盤(pán)式連續(xù)干燥機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，現(xiàn)舉例說(shuō)明：

1、設(shè)計(jì)參數(shù)

物料名稱(chēng)：維生素C， 無(wú)色晶體， 80~300目細(xì)粉；

物料濕分：乙醇，需回收；

濕料含濕率：w₁=15%； 

產(chǎn)品含濕率：w₂=0.1%； 

產(chǎn)  量： 10T/d   G₂=10000/24=416.67kg/h；

進(jìn)料溫度：t_m1=20℃；

出料溫度： t_m2=50℃；

排氣溫度： t₂= 58℃ （蒸汽在排出干燥機(jī)前有多次被加熱盤(pán)背面加熱升溫過(guò)程）

物料比熱： C_m=1.5kj/kg.℃；

乙醇比熱： C_w=2.85 kj/kg.℃；

乙醇汽化潛熱:  r=950kj/kg；

乙醇沸點(diǎn)：78.3℃；

加熱介質(zhì)：熱水；

熱水進(jìn)水溫度： T₁=75℃；

熱水出水溫度： T₂=72℃；

盤(pán)式干燥機(jī)工作真空度： -0.06MPa（表壓）

2、物料衡算

產(chǎn)品干基含水率:  w_d2= w₂/(1-w₂)=0.1/(100-0.1)=0.001kg/kg

絕干物料產(chǎn)量:  G= G₂ x (1-w2)=416.67x(1-0.001)=416.254kg/h

濕物料產(chǎn)量:  

    G₁ = G₂x[(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 = G₁-G₂ = 489.71- 416.67=73.04kg/h

4、干燥熱量計(jì)算

    Q_d  = Δw×(r+C_wx（t_m2-t_m1）)+G×(C_m+C_wxW_d2)×(t_m2-t_m1)

 = 73.04x（950+2.85x(50-20)）+416.254x(1.5+2.85x0.001)x(50-20)

 = 98589.36kj/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，其計(jì)算干燥熱量時(shí)稍有不同，一般按水分出料溫度下蒸發(fā)，計(jì)算偏于安全。

5、傳熱對(duì)數(shù)溫差計(jì)算

    ΔT = [(T₁-t_m1)-(T₂-t_m2)]÷ln[(T₁-t_m1)/(T₂-t_m2)]

= [(75-20)-(72-50)]÷ln[(75-20)/(72-50)] =36.02℃

6、干燥面積的計(jì)算

    A = Q_d / ( k.ΔT) = 98589.36/(23x3600/1000x36.02) = 33.06m²

其中k = 23w/m².℃按經(jīng)驗(yàn)選取。

擬選擇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)算干燥機(jī)泄漏量Mg。冷凝器的工作負(fù)荷為干燥機(jī)蒸發(fā)出的乙醇蒸汽和泄露進(jìn)來(lái)的空氣，其中乙醇蒸汽經(jīng)降溫而冷凝為液體，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可查相應(yīng)圖表數(shù)據(jù)而確定，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)入冷凝器的乙醇濕氣并不飽和，其濕度為X=Δw/Mg=6.64kg/kg，根據(jù)濕度定義X=P_w.G_w/(P-P_w)G_g得乙醇剛進(jìn)入冷凝器的蒸汽分壓P_w

  P_w=PG_gX/(G_w+G_gX)=33.34kPa

其中G_g-空氣分子量，G_g=29 ；G_w-乙醇分子量，G_w=46； P_w-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P_w=33.34kPa時(shí)的飽和溫度為t_w=51℃。

隨著冷凝的進(jìn)行，乙醇在冷凝器中的濃度逐步降低，蒸汽壓和飽和溫度也下降，假設(shè)乙醇冷凝回收率為95%，則排出冷凝器前的乙醇蒸汽為
           X₂=（1-0.95）Δw/Mg=0.332kg/kg
           P_w2=PG_gX₂/(G_w+G_gX₂)=7.148 kPa
       查乙醇蒸汽壓表，在P_w2=7.148kPa時(shí)的飽和溫度約為t_w2=21℃。為此，如僅選用一臺(tái)冷凝器，則冷卻后的蒸汽溫度應(yīng)選為t_c=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)冷凝器仍應(yīng)為t'_c=20℃，前一臺(tái)冷凝溫度可稍高于該值，可參考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C_h
         空氣比熱 C_g=1.013kj/kg.  乙醇蒸汽比熱C_w=1.51kj/ kj/kg. ℃
         空氣質(zhì)量分率  R_g=Mg/(Mg+Δw)=11/(11+73.04)=0.13
         乙醇蒸汽質(zhì)量分率  R_w=Δw /( Mg+Δw)=73.04/(11+73.04)=0.87
         混合氣體比熱容  C_h=C_g.R_g+C_w.R_w =1.45kj/kg. ℃

(4) 冷凝器冷負(fù)荷Q_c

    Qc=Δw r+(Δw+Mg).C_h(t₂-tc)

      =73.04×950+(73.04+11)×1.45×(58-20)=74108.6kj/h  

       （隨著冷凝進(jìn)行，蒸汽溫度逐步降低，在此則按t₂計(jì)算，偏于安全）
        (5) 冷凝器換熱面積A_c

因最終乙醇蒸汽的飽和溫度為21℃，可選取常溫水作為冷卻介質(zhì)，現(xiàn)選取給水溫度T_c1=7℃，排水溫度T_c2=15℃，則傳熱溫差為：
             ΔTc_c= [(t'_w-T_c1)-(t'c-T_c2)]÷ln[(t'w-T_c1)/( t'c-T_c2)]

          = [(39.5-7)-(20-15)]÷ln[(39.5-7)/(20-15)]=14.69℃

     A_c=Q_c/(Kc. ΔTc)=74108.6÷250÷14.69=20.18m²

  其中Kc=250kj/ m².℃.h，按經(jīng)驗(yàn)選??；

  飽和蒸汽溫度取冷凝器前后平均值t'_w=（58+21）/2=39.5℃

 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)和傳熱溫差的影響，實(shí)際過(guò)程將是變溫冷凝過(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，因此，應(yīng)逐段計(jì)算其傳熱系數(shù)和傳熱溫差，更為合理。本例因設(shè)備較小，采用了簡(jiǎn)化計(jì)算方法。

本冷凝器是按管殼式間接冷卻方式計(jì)算，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=74108.6/4.18/(15-7)=2216kg/h
         8、真空泵選型計(jì)算
         盤(pán)式干燥機(jī)工作壓強(qiáng)為P=41.3kPa，假設(shè)系統(tǒng)至冷凝器出口處時(shí)壓降為

            ΔP=5kPa，則冷凝器出口處抽氣量

 則：V＝1000RT_w2?M_g/G_g/(P-ΔP-P_w2)

＝1000×8.314×294×11÷29÷(41300-5000-7148)=31.8m³/h

 其中T_w2=273+21=294，P_w2=7.148 kPa，

 真空機(jī)組有效抽速  S_p=1.3V=41.3m³/h
         K=1.3 為抽速損失系數(shù)，工作壓力P=41.3kPa。