化工原理课程设计(逆流回转圆筒干燥器)..pdf

前言 干燥技术的目的是除去某些原料、半成品及成品中的水分或溶剂，就化学工 业而言目的在于，使物料便于包装、运输、储藏、加工和使用。化学工业中的干 燥法有三类：机械除湿法、加热干燥法和化学除湿法，加热干燥法是化学工业中 常用的干燥方法。 常规干燥设计是按经验确定干燥介质 （通常是空气）的出口温度，然后进行 干燥器的其他工艺参数及结构的尺寸的设计。干燥器的出口温度选择不当，会增 加干燥过程的总费用，因为干燥介质出口温度是干燥器设计的重要参数之一，出 口温度高则干燥介质湿度降低，干燥介质的耗用量增加，设备体积减小。出口温 度低也不行，则使干燥介质耗用量少，干燥器体积增大。因而有必要对干燥器进 行优化设计，权衡设备投资费和干燥介质动力、干燥介质加热和热损失等操作费 用，使其年总费用最小，从工程经济的观点出发来确定干燥介质的出口温度，达 到优化设计的目的，节省干燥器的投资费和操作费。许多研究者对干燥系统的优 化设计问题进行了深入的研究。提出的逆流回转干燥器优化设计模型将干燥器的 体积计算简化成一个整体,且假设湿物料温度自始至终处于湿球温度,也就是说整 个干燥过程处于表面蒸发段;改进了逆流回转干燥器优化设计模型,将干燥器的体 积分为物料预热段、表面蒸发段和物料加热段三段计算,比较符合工程实际情况, 但其干燥器的造价与体积成线性关系,不符合实际情况。上述模型的求解均采用 落后的手工迭代计算。 本文建立了逆流回转圆筒干燥器优化设计新的数学模型，该模型中干燥器的造 价与干燥器体积成非线形关系，以年总费用最小为目标并利用黄金分割法来确定 干燥介质最佳出口温度，且对其他辅助设备进行设计和选型，使之更符合工程实 际情况。 一．干燥任务及设计方案的论证 1.1硫酸铵的性质和用途： （1）性质： 无色结晶或白色颗粒。无气味。280℃以上分解。水中溶解度：0℃时41.22g， 25℃时43.47g，100℃时50.42g。不溶于乙醇和丙酮。0.1mol/L水溶液的pH为 5.5 。相 对 密 度 1.77 。折 光 率 1.521 。低 毒 ， 半 数 致 死 量 ， 有刺激性。有吸湿性，吸湿后固结成块。加热到513℃以上完全分解成氨气、氮 气、二氧化硫及水。与碱类作用则放出氨气。与氯化钡溶液反应生成硫酸钡沉淀。 也可以使蛋白质发生盐析。 （2）用途： 一种优良的氮肥，适用于一般土壤和作物，能使枝叶生长旺盛，提高果实品质 和产量，增强作物对灾害的抵抗能力，可作基肥、追肥和种肥。能与食盐进行复 分解反应制造氯化铵，与硫酸铝作用生成铵明矾，与硼酸等一起制造耐火材料。 加入电镀液中能增加导电性。也是食品酱色的催化剂，鲜酵母生产中培养酵母菌 的氮源，酸性染料染色助染剂，皮革脱灰剂。此外，还用于啤酒酿造，化学试剂 和蓄电池生产等。还有一重要作用就是开采稀土,开采以硫酸铵作原料，采用离 子交换形式把矿土中的稀土元素交换出来，再收集浸出液简单过滤分离后晒干成 稀土原矿，每开采生产1吨稀土原矿约需5吨硫酸铵。 生物学上的用途也很多，多用于蛋白纯化工艺方面，因为硫酸铵属于惰性物质， 不易与其他生物活性物质发生反应，在纯化过程中能最大程度的保护蛋白活性， 另外，硫酸铵的可溶性极好，能形成高盐环境，对于蛋白沉淀与后续的高盐纯化 做准备。 1.2干燥设备的简介（特点，原理）以及选取依据 （1）干燥设备工作原理： 干燥过程需要消耗大量热能，为了节省能量，某些湿含量高的物料、含有固体 物质的悬浮液或溶液一般先经机械脱水或加热蒸发，再在干燥器内干燥，以得到 干的固体。 在干燥过程中需要同时完成热量和质量(湿分)的传递，保证物料表面湿分蒸 汽分压(浓度)高于外部空间中的湿分蒸汽分压，保证热源温度高于物料温度。 热量从高温热源以各种方式传递给湿物料，使物料表面湿分汽化并逸散到外 部空间，从而在物料表面和内部出现湿含量的差别。内部湿分向表面扩散并汽化， 使物料湿含量不断降低，逐步完成物料整体的干燥。 物料的干燥速率取决于表面汽化速率和内部湿分的扩散速率。通常干燥前期 的干燥速率受表面汽化速率控制；而后，只要干燥的外部条件不变，物料的干燥 速率和表面温度即保持稳定，这个阶段称为恒速干燥阶段；当物料湿含量降低到 某一程度，内部湿分向表面的扩散速率降低，并小于表面汽化速率时，干燥速率 即主要由内部扩散速率决定，并随湿含量的降低而不断降低，这个阶段称为降速 干燥阶段。 （2）各种常见干燥设备的比较 表一 各种干燥器的