流化床原理畢業(yè)設計完整版.doc

內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書摘要布風系統(tǒng)是流化床中的核心系統(tǒng)之一，布風的均勻性是保證整個系統(tǒng)正常運轉的支柱，不合理的布風會影響流化床整體的運行，甚至根本不能實現(xiàn)流化床穩(wěn)定運行。因此，合理、均勻的布風是保證流化床正常流化、穩(wěn)定安全運行的關鍵。本設計主要是進行一個小型流化床反應器布風板的設計，并對流化床原理及其工業(yè)應用做了初步的介紹。流化床布風板是流化床中的重要部件之一，主要是由風室、布風板和風帽構成的流化床單元。本文選擇普通的平板型風帽布風板和蘑菇型風帽進行設計。通過一些公式完成設計的必要步驟。本設計的目的是通過小型流化床反應器布風板的設計，領會流態(tài)化和流化床的基本知識，掌握試驗裝置的設計方法。關鍵詞：流化床；布風板；風帽內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書AbstractAirdistributionsystemisamainlypartofafluidizedbed,andtheuniformityofairdistributionisnecessarytoensurethenormaloperationoffluidizedbed.itwillaffectoveralloperationoffluidizationbedwhetherairdistributionisunreasonable,evenfluidizedbedstabilitycannotbesustained.Therefore,reasonableanduniformairdistributionisimportanttoguaranteethenormalflowandstableandsecureoperationoffluidizedbed.Thisdesignismainlyforairdistributionofasmallfluidizedbedreactor,andwereintroducedapreliminarypresentationforfluidizedbedprincipleandindustrialapplications.Airdistributorbelongstoimportantcomponentinfluidizedbed.Thisunitisconsistsofwindroom,airdistributorandaircaps.Thisdesignchoicesordinaryflatairdistributorandmushroom-typeaircaps.Calculatingisnecessaryforthedesign.Thepurposeofthisdesigncatchesthebasicknowledgeoffluidizationandfluidizedbed,andmastersthemethodofthetestequipmentdesignthroughthefluidizedbedreactordesignofairdistributor.Keywords:fluidizedbed；airdistributor；aircaps內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書目錄引言.I第一章流化床.21.1流化床原理.21.1.1流化床的特征.21.1.2流化床的工業(yè)應用.31.1.3流化床燃燒的特點.51.2流化床的主要部件.61.2.1概述.61.2.2床體.61.2.3布風裝置.7第二章布風系統(tǒng).82.1布風板基本組成.82.2布風板.92.2.1布風板的類型.92.2.2布風板的作用.92.3風帽.10第三章小型流化床布風系統(tǒng)的設計.123.1流化床布風系統(tǒng).123.1.1布風板設計要點.123.1.2布風板的選擇.123.1.3風帽類型的選擇.133.2風帽小孔流速的選取.143.3臨界流化速度和終端流化速度.163.4布風方式的確定.173.5風室和風道.183.6排渣管.19總結.20參考文獻.21謝辭.22內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書1引言近幾年來，流化床在工業(yè)領域得到了廣泛的應用，這是由于流化床本身特有的一些優(yōu)點所決定的。本課題在分析流化床的原理、流化床布風板的作用、流化床燃燒技術的優(yōu)點以及流化床工業(yè)應用的基礎上，設計了一個小型流化床流化床布風板。本課題主要設計流化床布風板，主要設計內容是流化床布風板上風帽的類型、風貌的開孔率和小孔流速的選擇。介紹了風帽常用的類型和風帽形式對流化床性能的影響。風帽的常用類型有很多種，例如蘑菇型風帽、P型定向風帽、箭型風帽、S型豬尾巴風帽、鐘罩型風帽、內嵌逆流柱型風帽等。布風裝置是流化床的主要部件，布風板工作性能直接影響流化床的設計、顆粒混合、流動和化學反應過程，以及設備的安全運行。隨著流化床容量的增加，床體面積增大，每個給料點給料量的增加，床內顆粒混合情況對燃燒和傳熱等過程的影響更加突出。因此合理的設計布風板裝置應該是保證床內床料濃度的均勻分布、顆粒的排放以及防止漏渣問題的關鍵。布風板的類型一般分成兩類，一類是水平布置的布風板,它具有結構簡單的特點，被廣泛應用于燃煤循環(huán)流化床鍋爐中。但當流化床技術應用于固體廢棄物混燒技術時，對床內大顆粒等雜物的排放較為困難。還有一種傾斜布風板它可以實現(xiàn)床內顆粒的合理排放。但是目前對傾斜布風板工作特性的研究相對較少，其傾斜角度對床內顆粒流態(tài)特性的影響還不是十分清楚。本文主要是設計一個小型的實驗裝置上安裝的布風板，因此選擇結構簡單的水平布置的布風板就可以滿足需求。風帽也是本文主要設計的部件之一，它的作用是增加氣流速度以及均勻布風，最主要的作用就是風帽產生的阻力能夠使流化床穩(wěn)定運行。風帽的氣流速度需要滿足床層內固體能夠完全流化，即使得床料達到最小流化速度。根據(jù)已給出的流化流速0.52.0m/s以及床料的粒徑分布來選擇風帽的小孔數(shù)，從而了解有關流化床穩(wěn)定運行的一系列的影響因素，能夠更好的掌握流化床的動態(tài)特性和流化床在應用中需要注意的一些問題。雖然迄今為止還沒有關于風帽結構設計一個較為完整的準則或建議，但是通過人們大量的實驗，得出的結論是值得我們去借鑒的。內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書2第一章流化床固體流態(tài)化技術作為一門基礎技術已經(jīng)滲透到國門經(jīng)濟的許多部門，在化工、冶金、石油加工、能源、輕工、生化、機械、環(huán)保等領域中得到了非常廣泛的應用。利用流化態(tài)技術實現(xiàn)的流化床，其獨特的傳熱過程，熾熱的顆粒在流化介質的作用下不停的運動，從而不斷地與被加熱工件進行碰撞，由于顆粒的熱容量比氣體高的多，使得顆粒與工件之間的傳熱又快又均勻，正是流化床具有的這種加熱均勻、傳熱系數(shù)大、加熱速度等特點使得其有了突飛猛進的發(fā)展。1.1流化床原理1.1.1流化床的特征流化床的定義：使顆粒通過與氣體或液體的接觸而轉變成類似流體的一種運行狀態(tài)，當顆粒處于流態(tài)化狀態(tài)時，作用在固體顆粒上的重力與氣體的曳力相互平衡，此時顆粒處于一種擬懸浮狀態(tài)，從而使流化床具有類似于流體的性質，因此流化床主要有以下幾點特性1：（1）能使固體顆粒在裝置內像液體般自由流動。這就使得對固體進行連續(xù)加工成為可能。目前每個小時運輸量在百噸以上的裝置亦非罕見。（2）由于顆粒與流體間的相對動作頻繁而劇烈，因而傳熱和傳質的效率很高。（3）在氣泡的作用下流化床中的顆粒亦四而八方運動，類似于攪拌狀態(tài)，這就使得床層內溫度除了近床壁處外，基本均勻。（4）顆粒的熱容量大，故可以利用它作為熱載體，對于高溫的情況，尤為適應。（5）由于顆粒運動的情況近于完全混合，因此在有顆粒連續(xù)進出的裝置中，顆粒的停留時間有較寬的分布。（6）顆粒運動影響到氣體發(fā)生返混，使氣體沿路的濃度梯度減少，從而使傳質和化學反應的推動力有所減小，氣體的停留時間分布變寬。（7）由于顆粒的高熱容量及其返混，故能防止局部過熱或過冷，因此在爆炸范圍內的氣體組成下操作或燃燒低熱值的物料就成為可能，且操作較穩(wěn)定。（8）因使用的顆粒尺寸小而且具有大的比表面積，有利于液-固兩相的傳遞。如為多孔性顆粒則因顆粒小，微孔短，孔內擴散較易，因而內表面的利用率很高。（9）由于固體顆粒間相互撞擊摩擦而生成細粉并被氣流帶走，故需要高效的捕集設施，以減少經(jīng)濟損失和對環(huán)境的污染。（10）由于機械運動部件，故能勝任苛刻的反應條件。上述有的是優(yōu)點有的是缺點，對于具體的應用要具體分析。工業(yè)上流態(tài)化技術的內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書3應用比較廣泛，不論是物理的或是化學的過程，不論是催化的或是非催化的過程，也不論是常壓的或是非常壓放熱過程都有應用。流化床的運行主要是一個流態(tài)化的過程，流化床主要部件是布風板和其上分布的風帽以及布風板下面的風室所構成。流化氣體通過布風板的風帽進入爐床，與所給床料混合。床料以布風板為支撐，流化氣體通過布風板對床料、燃料產生向上的推動力，形成流化狀態(tài)。床料在床層上強烈混合，從而進行劇烈的擾動和傳熱過程。流化床有幾種典型的狀態(tài)固定床、鼓泡流化床、湍流床、快速流化床，這些都屬于流化床的正常狀態(tài)，但是流化床也有幾種不正常的狀態(tài)例如溝流、氣泡與節(jié)涌以及分層現(xiàn)象。流態(tài)化根據(jù)流化介質和它們各自的性質又可以分為散式流態(tài)化和聚式流態(tài)化2。當流體向上流過顆粒床層時，其運動狀態(tài)是變化的。流速較低時，顆粒靜止不動，流體只在顆粒之間的縫隙中通過。當流速增加到某一速度之后，顆粒不再由布風板支撐，而全部由流體的摩擦力所承托。此時，對于單個顆粒來講，它不再依靠與其他鄰近顆粒的接觸而維持它的空間位置，相反地，在失去了以前的機械支撐后，每個顆粒可在床層中自由運動；就整個床層而言，具有了許多類似流體的性質。顆粒床層靜止狀態(tài)轉變?yōu)榱鲬B(tài)化時最低速度，稱為臨界流化速度。固體顆粒原本沒有流動性，但若采取某種措施，使作用在固體顆粒上的重力和氣流的曳力相互平衡，從而使顆粒也能像流體一樣呈現(xiàn)流動狀態(tài)。形成流態(tài)化的基本條件：1有一個固定的容器和底部有一個流體的分布器2有適中的足夠量的顆粒形成床層；3有連續(xù)的供應流體作為流化介質；4流體的流速大于初始流化速度但是不超過流體的終端速度。1.1.2流化床的工業(yè)應用下面是流化床在工業(yè)上的一些應用3：1.應用于物理操作流化狀態(tài)下的固體顆粒具有液體的特性，可應用于顆粒的管道運輸，并已在水泥、糧食、純堿、樹脂等的輸送過程中被廣泛的采用。流態(tài)化技術也成功地應用于多種固體物料的干燥，有機氣體的吸附分離等傳質過程；應用于細粉的混合，礦物和煤矸石的分選，抄襲粉體的粉碎、研磨、顆粒表面涂敷包裹以制備緩釋農藥、緩釋肥料和核燃料小球等機械過程；應用于廢熱回收的熱交換技術，金屬零件熱處理的高溫粒子爐內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書4技術等熱過程的一些物理過程。2.應用于礦物資源的綜合利用流態(tài)化技術還應用于鐵礦石的直接還原、貧鐵礦的磁化焙燒、有色金屬的氯化、氟化焙燒、礦物及焙燒的流態(tài)化浸取和浸取液從礦物表面及空隙中的洗滌等都是流態(tài)化工業(yè)過程。3.煤的燃燒與轉化煤的流化燃燒技術發(fā)展十分迅速，因為工業(yè)實踐已證明它的高效率和低污染特性。目前技術進一步處于鼓泡流化床鍋爐向新型、高效、清潔的循環(huán)流化床鍋爐過渡的過程中，加壓流化燃煤技術也處在工業(yè)化過程。其他如煤的流化、干餾、氣化，煤的氣-液-固三相反應器直接加氫液化，粉狀頁巖的干餾等，都是重要的流態(tài)化能源轉化技術。4.石油加工工業(yè)催化裂化流化床反應器是工業(yè)最早的流態(tài)化反應-再生系統(tǒng)，近年來技術不斷完善，20世紀60年代開發(fā)成功的提升管反應器把流態(tài)化技術的應用推到一個新的技術高度。用下行管超短接觸進行催化裂化、同時用提升管進行再生的新一代催化裂化流化床反應器的開發(fā)也已取得決定性的進展。此外，如石腦油氣相臨氫重整，處理重油的流化焦化，砂子爐裂解和以多產烯烴為目的的催化裂化技術都是流態(tài)化過程的典型應用。5.有機合成工業(yè)在高分子三大合成材料塑料、纖維、橡膠的生產中，許多重要單體的合成，如丙烯丁二烯、三聚氰胺等都是采用了流化床催化反應器；其他許多重要基本有機化合物如苯二甲酸酐等制甲醛。以及百菌清等多種