化工原理課程設計臥式多室流化床

1、課程設計設計題目_ 臥式多室流化床干燥器的設計學生姓名學 號專業(yè)班級指導教師2013年06月22日 .1 一設計任務 書2設計題目2操作條件2設計基礎數據2設計圖紙2二干燥簡介3干燥技術3干燥設備3我國干燥設備特點丿、3干燥設備的發(fā)展趨勢4三臥式流化床干燥實驗設計目的4干燥流程簡介4優(yōu)化后的流程圖及說明 6四工藝計7物料和熱量衡7流化速度的確定9 流化床層底面積計10 干燥器的寬度和長 度11 干燥器高 度12 干燥器結構12 管徑的計算及管道的選 擇.14五附屬設備的選型15送風機和排風機15氣固分離設備16供熱設備17供料設備17 空氣凈化裝置以及各種閥門18六臥式多室流化床干燥裝置的設計

2、計算結果匯 總19七認識與體會20 八參考文獻20摘要：在化學工業(yè)中，為了滿足生產工藝中對物料含水率的要求或便于儲存、運輸,常常需要用到干燥過程。本次化工原理課程設計的任務是設計一種臥式多室流化床干燥器，將顆粒狀物料的含水量從降至，生產能力為萬噸。來自氣流干燥器的顆粒狀物料用星形加料器加入干燥器的第一室，再經過其余的四個 室，在C下離開干燥器。濕度為的空氣經翅片換熱器（熱載體為400kPa飽和水蒸氣）加熱至80C后進入干燥器，經過與懸浮物料接觸進行傳質傳熱后， 溫度降至67C。最后將尾氣通過旋風分離器，以提高產品的收率。流程中采 用前送后抽式供氣系統，維持干燥器在略微負壓下工作。通過查閱資料和

3、選 用公式設計，干燥器較好的設計結果為：床層底面積，長度與寬度分別取和， 高度，隔板間距，物料出口堰高。分布板開孔率 %總篩孔數180951個，孔 心距。此外，還確定了合適的送風機、排風機、旋風分離器、換熱器和空氣 過濾器等附屬設備及型號。關鍵詞：干燥；臥式多室流化床；顆粒狀物料；熱載體臥式多室流化床干燥裝置的設計.設計任務書設計題目：年產23000噸臥式多室流化床干燥裝置的設計學號： 姓名： 專業(yè)：制藥工程指導教師： 金老師1. 設計題目試設計一臺臥式多室流化床干燥器，用于干燥顆粒狀化肥，將其含水量從干 燥至，生產能力（以干基產品計）為 3000 kg /h 。2. 操作條件（1 ）干燥介質

4、熱空氣初始濕度H）kg水/ kg干氣預熱器入口溫度t25 C離開預熱器溫度t180 E（2）物料入口溫度 130 C（3）加熱介質飽和蒸汽、壓強（4）操作壓強常壓（5）設備工作日每年 330 天，每天 24 小時連續(xù)運行3. 設計基礎數據（1）物料參數顆粒平均粒徑 d=mm干物料比熱容 cs =（kg.C)固相密度 s =1730 kg / m3堆積密度 b=800 kg/m3臨界濕含量 X0 =（干基）（2）物料靜床層高度 Z0 =m（3）干燥裝置熱損失為有效傳熱量的 15。4. 設計圖紙現場工藝流程圖一張二干燥簡介1. 干燥技術 在人類的生產和生活中，經常遇見需要把一種物體的濕分除去的情況

5、。這種物 體可能是固態(tài)，還可能是氣態(tài)或液態(tài)。而濕分在大多數情況下是水分，當然還可能 是其他的成分， 例如無機酸、有機溶劑等。這種除去物體濕分的過程就稱為 “除濕” 人們根據原理的不同，將除濕方法分為蒸發(fā)、機械脫水和干燥等。一般情況下干燥 去濕又稱為熱物理法， 干燥就是利用熱能使?jié)裎锪现械臐穹?（水分或其他溶劑 ）汽化， 水汽或蒸汽經氣流帶走或由真空泵將其抽出除去，而獲得固體產品的操作過程。干燥過程通常伴隨著熱量傳遞、質量傳遞、動量傳遞和相變等。一般情況下， 物料干燥過程可以分為三個階段。第一階段為物料預熱階段，亦初始階段，在此期 間主要是對濕物料進行預熱 , 同時也有少量濕分汽化 , 物料的溫

6、度很快升到近似等 于濕球溫度； 第二階段為恒速干燥階段 , 此階段主要特征是熱空氣傳給物料的熱量 全部用來汽化濕分 , 物料表面溫度一直保持不變 , 濕分則按一定速率汽化。這個階 段主要是受外部影響， 例如空氣的參數和物料與空氣的接觸情況； 第三階段為降速 干燥階段 , 此時物料的干燥速率由內部擴散過程控制 , 熱空氣所提供的熱量只有一 小部分用來汽化濕分 , 而大部分則用來加熱物料 , 使物料表面溫度上升 , 但是干燥速率則逐步降低 , 直至達到平衡含濕量為止。這個階段主要是受物料的性質與自身 的結構的影響。2. 干燥設備干燥設備的種類繁多 , 根據操作壓力、操作方式、傳熱原理、加熱方式、構

7、造 等的不同可以將干燥設備歸于不同的類別。按操作壓力可以分為常壓式和真空式兩 類； 按操作方式可分為間歇操作和連續(xù)操作兩類； 按傳熱原理可分為傳導加熱式、 對流加熱式、 輻射傳熱式和高頻加熱式等幾類； 按加熱方式可分為直接加熱式和間 接加熱式兩類； 按構造可以分為噴霧干燥器、 流化床干燥器、 氣流干燥器、 槳式干 燥器、箱式干燥器及旋轉閃蒸干燥器等。3. 我國干燥設備的特點我國干燥設備的生產基本上是小規(guī)模的 ,不能形成較大的批量 , 技術含量低 , 成熟機型不多 , 在干燥工藝、生產能力、能源種類及測控技術等方面比較落后 , 且 主要是以傳統的加熱方式進行干燥 , 即依靠熱力通過傳導、熱對流和

8、熱輻射等途徑 對物料進行加熱 , 這種由表及里的干燥過程延長了干燥時間 , 影響了物料的品質 4。4. 干燥設備的發(fā)展趨勢(1) 干燥設備向大型化、連續(xù)化、封閉化的方向發(fā)展。所謂大型化 , 就是提高 設備的水分蒸發(fā)量 , 這樣有利于產品質量的穩(wěn)定 , 降低能耗 , 提高干燥熱效率 , 設 備造價、廠房費用、設備運轉費用都較經濟；(2) 進一步開發(fā)膏糊狀物料干燥設備 , 對物料的性質及其輸送、干燥規(guī)律進行 探索 , 從而更有效地解決這類物料的干燥；(3) 針對物料的熱敏性 , 開發(fā)真空干燥等低溫干燥設備 , 保證低熔點物料在干 燥過程中不變質；(4) 研制開發(fā)新的多功能設備 , 集過濾、干燥、粉

9、碎等單元操作于一機 , 簡化操 作程序；(5) 設備制造廠進行設備的系列化設計和計算機輔助設計 , 對系統進一步優(yōu)化 , 使之發(fā)揮更大作用；(6) 加強理論研究和物料試驗 , 不斷推出新設備 ,以推動干燥生產的發(fā)展。三. 臥式流化床干燥實驗1設計目的（1）培養(yǎng)學生運用化工原理課程及有關知識進行化工工藝設計的能力；（2）在培養(yǎng)學生設計能力的同時，建立正確的設計思路和設計方法。2干燥流程簡介臥式多室流化床干燥器 （圖 1-4 ） 臥式多室流化床干燥器適合干燥各種難以干 燥的顆粒狀粉狀、片狀等物料和熱敏性物料。其所干燥的物料，大多是經造粒機制 成的414目散粒狀物料，初濕量一般在10%30%干燥后物

10、料的終濕量一般 在%由于物料在床層內相互劇烈的碰撞摩擦，干燥后物料粒度變?。ㄒ话銥?2目約占 20%30%）。當被干燥的物料顆粒度在 80 1 00目或更細地物料時，如聚氯 乙烯，則干燥器上部須加以擴大，以減少細粉夾帶；其分布板德孔徑及開孔率也相 應減小，以改善流化。臥式多室流化床干燥器的一般流程如下：干燥器為一長方形箱式流化床，底部為多孔篩板，篩板的開孔率一般為4%13%，孔徑。 篩板上方有豎向擋板， 將流化床分隔成 8 個小室， 每塊擋板可上下移 動，以調節(jié)其與篩板的間距。每一小室的下部，有一進氣支管，支管上有調節(jié)氣體 流量的閥門。圖 1-4 臥式多室流化床干燥器1 搖擺顆粒機； 2加料斗

11、； 3流化床干燥室； 4干品出貯槽； 5 空氣過濾器；6 翅片加熱器； 7進氣支管； 8多孔板； 9旋風分離器； 10袋式 過濾器；11 抽風機； 12視鏡 濕物料由搖擺顆粒機連續(xù)加料于干燥器右邊的第一室內，由第一室逐漸向左邊 的第八室移動。干燥后的物料由左邊第八室卸料口卸出。而空氣經過濾器到加熱器 加熱后，分別從 8 個支氣管進入 8 個室的下部，通過多孔板進入干燥室，流化干燥 物料。其廢氣由干燥器頂部排出， 經旋風除塵器、 袋式除塵器， 由抽風機排到大氣。臥式多室流化床干燥器對多種物料適應性較大。它較廂式干燥器占地面積小， 生產能力大，熱效率高，干燥后產品濕度葉較均勻。同氣流式干燥器比較，

12、可以調 節(jié)物料在床層內的停留時間，易于操作控制，而且物料顆粒粉碎率小，因此應用較 為廣泛。但他的熱效率比多層流化床干燥器為帝，特別是采用較高熱風溫度時更為 明顯。若在不同室調整進風量及風溫，逐室降低風量、風溫和熱風串聯通過各室， 可提高熱效率。另外，物料過濕會在前兩室內易產生結塊，需經常清掃。3. 優(yōu)化后的流程圖及說明(附：設計圖紙一張及說明)四工藝計算1. 物料衡算和熱量衡算(1) 物料衡算由給定的任務條件已知，生產能力為 3000kg/h(以干燥產品計)，即為G2=3OOOkg/h絕干物質質量流率為干燥器單位時間汽化水分量為水在25C下的飽和蒸汽壓由表可查 Ps=空氣濕度為絕干氣體質量流率

13、為W hV而 Ho 比 0.01H 2 Hi所以V112.56H2 0.01(2) 空氣和物料出口溫度的確定空氣的出口溫度t2應比出口處濕球溫度高出2050C (這里取35C)即卩t2 tw2 由t1 80 C及H1 0.01查焓濕圖，得32 C，近似取tw tw 32 C,于是：t232 3567 C解得 2=40.3 C(3) 干燥器的熱量衡算干燥器中不補充熱量，故 Q 0，因而可用下式進行計算，即將上面各式代入熱量衡算式，便可解得空氣耗用量，即解得 V 30527 kg/h又由 V30527 H 20.0137kg水 / kg干氣H20.012a a(4) 預熱器的熱負荷和加熱蒸汽消耗量

14、由水蒸氣表查得，392.4kPa水蒸氣的溫度Ts 142.9 C，冷凝潛熱r=2140kJ/kg蒸氣消耗量為干燥器的熱效率為2. 流化速度的確定(1 )臨界流化速度Umf的計算在80C下空氣的有關參數：1.00kg/m ,粘度=21.1 Pas2 。導熱系數3.04410 w/m c取球形顆粒床層在臨界流化點mf 0.4，由mf和Ar的數值查圖得臨界流化速度為UmfLymf 3 106，3 3 106 21.1 10 6 1730 9.813 10.01024m/s(2) 顆粒帶出速度Ut帶出速度為(3) 操作流化速度u取操作流化速度為0.7ut，即3. 流化床層底面積的計算(1)干燥第一階段

15、底面積 A由下式計算，即式中有關參數計算如下：取靜止床層厚度為Z。0.15m干空氣得質量流速取為 u ，即由于dm 0.14mm 0.9mm,對a予以校正，由dm值查得C=0.11解得A1 3.547m2(2)物料升溫階段所需底面積A2由下式計算，即式中 床層總的底面積為4. 干燥器的寬度和長度今取寬度 b=, 長度 l=, 則流化床的實際底面積為 m2 沿長度方向在床層內設置四個橫向分隔板 , 板間距 物料在床層內的停留時間為5. 干燥器高度( 1)向高度由下式計算，即 而 由下式算出，即( 2)分離段高度 Z2由u 0.4414m/s及De 0.7727m，從圖中查得，干燥器總高度 Z Z

16、1 Z2 2.63 0.7317 3.3617 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6. 干燥器結構布氣裝置包括分布板和預分布器兩部分。 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 4 所示：( 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 15%，則 再取阻力系數 2, 則篩孔氣速為：干燥介質的體積流量為：選取篩孔直徑 d0 2mm ，則總篩孔數為：180951個Vs8.601n。一d；u。一 0.0022 15.1344分布板的實

17、際開孔率為： 在分布板上篩孔按等邊三角形布置，孔心距為：（2）分隔板沿長度方向射至四個橫向分隔板，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，咼,由5mm厚鋼板制造。（3）物料出口堰高h用下式求溢流堰高度h，即將有關數據代入上式，即整理得，65.4746 83.3334h 1.52In h經試差得，h=為了便于調節(jié)物料的停留時間，溢流堰的高度設計成可調節(jié)結構。7. 管徑的計算及管道選擇空氣流動適宜流速為1520m/s取流速u=20m/s計算空氣入口管路管徑:故d4V14 26139.50.680m 680mmV u 3.14 3600 20選用700mm管路

18、管徑，材質為不銹鋼，壁厚 3mm計算空氣出口管路管徑：選用750mm管路管徑，材質為不銹鋼，壁厚 3mm飽和蒸汽在管路中適宜流速為2030m/s取流速u=30m/s。計算飽和蒸汽管路管徑: 查表知選取無縫鋼管為輸送管道外徑為 80mm壁厚，材質為不銹鋼。同理可得查表知蒸汽冷凝水管道選取無縫鋼管為輸送管道外徑為80mm壁厚，材質為不銹鋼。五附屬設備的選型1. 送風機和排風機(1)送風機V V(0.7721.244 H0)to 30527 (0.772 1.224 0.01) 一 26139.5m3/h273273壓頭Hr為上式中Z2 Z1可忽略，p2 p1 , U1 U2，所以上式可簡化為取風機

19、全風壓Hr為4000Pa已知標準狀況下空氣密度0 1.239 kg/m3空氣進口密度p =m標準狀況下體積流量V126139.5 11.239標準狀況下風壓H, Ht400011.2933093.5821097.26根據計算結果所得9-27-101N08型風機滿足要求(2)排風機由上式計算同理可得取風機全風壓為Ht為3000 Pa，則1Hr Ht 30002320.19，所以 9-27-101N08 型風機滿足要求01.2932. 氣固分離設備為獲得比較高的固相回收率，擬選用XLP/型旋風分離器。其圓筒直徑820mm，3 入口氣速20m/s。壓強降為1150 Pa，單臺生產能力8650m /h

20、。旋風分離器各部分尺寸如下圓柱體直徑D 820mm圓柱體高度L1 D圓錐體高度L2進口寬度b進口高度a排氣管直徑d排氣管深度I3. 供熱設備用來加熱干燥介質的換熱器稱為空氣加熱器。本設計采用飽和水 蒸汽作為加熱介質。常見的加熱器有兩種形式，一種是SRZ另一種是SRL這兩種 結構形式的熱媒都在管子內流動，通過管子的外表面加熱空氣，由于空氣的換熱系 數要比管內側熱媒的換熱系數低得多，所以管外側都加熱成翅片，用以提高管外的 湍流程度以及增加單位管長的換熱面積，提高性能。所以根據設計要求擬選用SRZ型螺旋翅片加熱器。4. 供料設備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

21、用的供料器有圓盤供料器、旋轉葉輪供料器、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，雖然結構簡單、設備費用低，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，但在結構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物料。但動力消耗大，難以輸送顆粒大、易粉碎的物料；對于 噴射式供料器空氣消耗量大，效率不高，輸送能力和輸送距離受到限制，磨損嚴重。我們本次設計的任

22、務是干燥PVC它在進入干燥器之前的溫度下為固態(tài)顆粒狀， 顆粒平均直徑md=140m且硬度和剛性都較高。因為圓盤供料器只能用于定量要求不嚴格的物料，所以通常情況下不選用。又 因為螺旋供料器容易沉積物料，不宜用于一年330天，每天24小時的連續(xù)工作。另 外我們較高硬度和剛性的PVC對設備存在磨損，如果再加上空氣流的噴射作用，磨 損將會更大，故不能選用噴射式供料器。根據物料性質（散粒狀）和生產能力（3t/h ）選用星型供料裝置（加料和 排料）。其規(guī)格和操作參數如下：規(guī)格： 200 200mm項目符號單 位計算數據葉輪轉速：20r/min鏈輪傳動齒輪減速電機：型號 JTC561,功率1kW，輸出轉速31r/min5空氣凈化裝置以及各種閥門除煙塵的空氣凈化器以及各種配套閥門六.