干燥设备设计选型
干燥设备选型设计主要参数
目 录
一、通用设计参数
二、热风循环烘箱设计
三、并排式烘房及隧道窑设计
四、带式干燥机设计
五、真空干燥机(箱)设计
六、旋转气流快速干燥机设计
七、气流干燥机设计
八、高速离心喷雾干燥机设计
九、压力喷雾干燥设计
十、卧式振动流化干燥机设计
十一、回转干燥机设计
十二、热风炉设计
十三、附录
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1~7页 8~9页 10~11页 12~14页 15页 16~17页 18~19页 20~22页 23~25页 26~29页 30~33页 34~38页 39~44页二○○六年四月
一、通用设计参数
1、水份蒸发量等有关计算
WW2W1W2 WGGGG212100W2100W1 G1=G2+W
W水份蒸发量kg/h G1湿料量(加料量)kg/h
G2干料量(产品)kg/h质 △W1初含水率XX% △W2终含水率X% 产量G2G1100W1100W2kg/h 加料量G1G2kg/h 100W2100W1
2、热量计算
A、干燥时间在1分钟内(瞬间干燥)
(如:喷雾干燥、闪蒸干燥、气流干燥等)
干燥一公斤水需用热量在:1600~2000kcal
B、干燥时间在0.2~1.2小时内的设备(一般干燥)
(如:带式干燥,振动干燥、回转筒干燥等)
干燥一公斤水需用热量在1400~2000 kcal(产量大的取大值)
C、干燥时间大于2小时以上的设备(缓慢干燥)
(加烘箱、烘房、真空干燥等)
干燥一公斤水需用热量在1200~1600 kcal
D、对初含水低(
对室外温低于0℃的产生环境则应另增加计算热量。
对每批次进料量大物料又经常变更,初含水难以确定的则热量1600~2000kCal/kg,如:烘干各类中药片剂。
在一般估算时或物料特性不明时应取1600~2000kCal/kg
3、电加热功率计算(P、KW)
A、控设备内腔体积计算(M3)
腔内温度≤700℃ p(5070)v2KW
腔内温度≤400℃ P(3550)32KW
腔内温度≤300℃ P(2530)32KW
腔内温度≤200℃ P(1520)2KW
B、按设备内表面积来计算(共6个面M2)
P=(4~7)F.KW
P=(3~5)F.KW
P=(2~4)F.KW
F 内表面积M2
注:小型设备取大值,大型设备取小值
使用温度≤300℃时,可用翅片式电加热算
使用温度>300℃时,应来用电阻丝或电阻带加热
最好采用燃油、燃气直火炉加热
C、经验公式计算
≤300℃ 16~22KW/m3
≤250℃ 10~16KW/m3
≤200℃ 6~10KW/m3
≤150℃ 4~6KW/m3
≤100℃ 2~4KW/m3
计算后再乘以1.1~1.3安全系数为使用功率
D、按使用热量计算
P=K2Q/860²K1 KW
K1电压波动系数 0.6~1
K2安全系数 1.1~1.3
Q使用热量 Kcal/h 1KW=860Kcal 上式可简化为P=0.0017442Q KW
注:每批次干燥时间大于3小时,则按1.3~1.9kw/1kg水来设计
E、按被加热物料重量来计算
P=G²C △t/860η kw
G 被加热物料总重量kg/h
C 物料比热 Kcal/kg·℃
△t 加热前后的温度差△t=t1-t2 ℃
η 热效率 0.5~0.6
F、用远红外加热时(适用于烘道)
烘道内温度80~200℃ 3~7kw/m3
烘道内温度60~80℃ 1.5~3 kw/m3
注:1、用石英管时选小值。用碳化硅板时选大值,再乘安全系数1.2。
2、辐射距离:静止工作150~550mm
运动工作10~150mm
辐射器间距150~250mm
4、蒸汽换热器选用计算(饱和蒸汽)
A、估计计算
干燥一公斤水需用蒸汽量2~4公斤(热风循环式为2~3公斤),而1公斤蒸汽需用1m2的换热面积(热风循环式为2~2.5公斤)。
1kg蒸汽约提供500Kcal热量,风温120~150℃
故换热面积A0=R=Q/500 m2
Q 热量 Kcal/h A0换热面积 m2 R 使用蒸汽量 kg/h 注:若用过热蒸汽时,则350kcal/kg来计算换热面积。
B、初步计算
A0Qm2 Kt
Q 使用热量 Kcal/h
η 热效率安全系数 1.15~1.25
K传热系数20~30 Kcal/ m2·h·℃
Ø温度系数0.8~0.9
△t 空气平均温度△t=0.5(t进+t室) t室=20℃ t进=150℃ 则△t=65 ℃
上式可简化为A0=(0.001~0.0009)Q m2
(即10万大卡/h热量所需换热面积为90~100 m2)
5、加热水所需热量计算
水的比热为1 Kcal/ kg·k(4.18KJ/ kg·k)
K 开尔文温度折换为摄氏温度时t=℃+273
例:10kg水加热到100℃时所需热量:
10³1³(100+273)=3730千卡折合用电4.34kw
6、蒸汽换热器再加电加热计算
A、正常蒸汽温度为150℃,若要求风温为200℃时,室温为10℃时
蒸汽换热时用热量Q1=L0q 1 Kcal/h
L0热风量m3/h q1=0.24·△t·γ Kcal/kg
q1=0.24×(150-10)×0.835=28.06
再计算出风温达到200℃时应增加的电加热功率
q2=0.24³(200-150)×0.746=8.95
电供热量为Q2= L0²q2 电功率P=Q2/860 KW
(1KW=860 Kcal)
B、查图法计算
已知蒸汽换热风温150℃及风量m3/h,可查图求出供热量Q1(万大卡/h)
再查风温为200℃时(风量不变),供热量Q2
电加热功率P=Q/860(Q=Q2-Q1)
7、其他参数计算
A、热空气密度及热含量
ρ=352.87/273+t kg/m t热风温度℃
空气比热C=0.24~0.25kcal/kg℃(当120~400℃时C=0. 25) 单位热含量 q=0.25·t·ρ kcal/m3
空气升温所需单位热含量q1=0.25(t-t0)ρ
t0为室温取15℃ t为风温℃
B、表压(压力表指示压力)kg/cm2
表压=绝对大气压-1
蒸汽汽化热490~527.6kcal/kg 平均平500kcal/kg
蒸汽密度 r=219.24/273+t kg/m3
r=0.558~0.489 kg/m3 平均取0.524
C、空气过滤器面积计算(初效、中效)
A=Q/ζ m2 Q空气量m3/h ζ透气率m3/m2·h
ζ≤2m3/m2·s即过滤风速V≤2m/s
阻力
D、管道风速及流量计算
一般在8~16m/s,设计初算取10~14 m/s
L=A²v m3/s A管道截面积m2 A=πr2
v管道风速m/s 一般取8~16m/s
E、热空气使用量
L=Q/0.24(t1-t2) kg/h
Q使用热量kcal/h 空气比热容c=0.24kcal/kg·℃
t1进风温度℃,t2出风温度℃
3
又,已知使用热量和进风温度后可查图得出使用风量。单位气耗量i=L/W kg气/kg水 W水份蒸发量kg水/h
8、各类燃料的发热量
空气系数:固体燃料α=1.25~1.4;液体燃料α=1.1~1.2;气体燃料α=1.05~1.25
单位燃烧生成烟气量Ld=b/1000· Qd·α Nm3/Nm3(kg)
b系数,固体燃料b=0.24 液体燃料b=0.2
天然气b=0.264 煤气b=0.2~0.26
Qd发热值 kcal/Nm3(kg)
α 空气系数 Ld实际生产气量 Nm3/Nm3(kg)
在估算时,生产气量可取12~15 Nm3/Nm3(kg)
二、热风循环烘箱设计
1、烘车及烘盘尺寸
烘车外型尺寸:710³950³1460(1510)(宽³长³高) 烘盘尺寸:460³640³45mm(0.29m2)
烘车分十二层,每层放两个烘盘,共放24个烘盘(层高100mm)
2、烘箱专用轴流风机(WGJ-3型)
风量2850~3500m3/h 风压217~196Pa 0.45或0.55KW
3、烘盘装料量
每个烘盘装干料量(烘干后产品)约2~3kg
每个烘盘装湿料量(进料量)约4~6kg(料层厚20~45mm)
4、烘箱内温度60~140℃,热源用蒸汽换热器或电加热
5、烘箱内腔体积,按两侧分风板内体积计算(每侧风道约220mm),内膛体积约为烘箱外型尺寸的0.6~0.7倍。
6、烘箱保温层厚一般为30~50 mm,用型钢为骨架。
7、烘箱型号:一门一车、二门二车、二门四车、三门六车、四门八车等。外型尺寸(宽³深³高):1400³1200³2000、2300³1200³2000、2300³2200³2000、3430³2200³2000、4460³2200³2300 mm。门内膛尺寸:800³1600 mm(800³1500)。
8、使用蒸汽量(估算)每辆烘车用蒸汽量为9~10kg/h,则蒸汽换热面积为9~10m2。电加热功率按蒸汽量来折算(电加热
器风速3~12m/s,一般为8~10m/s)。
9、烘干时间:可按物料初含水、终含水、入料量等计算水份蒸发量,再换算出每台烘箱供热量。则可计算出烘干时间 T=W³1200~1800/Q ,热量按1200~1800kcal/kg水来计算。
10、新风口:每台风机设一个100³200mm(设在风机下方) 顶部排湿口为:160³160mm、200³200 mm及150³600mm。
11、水平气流风速0.5~3m/s,一般取1~2m/s
烘箱干燥强度q=(0.10~0.12)t进 kg/m3·h
12、烘箱温度>150℃时,在增加电加热或改用电加热(≤300℃),若用干煅烧加热风温400~700℃时,用直火式燃气炉或直火式燃油炉。
13、保温层厚度
箱体内温度≤150℃ 保温层厚度30~50mm
箱体内温度150~400℃ 保温层厚度80~100mm 箱体内温度400~650℃ 保温层厚度100~150mm 注:外壁表面温度≤50℃
14、使用蒸汽量按2~2.5㎏,干燥1㎏水。
三、并排式烘房及隧道窑设计
1、烘车及烘盘尺寸
常用烘车尺寸:710³950³1560mm(12层,24个烘盘) 加高烘车尺寸:710³950³1860mm(16层,32个烘盘),层高100mm
烘盘尺寸:460³640³45mm(0.29m2),可装湿料4~6kg
2、选用离心风机(鼓风机、引风机)
3、热风温度60~200℃,中药材为60~80℃(也可用于果蔬干燥),干燥风速0.5~3m/s,一般取0.5~1m/s
干燥强度q=(0.12~0.14)t进 kg/m2·h
4、型号:一门一车、一门二车及一门三车,并按产量及入料量来计算,烘盘数量和烘车数(≤60辆)按总蒸发水量及供热量来设计干燥时间,一般中药材烘干时间为4~8小时(个别物料干燥10~24小时)。
5、热量按1200~1800kcal/kg水来计算,对于情况不明,含水量不清的物料热量按1600~2000kcal/kg水来计算。若要求干燥时间短,含水量≤20%,产量大时则按3000kcal/kg水。
6、门间距940mm,进、出风室宽400~600mm,烘房高于烘车约100mm。
7、热源:蒸汽换热,换热式热风炉(用煤、燃油、天然气)。
8、隧道窑 内腔长≤50米,截面风速≤2~3m/s
9、小车轨道倾斜度为1/200,也可用悬吊式挂具,运输链传
动(人工推)。
10、通常设计并流式(即风向与小车运动方向一致)。
11、小车长1.6米,高2米,轨道距0.7米(或1米、1.2米),层高100mm,可负重200kg。
12、在一般情况下可选用并排式烘房。
四、带式干燥机设计
1、可分单层式、三层式及单层冲击式等类型
带宽一般为1.2m、1.6m、2.0m三种,干燥段长度(每层)8m、10m等。并分隔为多个单元(长1m宽2m),以便运输及优化操作。
2、热风流向:有垂直向上和向下流动为穿流式。有沿带运动方向流动为平流式。一般风速为0.25~2.5m/s(取1.2~1.5m/s),有高速喷向物料上面(5~20 m/s)为冲击式。
3、采用链传动不锈钢网带(网带负荷≤600kg/m2),干燥段总长3~60米,带速0.14~0.83m/min,每条带传动功率约1.5KW(无级调速),每条带干燥时间在0.2~1.5小时或更长些。
4、一般采用翅片式蒸汽换热器(SRZ型),风温60~150℃,也可以使用热风炉或电加热器供热风。
5、使用蒸汽量:单层式:12~30 kg/m2;三层式12~22 kg/m2 换热面积A0=(1.7~4.7)³W.m2 W水份蒸发量 kg/h 又使用蒸汽量 单层式R=(1.7~2)W kg/h
三层式R=(0.5~0.8)A0
6、干燥强度q=(0.12~0.14)t进 kg/m2²h
单层式取中、小值,三层式取中大值
冲击式供风:q=(0.16~0.24)t进 kg/m2²h
7、风机:可用轴流风机来循环供热风,也可用离心风机供热风,排风用离心风机。冲击式供风选用离心风机。
8、其他类型带式干燥机:如用热风炉供热风,用电加热供热风,用远红外加热等。可按实际蒸发水量来设计。也可估算6000~15000kcal/m2带(即4~11kg水/m2),若使用温度为150~300℃时,应另行计算热量等参数。
9、远红外加热(或局部加热)带式干燥机
A、电功率的确定
P=1.2Q/860²k KW Q热量kcal/h k电压波动 k=0.8~1.0 则P=(0.0014~0.00174)Q KW(热平衡法)
远红外干燥用电为1kg水/1KW·h(干燥强度)
故P=W³1KW W水份蒸发量kg/h
又P=EF KW(辐射功率密度法)
E辐射功率密度E=3~8kw/m2(大面积薄件取小值) F单位时间加热面积m2/h
B、辐射器的布置
照射距离在150~500mm之间选取
用带式干燥机时,照射距离10~150mm
辐射器有:灯式、管式、板式等组合。
辐射器之间的距离一般为150~250mm
C、干燥速度快,特别适用于大面积表层干燥。表面和内部水分同时均匀干燥,产品质量好。
带速约0.2~0.8m/min(无级调速),干燥段长L=t·v m v带速m/min t干燥时间min
五、真空干燥机(箱)设计
1、一般常选用真空干燥箱和双锥回转真空干燥机
2、真空干燥箱烘盘尺寸640³460³45mm(烘盘数量3、12、32只),烘架分四层、六层、八层等,间距80~120mm。
3、蒸汽加热(≤0.8Mpa)或热水加热,双锥回转真空干燥机蒸汽压力≤0.15Mpa。使用温度为40~150℃。
4、可干燥浆状、膏状、粉状、粒状等物料,初含水量15%~90%,而终含水可达到≤1%。真空度1333pa(10托)。
5、双锥回转真空干燥机转速3~13r/min,筒内容积100升~2000升(或更大),装料系数≤0.6。
6、真空干燥箱的干燥强度q=(0.06~0.07)t进 kg/m2²h t进干燥温度(低于蒸汽温度10℃) m2为烘盘总面积 双锥回转真空干燥度的干燥机强度q=(0.1~0.12)tkg/m2²h 。 m2为筒内表面有效加热面积 t进内表面温度℃
7、真空耙式干燥。可用于浆状、膏状、糊状、粉状等物料,采用夹层蒸汽来加热(夹层设计压力0.3Mpa),搅拌耙转速6-30r/min(无级调速),真空度533~1333pa(≤10托)。
8、立式(卧式)振动真空干燥用于热敏,憎氧等特殊要求的物料干燥。又可在内筒实现灭菌操作(通蒸汽)。
可真空吸料,振动出料,干燥效果好。容积从100~2000升。
干燥强度q=( 0.14~0.18)t进 kg/m2·h
进
六、旋转气流快速干燥机(闪蒸干燥)设计
1、主机内径D 主机内筒有效高H H/D=4~6
并根据水份蒸发量来确定筒内体积V=A²Hm3
A=πD2/4 m2 筒内壁厚δ≥2D/1000 mm D筒内径mm 一般取2~4mm
2、进风温度150~300℃(筒内温度t内=(0.46~0.48)t进),排风温度60~120℃,物料温度50~80℃,干燥时间15~60s。
3、气流速度:切向进风速度(柱状缝隙进风,进风口6-12个)30~70m/s。径向速度(分散器圆周速度)一般为9~15m/s,特殊为20~30m/s,(但电机功率要加大1.8~3.4倍,成品粒径小一倍左右)。轴向速度(筒内风速)2~7m/s(一般选4~7m/s),风量按筒内温度80℃来计算。
4、分散器最大直径D1=0.96~0.98D0 D0筒内径mm 主轴直径为电机出轴直径的1.2倍左右(即Ø50、Ø60、Ø70、Ø75来选用),电机选用4极、6极、8极(3~22KW),皮带轮速比一般小
5、切向进风口尺寸:高度h=0.5~0.6H H为下室内膛高度mm,宽度按风速来设计,进风口呈45°切向(两筒之间厚度约100mm),主机入口及出口风速9~12m/s,管道内风速10~16m/s。
6、分级圈孔径:D内=0.3~0.8D0,产品含水率越少,则分级圈孔径也越小,并与风温有关(风温高含水率则低)。
注:风温≥200℃时的终含水
7、收料系统:一般选用旋风分离器和布袋除尘器
成品粒径小时(≤20μm),最好选用长锥形旋风分离器,一般情况选用扩散形旋风分离器(CLK型)。并配选用脉冲布袋除尘器。
8、加料机设计为双螺旋叶片式无级调速加料机。也可增设压料机构,防止搭桥现象产生。功率0.75~2.2KW
9、热源:换热式热风炉(燃煤、燃油、燃天然气)、蒸汽加热、电加热等,用户任选。
10、保温层厚度,筒体一般取50~60mm,下室为80~120mm。
11、系统阻力在6000~8000pa(平均7000 pa),即:热风炉为1300 pa,管道为1000 pa,主机为1000~2000 pa,旋风分离器500~1500 pa,布袋除尘器980~1200 pa,若用蒸汽换热器(十片叠装时),则为300~500 pa,若用中效过滤器则为50~120 pa。
12、干燥强度q=(0.55~0.6)t进 kg水/m3²h
产品估算G2=75~150 kg/m3²h
七、气流干燥机设计
1、气流干燥机有多种类型。基本型(QG系列脉冲气流型)、强化型(JG系列内设高速旋转的分散机)与闪蒸干燥机基本相似,旋风型(FG系列在干燥管后设旋风干燥)、倒锥型(SG系列干燥管由下逐渐变大)、套管型(TG系列由内外套管组成)、旋风分离型(MST系列环形挡板旋风分离器)。
2、干燥管内径D,干燥段高H H/D=24~58
根据水分蒸发量来确定内径D及体积V。
V=A²H m3 A=πr2 m2 半径r=D/2 D=Q气体流量m3/ h Vg平均流速m/s
3、进风温度150~300℃(筒内温度t内≈0.5t进)排风温度60~120℃,物料温度50~80℃,干燥时间10~40秒。
4、管内气流速度(10~40)m/s,一般取25~35m/s(风温为80℃时)。设计时应让开易阻塞速度17~24m/s。
5、若设分散机可按闪蒸干燥机来设计,也可设计鼠笼式分散器。
6、管壁厚≥2~6mm,若保温层外用钢板封(同闪蒸),则管壁厚可减少。用户应固定干燥管。
7、当初含水低而产量较大时,要计算“气固比”m=G2/Q g/kgm3,一般为m≤100g/m3
G2产量kg/h Q风量m3/h(风温为80℃时)
8、产品最大粒径应≤3mm,一般在0.5~1.0mm
9、收料系统:选用旋风分离器及布袋除尘器,也可选用水沫除尘器。
10、用户自选购加料机,也可以人工定量均匀加料。
11、热源:换热式热风炉(燃煤、燃油、燃天然气),蒸汽加热、电加热等,用户任选。
12、保温:可现场安装后用户自行在干燥管外壁保温(厚度50~100mm),也可事先做外壳为钢圈,中间为保温层(与闪蒸干燥机相同)。
13、主机阻力1000~1600Pa,系统阻力4000~6000Pa。 引风机选用9-19型或9-26型高压风机。
14、干燥强度q=0.2~0.3 t进 kg水/m3²h
15、水份蒸发量与引风机功率之比为W/N=6~10,W最大水份蒸发量kg/h,若≤100kg/h取小值6,>100~200kg/h取大值。
八、高速离心喷雾干燥机设计
1、用以干燥水溶液及乳浊液、悬浮液等。含水量通常在40~70%(含固量30~60%),有些物料高达90%的含水量。均可干燥为粉状产品。
对于溶解性的物料产品粒径都很细(≤300目),其他料液一般在60~200目内,产品含水量在3~6%或更低些。
2、干燥时间5~40秒,即t= v /L0 S v塔内容积m3 L0风量m3/s,对溶解液干燥的时间约增加10~15秒。
3、可用于干燥高粘度的料液(0.01~15Pa·S)
被干燥料液的动力粘度在(10~15000)³10-3 Pa·S(0.01~15Pa·s)
1 Pa·S(帕秒,牛顿²秒/米2)=103CP(厘泊)=10P(泊)
4、塔体设计:V=W/q m3 W水份蒸发量kg/h q干燥强度kg/m3·h,而塔内截面积A=Q/v m2 Q使用热量kcal/S v 塔内风速 v=0.2~0.5m/s,设计取0.2~0.4m/s
故塔径D=√4A/π D=0.58~0.68 m
塔内有效容积V总=0.785D2(H+0.2886D)m3
H塔筒体高 H=(0.8~1.1)D m
塔锥体呈60°锥高h=0.866(D-d)m d出料口直径m
5、热风温度t1为150~400℃,塔内温度t2一般在80~90℃(进风在250~350℃),即t2=(0.25~0.5)t1,产品温度50~70℃,排风温度略低于塔内温度的10℃,用于食品、制药等风温为
150~160℃。
6、喷雾矩半径
R=3.66d0.21G20.25/n0.16 m 又R=3.46d0.3G20.25/n0.16
d喷雾盘直径m G2加料量kg/h n喷头转速 r/min
塔内径应大于喷雾矩2R,即D≥(2.3~2.8)R(D≥2R²(1.13~1.5))
对热敏性物料(如中药浸膏)D≥(3~3.4)R,又D≥2R+200mm,并用离心喷头生产厂给定的喷雾矩尺寸来综合参考。
7、干燥强度q=(0.026~0.036) t进
一般设计用q=0.026 t进为好。
8、热风进蜗壳速度及风管内速度12~16m/s。
蜗壳内设均风板,热风入塔风速7.5~9.5m/s
α是水平线与雾滴下降抛物线的夹角,导风板夹角处于30~40度的位置为最佳(雾滴不会与顶面粘壁)。中大型塔在热风进塔处可设冷风三角通道,冷却风量230~650kg/h,用小型离心风机(0.5~0.75KW 1500Pa)。喷雾盘圆周速度在60~150m/s之间,建议选用电动高速离心喷雾头(转速在8000~40000r/min无级调速),热风旋转方向与喷头转向应一致。
9、塔内呈微负压在100~300Pa,一般用二台低中压离心风机,鼓风及引风。
10、若防止料液粘壁(如中药浸膏)可设置旋转冷却清扫器。
冷空气从小孔中喷出(10~20m/s),将粘粉扫落。并使壁面冷却。用空压机或罗茨风机来供风(清洁空气)。对于有些粘性物料,不宜用机械振动器或安装气扫时,可在塔体下部四周切线方向引入二次空气吹入塔内扫壁。风速约10~20m/s。还可采用顺壁风形成气幕(风速1~2.5m/s,风量占20~40%)来防止粘壁。
11、对塔内清洗工艺(特殊要求)
清水→碱液(NaOH浓度2%)→清水→酸液(HNO3浓度2%→清水→热水杀菌(90~95℃)。
清水洗3min,碱水、酸水温度70~75℃,循环15~20min,热水洗10min。泵压力0.6MPa来送水液。
12、用螺杆泵(小型塔用蠕动泵)供料液,并可无级调速。料液要先经过滤,最好配专用流量计,给料管流速0.3~12m/s。
13、主机阻力≤500~700Pa
14、塔体内壁厚度2~8mm(不锈钢塔径
15、蒸汽用量(用蒸汽换热器)干燥1kg水需耗蒸汽为2.5~3kg(塔径小取大值)。
16、喷雾距(电动高速离心雾化器)
九、压力喷雾干燥设计
1、可干燥低粘度的水溶液、乳浊液、悬浮液等,也可用来造粒、粒径在40~120目(调节泵的压力、流量、喷孔大小),一般在小于目(≤250μm)。初含水在40~70%,产品含水量≤5%,最小可达到0.5%。
2、干燥时间一般在20~60秒。T=V/L秒 L热风量m3/s
3、水份蒸发量kg/h与喷嘴孔径mm的关系。
进风温度130~160℃(用蒸汽换热器),排风温度75~85℃。喷雾压力在10~15MPa。一般在0.6~5 MPa选用。又雾化器截面积A0=QL/31.06m2 则d0=√1.273A0
当溶液密度PA=1100kg/m3 g=9.81 雾化压力△P=2MPa Cp=0.56 体积流量QL kg/h 又d0=(0.7~0.8)/D d0(mm) D(m) 雾化角选40°~70°孔长Ld=(0.6~1)d0
4、风温130~350℃,塔内温度一般
5、塔有效体积(上、下锥体及中间圆柱体)V=W/q m3 塔圆柱体截面积A=LQ/v m2 LQ塔内风量m3/s(在80℃时) 塔内风速V=0.3~0.7m/s 设计取0.3~0.4m/s(风温80℃
时)
塔有效干燥段高度Hk=(1.4~1.6)hk m
塔圆柱体高度hk=(3~5)D m(并流)初算时取hk=4D
hk=(1~1.5)D m(混合流)
塔内径D2=4W/π²hk²q。 hk选用标准尺寸(6.0、7.2、
8.4、9.6、10.8、12.0、13.2、14.4)m。
若塔下锥体为放大型,则锥大端圆柱体内径
D锥=(1.41~1.43)D m
柱体直边高H锥=0.6(D锥-D)m 锥顶角60°
又V=Q/αr△t m3 Q 热量瓦/时 △t平均温度℃ △t≈0.5(t1+t2) αr体积给热系数w/m3·℃ αr=10~30(大粒取小数,微粒取大数)
6、干燥强度q=(0.026~0.036)t进 kg/m3·h
又q=(t1+273)3.43/(t2+273)3.34 t1进塔风温℃ t2出塔风温℃ 产量约0.6~6kg/m3·h(与风温有关)
7、用热量在1300~1600kcal/kg水
蒸汽用量在2.5~3.5kg/kg水(1250~1750kcal/h)
8、塔内温度估计:
进风温度≤250℃ 塔内平均温度tp=0.5×t进 tp±5
进风温度≥350℃ 塔内平均温度tp=(0.35~0.4)×t进 tp±10
9、保温层厚度
室内≤100mm(温度0℃~20℃)
室外≤200mm(温度-40℃~0℃)
10、用隔膜泵供料液(可无级调速)压力≤5MPa
最好配专用流量计。供料管速度1~1.5m/s
喷嘴能上、下调节,以改善粘壁。
11、主机阻力≤500~800Pa
12、塔内不锈钢板厚度2~4 mm,用型钢作骨架(一般用槽钢)。
13、产品粒径
低压喷嘴(1~2MPa) 40~90目(150~400μm)
一般在40~200目,产品粒径较大,不均匀。大型塔可用三个以上喷嘴,并适于逆流混合流操作。
十、卧式振动流化干燥机设计
1、振槽宽B:300~1200mm,振槽长L:3000~8000mm来选用
有效干燥面积A有=0.9B·L m2
下床体高度(气室高)H下=(0.8~1.2)B m(加大下床体容积以减少压力波动)。
槽板距下床体上面约100~200mm,并呈倾斜。
槽板开孔率(η)3~6%,孔径ø1~ø4,孔距约10mm。若设防漏网开孔率7~9%。η=空床风速/小孔风速。
孔板厚度2~6mm。小孔风速20~35m/s。
空床风速(操作风速)0.2~6m/s(孔板上面),一般取1.2~
1.4m/s
床体截面积A=L0/1.2~1.4 m 风量L0 m/s(在80℃时)
23
注:物料越细,空床风速越小。
2、主机阻力:与床内物料层厚度有关。
一般阻力为400~600Pa(当小孔风速20~35m/s),料层厚度一般在20~100mm。极薄料层
深料层≥50mm。
3、进风温度在50~300℃及干燥时间
果蔬干燥温度70~180℃
中药片、丸干燥度60~80℃
鸡精干燥60~80℃(并设冷却段长1.5米),初含水6%,终含水≤1%,产量为130~190kg/m2·h
振槽宽300、400、500、600、700、1000mm,长7.5米(其中冷却段长1.5米),热量应加大(物料升温用热量)
干燥时间一般在8~40分钟(可调) ts=L/Vs 分 L振槽长 m Vs物料运行速度 m/s
4、当初含水≤20%,而要求产量较大时(>1000kg/h),则热量计算应另加上物料吸收的部份Q2=G²C²△t kcal/h
G物料重量kg/h C物料比热kcal/kg²℃
△t =t进-t出/2 ℃
产量计算,则要考虑物料特性、物料形状、物料的速度系数等因素,同时热量加大(物料加热)故应选较大的型号(最大产量约200~250kg/m2·h)
5、干燥强度q=(0.2~0.24)t进 kg水/m2·h
注:温度>150℃时取小值。
6、在床身二侧各安置一台振动电机,并用24个螺栓固定牢(相隔15度),调节振动电机与水平之间角度(方位角),可获得不同的运动速度。即调节了干燥时间。调节电机偏心块就可调
节激振力大小。两台振动电机必须相反方向旋转。而且激振力及方位角必须相同一致(一般在试机时确定好,两台同时调节一致)。
振动电机一般选用6极电机(即960r/min)。
7、激振力计算(振动电机选用)
F=(n/1000)2·M·E/1.8 kg
N电机转速当n=960r/min时,(n/1000)2=0.922
M总重量,参加振动的设备重量(m)和物料重量(ml)之和kg。 E 全振幅E=6mm (上、下振幅和)
故F=3.073M kg M=m+0.2 ml kg
8、减振弹簧设计。确定工作中最大负荷和最小负荷及许用应力后来选取弹簧丝径及弹簧中径。(圆柱螺旋压缩弹簧II类负荷)
最大负荷Pn=M/Z+K·E kg 最小负荷Pi=M/Z-K·E kg M总重量kg Z弹簧个数 E振幅mm
K弹簧刚度kg/mm
K=d4G/8D3i=Pn-Pi/i kg/mm d弹簧丝径mm
D弹簧中径mm G剪切弹性模数,一般取G=8000kg/mm2 i有效圈数i=5 。 Pn最大工作负荷kg Pi最小工作负荷kg
故K=200d4/D3 kg/mm。又可查手册得单圈弹簧刚度,再除圈数即可得K值。也可选用橡胶压缩弹簧。邵氏硬度HS=50~60
丁腈橡胶。一般选用8组以上的弹簧为支座。
弹簧高度误差为±1%H。H弹簧自由高度mm。
9、振动电机有一定的方位角(ζ)。故在振动时分解为水平位移Sx及垂直位移Sy。即形成物料前进速度和上跳速度又在小孔风速吹动下使风速均匀的干燥。Sx=S.cosζ Sy=S.sinζ
振幅≤3mm 方位角ζ=15°~75°
实际移动距离约为S=960 Sx/5~10 mm/min(与物料特性等有关)
10、内膛钢板厚2~6mm,用型钢作骨架(5~6.3号槽钢或角钢)。
下床体保温层厚度50~100mm,下床体内设支撑杆,加强两侧的刚性。在两侧振动电机之间用多条型钢来支撑牢。并在外侧用厚钢板加强(8~15mm)。电机座固定其上并焊牢。电机底板(厚8~15mm)可旋转来调节方位角。振槽每隔1米加一个支撑杆。并内腔两侧设支架来固定振槽板。上床体不保温,板厚2~6mm(有加强型钢),并在两侧设多个观察孔,在进风及排风管道上用帆布管隔开以减振。大型设备的上床体可固定并与下床体用帆布隔开。下床体外壁板厚1~4mm。
11、一般可选用旋风除尘器,若有细粉尘(≤10mm)则另加布袋除尘器。
12、出料口可用闸门来控制料层厚度。
十一、回转干燥机设计
1、能干燥各类物料。如:粉、颗、条、片、块状等。 初含水一般在30~50%,终含水一般在1~5%,适合用于产量大、水份蒸发量大的各类物料干燥。干燥温度在60~300℃来选用。
也可用于煅烧生产,温度在600~1100℃,可用天然气喷嘴直接燃烧加热。则内砌耐火砖不设抄板。若温度
2、主机设计主要参数
筒体内径在0.6~2.4米来设计
筒壁厚度S=0.01D0.67
又D≤2m时,S=(0.006~0.009)D
D=2~4m时,S=(0.005~0.006)D
D筒内径m S筒壁厚度m
筒内壁圆周速度V=πDn/60³1000=0.25~1.0m/s
一般取0.4~0.6m/s
筒体转速n=4.78~19.10/D r/min
一般取0.5~8 r/min
筒体安装倾斜度4~6mm/m(即倾角2~3度)
长径比 L/D=5~10 最大为L/D=13~15
又L=1.273V/D2 m
L筒体长 m D筒体内径 m V筒体内容积m3
筒体内容积 V=W/q m3 W水份蒸发量kg水/h q干燥强度kg水/ m3·h
又V=Q/a0·△t m3 Q使用热量kcal/h △t进、出口风温差℃
a0容积传热系数100~200 kcal/ m3·h·℃ a0=0.774v
0.16
/D v气速kg/m²s
2
两端托轮之间距B=(0.5~0.64)L m
出料端托轮与筒端口间距A=(0.17~0.23)L m 传动轮与出料端托轮之间距(在两端托轮之间) C=(0.1~0.18)L m
托轮直径 D托=D/3~4 m (夹角为60°) 抄板数 N=(6~12)D 抄板高H=0.11D m 抄板折弯(约90°) 折宽B=(0.4~0.6)H 抄板长0.6~1m 抄板厚E=(0.4~1.0)S mm 在筒体前端长约1米设螺旋叶片多片(与抄板数相同),并与筒壁成60°交角来快速进料到筒内。
物料填充系数β=(0.15~0.25) β=G/V G加料量m/min V筒体容积m 筒尾端排气速度:
物料粒径
3
3
加料管与水平夹角约45~60°并插入筒内,筒端设挡料圈,一般用定转速减速传动机构。也可使用无级调速机构。
3、使用热量在1400~2000kcal/kg水,一般产量大时取大值。但大型筒体取1400~1600kcal/kg水,热量分配比例约为水份蒸发占42%,物料带出占30%,带气带出占14%,筒体散热占14%。
4、干燥强度q=0.05~0.07t进 kg水/m²h 5、产量:G=0.785Dβ²L²V料²L/t t/h D筒内径m β 平均填充系数 L筒长 m V料物料堆密度 t干燥时间h
L/t=ω料物料轴移动速度 ω料=5.78Dα²n m/h α筒倾角1°~3° n筒速度r/min 一般ω料=0.001~0.05m/s
6、干燥时间(停留时间)t=L/ω料 一般在0.2~3小时(煅烧时时间长)
7、筒体材料
进风温度≤300℃,碳钢
进风温度300℃~800℃,1Cr18Ni9 进风温度800℃~1000℃,1Cr25Ni20
8、压力损失≤10Pa/1m (每米长约10 Pa损失) 筒尾呈负压在10~200Pa 9、总传动功率
2
3
P=P1+P2+P3+P4 KW
P1圆筒内物料运动所需功率 P2圆筒旋转所需功率 P3支撑部份摩擦功率 P4传动功率损失 而P2=1.37mT2DT2n2 kw
mT圆筒总重量kg 筒平均直径m n筒体转速r/min P=0.054D2L·nV料β²K KW
D筒内径m L筒长m n筒体转速r/min V料 物料密度t/m 可取0.9t/m来计算 β填充系数β=0.15 k抄板系数k=1.6 ρ=0.054DLn kw
筒时最大挠度ym=0.3×10-3²L(即每米挠度为0.3mm) 一般用大齿圈来传动筒体齿轮模数18~24,一般取20,齿数Z2= d0/20,小齿轮齿数Z1=17~32 速比i=7~8
分度圆直径d0=(1.6~1.8)D0 mm D0 筒外径mm 小型筒体也可以用摩擦传动,摩擦系数约为0.15~0.20 筒体≤1m,传动功率3~7.5kw 筒体1.2~1.8m 传动功率7.5~18.5kw 筒体>2m,传动功率22~75kw
10、筒体外壁加热,可用于烘炒瓜子、茶叶杀青等用,并在筒体内应设螺旋导板。
2
3
3
十二、热风炉设计
1、套筒式燃煤热风炉设计(立式辐射换热器设计) (1)输出热风温度tk:60~300℃ (设计取200~300℃) 烟气温度ty:600~800℃ 炉内筒壁温度400~600℃(用碳钢) tk=(0.5~0.55)ty℃ 燃煤炉tk≤300℃
若烟气温度ty=800~1100℃ 则tk=300~500℃ 炉内筒壁温度700~800℃(用1Cr18Ni9Ti) 一般烟气温度≤1000℃时,筒壁温度≤550℃ (2)炉内筒炉篦面积F=G/q m (F=πR)
R炉内筒半径m G用煤量kg/h q炉篦强度(强迫通风)
q=100~160kg/m²h(取q=120) (热效率η=0.55) 即q=33.0~52.8万大卡/m²h
又q=16~60万大卡/m²h来设计内筒尺寸
煤发热值6000kcal/kg 1万大卡热量耗煤2.8~3kg G=(2.8~3)Q kg Q输出热量(使用热量)万大卡/h 例如:100万大卡/h炉
G=3³100=300kg/h F=300/120=2.5m 则筒半径R=0.892m φ1784mm,取φ1800mm 内筒高≤40万大卡/h炉 H0≤ 3000mm ≥50万大卡/h炉 H0= 3400mm
内筒壁厚(燃烧室)6~10mm,材料Q235,20g,1Cr18Ni9Ti、1Cr18Si2、1Cr23Ni18等,一般使用Q235钢板。
2
3
2
2
2
2
(3)烟气及空气流速
烟气量10~15Nm/kg(每燃烧1kg煤产生烟气量) 烟气流速2~6Nm/s 又一般在1.5~3Nm/s
在夹套层内空气流速4~15Nm/s(在有肋片筒壁内) 一般取4~10Nm/s
(4)套筒壁厚,间隙及肋片尺寸
壁厚3~6mm,内外套筒之间的间隙30~45mm 肋片尺寸(翅片)边宽(高)25~35mm 厚3~4mm,长200~400mm
肋片相邻间距30~50mm,每圈之间错排,连续焊在套筒上,肋片外边部与外套筒(或内套筒)之间隙≥2mm,筒径大时可取5~10mm,筒顶环形封板(内筒与第三层套筒之间封板)2~3mm。材料均用Q235钢板(有特殊要求的可用1Cr18Ni9Ti)。
(5)换热面积
0.8~1.2m/万大卡,即1万大卡/h的输出热量的换热面积为0.8~1.2m,包括单面肋片面积总和(如单片0.03³0.3=0.009 m)即:8~12 m/10万大卡
凡经烟气流过的筒体表面积之和为换热面积(包括肋片总面积)共三个,内筒、中筒、外筒,减化时,换热面积为2³(内筒+中筒+外筒的表面积)估计时也可:A=(9~16)DH m
A=ηQ/3.6k△td m Q总热量kcal/h η富裕量1.25 K平均综合传热系数kcal/ m²h ℃ k=9.8-17
2
2
2
2
2
22
3
取k= 10kcal/ m²h ℃ (k= 45~55kJ/ m²h ℃)
△d
22
t =(△t烟入-△t空出)+(△t烟出-△t空入)/2 ℃
若△t烟入=700℃ △t烟出=400℃ △t空出=300℃ △t空入=10℃时
△d
t =400℃
故A=0.0000868Q m2 (6)内筒直径及换热面积等尺寸
注:取0.8~1.2m2/1万大卡²h 1万大卡/²h的用煤量2.8-3kg(设计用煤量3kg/1万大卡)
炉篦强度100~160kg /m2²h 又100~130 kg /m2²h(强迫通风),若自然通风30~130 kg /m2²h
又热风炉燃烧室容积强度q容=16~100万大卡/m3²h 燃煤取q容=16~30 万大卡/m3²h
燃天然气取q容=40~80 万大卡/m3²h 燃油取q容=60~100 万大卡/m3²h 燃烧室容积V=F²H m3
炉体总重量估计:G=(0.12~0.13)³型号 吨 例:100万大卡/h炉重为12~13吨 2、直流式燃煤热风炉设计(立式)
烟气为单流程,空气道阻力小(空气道有双程及单程两类) 空气流速高达13~15Nm/s 故综合换热系数高 k=23.9~26.3kcal/m2·h ℃ (100~110KJ/ m2·h ℃) 重量轻,热效率高,寿命长,多用于小型热风炉≤20万大卡/h 换热面积可取0.5~0.7 m2/1万大卡
下设鼓风机、烟气直接排放。也可用于燃油、燃气炉(改为卧式)
3、燃油燃气热风炉设计(卧式)
炉体与立式燃煤热风炉相同。仅燃烧室容积强度大些,故内筒尺寸可适当减小(筒径、筒长)
内筒长L0=0.25√m G耗油量(耗气量)kg/h(m3/h) 筒径Ф=(0.3~0.4)L0 又Ф=0.4~0.5L0 (用于大型) 轻油热值10000kcal/kg 天然气热值8600 kcal/NM3 并按燃烧室容积强度来验算
也可以设计直火炉,内砌耐火砖,阻力约250~500Pa 天然气供气压力20~50mbar 10mbar=1000Pa(1毫巴
=100Pa)(一般有三种:30mbar、150mbar、300mbar)
4、燃煤烟气炉设计
用耐火砖砌炉体,后段埋设扩散式旋风除尘器(SUS304钢),烟气经过除尘后输出。
用烟煤时炉篦强度q=70~170kg/m2²h 即23.1~56.1万大卡/m2²h(强迫通风)
自然通风时q=30~80kg/m2²h
炉篦面积(炉条面积)F=G/q m2 G用煤量kg/h 炉条长≤2.2m,沿炉条宽1~1.2m设炉门一个,炉条缝隙面积占炉篦面积的10~15%,缝隙宽4~8mm(易结渣煤为10~15mm)
烟气热熔I=(0.333~0.425)t烟 kcal/m3 t烟 烟气温度℃ 5、烟气引风机选型
各类燃料燃烧生成的烟气量可取:12~14Nm3/kg(Nm3) 用于热风炉时,(12~14)³1.29×G m3/h(m3/ Nm3) G用煤量kg/h 或用于燃油量kg/h 用于燃气量m3/h 风机选用Y5-47型或Y5-48型。风机风量应大于生成的烟气量10~30%,并在风机进风口前设冷风入口。以降低进入风机内烟气温度。
十三、附录
1、旋转气流快速干燥机(XSG系列)
A、主机内径及高,根据水份蒸发量和风温来决定其尺寸。 B、一般风温在120~250℃内设计,成品温度在40~70℃。 C、分散器线速度在9~15m/s。特殊型则在20~30 m/s(使产品比原料更细,但分散功率要加大)。
D、特别适用于干燥膏状、糊状、泥状、滤饼状、粉状等物料,终含水量可控制。
E、鼓风机选用Y5-47型、Y5-48及4-72型,引风机选用9-19型-9-26型,总风压应大于系统的阻力和。
2、气流干燥机(QG等系列)
A、型号有:基本型(QG系列)脉冲气流干燥,强化型(JG系列)在进料口下设分散装置(与闪蒸干燥相似),旋风型(FG系列)在干燥管后加旋风干燥器,倒锥型(SG系列)干燥管由下逐渐变大,改善干燥效果。套管型(TG系列)干燥管由内外套管组成,减少热损失,降低总高度。
B、一般风温在120~250℃内设计。
C、物料初含水在15~60%的粉状、松散物料,也可用于泥状、膏状等物料(应配专用加料机)。
D、基本型干燥,成品粒径大些,堆比重大些。使用分散装置时,成品粒径会细些,堆比重轻些。
E、当进风温度为150~300℃时,排风温度在60~90℃,成品温度在40~70℃。
F、可选用一台引风机,也可使用鼓风机及引风机。
3、高速离心喷雾干燥机(LPG型)
A、总功率包括风机、喷雾头、送料泵等的功率。电加热器的功率另计算。
B、塔型的内径尺寸与各厂的喷雾距不同有关,也和进风温度有关,若喷雾头转速在2000~3000r/min则塔径可缩小约30%。
C、塔内温度按80℃来计算风量。
D、使用饱和蒸汽时,换热后风温在120~150℃,若要求达到200℃时则另增电加热器,串联使用。
用过热蒸汽时(350kcal/kg),则换热器面积增加30%以上。
4、压力喷雾干燥机(YPG系列)
A、塔有效干燥体积Vk≈3.93D3(π/4 D2³5D)D为塔内径(m)
B、塔体总高约H总=(5.1~5.8)D 另加塔出料口距地面为1m。
C、塔内风速(80℃时)0.3~0.6m/s来选用风机。 D、隔膜泵压力在0.6~5Mpa之间来调节。一般使用在1~3Mpa,小型设备可选蠕动泵。
E、塔有效干燥体积:先初选后V0=W/q(m3)来选用塔内径。 W水份蒸发量kg/h q干燥强度kg/m3·h F、按使用热量和风温来选用风量范围(Nm3/h)
5、卧式振动流化干燥机(ZLG系列)
A、振动电机选用6极,同步转速1000r/min。 B、振槽面积A=W/q m2 W水份蒸发量kg/h
q干燥强度kg/m2·h来选用。
C、也可选用ZLG4、ZLG5、ZLG7等型号。 D、计算振槽面积再乘以1.1为实际振槽面积,即:
A0=1.1A A为有效面积m2
E、用于干燥粒状、片状、条状、粉状、球状、丝状、块状等物料,初含水一般≤30%(最大达60%),终含水5~10%(最小约0.1%),干燥强度高,物料受热均匀,对物料表面损伤小。
6、回转干燥机(ZT系列)
A、长径比L/Ø=5~10,最大可达15
B、筒尾风速在0.5~6m/s来选风量,表中风速为0.25~2.5m/s(80℃时)。
C、筒体积计算V=W/q (m3 ) W水份蒸发量kg/h
q 干燥强度kg/m3·h
D、使用热量按1200~2000kcal/kg水来选用。