合工大-化工原理課程設(shè)計(jì)臥式多室流化床

1、課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目 臥式多室流化床干燥器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 2013年06月22日目 錄 摘要. .11 設(shè)計(jì)任務(wù)書.21.1設(shè)計(jì)題目.21.2操作條件.21.3設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù).21.4設(shè)計(jì)圖紙.2二干燥簡介.32.1干燥技術(shù).32.2干燥設(shè)備.32.3我國干燥設(shè)備特點(diǎn).32.4干燥設(shè)備的發(fā)展趨勢.4三臥式流化床干燥實(shí)驗(yàn).43.1設(shè)計(jì)目的.43.2干燥流程簡介.4 3.3優(yōu)化后的流程圖及說明 .6四工藝計(jì)算.74.1物料和熱量衡算.74.2流化速度的確定.94.3流化床層底面積計(jì)算.104.4干燥器的寬度和長度.114.5干燥器高度.124.6干燥器結(jié)構(gòu).124.7

2、管徑的計(jì)算及管道的選擇.145 附屬設(shè)備的選型.155.1送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī).155.2氣固分離設(shè)備.165.3供熱設(shè)備.175.4供料設(shè)備.175.5空氣凈化裝置以及各種閥門.186 臥式多室流化床干燥裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總.197 認(rèn)識與體會.208 參考文獻(xiàn).20摘要:在化學(xué)工業(yè)中，為了滿足生產(chǎn)工藝中對物料含水率的要求或便于儲存、運(yùn)輸，常常需要用到干燥過程。本次化工原理課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一種臥式多室流化床干燥器，將顆粒狀物料的含水量從0.04降至0.004，生產(chǎn)能力為1.3萬噸。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(jīng)過其余的四個室，在40.3下離開干燥器。濕度為0.

3、01的空氣經(jīng)翅片換熱器（熱載體為400kPa飽和水蒸氣）加熱至80后進(jìn)入干燥器，經(jīng)過與懸浮物料接觸進(jìn)行傳質(zhì)傳熱后，溫度降至67。最后將尾氣通過旋風(fēng)分離器，以提高產(chǎn)品的收率。流程中采用前送后抽式供氣系統(tǒng)，維持干燥器在略微負(fù)壓下工作。通過查閱資料和選用公式設(shè)計(jì)，干燥器較好的設(shè)計(jì)結(jié)果為：床層底面積4.25m2，長度與寬度分別取2.5m和1.7m，高度3.5m，隔板間距0.5m，物料出口堰高0.79m。分布板開孔率13.38%，總篩孔數(shù)180951個，孔心距5.2mm。此外，還確定了合適的送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)分離器、換熱器和空氣過濾器等附屬設(shè)備及型號。關(guān)鍵詞：干燥；臥式多室流化床；顆粒狀物料；熱載體臥

4、式多室流化床干燥裝置的設(shè)計(jì)一設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目： 年產(chǎn)23000噸臥式多室流化床干燥裝置的設(shè)計(jì) 學(xué)號： 姓名： 專業(yè)：制藥工程 指導(dǎo)教師： 金老師 1.設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)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0.04干燥至0.004，生產(chǎn)能力（以干基產(chǎn)品計(jì)）為3000 kg /h。2.操作條件（1）干燥介質(zhì) 熱空氣 初始濕度H0 0.01 kg水/ kg干氣 預(yù)熱器入口溫度t0 25 離開預(yù)熱器溫度t1 80（2）物料入口溫度 30（3）加熱介質(zhì) 飽和蒸汽、壓強(qiáng)392.4kPa（4）操作壓強(qiáng) 常壓（5）設(shè)備工作日 每年330天，每天24小時連續(xù)運(yùn)行3.設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）物料參數(shù)

5、 顆粒平均粒徑d=0.14 干物料比熱容=1.47kJ/(kg. ) 固相密度 =1730 堆積密度 =800 臨界濕含量=0.013（干基）（2）物料靜床層高度=0.15（3）干燥裝置熱損失為有效傳熱量的15。 4.設(shè)計(jì)圖紙 現(xiàn)場工藝流程圖一張二干燥簡介 1.干燥技術(shù)在人類的生產(chǎn)和生活中，經(jīng)常遇見需要把一種物體的濕分除去的情況。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(shù)情況下是水分，當(dāng)然還可能是其他的成分，例如無機(jī)酸、有機(jī)溶劑等。這種除去物體濕分的過程就稱為“除濕”。人們根據(jù)原理的不同，將除濕方法分為蒸發(fā)、機(jī)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?/p>

6、料中的濕分(水分或其他溶劑)汽化，水汽或蒸汽經(jīng)氣流帶走或由真空泵將其抽出除去，而獲得固體產(chǎn)品的操作過程。干燥過程通常伴隨著熱量傳遞、質(zhì)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(yù)熱階段，亦初始階段，在此期間主要是對濕物料進(jìn)行預(yù)熱,同時也有少量濕分汽化, 物料的溫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(shù)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(nèi)部擴(kuò)散過程控制,熱空氣

7、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(dá)到平衡含濕量為止。這個階段主要是受物料的性質(zhì)與自身的結(jié)構(gòu)的影響。2.干燥設(shè)備干燥設(shè)備的種類繁多, 根據(jù)操作壓力、操作方式、傳熱原理、加熱方式、構(gòu)造等的不同可以將干燥設(shè)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(dǎo)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(gòu)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(zhuǎn)閃蒸干燥器等。3

8、. 我國干燥設(shè)備的特點(diǎn)我國干燥設(shè)備的生產(chǎn)基本上是小規(guī)模的,不能形成較大的批量, 技術(shù)含量低, 成熟機(jī)型不多, 在干燥工藝、生產(chǎn)能力、能源種類及測控技術(shù)等方面比較落后, 且主要是以傳統(tǒng)的加熱方式進(jìn)行干燥, 即依靠熱力通過傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射等途徑對物料進(jìn)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(zhì)4。4. 干燥設(shè)備的發(fā)展趨勢(1) 干燥設(shè)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(shè)備的水分蒸發(fā)量, 這樣有利于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定, 降低能耗, 提高干燥熱效率, 設(shè)備造價、廠房費(fèi)用、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用都較經(jīng)濟(jì)；(2) 進(jìn)一步開發(fā)膏糊狀物料干燥設(shè)備, 對物料的性質(zhì)及其輸送

9、、干燥規(guī)律進(jìn)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(shè)備, 保證低熔點(diǎn)物料在干燥過程中不變質(zhì)；(4) 研制開發(fā)新的多功能設(shè)備,集過濾、干燥、粉碎等單元操作于一機(jī), 簡化操作程序；(5) 設(shè)備制造廠進(jìn)行設(shè)備的系列化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),對系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化,使之發(fā)揮更大作用；(6) 加強(qiáng)理論研究和物料試驗(yàn),不斷推出新設(shè)備,以推動干燥生產(chǎn)的發(fā)展。三.臥式流化床干燥實(shí)驗(yàn) 1設(shè)計(jì)目的 （1）培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化工原理課程及有關(guān)知識進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)的能力；（2）在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的同時，建立正確的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法。2干燥流程簡介臥式多室流化床干燥器（圖1-4）

10、 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(jīng)造粒機(jī)制成的414目散粒狀物料，初濕量一般在10%30%，干燥后物料的終濕量一般在0.02%0.3%。由于物料在床層內(nèi)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(dāng)被干燥的物料顆粒度在80100目或更細(xì)地物料時，如聚氯乙烯，則干燥器上部須加以擴(kuò)大，以減少細(xì)粉夾帶；其分布板德孔徑及開孔率也相應(yīng)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1.52.0mm。篩板上方有豎向擋板，將流化

11、床分隔成8個小室，每塊擋板可上下移動，以調(diào)節(jié)其與篩板的間距。每一小室的下部，有一進(jìn)氣支管，支管上有調(diào)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(jī)；2加料斗；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(jìn)氣支管；8多孔板；9旋風(fēng)分離器；10袋式過濾器； 11抽風(fēng)機(jī)；12視鏡濕物料由搖擺顆粒機(jī)連續(xù)加料于干燥器右邊的第一室內(nèi)，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(jīng)過濾器到加熱器加熱后，分別從8個支氣管進(jìn)入8個室的下部，通過多孔板進(jìn)入干燥室，流化干燥物料。其廢氣由干燥器頂部排出，經(jīng)旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器，由抽風(fēng)機(jī)排到大氣。臥式多室

12、流化床干燥器對多種物料適應(yīng)性較大。它較廂式干燥器占地面積小，生產(chǎn)能力大，熱效率高，干燥后產(chǎn)品濕度葉較均勻。同氣流式干燥器比較，可以調(diào)節(jié)物料在床層內(nèi)的停留時間，易于操作控制，而且物料顆粒粉碎率小，因此應(yīng)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(fēng)溫度時更為明顯。若在不同室調(diào)整進(jìn)風(fēng)量及風(fēng)溫，逐室降低風(fēng)量、風(fēng)溫和熱風(fēng)串聯(lián)通過各室，可提高熱效率。另外，物料過濕會在前兩室內(nèi)易產(chǎn)生結(jié)塊，需經(jīng)常清掃。3.優(yōu)化后的流程圖及說明（附：設(shè)計(jì)圖紙一張及說明）四工藝計(jì)算1.物料衡算和熱量衡算（1）物料衡算由給定的任務(wù)條件已知，生產(chǎn)能力為3000kg/h(以干燥產(chǎn)品計(jì))，即為G2=3000kg/h

13、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25下的飽和蒸汽壓由表可查Ps=3.1684kPa空氣濕度為絕干氣體質(zhì)量流率為而所以（2） 空氣和物料出口溫度的確定空氣的出口溫度t2應(yīng)比出口處濕球溫度高出2050（這里取35）即 及，近似取，于是：解得（3）干燥器的熱量衡算干燥器中不補(bǔ)充熱量，故，因而可用下式進(jìn)行計(jì)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 又由（4）預(yù)熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽消耗量，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）臨界流化速度的計(jì)算在80下空氣的有關(guān)參數(shù)： 導(dǎo)熱系數(shù) 取球形顆粒床層在臨界流化點(diǎn)，由的數(shù)值查圖得

14、，臨界流化速度為（2）顆粒帶出速度帶出速度為 （3）操作流化速度取操作流化速度為，即3.流化床層底面積的計(jì)算 （1）干燥第一階段底面積由下式計(jì)算，即式中有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下：取靜止床層厚度為干空氣得質(zhì)量流速取為，即 由于，由解得 （2）物料升溫階段所需底面積由下式計(jì)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=1.7m,長度l=2.5m,則流化床的實(shí)際底面積為4.25沿長度方向在床層內(nèi)設(shè)置四個橫向分隔板,板間距0.5m物料在床層內(nèi)的停留時間為 5.干燥器高度（1）向高度由下式計(jì)算，即 而由下式算出，即（2）分離段高度由，從圖中查得， 干燥器總高度為了減少氣流對固體顆粒的帶出量，取分

15、布板以上的總高度為3.5m6. 干燥器結(jié)構(gòu)布?xì)庋b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4所示： （1）布?xì)庋b置 采用單層多孔布?xì)獍澹胰》植及鍓簭?qiáng)降為床層壓強(qiáng)降的15%，則 再取阻力系數(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)為： 個 分布板的實(shí)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（可調(diào)節(jié)），提供室內(nèi)物料通路，分隔板寬1.7m，高2.5

16、m,由5mm厚鋼板制造。（3）物料出口堰高h(yuǎn) 用下式求溢流堰高度h，即 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，即 整理得， 經(jīng)試差得， h=0.79m為了便于調(diào)節(jié)物料的停留時間，溢流堰的高度設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。7. 管徑的計(jì)算及管道選擇空氣流動適宜流速為1520m/s取流速u=20m/s計(jì)算空氣入口管路管徑：故選用700mm管路管徑，材質(zhì)為不銹鋼，壁厚3mm計(jì)算空氣出口管路管徑：選用750mm管路管徑，材質(zhì)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(jì)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3.5mm，材質(zhì)為不銹鋼。同理可得查表知蒸汽冷

17、凝水管道選取無縫鋼管為輸送管道外徑為80mm，壁厚3.5mm，材質(zhì)為不銹鋼。五附屬設(shè)備的選型 1.送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī) （1）送風(fēng)機(jī) 壓頭HT為 上式中可忽略，所以上式可簡化為 取風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓HT為4000已知標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣密度空氣進(jìn)口密度=1.0kg/m3標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積流量標(biāo)準(zhǔn)狀況下風(fēng)壓根據(jù)計(jì)算結(jié)果所得9-27-101N08型風(fēng)機(jī)滿足要求 （2）排風(fēng)機(jī)由上式計(jì)算同理可得取風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓為為3000，則，所以9-27-101N08型風(fēng)機(jī)滿足要求2.氣固分離設(shè)備為獲得比較高的固相回收率，擬選用XLP/B-8.2型旋風(fēng)分離器。其圓筒直徑820，入口氣速20。壓強(qiáng)降為1150，單臺生產(chǎn)能力8650。旋風(fēng)分離器各

18、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 1.8D 進(jìn)口寬度b 0.2D 進(jìn)口高度a 0.4D 排氣管直徑d 0.3D 排氣管深度l 0.8D 3.供熱設(shè)備用來加熱干燥介質(zhì)的換熱器稱為空氣加熱器。本設(shè)計(jì)采用飽和水蒸汽作為加熱介質(zhì)。常見的加熱器有兩種形式，一種是SRZ；另一種是SRL。這兩種結(jié)構(gòu)形式的熱媒都在管子內(nèi)流動，通過管子的外表面加熱空氣，由于空氣的換熱系數(shù)要比管內(nèi)側(cè)熱媒的換熱系數(shù)低得多，所以管外側(cè)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(jù)設(shè)計(jì)要求擬選用SRZ型螺旋翅片加熱器。4. 供料設(shè)備供料器是保證按照要求定量、連

19、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(fèi)用低，但是物料進(jìn)干燥器的量誤差較大，只能用于定量要求不嚴(yán)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(jìn)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

20、輸送距離受到限制，磨損嚴(yán)重。 我們本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是干燥PVC，它在進(jìn)入干燥器之前的溫度下為固態(tài)顆粒狀，顆粒平均直徑md=140mm，且硬度和剛性都較高。 因?yàn)閳A盤供料器只能用于定量要求不嚴(yán)格的物料，所以通常情況下不選用。又因?yàn)槁菪┝掀魅菀壮练e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(shè)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(jù)物料性質(zhì)（散粒狀）和生產(chǎn)能力（3）選用星型供料裝置（加料和排料）。其規(guī)格和操作參數(shù)如下： 規(guī)格： 生產(chǎn)能力： 葉輪轉(zhuǎn)速： 鏈輪傳動齒輪減速電機(jī)：型號JTC561，功率，輸出轉(zhuǎn)速。5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. 臥式多室流化床干燥裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總項(xiàng) 目符 號單 位計(jì)算數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品量 3000物料溫度入 口30 出 口40.3氣體溫度入 口80出 口67氣體用量絕干氣