气流式干燥器设计计算

气流式干燥器设计计算
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气流式干燥器设计计算
设计计算方法及步骤：
（1）基本数据包括设计条件、设计者自行确定、自行查询的数据。

（2）进行干燥管的物料衡算和热量衡算，确定干燥除水量及干燥
用热空气量L（kg/h）。

（3）干燥管直径D的计算
①湿空气在干燥管中的流速从气流输送角度来看，只要气流速度
大于最大颗粒的沉降速度，则全部物料便可被夹带出，但为操作
安全起见，通常取出口气速为最大颗粒沉降速度的2倍，或取出
口气速比最大颗粒沉降速度大3m/s。

至于干燥管的入口气速，一
般取20～30m/s。

②干燥管直径D 干燥管直径用下式计算：
（4）气流干燥管的高度计算
根据空气至固体颗粒的传热速率方程式，整理得：
● 空气传给物料的热量Q由两部分组成，即：
—恒速干燥阶段传热量（包括物料预热），其值可用下式计算：
kW
—降速干燥阶段的传热量，其值可用下式计算：
kW
● 干燥管内的传热系数α的计算：
颗粒在气流干燥器中的传热系数的研究工作尚不充分。

对于空气-水系统，颗粒在等速运动段，可用下式估算。

● 单位干燥管体积内的干燥表面积a，可用下式简化计算：
（5）气流干燥系统的压力损失
气流干燥各部分的压力损失可按下述数值估算：
加热器 190～290 Pa 旋风分离器 790～1200 Pa 干燥管 1200～2500 Pa 总压力降 2500～4500 Pa
粉碎机 290～490
设计示例：[例]现有含水W1=2%的某晶体物料，物料平均颗粒直径dp=0.6mm，颗粒最大直径dp max=1mm，密度ρs=2490kg/，经实验测定其临界含水量Wc=1%，干物料的定压比热
c m=1.005kJ/kgo℃，要求产品量为730kg/h，干燥后产品含水W2=0.03%（均为湿基）。

已知物料进入干燥器的温度为15℃，离开干燥器的温度为60℃（实测值），使用空气作干燥介质，空气进入预热器的温度为15℃，相对湿度φ=80%，进入干燥器的温度为146℃，离开干燥器的温度为64℃。

试设计一气流干燥器完成此干燥任务。

[解]
（1）水分蒸发量W
则加料量G1=G2+W=730+14.7=744.7≈745kg/h。

（2）空气消耗量
首先确定空气离开干燥器的出口状态。

由于过程存在热损失，根据式（10.44）有：
依题意：t0=15℃，t1=146℃，t2=64℃，H1=H0，φ0=80%，
查饱和水蒸气表可得t0=15℃时，Ps=1.71kPa，根据式（10.6），有
过程中干燥器没有补充加热，所以q D=0
物料升温所需热量q1：
热损失粗略估计可取绝热干燥过程总热量消耗的10%。

按绝热过程计算，单位空气消耗量为：
式中，H'2为按绝热过程计算所得的空气出口湿度，即，
即
解得：
则：
而I1=（1.01+1.88H1）t1+2490H1=（1.01+1.88×0.0085）×146+2490×0.0085
=170.79kJ/kg水
I0=（1.01+1.88H0）t0+2490H0=（1.01+1.88×0.0085）×15+2490×0.0085
=36.55 kJ/kg水
故比热量消耗：
所以，热损失为q L=4130.42×10%=413 kJ/kg水
湿空气比热近似取为进口湿度下的湿比热，即：c H=1.01+1.88×0.0085=1.026kJ/kg·℃
水的汽化潜热 r0=2490kJ/kg
水的定压比热c W=4.18 kJ/kg·℃
湿物料进口温度θ1=15℃
将上述数据代入式（10.44），解得：H2=0.0246kg水/kg干空气
故该过程干空气的消耗量，根据式（10.31）得：
湿空气的体积：
湿空气的比容v可按平均温度t=（146+64）/2=105℃及平均湿含量H=（0.0246+0.0085）/2=0.0165 kg水/kg干空气计算，即：
湿空气/kg干空气
则湿空气体积为：V=913×1.1=1004 湿空气/h
故取湿空气的体积为1010 湿空气/h。

（3）总热量消耗Q
该过程总热量消耗Q为：
（4）干燥管直径
采用变径干燥管。

① 加速段管径计算
取加速段管内的气体速度W=30m/s，此时，加速段管径D为：
②等速段干燥管直径计算
取等速段管内速度：
u=u t+3 m/s
式中，u t为颗粒自由沉降速度，已知，dp=1mm，ρs=2490kg/。

空气的物性按平均温度
t=105℃计算，查得空气粘度μ=0.022×Pa·s，
密度。

假定Ret=1～500 范围内，则：而
将和代入上式得：
检验雷诺数R et
属于过渡区，假设成立。

所以，
u=u t+3=8+3=11 m/s
等速段干燥管直径为：
故，干燥管加速段直径为0.110m，等速段直径为0.180m。

（5）干燥管长度
干燥管长度z，根据式（10.84）：
式中，空气传给湿物料的总热量Q=Q1+Q2
恒速干燥阶段传热量（包括物料预热）Q1可用式（10.88）计算：首先将物料湿含量换算为干基，即：
物料湿含量由X1降到Xc时为干燥第一阶段，由Xc降到X2时为干燥第二阶段。

湿物料和空气的湿含量及温度变化如图10.44所示。

物料温度由15℃加热到41℃，再由41℃加热到60℃。

在降速段内，物料的水分汽化温度取：
℃
图10.44 空气和湿物料变化示意图
在θ=41℃时，rθ=2402.8kJ/kg；在θ'=50.5 ℃时，r av=2380.6kJ/kg
所以，在恒速干燥阶段
降速干燥阶段的传热量 Q2，其值可用式（10.89）计算：
全管对数平均温度差：℃
为计算α，首先计算平均颗粒尺寸的沉降速度，以便计算R et。

此时空气的温度仍取平均温度105℃，其μ=2.2×10-5Pa.s，ρ=0.935kg/，导热系数λ=0.03256W/m.℃，平均颗粒直径dp=0.6mm，则：
故计算所得u t正确。

因此，由式（10.90）
所以，
由式（10.86）可得：
则干燥管高度Z为：
计算结果如下：加速段管径0.110m，等速段管径为0.180m。

干燥管长度：9.2m。