【文章內容簡介】 顯著不同。例如，粒狀物料堆積干燥時，臨界濕含量 Cc =0. 08~0. 12，均勻分散在熱氣流中干燥時，臨界濕含量 C ?c ,這二者之間的差別是非常明顯的。同時應當指出，對同一種物料，用同樣的干燥設備，但干燥介質不同，其值也是 不一樣的，例如用過熱蒸汽作為干燥介質比用空氣作為干燥介質的臨界濕含量低得多。由于物料在干燥時，濕含量是逐漸減小的，在降低至臨界濕含量以前，干燥速率最高，物料的溫度也最低，因此，從干燥技術的角度考慮盡可能選擇低臨界濕含量的方法，縮短干燥時間，提高產品的質量。 宛家盛：褐煤干燥系統(tǒng)設計及經濟性分析 8 2 干燥過程的設計方案及流程說明 主體設備的設計 本次設計任務是 ：年處理量為 萬噸某顆粒狀物料的干燥。從星型給料機來的細顆粒物料，初始含水量為 23%，要求在多孔板式多層流化床干燥器中干燥至 3%。根據(jù)設計任務及操作條件，先確定空塔風速，通過物料預熱階段的沉降速度確定，要物料及熱量衡算，并確定出空氣和物料出口溫度。在干燥器的設計過程中，依次根據(jù)條件與已知量求出流化床的壓損，物料在降速干燥階段區(qū)間，等速干燥階段區(qū)間，塔頂預熱階段區(qū)間的溫度分布，多孔板的層數(shù)。算出流化床的高度。從而得到流化床的體積。 輔助設備的選擇 流化干燥的附屬設備主要包括風機、電加熱器、氣固分 離器及供料器，這些設備的合理選擇對干燥具有重要的作用。 對于風機的選擇首先根據(jù)所輸送氣體的性質（如清潔器，含塵器）與風壓范圍，確定風機的材質和類型，然后根據(jù)計算的風量和系統(tǒng)所需要的風壓，參照風機樣本選用合適的型號。因為其選擇要同時滿足全風壓和所需風量兩者的條件，但由于參照樣本中沒有合理的風機可供選擇，故可選擇風壓稍大的機型以滿足條件。 對于電加熱器的選擇，電加熱器通過將電能轉化為熱能，控制非常精準。至于供料器，選擇的是星型供料器，該供料器是應用最廣泛的供料器之一。其操作原理是：電動機通過減速器帶動星型葉輪轉 動，物料進入葉片之間的空隙中，借助葉輪旋轉由下方排到受料系統(tǒng)，其結構簡單，操作方便，物料顆粒幾乎不受破碎，對高達 300℃ 高溫物料也能使用，體積小，安裝簡便，可用耐磨、耐腐蝕材料制造，適用范圍很廣，但其結構不能保持完全的氣密性，對含濕量高以及有粘附性物料不宜采用。 最后，是氣固分離器的選擇，選擇的是旋風分離器，選型時，根據(jù)含塵器的處理量和允許壓強降，定出合適的入口氣速，由此確定入口管截面積，然后按結構比例關系確定其他尺寸。本次設計所選的旋風分離器的型號是： XM9。 干燥過程的流程說明 濕物料由星型供料 器加入，利用送風機的旋轉產生的負壓的推動使物料進入管路。然后，凈化后溫度為 20℃ 的空氣進入換熱器，空氣被加熱。出口處的空氣溫度，即進干燥器溫度為 200℃ 。 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 9 優(yōu)化設計 優(yōu)化分析 干燥廣泛應用于化工，醫(yī)藥，冶金，建材，食品等領域，是一種能耗高的單元操作系統(tǒng)。常規(guī)干燥設計是按經驗確定干燥介質（通常為空氣）的出口溫度，即出口溫度應比絕熱飽和溫度高 20~50℃ ，然后進行干燥器其他工藝參數(shù)及結構尺寸的設計。干燥介質出口溫度選擇不當，會增加干燥過程設備投資費用與操作費用，因為干燥介質出口溫度是干燥器設計 的重要參數(shù)之一，出口溫度高則干燥介質出口濕度降低，干燥介質耗用量增加。出口溫度升高使平均傳熱推動力增大；出口濕度降低，使傳質推動力增大，平均傳熱和傳質推動力增大使干燥設備體積減少，而干燥器出口溫度降低，使干燥介質耗用量減少，干燥器體積增大。因而有必要對干燥器進行優(yōu)化設計。 本次優(yōu)化設計以年總費用最小為目標，最佳出口溫度應比飽和濕球高在 2050℃ 之間。 干燥器年總費用 J 以球形顆粒 —— 和空氣為例建立干燥器優(yōu)化設計的數(shù)學模型。多孔板多層流化床干燥器（干燥介質和被干燥物料呈錯流）的流程示意圖如下： 宛家盛：褐煤干燥系統(tǒng)設計及經濟性分析 10 圖 21 多孔板式多層流化床干燥器流程示意圖 Figure 1 porous plate multilayer fluidized bed drier flow diagram 在考慮了干燥器，電預熱器，風機，除塵器等設備的投資折舊費用和電預熱費用，風機運轉費用等操作費用的情況下，建立了干燥介質出口溫度優(yōu)化設計數(shù)學模型，它以年總費用為目標函數(shù)，總費用 J 為： d h pJ G G G? ? ? 。 式中： J—— 總費用，萬元 /年； Gd —— 干燥設備投資折舊費，萬元 /年； hG —— 電預熱費，萬元 /年； pG —— 風機運轉費，萬元 /年。 干燥設備投資折舊費用 dG 包括干燥器，預熱器，風機和除塵器設備的投資折舊費。設年投資折舊費為： 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 11 CDCG a M b V F Y? ? ? ? ? ? 式中： V —— 干燥器體積， m3 ； cF —— 設備年折舊率， 1a? ； Y —— 美元和人民幣的兌換系數(shù)。 a 為綜合指數(shù)，它隨企業(yè)規(guī)模，加工能力，產品質量，信譽，服務水平等不同而不同，一般可取 ~， M 為通貨膨脹系數(shù)，設 2021 年為 ， 若以后各年不知，可按 5%遞增速度計算， b 為經驗系數(shù)，一般可取 45~55， c 為指數(shù)，一般可取 1~， cF 為設備折舊率，一般取 ~,即 干燥器使用年限一般為 8~12 年。由式得干燥系統(tǒng)的設備折舊費是干燥器體積的函數(shù)。 點加熱器費用 hG 為： d ia nhhh GTWG ??? 式中： hW —— 電量，度數(shù) hT —— 年工作時間， h； dianG —— 電的價格，一般可取 元 /KW? h。 風機年運轉費用為風機運轉所消耗的電能的費用，它與風機的風量成正比，若干燥系統(tǒng)阻力較小，可采用一臺送風機，其年運轉費用為 : 0 .0 0 0 4P hs hG Q T? ? ? 若干燥系統(tǒng)的阻力較大或防止干燥器中干燥介質中干燥介質向外泄露，使干燥器內產生一定的負壓，則必須在干燥系統(tǒng)出口增加一臺排風機， 其年運轉費用可用下式計算： ( )P hs hp hG Q Q T? ? ? ? 式中 hphs， —— 送風機，排風機的風量， m3 /h。 —— 經驗比例系數(shù)。 宛家盛：褐煤干燥系統(tǒng)設計及經濟性分析 12 干燥器優(yōu)化設計工藝分析 由以上分析得要求干燥系統(tǒng)的總費用，必須求得風機用量 hsQ ， hpQ ，用電量 hW ，干燥器體積 V。而這三個變量是空氣出口溫度的函數(shù)，在空氣出口溫度 t2 確定的情況下， hsQ ，hpQ ， hW ， V 是可以通過工藝衡算得到。 風機風量 對多孔板式多層流化床干燥系統(tǒng)在干燥器出口要采用除塵裝置分離空氣中的固體顆粒，故干燥系統(tǒng)的阻力較大，除在干燥系統(tǒng)進口安裝送風機外還要在干燥系統(tǒng)出口處安裝排風機，送風機安裝于預熱器之前，此時濕空氣的狀態(tài)為（ t0 ， 0H ），而排風機安裝于干燥器之后，其濕空氣狀態(tài)為（ 2t ， 2H ），所以送風量和排風量分別為： 00L 0 .7 7 3 1 .2 2 4 2 7 3 / 2 7 3hsQ H t? ? ? ? ? ?（ ） （ ） 干燥器體積的計算 在多孔板式多層流化床里，我們可以根據(jù)所求風量和空塔風速求出流化床的直徑，再求出多層流化床的層數(shù)，而通過經驗我們可知道一層多孔板式多層流化床的大致為。既而得到流化床的高度 ，算出其體積。 干燥器熱量衡算 圖 21 干燥器熱量平衡圖 Figure 21 dryer heat balance figure 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 13 對如圖所示干燥裝置作熱量衡算，則得 39。39。0 1 2 2P D c L cL I Q Q G I L I Q G I? ? ? ? ? ? 在本設計中的干燥器沒有補充熱量，故 0dQ? ，所以，干燥器中的熱量衡算可表達為： llmwp ?????? 由上式得加入干燥系統(tǒng)的的熱量 pQ 用于以下四個方面：以 wQ 汽化水分，以 mQ 加熱物料，以 lQ 補償設備的熱損失，以 Ql`加熱空氣。 其中 : )( 120 ?wvW ctcrWQ ??? 又 22 Xcc sm ?? ))(()( 122122 ???? ????? XcGcGQ scmcm )( 02 ttLcQ xl ??? = ))(( 020 ttHL ?? )( 01 ttLcQ xP ?? = ))(( 010 ttHL ?? 因為干燥器的熱損失為有效耗熱量的 10%，即： )%(10 mwl Q ?? 預熱器熱負荷及耗電量 由分析的預熱器的熱消耗量 PQ 為： ? ?? ?0 1 01 .0 1 1 .8 8PQ L H t t? ? ? 用電加熱，取熱損失為有效傳熱量的 10%，則有hp WQ ???? 1)(；即耗電量 ： ? 宛家盛：褐煤干燥系統(tǒng)設計及經濟性分析 14 干燥設計已知條件的確定 已知條件：利用昭陽褐煤在日曬 7 天以后的褐煤如下 物料名稱：褐煤粉 生產能力 2G ： 3t/h（干料） 干燥前含水量 1W ： 23%（濕料）（ 1W =） 干燥后含水量 2W ： 3%（濕基）（ 2W =） 干物料比熱容 sC (kg? ? C) 堆積密度 ? b ： 800kg/m3 真實密度 ? s ： 1200kg/m3 粒度分布： ? % % 31% % ? % 溫度θ 1 ： 20℃ 著火溫度： 420℃ 熱風溫度 t2 ： 200℃ 熱能：熱空氣 1）多孔板的確定：在物料的預熱階段，考慮有少量的物料凝聚現(xiàn)象，故多孔板的孔徑為 15mm。在等速和降速干燥階段，由于物料顆粒較小，可取孔徑為 孔率為： 35%。 2）熱風速度的確定：空氣的出口溫度 2t 應比進口氣體處濕球溫度高出 o20 50 C? (經優(yōu)化可取 )，避免在旋風分離器內析出水分，這里我們取 ? C。 ?? wtt 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 15 由 Ct ?2021 ? 及 1H ? 查濕度圖得 Ctw ? ? ,近似取 Ctt ww ? ?? ,于是 ?952?t C 塔頂?shù)臒犸L溫度為 95℃，代表粒徑為 ，故此粒子的沉降速度為 sm 。取塔頂?shù)目账L速為沉降速度的 倍，即為 sm .。從分析得所知，此粒度以下的物料占總供給量的 19%。從流化床干燥器所進入的顆粒物料，算出平均直徑，其結果 pd = 則 的顆粒在 95℃時的沉降速度 tv =gs2p18)g(d?? 1 2 0 ???? ???? ）（ = sm 則塔頂通過孔的風速為 td0t????? ? 這樣就形成了良好的流態(tài)化層。 風量的確定 200t2 ? ℃ ， （干空氣）（水） kg/ 1 ? ， ? ℃ , 2380w ?? kJ/kg， ?? ? ， ?? ? ， ? kJ/（ kg? ℃ ）。 ）（）（））（（）（ ）（）（w2s0wttCCC02w2s2ww222ttCCCCCCCttcCCttt w2s0w??????????? ?????? ????? ? ?）（）（）（2002 3 2??????????????????????????? 宛家盛：褐煤干燥系統(tǒng)設計及經濟性分析 16 2? =℃ 絕對干料的加料量 0 0 0G c ? ??? ）（ =2357kg/h 蒸發(fā)水量： ?????? ???? =631kg(水 )/h 求所需風量： ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ?sCC tttWWWcGttL X ????????? ? 1121212120 ???? ?0L 14822kJ/h 若設備的熱損失按干燥所需要的熱風量 10%計算， 則所需熱風量 ? = ? =16304kg/h 熱風濕度增加 為： 0 3 6 3 0 46 3 1 ???x 熱風在離開塔頂?shù)臐穸龋? ??? = 在標準大氣壓下，對空氣和水系統(tǒng)：空氣濕比容 ? ? 273 22x ???? 當 t2 =95℃ ， x1 =， 遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 17 ? ?273 x ????? = /kg（干空氣） 在 t1 =95℃ ， 1x = 時，空氣的濕比容 ? m3 /kg（干空氣） 故在塔頂?shù)娘L量為： ?L 16304? = /s 塔徑的決定 在塔頂?shù)目账L速 ? m/s，故塔徑為： 02 vLD4 ??