2900-臥式多室流化床干燥器設計(DOC)

2900-臥式多室流化床干燥器設計(DOC)PAGE22南京工業(yè)大學《材料工程基礎》課程設計設計題目：2900kg/h臥式多室流化床干燥器的設計專業(yè)：材料科學與工程班級：材科1102學號：1110110205姓名：王林秀日期：2013.12.23-2014.1.3指導教師：方瑩設計成績：日期：設計任務書專業(yè)材料科學與工程班級材科1102姓名王林秀學號1110110205設計題目：2900kg/h臥式多室流化床干燥器的設計設計時間：2013.12.23—2014.1.3指導老師：方瑩操作條件：從氣流干燥器來的細顆粒狀物料，初始含水量為3%要求在臥式多室流化床干燥器中干燥至0.3%（以上均為濕基）。已知參數(shù)如下：被干燥物料顆粒密度1400kg/m3堆積密度450kg/m3干物料比熱容1.256kJ/kg·K平衡濕含量近似取為0臨界濕含量0.015（干基）顆粒平均粒徑0.15mm進口溫度40℃在干燥系統(tǒng)要求收率99.5%（回收5μm以上顆粒）干燥介質——濕空氣進預熱器溫度t025℃初始濕度0.018kg水/kg干空氣進干燥器溫度t1105℃熱源392.4kPa的飽和水蒸氣試設計干燥器主體并選擇合適的風機及氣固分離設備。作圖：AutoCAD目錄HYPERLINK1.2.1流化床干燥器的特性………………7HYPERLINK1.3流化床干燥器的型號及干燥流程…………………...…8HYPERLINK1.3.1單層圓筒形流化床干燥器…………9HYPERLINK1.3.2多層圓筒形流化床干燥器…………9HYPERLINK1.3.3臥式多室流化床干燥器…………10HYPERLINK1.3.4惰性離子流化床干燥器…………11HYPERLINK1.4干燥器選型時應考慮的因素…………11HYPERLINK3.3計算結果匯總表…………21HYPERLINK4附屬設備的選型………………22HYPERLINK4.2氣固分離設備……………22HYPERLINK4.3供料裝置…………………22HYPERLINK5個人體會與感悟………………23HYPERLINK\l"符號說明"符號說明 24HYPERLINK\l"參考文獻"參考文獻 26前言材料工程導論課程設計是材料工程導論課程教學實踐性教學環(huán)節(jié)，是綜合應用本門課程和有關先修課程基本知識，完成以某一單元操作為主的一次設計實踐。通過課程設計，培養(yǎng)學生的獨立工作和分析問題的能力，使學生體會工程實際問題復雜性的初次嘗試。為學生今后從事研究、開發(fā)、設計及操作打下良好的專業(yè)基礎。干燥過程廣泛用于工農業(yè)生產和生活中。最初利用自然界的太陽能及風力，對物料及農副產品進行緩慢的干燥加工。干燥過程的特點是，固體物料的干燥包括兩個基本過程，首先是對固體加熱以使?jié)穹謿饣膫鳠徇^程，然后是氣化后的濕分蒸汽由于其蒸汽分壓較大而擴散進入氣相的傳質過程，而濕分從固體物料內部借擴散等的作用而源源被輸送到達固體表面，則是一個物料內部的傳質過程。因此，干燥過程的特點是傳熱和傳質過程同時并存，兩者相互影響而又相互制約，有時熱傳可以加速傳質過程的進行，有時傳熱又能減緩傳質的速率。在物料或制成品的工藝加工過程中，干燥操作的目的可分為下列五種：1.對原材料行干燥。為防止某些高分子材料成型加工時產生氣泡及物料降解，事先必須經過干燥。為改進工藝生產過程，提高產品收率而使用干燥操作。為防止在生產過程中存在引起腐蝕的濕分而應用干燥。2.為提高或強化大型設備的生產能力而應用干燥操作，如煉焦煤采用預熱干燥，可使焦爐的生產能力提高50%，且還能提高焦碳的質量。3.干燥原材料或產品，以減輕中路，降低運輸費用，或使物料變干，以便于運輸。如食鹽干燥以保持其自然流動的特征。4.提高燃料的熱值，以使劣質燃料能有效地應用于高溫工業(yè)用爐，或增加產品的有效成分以使其便于處理及銷售。如肥皂粉，染料以及各種化學肥料等。5.使產品便于保藏，而不至于中途變質腐爛而應用干燥操作。由于被干燥物料的形狀（如粒狀、片狀、塊狀、溶液等）及性質（耐熱性、分散性、酸堿性、含濕性、防爆性等）的千差萬別，生產能力大小懸殊，干燥產品質量要求各不相同，為此設計出多種性能各異、適用于各種用途的的干燥器。干燥器可按照多種方法進行分類，按操作方式可以分為連續(xù)式和間歇式。連續(xù)式干燥器的優(yōu)點是生產能力大，生產質量均勻，熱效率高，勞動條件好，適合于大規(guī)模生產。間歇操作的干燥裝置主要適用于小批量、多品種或要求干燥時間較長、干燥產品含濕量均勻的場合。按照加熱方式可分為對流干燥、傳導干燥、輻射干燥、介電加熱干燥以及由上述兩種或三種方式組合的聯(lián)合干燥。化工生產中使用最廣泛的是熱風對流干燥。隨著工農業(yè)生產的發(fā)展，干燥技術和干燥設備得到了很大的發(fā)展。對于散粒狀物料的干燥，流態(tài)化干燥技術得到了更為廣泛的應用。其中尤以臥室多室連續(xù)操作的流化床干燥器的發(fā)展更為迅速。第一章概述利用流動氣體的作用，將顆粒狀物料懸浮起來并使之呈現(xiàn)類似于流體的狀態(tài)特性，這就是固體流態(tài)化。借這種流化狀態(tài)實現(xiàn)某種生產過程的操作，稱為流態(tài)化技術。流化干燥（或稱沸騰干燥)是流態(tài)化技術在干燥上的應用。1.1流態(tài)化現(xiàn)象當流體以不同速度向上通過顆粒床層時，可能出現(xiàn)以下幾種情況：（1）固定床階段當流速較低時，顆粒靜止不動，流體穿過顆粒之間的空隙而流動，這種床層稱為固定床。隨流速增加，床層間空隙率εo保持不變，而床層壓強降則相應增加。（2）流化床階段當流速增大至某一定值，使流體通過床層的壓強降近似等于單位面積床層上物料所受凈重力時，流體在垂直方向給予床層的作用力剛好把全部床層顆粒托起，顆粒開始松動，床層略有膨脹，固體顆粒仍保持接觸不能自由運動。此時，床層處于初始或臨界流化狀態(tài)。如果流速升高到使全部顆粒剛好懸浮在向上流動的流體中而能隨機運動，床層高度隨流速加大而升高，這種床層稱為流化床。此時，床層空隙率ε加大，顆粒與流體間的摩擦力恰與其凈重力相平衡。（3）稀相輸送床若流速再增至某一極限值(稱為帶出速度或最大流化速度)后，床層上界面消失，所有顆粒分散懸俘于氣流中并被氣流帶走。這時，氣流中顆粒濃度降低，由密相變?yōu)橄∠啵@種床層稱稀相輸送床。在這個階段，由于固相密度變稀，單位高度床層壓強降隨氣速升高而下降。顯然，要使固體顆粒床層在流化狀態(tài)下操作，必須使流化的速度高于臨界流化速度，同時，為避免大量顆粒被氣流帶走，最大流速又不得超過按床層平均粒徑計算的沉降速度（或帶出速度）。1.2流化床干燥器簡介流化床干燥器是將濕物料放置在多孔板上，由下方吹送熱風使之形成流化狀態(tài)而進行干燥的設備。在流化床層內，顆粒在熱氣流中上下翻動，互相混合與碰撞，與熱氣流進行傳熱和傳質而達到干燥的目的。流化床干燥裝置一般都包括鼓風機(或抽風機)、加熱器、流比床干燥器、粉塵捕集器、加料器、卸料器等。1.2.1流化床干燥器的特性流化床干燥器的優(yōu)點有:(1)由于顆料物料和流體在床層內進行充分的混合和碰撞，表面更新頻繁，使氣固間傳熱傳質系數(shù)及兩相接觸面積均較大，設備生產能力高，可在小裝置中處理大量的物料。（2）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。（3）物料在床層內的停留時間可根據(jù)工藝要求任意調節(jié)·故對難干燥或要求干燥產品含濕量低的過程非常適用。（4）設備結構簡單，造價低，可動部件少，便于制造、操作和維修。（5）在同一設備內，既可進行連續(xù)操作，又可進行間歇操作。流化床干燥器的缺點有:（1）床層內物料縱向返混嚴重，對單級式連續(xù)干燥器，物料在設備內停留時間不均勻，有可能使部分未干燥的物料隨產品一起排出床層外。（2）一般不適用于易粘結或結塊、含濕量過高物料的干燥，因為容易發(fā)生物料粘結到設備壁面上或堵床現(xiàn)象。（3）對被干燥物料的粒度有一定限制，一般要求不小于30um、不大于6mm。（4）對產品外觀要求嚴格的物料不宜采用。干澡貴重和有毒的物料時，對回收裝置要求苛刻。1.3流化床干燥器的型式及干燥流程1.3.1單層圓筒形流化床干燥器這種流化床干燥器的基本結構如圖1所示，床體為直立圓筒形，底部有一層分布板。它既可河歇操作也可連續(xù)操作。間歇操作時，被干燥物料一次加入干燥器，在床層中，熱干燥介質與濕物料整體接觸是一致的，干燥產品含濕量均勻，且每批的干燥時間可根據(jù)工藝要求進行調節(jié)。由于間歇操作，進出料耗時較多，勞動強度大，不適宜于干燥大批量的物料。連續(xù)操作的單層流化床干燥器可用于初步干燥大量的物料，特別適用于表面水分的干燥。然而，為了獲得均勻的干燥產品，則需延長物料在床層內的停留時間，與此相應的是提高床層高度從而造成較大的壓強降。在內部遷移控制干燥階段，從流化床排出的氣體溫度較高，干燥產品帶出的顯熱也較大，故干燥器的熱效率很低。1.3.2多層圓筒形流化床干燥器為了克服單層流化床中物料停留時間不均勻及熱效率低的缺點，開發(fā)了多層流化床干燥器。在圖2所示的設備中，濕物料從頂部加入，逐層向下移動，由底部排出，熱空氣由底部送入，向上通過各層，從頂部排出。熱空氣與物料逆向流動，因而物料在器內停留時間及干燥產品的含濕量比較均勻，最終產品的質量易于控制。由于物料與熱空氣多次接觸，廢氣中水蒸氣的飽和度較離，熱利用率得到提高。此種干燥器適合于內部水分遷移控制的物料或產品要求含濕量很低的場合。多層流化床干燥器的結構，類似氣液傳質設備的板式塔，可分為溢流管式和穿流管式。1.3.3臥式多室流化床干燥器圖3為連續(xù)臥式多室流化床干燥器示意圖。這種干燥器使物料自進人第1室后，依次通過間隙從上一室向下一室移動，干燥后的產品由最后一室越過溢流堰經出料口卸出。同時，擋板的存在又可防止物料的短路現(xiàn)象以使產品質量均勻。每一小室下部有一進氣支管，支管上有調節(jié)氣體流量的閥門，熱空氣由各進氣支管分別送入各室的下部，通過多孔篩板進入各干燥室，使多孔板上之物料處于流態(tài)化狀態(tài)。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，結構筒單操作方便，易于控制，流體阻力較小，對各種物料的適應性強，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，干燥產品含濕量均勻。因而應用非常廣泛。1.3.4惰性粒子流化床干燥器溶液、懸浮液或膏糊狀物料往往可以在惰性粒子流化床干燥器中進行干燥。床體一般為錐形，于其中先放人一定量的惰性顆粒，當惰性顆粒流化后，將漿狀或膏糊狀物料噴入或擠入床層，在惰性粒子表面結成干燥外層，由于惰性粒子在床內相互磷撞而粉碎脫落，細粉產品由氣體帶出，經旋風分離器收集。這種干燥器對于熱敏性物料或要求得到粉狀產品時特別適用。其干燥強度，要比普通噴霧干燥器大幾十倍。1.4干燥器選型時應考慮以下因素（1)物料性能及干燥特性其中包括物料形態(tài)(片狀、纖維狀、粒狀、液膏狀等)、物理性質(密度、粒度分布、粘附性等)、干燥特性（熱敏性、變形、開裂等)、物料與水分的結合方式等因素。（2）對干燥產品質量的要求及生產能力其中包括對干燥產品特殊的要求(如保持產品特有的香味及衛(wèi)生要求);生產能力不同，干燥設備也不盡相同.（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而影響產品質量，而且還會影響熱效率;對含濕量高的物料，應盡可能在干燥前用機械方法進行脫水，以減少干燥器除濕的熱負荷。（4）操作方便，勞動條件好。（5）干燥器的占地面積、排放物及噪聲是否滿足環(huán)保要求。第二章設計方案簡介2.1流化床干燥器的設計步驟2.1.1確定設計方案（1）干燥方法（2）干燥器結構型式的選擇（3）干燥裝置流程（4）干燥條件的確定2.1.2.干燥器主體設計1.工藝計算：①物料衡算②空氣和物料出口溫度的確定③熱量衡算④預熱器的熱負荷和加熱蒸汽消耗量2.設備尺寸：①流化速度的確定②流化床層截面積的計算③根據(jù)床層底面積確定干燥器的寬度和高度④干燥器高度的計算3.結構設計計算：1）布氣裝置：①分布板②預分布器2）隔板（分隔板）3）溢流堰2.1.3.輔助設備的計算與選型1.風機（確定風機的材質和類型，然后根據(jù)計算的風量和系統(tǒng)所需要的風壓，參照風機樣本選用合適的型號）2.空氣加熱器（螺旋式翅片管加熱器即可，該種加熱器在光滑管外加上了翅片，增大了空氣側的傳熱面積，從而提高了傳熱效果）3.供料器（加料和排料器）4.氣固分離器（選擇的是旋風分離器，選型時，根據(jù)含塵器的處理量和允許壓強降，定出合適的入口氣速，由此確定入口管截面積，然后按結構比例關系確定其他尺寸）2.2干燥過程的設計方案（流程圖）第三章工藝計算根據(jù)設計干燥任務，采用圖6-24所示的臥式多室流化床干燥裝置系統(tǒng)（簡化）。來自氣流干燥器的顆粒狀物料用星形加料器加到干燥器的第一室，依次經各室后，于51.5℃下離開干燥器。濕空氣由送風機送到翅片型空氣加熱器升溫到105℃后進入干燥器，經過與懸浮物料接觸進行傳熱傳質后溫度降到71.5℃。廢氣經旋風分離器凈化后由抽風機排至大氣?？諝饧訜崞饕?92.4KPa的飽和水蒸氣作熱載體。流程中采用前送后抽式供氣系統(tǒng)，維持干燥器在略微負壓下操作。3.1物料與熱量衡算3.1.1物料衡算2900（1-0.003）=2813kg/h3.1.2空氣和物料出口溫度的確定空氣的出口溫度應比出口處濕球溫度高出(經優(yōu)化可取)，即由及查濕度圖得,近似取,于是物料離開干燥器的溫度的計算，即[1]由水蒸氣查表得將有關數(shù)據(jù)代入上式，即解得3.1.3干燥器的熱量衡算干燥器中不補充熱量，，因而可用下式進行衡算，即式中：取干燥器的熱損失為有效耗熱量的，將上面各值代入式中，便可解得空氣耗用量，即解得：由式可求得空氣離開干燥器的濕度H2，即3.1.4預熱器的熱負荷和加熱蒸汽消耗量由水蒸汽表查得，392.4水蒸氣的溫度，冷凝熱，取預熱器的熱損失為有效傳熱量的，則蒸汽消耗量為：干燥器的熱效率為3.2干燥器的設計3.2.1流化速度的確定1.臨界流化速度的計算在105下空氣的有關參數(shù)為密度，黏度，導熱系數(shù)。[1]取球形顆粒床層在臨界流化點。由和數(shù)值查圖6-10[1]得。臨界流化速度由式（6-16）[1]計算，即2.顆粒帶出速度由1及值查圖6-6[1]得帶出速度由式（6-17）[1]計算，即3.操作流化速度取操作流化速度為，即3.2.2流化床層底面積的計算1.干燥第一階段所需底面積由式（6-25）[1]計算，即式中有關參數(shù)計算如下：取靜止床層厚度，干空氣的質量流速取為，即由于，所得值應予以校正，由值從圖6-7[1]查得。解得物料升溫階段所需底面積，由式（6-26）[1]計算，即式中解得；床層總的底面積為：。3.2.3干燥器的寬度和長度今取寬度b=1.2m，長度l=2.2m，則流化床的實際底面積為。沿長度方向在床層內設置3個橫向分隔板，板間距。物料在床層中的停留時間為：3.2.4干燥器高度1.濃度相高度由式（6-28）[1]計算，即而由式（6-29）[1]計算，前已算出，，于是分離段高度由及,從圖6-8[1]查得：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3m。3.2.5干燥器結構設計1.布氣裝置采用單層多孔布氣板，且取分布板壓強降為床層壓強降的，則再取阻力系數(shù)，則篩孔氣速為：[1]干燥介質的體積流量為：選取篩孔直徑,則篩孔總數(shù)為：[1]分布板的實際開孔率為：[1]，即在分布板上篩孔按等邊三角形布置，孔心距為：[1]2．分隔板沿長度方向設置3個橫向分隔板，隔板與分布板之間的距離為20-40mm（可調節(jié)），提供室內物料通路。分隔板寬1.2m，高2.5m，由5mm厚鋼板制造。3.物料出口堰高[1][1]將及代入上式，解得用式[1]求溢流堰高度，即將有關數(shù)據(jù)代入上式，經試差解得：?！?.3計算結果匯總表干燥器的設計結果如下：臥式多室流化床干燥器計算結果總表項目符號計算數(shù)據(jù)單位處理濕物料量2900物料溫度入口40出口51.5空氣溫度入口105出口71.5氣體用量8125.72kg絕干氣/h熱效率30.39%流化速度0.4043床層底面積第一階段1．951加熱段0.491設備尺寸長2.2寬1.2高3.0布氣板型號單層多孔布氣板孔徑1.5孔速11.5孔數(shù)122167個開孔率8.178%分隔板寬1.2與布氣板距離20-40物料出口堰高0.2973第四章附屬設備的選型·4.1送風機和排風機為保持干燥室基本維持常壓操作，采用送風和排風系統(tǒng)。1送風機 根據(jù)經驗，取風機的全風壓為。有風機的綜合特性曲線圖可選型風機。2排風機根據(jù)經驗，取風機壓為。由風機的綜合特性曲線圖可選9-27-101N08型風機·4.2氣固分離設備為獲得比較高的固相回收率，可選用型旋風分離器。其圓筒直徑。入口氣速為，壓力降，單臺生產能力為?！?.3供料裝置根據(jù)物料性質（散粒狀）和生產能力（2.9t/h）選用星行供料裝置（加料和排料）。其規(guī)格和操作參數(shù)為：規(guī)格生產能力葉輪轉速鏈輪傳動齒輪減速電機：型號,功率,輸出轉速個人體會和感悟彈指一揮間，為期兩周的課程設計結束了，回首這兩周來歷經的種種坎坷，不禁有太多的感受與體會。這兩周，對我們而言不僅僅是一次普通的課程設計，更是一次意志力與人生的磨礪。在進行課程設計之前，課程設計對我們來說完全是個新生事物，起初真的可謂是無從下手。但我們深知：“合抱之木，生于毫末，九層之臺，始于累土，千里之行，始于足下。”的道理。萬事開頭難。我們只能從課本開始做起，并配合我們上由圖書館借來的有關資料，先對整個課程設計過程做個大致的了解。首先，在開始課程設計的前一周，我們的材料工程基礎老師已經將需要借閱的書刊發(fā)給我們，還提前告知了我們要做的主題和大致的設計過程，在此很感謝錢海燕錢老師！設計流程圖及其設備裝置圖，需要我們必須用AutoCAD完成，這就要求我們在短期內熟練掌握此軟件的使用，這真是個不小的挑戰(zhàn)。為了學好AutoCAD，我們從網上下載了視頻教程，一點一點地學起，經過不懈努力，我們終于畫出了一張流程簡圖，此后，在老師與同學的幫助下，我們的流程圖精益求精！這真是一不小的進步啊，課程設計，讓我們又掌握了一門軟件的使用。這次課程設計不但是化工原理知識技能的大比拼，更是對心理承受能力和耐力的一次考驗，只有那些耐得住寂寞、善于利用時間的人才能取得最終的成功。當我們熬過那一個個不眠之夜，挺過常常向我們襲來的放棄的念頭，最后獲得成功的時候，我們收獲的不僅僅是一份說明書和CAD圖紙，更是對自己的信心以及在未來的人生路上邁出的更堅定的腳步。最后，我們要向指導老師方瑩,材料工程基礎老師錢海燕以及一起合作的同學們表示最誠摯的謝意。因為所有人的齊心協(xié)力，本次課程設計才得以順利完成。也因為這次難得的鍛煉機會，我們才更明白了自己的職責所在，并深刻領會到了學問的博大精深！符號說明英文字母：——單位體積物料所提供的干燥面積，m2/m3；A——流化床干燥器層截面積，；Ar——阿基米德數(shù)，量綱為一；b——臥式多室流化床床層寬度，m；c——比熱容，kJ/（kg）；C——修正系數(shù)，量綱為一；——；d——顆粒直徑，篩孔直徑，m；D——設備直徑，m；——當量直徑，m；——床層膨脹率，量綱為一；g——重力加速度，；G——固體物料的質量流量，kg/s或kg/h；h——干燥器中物料出口堰高，m；H——空氣的濕度，kg水/kg干空氣；——風機的風壓，Pa；I——空氣的焓，kJ/kg干空氣；——固體物料的焓，kJ/kg干物料；K——常數(shù)；l——單位空氣的消耗量，kg干空氣/kg水；L——絕干空氣的流量，kg/s或kg/h；——空氣的質量流量，；Ly——李森科數(shù)，量綱為一；n——轉數(shù)，r/min；——分布板開孔數(shù)；P——操作壓強，Pa；Q——傳熱速率，W或kW；r——汽化熱，kJ/kg；R——膨脹比，量綱為一；Re——雷諾數(shù)，量綱為一；——螺旋葉片的螺距，m；t——溫度，k或；u——速度，m/s；v——濕空氣的比體積，干空氣；——空氣的體積流量，；w——物料的濕基含水量；W——水分蒸發(fā)量，kg/s或kg/h；X——物料的干基含水量；Z——流化床層的高度，m。希臘字母：——對流傳熱系數(shù)，W/（）；——阻力系數(shù)；——效率；——固體物料的溫度，；——導熱系數(shù)，W/（m）；——粘度，；——密度，；——分布空開孔率；——平均停留時間，s。下標：0——進預熱器的，開孔的，靜止的；1——進干燥器或離干燥器的，干燥第一階段的；2——離開干燥器，干燥第二階段的；b——堆積的；C——絕干的，臨界的；H——濕的；L——熱損失的；m——平均的；mf——流化的；P——預熱的；S——絕干物料，固體物料的；t——沉降的；——濕球的。參考文