与物料间的平均温度差
3
πD 2
(25)
李建国等 几种常用干燥设备的简捷计算方法
・9・
Δt =
干燥管体积
(t 1-t m 1) -(t 2-t m 2)
(t 1-t m 1) ln
(t 2-t m 2)
(26)
符号说明:
c p 比定压热容, kJ /(kg ・℃) h V 体积传热系数, kJ /(h ・m ・K ) Q 蒸发水分消耗的热量, kJ /h
3
V =
Δt h V ・
q V (27)
Q ′ 供热设备提供的热量, kJ /h q V , h 热空气用量, m /h q V , in 进气体积流量, m /h
33
干燥器的内径
D =
πu (28)
t 1 热风进口温度, ℃t 2 热风出口温度, ℃t , m 1, m 绝对湿度, kg/kg
D 一般为0. 3—1. 5m , 取管内进风速度为u =
20m /s (通常为20—40m /s ) 。
干燥管长度
(料, 。气流干燥对投料速率很敏感, 采用高温进气时可提高热效率并减小气管尺寸。气流干燥通常取物料质量与气体质量之比为0. 2—1. 0, 含水率低气温高时取低值, 由试验设备放大至
φ 相对湿度, %参考文献:
[1] 潘永康, 王喜忠, 刘相东. 现代干燥技术[M].北京:化
学工业出版社, 2007.
[2] 于才渊, 王宝和, 王喜忠. 干燥装置设计手册[M].北
工业设备时应采用相同质量比。7 结语
京:化学工业出版社, 2005.
[3] MASTERS K . Sp ray drying handbook [M].5th ed . Ne w
York:Long man Scientific &Technical, 1991.
[4] 黄立新, 唐金鑫, 王宗濂. 离心式喷雾干燥的计算机辅
本文所述简捷计算是以经验为基础的, 采用了诸多经验数据。除了设备主体尺寸之外, 尚有诸多
结构尺寸需要确定, 本文并未涉及, 设计者需根据自己的经验或参考更为详尽的资料才能完成。而针对某种特定的物料, 更需根据物料特性做出与之相适应的安排, 才能使生产得以圆满完成。
助设计[J ].南京林业大学学报, 1997, 21(增刊) :682
71.
[5] 金国淼. 化工设备设计全书———干燥设备[M].北京:
化学工业出版社, 2002.
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为适应我国信息化建设, 扩大本刊及作者知识信息交流渠道, 《化学工程》期刊已加入《中国学术期刊综
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(CA ) 、版) 》、《中国学术期刊文摘(英文版) 》、美国《化学文摘》美国《剑桥科学文摘》、俄罗斯《文摘杂志》、
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《化学工程》编辑部
第38卷第3期化 学 工 程Vol . 38No . 3
2010年3月CHE M I CAL E NGI N EER I N G (CH I N A ) Mar . 2010
几种常用干燥设备的简捷计算方法
李建国, 赵丽娟, 潘永康
(天津科技大学机械工程学院, 天津 300222)
摘要:为简化干燥设备的设计步骤, 根据工业生产实践和经验公式, 提出了流化床、振动流化床、内热流化床、惰性粒子流化床、离心喷雾干燥、压力喷雾干燥、旋转闪蒸干燥及气流干燥8种常用干燥设备的主体尺寸的简捷设计方法, 并介绍了所有干燥设备都适用的基础计算。应用的干燥器有重要的指导作用。除了设备主体尺寸之外, 验或参考更为详尽的资料才能完成。
关键词:设计; 流化床; 喷雾干燥; ; 中图分类号:T Q 028:2010) 0320005205
fi ati n g methods for so me co mmon dryers
L I J i a n 2guo, ZHAO L i 2juan, PAN Y ong 2kang
(College of Mechanical Engineering, Tianjin University of Science &Technol ogy, Tianjin 300222, China ) Abstract:T o si m p lify the design p r ocedures of drying equi pment the si m p lified design methods f or the p ri m ary di m ensi ons of eight common dryers, including fluidized 2bed dryer, vibr o 2fluildized bed dryer, fluidized 2bed dryer with inner particles, inert particles fluidized 2bed dryer r otary s p ray dryer, p ressure s p ray dryer, r otary flash dryer and draft dryer, were put f or ward according t o industrial p ractices and experiential f or mulas . The basic calculati ons suitable for all drying equi pment were intr oduced . The menti oned si m p lified methods adop tmany e mp irical data and can direct the design of industrial dryer perfectly . Besides the p ri m ary di m ensi ons, many structural di m ensi ons should be confir med based on the designer ′s experience or more detailed inf or mati on . Key words:design; fluidized bed; s p ray drying; r otary flash; draft drying
干燥在工农业生产中的应用非常广泛, 其目的是除去物料中的湿分。最常用的干燥设备主要有流态化干燥器(流化床、振动流化床、内热流化床、惰性粒子流化床) , 喷雾干燥器(主要有离心式和压力式) , 旋转闪蒸和气流干燥器等。物料在干燥器中的干燥过程十分复杂, 它涉及到流体力学、传热、传质3个方面的基础知识, 如果按照这些基础理论来设计工业用干燥器, 就会使计算过于繁琐, 有时与实际情况出入较大。本文根据多年的工业实践经验, 结合理论研究, 得出了一些较为简捷的计算方法, 希望对设计者有所帮助。1 基础计算
1. 1 物料衡算
4个基本参数:湿物料处理量G 0, 干物料产量
G e , 湿物料的初始含水质量分数w 0, 干物料的最终含
水质量分数w e 。已知3个数据求另外1
个未知量。
对干燥器进行物料衡算:
G 0(1-w 0) =G e (1-w e )
若已知G e 及w 0, w e , 则由式(1) 得
G 0=G e
(1)
1-w e 1-w 0
(2)
基础计算包括物料与热量衡算、排风温度估算
[122]
及风量计算, 是干燥设备设计的基础。
若已知G 0及w 0, w e , 则式(1) 可写为
1-w 0
G e =G 0
1-w e
(3)
作者简介:李建国(1974—) , 男, 副教授, 博士, 研究方向为干燥技术与设备, E 2mail:[email protected] 。
・6・ 蒸发水分量
W =G 0-G e
化学工程 2010年第38卷第3期
1. 4 求空气用量
(4)
1. 2 热量衡算
蒸发水分所需要的热量
(5) Q =W γ
式中:γ为汽化潜热, kJ /kg,与蒸发温度有关。不同温度下水分的汽化潜热可在水的饱和蒸汽压表上查取, 通常可粗略地取γ=2394kJ /kg, 并考虑热效率η, 一般为0. 6—0. 9, 故提供的热量为
η=W γ/η(6) Q ′=Q /
由此可确定供热设备的尺寸及计算供给干燥器的热空气量。1. 3 排气温度
来进行计算130℃, 大气条件为20℃, 相对湿度为40%, 则热风量
(7) q V 130=
ρ() c 130-2020p 20
在空气的物理性质表上查得为:ρ=201. 205kg/m, c p 20=1. 005kJ /(kg ・℃) , 下标130, 20为温度, ℃。
3
由q V 130, 求鼓风机的风量
q V 20=q V 130
273+130引风机的风量:
q V 40=q V 130
(10)
273+130
(11)
蒸发水分量多时, 则q V 40中还需计算蒸汽的体积流量。
ρ(12) q vapor =W /, 先做基础计算, 并且应
:
3
湿物料的堆积密度ρw , kg/m; 物料在床内的停留时间, 即干燥时间τ, m in, 通常由试验或经验确
3
ρ定; 湿物料的体积处理量q 1=G 1/w , m /h;干燥时
间内湿物料处理量V τ=2. 1 普通流化床
q 1
60
τ, m 3。×
普通流化床内物料静床高度取H =0. 2m , 流化床的床层面积为A =
V τ
通过干燥器后空气中绝对含湿质量分数的增量为
Δy =(8)
ρq V 130×130
则排气的绝对含湿质量分数为
(9) y 2=y 1+Δy
在焓湿图(图1) 上作图求出排气温度:①由空气温度20℃及相对湿度40%找出A 点。A 点所对应的湿度为y 1=0. 006kg/kg 。②由A 沿等湿线向上与130℃线相交找出B 点(AB 即为空气加热线) 。③通过B 点的等焓线为h 1=147kJ /kg, 若该干燥过程热效率η=0. 85, 则出口排气的焓h 2(kJ /kg ) 为:h 2=h 1×η=147×0. 85=125, h 2线与y 2线的交点C , 即为排气的空气状态, 由C 点可查得排气温度为40℃
。
0. 2
, 设计流化床床面的长和
宽, 使A =L ×B 。L 为长度, m; B 为宽度, m 。进一步核对流化速度:
u =
q V , in
3600×A
(13)
u 应大于最小流化速度且小于携带速度, 否则
宜采用预处理或其他干燥方法。
2. 2 振动流化床
床内物料静床高度H =0. 1m , 进气速度可小于最小流化速度, 进气量主要由热量衡算确定, 其他计算方法与上述相同。2. 3 内热流化床
物料中水分蒸发所需要的热量由流化床内置的加热装置提供, 进气不必加热, 进气气速稍大于最小流化速度。内热装置可以是加热管或板式加热器, 加热面积通过计算确定。
(14) A H Δt K
2
式中:K 为传热系数, 通常取200W /(m ・K ) 。2. 4 惰性粒子流化床
图1 湿空气的焓湿图
Fig . 1 Enthal py 2hum idity chart of moist air
惰性粒子流化床干燥是由溶液、悬浮液、浆液以及膏糊物料生产粉体。惰性粒子和料液的匹配要恰当。几种粒子的流化速度如表1所示。
李建国等 几种常用干燥设备的简捷计算方法
表1 几种惰性粒子的流化速度
Table 1 Fluidized vel ocity of several inert particles
・7・
流化床增加30%—120%, 为兼顾干燥速度和粉碎能力, 可将大小粒子混合使用以提高干燥能力。在惰性粒子流化床中若采用升举式搅拌桨叶, 可提高干燥强度30%—50%。
惰性粒子流化床的操作性能受诸多因素的影响, 如进风温度、进风速度、床层高度、粒子种类、进料量、物料浓度、多孔板开孔类型、搅拌轴速等, 设计时应由试验确定诸参数, 表2。
玻璃珠
聚四氟乙烯陶粒氧化铝
5. 53. 15. 15. 8
流化速度/(m ・s ) 6. 27. 07. 84. 34. 85. 95. 96. 87. 26. 57. 58. 4
-1
9. 56. 59. 010. 1
惰性粒子流化床的操作气速和床层压降比常规
表2 Table 2 Pr operties of 型号
No . 1No . 2No . 3No . 4No . 5No . 6No . 7
流化床底部直径D 高[***********]4001600
[***********]1860
200—250200—300300—400350—500400—600500—700600—800
[***********]0033003700
料管数
2468101214
体积/m3
0. 014—0. 0180. 04—0. 060. 15—0. 20. 28—0. 40. 45—0. 680. 77—1. 091. 2—1. 61
稀液最大蒸发
5—716—2460—80110—160180—270300—440480—640
相同蒸发量的
G LP5D =0. 8m
量/(kg ・h -1) 喷雾干燥塔型号
G LP5D =1. 6m
G LP5D =2m
G LP5D =2. 5m
G LP5D =3. 1m
G LP5D =3. 5m
G LP5D =4. 5m
3 离心喷雾干燥3. 1 选取雾化器
[3]
根据处理量G 0(即喷液量) 选取雾化器直径d, 转速N 及功率。表3可提供参考。
表3 某厂企业标准
Table 3 I ndustrial standard of s ome fact ories
干燥塔型号
最大水分蒸发量/(kg ・h -1)
塔径/m雾化器直径/mm雾化器转速/(r ・m in -1)
550. 8
50
25251. 6
50502
1001002. 4120—150
1501502. 7
2002003. 018000
3003003. 3
5005004. 5
100010005. 0
200020006. 012000
500050008. 0210—240
[1**********]0. 0
150—180
15000
[**************]
3. 2 确定喷雾塔的内径与塔高D =R 99×2×(1. 0—1. 2)
N
-0. 16
(16)
采用R 99式计算离心雾化器的喷矩
R 99=3. 46d
0. 3
干燥塔直筒段高度H , 通常取H /D=0. 8—1。
(15)
G 0
0. 22
塔的锥部锥角通常取为60°, 则锥部高为:H 1=0. 866D 。雾滴在干燥塔内的总行程为
喷雾塔内径D 为
・8・
化学工程 2010年第38卷第3期
∑H
=H +H 1=H +0. 866D
有效容积:
V eff =W I
喷雾干燥塔的体积为
π2π2
(17) V =D H +D H 1
412
塔内的空塔气速取0. 1—0. 15m /s 。物料在塔内的停留时间为5—30s 。由塔高及气速核算停留时间应在此范围内。3. 3 校核
(19)
蒸发强度是一个经验数据, 可由经验数据确定。
文献[4]中推荐下式计算蒸发强度I :
I =
(t 1+273)
3. 42873. 34
(t 2+273)
(20)
此式没有反映物料特性。表5列举几种物料的干燥强度。
自上向下的并流压力喷雾, 空塔风速取0. 3—0. 5m /s; , 3—5:
V , h
根据不同进出口空气温度下干燥塔的容积蒸发强度I 校核设计的合理性。
表4 干燥塔的容积蒸发强度
Table 4 Volu metric (m )
3
πu (21)
出塔气温/℃
7080100
/℃
3. 583. 031. 92
2005. 275. 184. 09
2507. 637. 075. 96
3009. 498. 937. 80
9. 33
11. 11350
400
11. 2012. 74
:u 为空塔气速, 0. 3—0. 5m /s 。塔高H t 与液
滴的干燥性能及大小有关。确定干燥时间τ后, 塔高为:
H t =τ・u
(22)
5 旋转闪蒸干燥
根据旋转闪蒸干燥器操作的经验参数可确定干
V c =W I
(18)
比较V c 与式(15) 中的V , 取大者作为干燥塔的
体积。
4 压力喷雾干燥
燥室的内径和高度。目前旋转闪蒸干燥器的
最大内径为1. 6m , 干燥区高度为2—6m 。5. 1 干燥器内径
D =
q [122, 5]
πu (23)
压力喷雾干燥常采用干燥强度法估算干燥室的
式中:u 为轴向风速, m /s, 通常为3—5m /s 。
表5 几种物料的干燥强度
Table 5 D rying intensity of several materials
物料洗涤剂咖啡
全脂乳粉钛白粉还原棕BR
物料含水质量分数/%
6030606068—65
产品含水质量分数/%
2—3330. 5
进风温度/℃
[1**********]0—300180—190
出口温度/℃
1008285120—13090—95
干燥强度/
(kg ・m -3・h -1)
3. 121. 80. 63703. 58
5. 2 干燥室的高度6 气流干燥
可根据蒸发强度来确定高度, 蒸发强度最好由试验测定。
干燥室的体积
V =I
气流干燥的流体阻力较大, 一般为300—4000Pa 。管长通常不大于20m 。干燥时间仅为
[122, 5]
0. 5—2. 0s (最长不超过7s ) 。直管的体积传
(24)
干燥室的高度
H c 热系数为8264—25155kJ /(h ・m ・K ) 。产品出口温度比排气温度低20—30℃。
热空气与物料间的平均温度差
3
πD 2
(25)
李建国等 几种常用干燥设备的简捷计算方法
・9・
Δt =
干燥管体积
(t 1-t m 1) -(t 2-t m 2)
(t 1-t m 1) ln
(t 2-t m 2)
(26)
符号说明:
c p 比定压热容, kJ /(kg ・℃) h V 体积传热系数, kJ /(h ・m ・K ) Q 蒸发水分消耗的热量, kJ /h
3
V =
Δt h V ・
q V (27)
Q ′ 供热设备提供的热量, kJ /h q V , h 热空气用量, m /h q V , in 进气体积流量, m /h
33
干燥器的内径
D =
πu (28)
t 1 热风进口温度, ℃t 2 热风出口温度, ℃t , m 1, m 绝对湿度, kg/kg
D 一般为0. 3—1. 5m , 取管内进风速度为u =
20m /s (通常为20—40m /s ) 。
干燥管长度
(料, 。气流干燥对投料速率很敏感, 采用高温进气时可提高热效率并减小气管尺寸。气流干燥通常取物料质量与气体质量之比为0. 2—1. 0, 含水率低气温高时取低值, 由试验设备放大至
φ 相对湿度, %参考文献:
[1] 潘永康, 王喜忠, 刘相东. 现代干燥技术[M].北京:化
学工业出版社, 2007.
[2] 于才渊, 王宝和, 王喜忠. 干燥装置设计手册[M].北
工业设备时应采用相同质量比。7 结语
京:化学工业出版社, 2005.
[3] MASTERS K . Sp ray drying handbook [M].5th ed . Ne w
York:Long man Scientific &Technical, 1991.
[4] 黄立新, 唐金鑫, 王宗濂. 离心式喷雾干燥的计算机辅
本文所述简捷计算是以经验为基础的, 采用了诸多经验数据。除了设备主体尺寸之外, 尚有诸多
结构尺寸需要确定, 本文并未涉及, 设计者需根据自己的经验或参考更为详尽的资料才能完成。而针对某种特定的物料, 更需根据物料特性做出与之相适应的安排, 才能使生产得以圆满完成。
助设计[J ].南京林业大学学报, 1997, 21(增刊) :682
71.
[5] 金国淼. 化工设备设计全书———干燥设备[M].北京:
化学工业出版社, 2002.
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