盤(pán)式干燥機(jī)選型計(jì)算示例
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2018-04-26
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盤(pán)式干燥機(jī)選型計(jì)算示例
（1）物料原始參數(shù)：
物料名稱(chēng)：維生素C，無(wú)色晶體，80~300#細(xì)粉。
物料含濕率（乙醇）w1：0.15kg/kg；
產(chǎn)品含濕率w2：0.001kg/kg；
產(chǎn)量Mout：10000/24=416.670kg/h；
給料溫度tin：20℃；
排料溫度tout：50℃；
排氣溫度tw: 58℃（蒸汽在排出干燥器前，有多次被加熱盤(pán)背面加熱升溫過(guò)程）
物料比熱Cm：1.5kj/kg.℃；
濕份為乙醇，需回收。
乙醇比熱Cw：2.85 kj/kg.℃；
乙醇汽化潛熱r：950kj/kg；
乙醇沸點(diǎn)：78.3℃；
熱水溫度Tin：75℃；
排水溫度Tout：72℃；
盤(pán)式干燥器工作真空度：-0.06MPa（表壓）
（2）物料衡算
產(chǎn)品干基含水率 wd2= w2/(1-w2)=0.001/(1-0.001)=0.001kg/kg
絕干物料產(chǎn)量 Md= Mout x (1-w2)=416.67x(1-0.001)=416.254kg/h
濕物料產(chǎn)量Min = Moutx[(1-w2)/ (1-w1)]=416.67x[(1-0.001)/(1-0.15)]=489.71kg/h
（3）計(jì)算乙醇總蒸發(fā)量Δw
Δw = Min-Mout = 489.17-416.67=73.04kg/h
（4）干燥熱量計(jì)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
因該干燥是在低真空狀態(tài)下進(jìn)行，且要求回收溶劑，系統(tǒng)沒(méi)有另行引入干氣體，在計(jì)算干燥熱量時(shí)與前邊稍有不同，一般按水分在排料溫度下蒸發(fā)，計(jì)算偏于安全。
（5）傳熱對(duì)數(shù)溫差計(jì)算
ΔT = [(Tin-tin)-(Tout-tout)]÷ln[(Tin-tin)-(Tout-tout)]= 36.015℃
（6）干燥面積計(jì)算
A = Qd / ( k. ΔT) = 98589.357/(23x3600/1000x36.015) = 33.06m2
其中k = 23w/m2.℃按經(jīng)驗(yàn)選取。
選擇2200/12型盤(pán)式干燥器，總加熱面積36.9m2。
（7）管殼式冷凝器計(jì)算
》1 計(jì)算干燥器泄漏量Mg 冷凝器的工作負(fù)荷為干燥器蒸發(fā)出的乙醇蒸汽和泄露進(jìn)來(lái)的空氣，其中乙醇蒸汽降溫并冷凝為液體，空氣則僅有降溫過(guò)程，但空氣的泄入量影響冷凝器的傳熱系數(shù)。空氣泄漏量Mg可按圖1-65確定。由盤(pán)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(jì)為4kg/h，則總的泄漏量為
Mg=11kg/h。
》2 乙醇蒸汽飽和溫度計(jì)算 乙醇在-0.06MPa（工作壓強(qiáng)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(jìn)來(lái)的空氣，進(jìn)入冷凝器的濕氣并不飽和，其濕度為X=Δw/Mg=6.64kg/kg，根據(jù)濕度定義X=Pw.Gw/(P-Pw)Gg得乙醇剛進(jìn)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(qiáng)，kPa；
查乙醇的蒸汽壓表，在Pw=33.34kPa時(shí)的飽和溫度為tw=51℃。
隨著冷凝的進(jìn)行，乙醇在冷凝器中的濃度是逐步降低的，蒸汽壓和飽和溫度也在下降，設(shè)乙醇冷凝回收率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
查乙醇的蒸汽壓表，在Pw2=7.148kPa時(shí)的飽和溫度約為tw2=21℃。為此，如只選用一臺(tái)冷凝器，則冷卻后的蒸汽溫度應(yīng)選為tc=20℃，否則在冷凝器的后半部分將無(wú)法實(shí)現(xiàn)冷凝。如采用兩臺(tái)串聯(lián)，后一臺(tái)冷凝器仍為tc=20℃，前一臺(tái)的冷凝溫度可稍高于該值，參考Pw=33.34kPa選取。
》3 按質(zhì)量比加權(quán)計(jì)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(zhì)量分率 Rg=Mg/(Mg+Δw)=11/(11+73.04)=0.13
乙醇蒸汽質(zhì)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(fù)荷Qc
Qc=Δw r+(Δw+Mg).Ch.(tw-tc)=73165.6kj/h（在此蒸汽溫度按tw計(jì)算，偏于安全）
》5 冷凝器換熱面積Ac：
因^終乙醇蒸汽的飽和溫度為21℃，可選取常溫水作冷卻介質(zhì)，選取給水溫度Tc1=7℃，排水溫度Tc2=15℃，則傳熱溫差為：
ΔTc= [(tw-Tc1)-(tc-Tc2)]÷ln[(tw-Tc1)-( tc-Tc2)]=13.653℃
Ac=Qc/(Kc. ΔTc)=53.59m2
其中Kc=100kj/ m2.℃.h，按經(jīng)驗(yàn)選?。?br />
飽和蒸汽溫度取泠凝器前后平均值（51+21）/2=36℃；
以上計(jì)算，沒(méi)有考慮冷凝過(guò)程中乙醇含量逐漸降低對(duì)傳熱系數(shù)以及溫差的影響，實(shí)際的冷凝是個(gè)變溫冷凝過(guò)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(shù)降低。另外，乙醇蒸汽的飽和溫度也逐漸降低，導(dǎo)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。因而，應(yīng)逐段計(jì)算傳熱系數(shù)和傳熱溫差，在此因設(shè)備較小，采用了簡(jiǎn)化計(jì)算方法。
本例冷凝器是按管殼式間接冷卻方式計(jì)算的，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(jiàn)附屬裝置有關(guān)章節(jié)。
》6 冷卻介質(zhì)流量L
L= Qc/C. ΔT=70362.86/4.18/(15-7)=2104kg/h
（8）真空泵選型計(jì)算
真空機(jī)組有效抽速Sp=(Δw+Mg) K=(73.04+11)x1.3=109.25kg/h
其中K=1.3為抽速損失系數(shù)
工作壓力P=41.3kPa
