流化床原理畢業(yè)設(shè)計完整版.doc

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書摘要布風(fēng)系統(tǒng)是流化床中的核心系統(tǒng)之一，布風(fēng)的均勻性是保證整個系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的支柱，不合理的布風(fēng)會影響流化床整體的運(yùn)行，甚至根本不能實現(xiàn)流化床穩(wěn)定運(yùn)行。因此，合理、均勻的布風(fēng)是保證流化床正常流化、穩(wěn)定安全運(yùn)行的關(guān)鍵。本設(shè)計主要是進(jìn)行一個小型流化床反應(yīng)器布風(fēng)板的設(shè)計，并對流化床原理及其工業(yè)應(yīng)用做了初步的介紹。流化床布風(fēng)板是流化床中的重要部件之一，主要是由風(fēng)室、布風(fēng)板和風(fēng)帽構(gòu)成的流化床單元。本文選擇普通的平板型風(fēng)帽布風(fēng)板和蘑菇型風(fēng)帽進(jìn)行設(shè)計。通過一些公式完成設(shè)計的必要步驟。本設(shè)計的目的是通過小型流化床反應(yīng)器布風(fēng)板的設(shè)計，領(lǐng)會流態(tài)化和流化床的基本知識，掌握試驗裝置的設(shè)計方法。關(guān)鍵詞：流化床；布風(fēng)板；風(fēng)帽內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(yīng)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(fēng)裝置.7第二章布風(fēng)系統(tǒng).82.1布風(fēng)板基本組成.82.2布風(fēng)板.92.2.1布風(fēng)板的類型.92.2.2布風(fēng)板的作用.92.3風(fēng)帽.10第三章小型流化床布風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計.123.1流化床布風(fēng)系統(tǒng).123.1.1布風(fēng)板設(shè)計要點.123.1.2布風(fēng)板的選擇.123.1.3風(fēng)帽類型的選擇.133.2風(fēng)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(fēng)方式的確定.173.5風(fēng)室和風(fēng)道.183.6排渣管.19總結(jié).20參考文獻(xiàn).21謝辭.22內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書1引言近幾年來，流化床在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)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(fēng)板的作用、流化床燃燒技術(shù)的優(yōu)點以及流化床工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個小型流化床流化床布風(fēng)板。本課題主要設(shè)計流化床布風(fēng)板，主要設(shè)計內(nèi)容是流化床布風(fēng)板上風(fēng)帽的類型、風(fēng)貌的開孔率和小孔流速的選擇。介紹了風(fēng)帽常用的類型和風(fēng)帽形式對流化床性能的影響。風(fēng)帽的常用類型有很多種，例如蘑菇型風(fēng)帽、P型定向風(fēng)帽、箭型風(fēng)帽、S型豬尾巴風(fēng)帽、鐘罩型風(fēng)帽、內(nèi)嵌逆流柱型風(fēng)帽等。布風(fēng)裝置是流化床的主要部件，布風(fēng)板工作性能直接影響流化床的設(shè)計、顆粒混合、流動和化學(xué)反應(yīng)過程，以及設(shè)備的安全運(yùn)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(nèi)顆?；旌锨闆r對燃燒和傳熱等過程的影響更加突出。因此合理的設(shè)計布風(fēng)板裝置應(yīng)該是保證床內(nèi)床料濃度的均勻分布、顆粒的排放以及防止漏渣問題的關(guān)鍵。布風(fēng)板的類型一般分成兩類，一類是水平布置的布風(fēng)板,它具有結(jié)構(gòu)簡單的特點，被廣泛應(yīng)用于燃煤循環(huán)流化床鍋爐中。但當(dāng)流化床技術(shù)應(yīng)用于固體廢棄物混燒技術(shù)時，對床內(nèi)大顆粒等雜物的排放較為困難。還有一種傾斜布風(fēng)板它可以實現(xiàn)床內(nèi)顆粒的合理排放。但是目前對傾斜布風(fēng)板工作特性的研究相對較少，其傾斜角度對床內(nèi)顆粒流態(tài)特性的影響還不是十分清楚。本文主要是設(shè)計一個小型的實驗裝置上安裝的布風(fēng)板，因此選擇結(jié)構(gòu)簡單的水平布置的布風(fēng)板就可以滿足需求。風(fēng)帽也是本文主要設(shè)計的部件之一，它的作用是增加氣流速度以及均勻布風(fēng)，最主要的作用就是風(fēng)帽產(chǎn)生的阻力能夠使流化床穩(wěn)定運(yùn)行。風(fēng)帽的氣流速度需要滿足床層內(nèi)固體能夠完全流化，即使得床料達(dá)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(fēng)帽的小孔數(shù)，從而了解有關(guān)流化床穩(wěn)定運(yùn)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(yīng)用中需要注意的一些問題。雖然迄今為止還沒有關(guān)于風(fēng)帽結(jié)構(gòu)設(shè)計一個較為完整的準(zhǔn)則或建議，但是通過人們大量的實驗，得出的結(jié)論是值得我們?nèi)ソ梃b的。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書2第一章流化床固體流態(tài)化技術(shù)作為一門基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)滲透到國門經(jīng)濟(jì)的許多部門，在化工、冶金、石油加工、能源、輕工、生化、機(jī)械、環(huán)保等領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用。利用流化態(tài)技術(shù)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(zhì)的作用下不停的運(yùn)動，從而不斷地與被加熱工件進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)變成類似流體的一種運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)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(zhì)，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(nèi)像液體般自由流動。這就使得對固體進(jìn)行連續(xù)加工成為可能。目前每個小時運(yùn)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(zhì)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(yùn)動，類似于攪拌狀態(tài)，這就使得床層內(nèi)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(yīng)。（5）由于顆粒運(yùn)動的情況近于完全混合，因此在有顆粒連續(xù)進(jìn)出的裝置中，顆粒的停留時間有較寬的分布。（6）顆粒運(yùn)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(zhì)和化學(xué)反應(yīng)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(nèi)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(nèi)擴(kuò)散較易，因而內(nèi)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(xì)粉并被氣流帶走，故需要高效的捕集設(shè)施，以減少經(jīng)濟(jì)損失和對環(huán)境的污染。（10）由于機(jī)械運(yùn)動部件，故能勝任苛刻的反應(yīng)條件。上述有的是優(yōu)點有的是缺點，對于具體的應(yīng)用要具體分析。工業(yè)上流態(tài)化技術(shù)的內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書3應(yīng)用比較廣泛，不論是物理的或是化學(xué)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(yīng)用。流化床的運(yùn)行主要是一個流態(tài)化的過程，流化床主要部件是布風(fēng)板和其上分布的風(fēng)帽以及布風(fēng)板下面的風(fēng)室所構(gòu)成。流化氣體通過布風(fēng)板的風(fēng)帽進(jìn)入爐床，與所給床料混合。床料以布風(fēng)板為支撐，流化氣體通過布風(fēng)板對床料、燃料產(chǎn)生向上的推動力，形成流化狀態(tài)。床料在床層上強(qiáng)烈混合，從而進(jìn)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(zhì)和它們各自的性質(zhì)又可以分為散式流態(tài)化和聚式流態(tài)化2。當(dāng)流體向上流過顆粒床層時，其運(yùn)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(dāng)流速增加到某一速度之后，顆粒不再由布風(fēng)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(jī)械支撐后，每個顆粒可在床層中自由運(yùn)動；就整個床層而言，具有了許多類似流體的性質(zhì)。顆粒床層靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)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(yīng)流體作為流化介質(zhì)；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(yīng)用下面是流化床在工業(yè)上的一些應(yīng)用3：1.應(yīng)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(yīng)用于顆粒的管道運(yùn)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(shù)也成功地應(yīng)用于多種固體物料的干燥，有機(jī)氣體的吸附分離等傳質(zhì)過程；應(yīng)用于細(xì)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(nóng)藥、緩釋肥料和核燃料小球等機(jī)械過程；應(yīng)用于廢熱回收的熱交換技術(shù)，金屬零件熱處理的高溫粒子爐內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書4技術(shù)等熱過程的一些物理過程。2.應(yīng)用于礦物資源的綜合利用流態(tài)化技術(shù)還應(yīng)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(zhuǎn)化煤的流化燃燒技術(shù)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(shù)進(jìn)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(shù)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(yīng)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(zhuǎn)化技術(shù)。4.石油加工工業(yè)催化裂化流化床反應(yīng)器是工業(yè)最早的流態(tài)化反應(yīng)-再生系統(tǒng)，近年來技術(shù)不斷完善，20世紀(jì)60年代開發(fā)成功的提升管反應(yīng)器把流態(tài)化技術(shù)的應(yīng)用推到一個新的技術(shù)高度。用下行管超短接觸進(jìn)行催化裂化、同時用提升管進(jìn)行再生的新一代催化裂化流化床反應(yīng)器的開發(fā)也已取得決定性的進(jìn)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(chǎn)烯烴為目的的催化裂化技術(shù)都是流態(tài)化過程的典型應(yīng)用。5.有機(jī)合成工業(yè)在高分子三大合成材料塑料、纖維、橡膠的生產(chǎn)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(yīng)器；其他許多重要基本有機(jī)化合物如苯二甲酸酐等制甲醛。以及百菌清等多種