化工原理課程設(shè)計流化床干燥器

1、化工原理課程設(shè)計目錄設(shè)計任務(wù)書II第一章 概述11.1流化床干燥器簡介11.2 設(shè)計方案簡介5第二章 設(shè)計計算72.1 物料衡算72.2空氣和物料出口溫度的確定82.3干燥器的熱量衡算102.4干燥器的熱效率11第三章 干燥器工藝尺寸設(shè)計123.1流化速度的確定123.2流化床層底面積的計算123.3干燥器長度和寬度143.4停留時間143.5干燥器高度143.6 干燥器結(jié)構(gòu)設(shè)計15第四章 附屬設(shè)備的設(shè)計與選型184.1風機的選擇184.2氣固分離器184.3加料器20第五章 設(shè)計結(jié)果列表21附錄23主要參數(shù)說明23I 設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目 2.2萬噸/年流化床干燥器設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)及操作條

2、件1.設(shè)計任務(wù)生產(chǎn)能力（進料量） 2.2萬 噸/年（以干燥產(chǎn)品計）操作周期 260 天/年進料濕含量 13%（濕基） 出口濕含量 1%（濕基） 2.操作條件干燥介質(zhì) 濕空氣（110含濕量取0.01kg/kg干空氣）濕空氣離開預(yù)熱器溫度（即干燥器進口溫度） 110 氣體出口溫度 自 選 熱源 飽和蒸汽，壓力自選 物料進口溫度 15 物料出口溫度 自 選 操作壓力 常壓 顆粒平均粒徑 0.4 mm 3.設(shè)備型式 流化床干燥器 4.廠址 合 肥 三、設(shè)計內(nèi)容：1、設(shè)計方案的選擇及流程說明2、工藝計算3、主要設(shè)備工藝尺寸設(shè)計（1）硫化床層底面積的確定；（2）干燥器的寬度、長度和高度的確定及結(jié)構(gòu)設(shè)計4、

3、輔助設(shè)備選型與計算5、設(shè)計結(jié)果匯總6、工藝流程圖、干燥器設(shè)備圖、平面布置圖7、設(shè)計評述 II 第一章概述1.1流化床干燥器簡介將大量固體顆粒懸浮于運動著的流體之中，從而使顆粒具有類似于流體的某些表觀特性，這種流固接觸狀態(tài)稱為固體流態(tài)化。流化床干燥器就是將流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用于固體顆粒干燥的一種工業(yè)設(shè)備，目前在化工、輕工、醫(yī)學、食品以及建材工業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用。1） 流態(tài)化現(xiàn)象 圖1 流態(tài)化現(xiàn)象圖空氣流速和床內(nèi)壓降的關(guān)系為：VelocityPressure dropFixedFluidizedADBCEUmf 圖2 空氣流速和床內(nèi)壓降關(guān)系圖 空氣流速和床層高度的關(guān)系為：VelocityHeight

4、0f bedFixedFluidizedADBCEUmf流化床的操作范圍：umf ut 圖3 空氣流速和床層高度關(guān)系圖2） 流化床干燥器的特征優(yōu)點：（1）床層溫度均勻，體積傳熱系數(shù)大（23007000W /m3·）。生產(chǎn)能力大，可在小裝置中處理大量的物料。（2）由于氣固相間激烈的混合和分散以及兩者間快速的給熱，使物料床層溫度均一且易于調(diào)節(jié)，為得到干燥均一的產(chǎn)品提供了良好的外部條件。（3）物料干燥速度大，在干燥器中停留時間短，所以適用于某些熱敏性物料的干燥。（4）物料在床內(nèi)的停留時間可根據(jù)工藝要求任意調(diào)節(jié)，故對難干燥或要求干燥產(chǎn)品含濕量低的過程非常適用。（5）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，造價低，可動

5、部件少，便于制造、操作和維修。（6）在同一設(shè)備內(nèi)，既可進行連續(xù)操作，又可進行間歇操作。缺點：（1）床層內(nèi)物料返混嚴重，對單級式連續(xù)干燥器，物料在設(shè)備內(nèi)停留時間不均勻，有可能使部分未干燥的物料隨著產(chǎn)品一起排出床層外。（2）一般不適用于易粘結(jié)或結(jié)塊、含濕量過高物料的干燥，因為容易發(fā)生物料粘結(jié)到設(shè)備壁面上或堵床現(xiàn)象。（3）對被干燥物料的粒度有一定限制，一般要求不小于30mm、不大于6mm。 （4）對產(chǎn)品外觀要求嚴格的物料不宜采用。干燥貴重和有毒的物料時，對回收裝量要求苛刻。（5）不適用于易粘結(jié)獲結(jié)塊的物料。3）流化床干燥器的形式1、單層圓筒形流化床干燥器連續(xù)操作的單層流化床干燥器可用于初步干燥大量的

6、物料，特別適用于表面水分的干燥。然而，為了獲得均勻的干燥產(chǎn)品，則需延長物料在床層內(nèi)的停留時間，與此相應(yīng)的是提高床層高度從而造成較大的壓強降。在內(nèi)部遷移控制干燥階段，從流化床排出的氣體溫度較高，干燥產(chǎn)品帶出的顯熱也較大，故干燥器的熱效率很低。2、多層圓筒形流化床干燥器熱空氣與物料逆向流動，因而物料在器內(nèi)停留時間及干燥產(chǎn)品的含濕量比較均勻，最終產(chǎn)品的質(zhì)量易于控制。由于物料與熱空氣多次接觸，廢氣中水蒸氣的飽和度較高，熱利用率得到提高。此種干燥器適用于內(nèi)部水分遷移控制的物料或產(chǎn)品要求含濕量很低的場合。多層圓筒型流化床干燥器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，操作不易控制，難以保證各層板上均形成穩(wěn)定的流比狀態(tài)以及使物料定量地依

7、次送入下一定。另外，氣體通過整個設(shè)備的壓強降較大，需用較高風壓的風機。3、臥式多室流化床干燥器與多層流化床干燥器相比，臥式多室流化床干燥器高度較低，結(jié)構(gòu)筒單操作方便，易于控制，流體阻力較小，對各種物料的適應(yīng)性強，不僅適用于各種難于干燥的粒狀物料和熱敏性物料，而且已逐步推廣到粉狀、片狀等物料的干燥，干燥產(chǎn)品含濕量均勻。因而應(yīng)用非常廣泛。4）干燥器選形時應(yīng)考慮的因素（1）物料性能及干燥持性 其中包括物料形態(tài)(片狀、纖維狀、粒狀、液態(tài)、膏狀等)、物理性質(zhì)(密度、粒度分布、粘附性）、干燥特性（熱敏性、變形、開裂等)、物料與水分的結(jié)合方式等因素。（2）對干燥產(chǎn)品質(zhì)量的要求及生產(chǎn)能力 其中包括對干燥產(chǎn)品特

8、殊的要求(如保持產(chǎn)品特有的香味及衛(wèi)生要求)；生產(chǎn)能力不同，干燥設(shè)備也不盡相同。 （3）濕物料含濕量的波動情況及干燥前的脫水 應(yīng)盡量避免供給干燥器濕物料的含濕量有較大的波動，因為濕含量的波動不僅使操作難以控制面影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且還會影響熱效率，對含濕量高的物料，應(yīng)盡可能在干燥前用機械方法進行脫水，以減小干燥器除濕的熱負荷。機械脫水的操作費用要比干燥去水低廉的多，經(jīng)濟上力求成少投資及操作費用。 （4）操作方便勞動條件好。（5）適應(yīng)建廠地區(qū)的外部條件(如氣象、熱源、場地)，做到因地制宜。 5）干燥原理干燥通常是指將熱量加于濕物料并排除揮發(fā)濕分（大多數(shù)情況下是水），而獲得一定濕含量固體產(chǎn)品的過程。濕分

9、以松散的化學結(jié)合或以液態(tài)溶液存在于固體中，或積集在固體的毛細微結(jié)構(gòu)中。當濕物料作熱力干燥時，以下兩種過程相繼發(fā)生：過程1能量（大多數(shù)是熱量）從周圍環(huán)境傳遞至物料表面使?jié)穹终舭l(fā)。過程2內(nèi)部濕分傳遞到物料表面，隨之由于上述過程而蒸發(fā)。干燥速率由上述兩個過程中較慢的一個速率控制，從周圍環(huán)境將熱能傳遞到濕物料的方式有對流、傳導(dǎo)或輻射。在某些情況下可能是這些傳熱方式聯(lián)合作用，工業(yè)干燥器在型式和設(shè)計上的差別與采用的主要傳熱方法有關(guān)。在大多數(shù)情況下，熱量先傳到濕物料的表面熱按后傳入物料內(nèi)部，但是，介電、射頻或微波干燥時供應(yīng)的能量在物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量后傳至外表面。整個干燥過程中兩個過程相繼發(fā)生，并先后控制干燥速

10、率。6） 物料的干燥特性物料中的濕分可能是非結(jié)合水或結(jié)合水。有兩種排除非結(jié)合水的方法：蒸發(fā)和汽化。當物料表面水分的蒸汽壓等于大氣壓時，發(fā)生蒸發(fā)。這種現(xiàn)象是在濕分的溫度升高到沸點時發(fā)生的，物料中出現(xiàn)的即為此種現(xiàn)象。如果被干燥的物料是熱敏性的，那么出現(xiàn)蒸發(fā)的溫度，即沸點，可由降低壓力來降低（真空干燥）。如果壓力降至三相點以下，則無液相存在，物料中的濕分被凍結(jié)。 在汽化時，干燥是由對流進行的，即熱空氣掠過物料。降熱量傳給物料而空氣被物料冷卻，濕分由物料傳入空氣，并被帶走。在這種情況下，物料表面上的濕分蒸汽壓低于大氣壓，且低于物料中的濕分對應(yīng)溫度的飽和蒸汽壓。但大于空氣中的蒸汽分壓。干燥技術(shù)是一門跨學

11、科、跨行業(yè)、具有實驗科學性的技術(shù)。傳統(tǒng)的干燥器主要有箱式干燥器、隧道干燥器、轉(zhuǎn)同干燥器、帶式干燥器、盤式干燥器、槳葉式干燥器、流化床干燥器、噴動床干燥器、噴霧干燥器、氣流干燥器、真空冷凍干燥器、太陽能干燥器、微波和高頻干燥器、紅外熱能干燥器等。干燥設(shè)備制作是密集型產(chǎn)業(yè)，我國的國產(chǎn)干燥設(shè)備價格相對低廉，因此具有較強的競爭力。主要包括：（1）物料靜止型或物料輸送型干燥器；（2）物料攪拌型干燥器；（3）物料熱風輸送型干燥器；（4）物料移動狀態(tài)；（5）輻射能干燥器將大量固體顆粒懸浮于運動著的流體之中，從而使顆粒具有類似于流體的某些表觀特性，這種流固接觸狀態(tài)稱為固體流態(tài)化。流化床干燥器就是將流態(tài)化技術(shù)應(yīng)

12、用于固體顆粒干燥器德 一種工業(yè)設(shè)備，目前在化工、輕工醫(yī)學、食品以及建材工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。1.2 設(shè)計方案簡介 一、設(shè)計任務(wù)所要求的內(nèi)容 （見附設(shè)計任務(wù)書）二、主體設(shè)備的選擇 計算管的高度與管徑時所需的公式與參數(shù)，可由參考文獻查得。具體計算見設(shè)計書。 來自氣流干燥器的顆粒狀物料用星形加料器加到干燥室的第一室，依次經(jīng)過各室后，于67.5離開干燥器。濕空氣由送風機送到翅片型空氣加熱器，升溫到120后進入干燥器，經(jīng)過與懸浮物料接觸進行傳熱傳質(zhì)后溫度溫度降到了73。廢氣經(jīng)旋風分離器凈化后由抽風機排除至大氣?？諝饧訜崞饕?00kPa的飽和水蒸氣作熱載體。 圖4 干燥器主體設(shè)備圖三、輔助設(shè)備的選擇 輔助

13、設(shè)備在干燥中起著關(guān)鍵的作用。加料裝置的選擇必須考慮到所加物料的濕度、顆粒的大小和物料的處理量，因此，綜合考慮選擇裝置，可以用旋轉(zhuǎn)式加料裝置。風機和熱風加熱裝置的選擇稍微有點難，因為沒有具體的數(shù)據(jù)可以選擇使用，為了節(jié)省整個裝置的成本，我們可以選擇有同樣功能的標準設(shè)備，此具體的風機沒有，我們就可以選擇稍大的現(xiàn)有的標準風機來代替。至于分離裝置的，因為是要求達到環(huán)保的排放標準，必須選擇能處理極小粒徑的，例如，旋風分離器，其他離粒徑在5 微米左右，排放出的顆?；具_到要求，不需要再安裝更好的布袋分離器，同時也可以節(jié)省成本。四、整個裝置的流程圖見附錄。風機提供出所需要的風量，經(jīng)熱風加熱器到需要的溫度后，送

14、入主體設(shè)備并帶著加入的物料往上走進行干燥過程。因為顆粒有自身的重量要往下運動，就與向上的熱風形成逆流運動，加大了干燥的效果。運動流化床干燥裝置，減少了干燥的時間和主體設(shè)備的高度。最后由分離設(shè)備分離器出需要的干物料，并排出難分離的顆粒。五、具體的計算與裝置的選擇見下面的設(shè)計書。 第2章 設(shè)計計算設(shè)計參數(shù)被干燥物料：顆粒密度=1400kg/m；堆積密度=700kg/m3；絕干物料比熱=1.256kJ/kg；顆粒平均直徑dm=；臨界濕含量=0.05；平衡濕含量0。要求物料從 1=15%(濕基)，干燥至2= 1% （濕基） w = w =物料進口溫度1 =15物料靜床層高度為0.15m。干燥裝置熱損失

15、為有效傳熱量的15%。干燥條件確定：1.干燥介質(zhì)濕空氣，根據(jù)成都的年平均氣象條件，將空氣進預(yù)熱器溫度定為16,相對濕度定為84%。2.干燥介質(zhì)進入干燥器溫度=110。3.物料進入干燥器溫度：=154.干燥介質(zhì)離開干燥器的相對濕度和和：對氣流干燥器，一般要求較物料出口溫度高1030，或者較出口氣體的絕熱飽和溫度（濕球溫度）高2050。5.熱源：飽和蒸汽，壓力400kPa。2.1 物料衡算 由給定的任務(wù)條件已知，生產(chǎn)能力為3526kg/h(以干燥產(chǎn)品計)，即為, 又1=0.13,2=0.01濕基,絕干物質(zhì)質(zhì)量流率為 干燥器單位時間汽化水分量為水在16下的飽和蒸汽壓為 空氣濕度為絕干氣體質(zhì)量流率為,

16、=0.00956, (a)2.2空氣和物料出口溫度的確定空氣出口溫度比出口處濕球溫度要高出2050，在這里取35。2280225024602370234023102430240024900203040506010708090100溫度/1101200.010.030.020.080.060.050.040.100.120.140.16H圖5 濕空氣的濕度-溫度圖濕度/kg.(kg干空氣)-1汽化潛熱/kJ/kg)1.350.950.850.751.051.251.15汽化潛熱對濕度濕比熱容對溫度飽和比體積對溫度濕比體積對溫度 H=0.140.120.080.100.040.060.020.00

17、絕熱飽和線1.001.051.101.151.201.251.301. 35濕比熱容/kJ.(kgH2O.)-1濕比體積/m3.(kg干空氣)-1由t1=110，查上頁濕度圖得：=38.0近似取，則 設(shè)物料離開干燥器的溫度，因,而故可用公式 又因=2491.27-2.30285*38=2403.76kJ/kg故代入數(shù)據(jù) 得到62.22.3干燥器的熱量衡算 圖6 干燥器熱量衡算圖如圖6所示，干燥器中不補充能量，故0干燥器中的熱量衡算可表達為： (b)物理意義是氣體冷卻放出的熱量Q用于三個方面：以氣化濕分，以加熱物料，以補償設(shè)備的熱損失。其中，=488.70（2491.27+1.88473-4.1

18、8715)=1254003kJ/h=348.33kw=3490.7(1.256+4.1870.01)=213838.4kJ/h=59.40kw = =(1.005+1.884*0.00956)(73-16)L=58.31L kJ/h=0.0162L kW = =(1.005+1.884*0.00956)(110-16) =96.16L kJ/h=0.0267L kW因為干燥器的熱損失為有消耗熱量的15%， 即 =0.15(348.33+59.40)=61.16kW將上面各式代入(b)式，即為0.0285L=348.33+59.40+0.0162L+61.16 解得L=17562.03kg絕干氣

19、/h將L=17562.03代入(a)式即為17562.03, 解得=0.03738kg水/kg絕干氣2.4干燥器的熱效率許多資料和教科書上都是以直接用于干燥目的的來計算熱效率所以 ，其中故干燥器的熱效率為 第三章 干燥器工藝尺寸設(shè)計3.1流化速度的確定1.臨界流化速度的計算對于均勻的球星顆粒的流化床，開始流化的孔隙率在110下空氣的有關(guān)參數(shù)為： 密度=0.898，粘度，導(dǎo)熱系數(shù)所以 =87.53由和值，查李森科關(guān)系圖得=臨界流化速度為=2. 沉降速度的計算顆粒被帶出時，床層的孔隙率。根據(jù)及的數(shù)值，查李森科關(guān)系圖可得=帶出速度為帶出速度即為顆粒的沉降速度。3. 操作流化速度取操作流化速度為0.7

20、即3.2流化床層底面積的計算1、干燥第一階段所需底面積表面汽化階段所需底面積可以按公式式中，靜止時床層高度為。干空氣的質(zhì)量流速取為，即3.51*24000=84240由于所得需要校正，由從圖可查的。所以84240=9266.4公式即可演變?yōu)椋航獾?8.394m2 2、物料升溫階段所需底面積物料升溫階段的所需底面積可以按公式公式中：0.687即為：解得=2.272m23、床層總面積流化床層總的底面積=8.394+2.272=10.6663.3干燥器長度和寬度今取寬度b=2.4m,長度a=4m,則流化床的實際底面積為9.6m。沿長度方向在床層內(nèi)設(shè)置5個橫向分隔板，板間距約為0.67m.3.4停留時

21、間物料在床層中的停留時間為：3.5干燥器高度流化床的總高度分為濃相段高度和分離段高度。流化床在界面以下的區(qū)域稱為濃相區(qū)，界面以上的區(qū)域稱為稀相區(qū)。1、濃相段高度而由式0.8822由此2、分離段高度對非圓柱形設(shè)備，應(yīng)用當量直徑代替設(shè)備直徑D由以及=1.048m 從資料查得從而m3、干燥器高度為了減少氣流對固體顆粒的帶出量，取分布板以上的總高度為2.5m。3.6 干燥器結(jié)構(gòu)設(shè)計1、布氣裝置設(shè)計布氣裝置包括分布板和預(yù)分布器兩部分。其作用除了支撐固體顆粒、防止漏料以及使氣體均勻分布外，還有分散氣流使其在分布板上產(chǎn)生較小氣泡的作用，以造成良好的起始流化條件與抑制聚式流化床的不穩(wěn)定性。如圖7所示。 圖7

22、布氣裝置圖采用單層多孔布氣板。取分布板壓降為床層壓降的15%。則取阻力系數(shù)，則篩孔氣速為：干燥介質(zhì)的體積流量為：選取篩孔直徑，則總篩孔數(shù)目為：個分布板的實際開孔率為：在分布板上篩孔按等邊三角形布置，孔心距為： 可取T=5.6mm.預(yù)分布器的作用是在分布板前預(yù)先把氣體分布均勻一些，避免氣流直沖分布板而造成局部速度過高，對于大型干燥器，尤其需要裝置預(yù)分布器。2、分隔板設(shè)計為了改善氣固接觸情況和使物料在床層內(nèi)停留的時間分布均勻，沿長度方向設(shè)置5個橫向分隔板（板間距約為0.67m）。隔板與分布板之間的距離為20-50mm,隔板做成上下移動式，以調(diào)節(jié)其與分布板之間的距離。分隔板寬2.4m，高4.5m，由

23、5mm厚鋼板制造。3、物料出口堰高h 將和代入上式，即可以得到解得：=6.7092以公式計算h的數(shù)值代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得：整理上式得到經(jīng)試差解得h=0.835m為了便于調(diào)節(jié)物料的停留時間，溢流堰的高度設(shè)計成可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。第四章 附屬設(shè)備的設(shè)計與選型4.1風機的選擇為了克服整個干燥系統(tǒng)的阻力以輸送干燥介質(zhì)。必須選擇合適類型的風機并確定其安裝方式。送風機風機按其結(jié)構(gòu)形式有軸流式和離心式兩類。軸流式的特點是排風量大而風壓很小，一般僅用于通風換氣，而不用于氣體輸送。故選擇離心式通風機。其風機進口體積流量V1為 排風機 同理可得到物料出干燥塔的溫度下的體積流量V2： 4.2氣固分離器為了獲得較高的回收率，同時

24、避免環(huán)境污染，需將從干燥器中出來的空氣進行氣固分離，在干燥系統(tǒng)中使用的分離器主要有旋風分離器、袋濾器、濕式洗滌器等。 旋風分離器（如圖8所示）是利用慣性離心力的作用從氣流中分離出顆粒的設(shè)備。其上部為圓筒形，下部為圓錐形。它內(nèi)部的靜壓力在器壁附近最高，僅稍低于氣體進口處的壓強，越往中心靜壓力越低，中心處的壓力可降到氣體出口壓力以下。旋風分離器的分離效率通常用臨界粒徑的大小來判斷，臨界粒徑越小，分離效率越高。在此次設(shè)計中采用旋風分離器分離以上的PVC粉塵以能達到工藝和環(huán)境要求。經(jīng)考慮，故選用型旋風分離器。式中為出口空氣溫度下的密度，即為時的密度：，另外取?？傻?D=2.2m圖8 旋風分離器裝置圖4.3加料器供料器是保證按照要求定量、連續(xù)（或間歇）、均勻地向干燥器供料與排料。常用的供料器有圓盤供料器、旋轉(zhuǎn)葉輪供料器、螺旋供料器、噴射式供料器等。將這些供料器相比較：對于圓盤供料器，雖然結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備費用低，但是物料進干燥器的量誤差較大，只能用于定量要求不嚴格而且流動性好的粒狀物料；對于旋轉(zhuǎn)葉輪供料器，操作方便，安裝簡便，對高大300oC的高溫物料也能使用，體積小，使用范圍廣，但在結(jié)構(gòu)上不能保持完全氣密性，對含濕量高以及有黏附性的物料不宜采用；對于螺旋供料器，密封性能好，安全方便，進料定量行高，還可使它使用于輸送腐蝕性