臥式多室流化床干燥器的設計(共64頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課 程 設 計設計題目 臥式多室流化床干燥器的設計 學生姓名 楊姝靜 學 號 專業(yè)班級 化工工藝08-2班 指導教師 呂建平 姚濤 2011年4月18日化工原理課程設計成績評定表設計題目成績課程設計主要內(nèi)容本次課程設計我們采用臥式多室流化床干燥器將顆粒狀物質(zhì)的含水量從3%燥至0.02%，生產(chǎn)能力為1.3萬t/a。經(jīng)過對總費用包括設備折舊費、空氣預熱和風機運轉(zhuǎn)費優(yōu)化設計后，該流程可概括為：來自氣流干燥器的顆粒狀物料用星型加料器加入干燥器的第一室，再經(jīng)過其余的四個室，在67.17下離開干燥器。濕度為0.02的空氣經(jīng)翅片換熱器（熱載體為400kPa飽和水蒸氣）加熱至105后

2、進入干燥器，經(jīng)過與懸浮物料接觸進行傳質(zhì)傳熱后，濕度增加到0.03，溫度降至70.5。尾氣經(jīng)過旋風分離器和布袋式除塵器，提高了產(chǎn)品的收率之后排放。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工作。我們主要設計的是干燥裝置中的干燥器的長度、寬度以及結(jié)構(gòu)，流化床面積，以及其它附屬設備的選型、尺寸、規(guī)格以及風壓等等（包括：換熱器、供料器、風機、氣-固分離器、脈沖袋濾器、空氣過濾器等）。并在國家標準中選取適當?shù)脑O備型號，從而得到一份簡明的干燥裝置的說明書，然后用計算機輔助設計軟件CAD將臥式干燥流化床干燥流程的具體工藝流程畫出，然后再用CAD將已選型的設備及附屬設備依次畫出，經(jīng)修改后，最后確認成

3、圖打印。指導教師評語簽名： 200 年 月 日化工原理課程設計任務書專業(yè) 班級 姓名 設計題目：臥式多室流化床干燥器的設計設計時間：2011.4.182011.5.6指導老師：呂建平 姚濤設計任務：年處理 1.3 萬噸某顆粒狀物料。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 0.02%（以上均為濕基）。已知參數(shù)如下：被干燥物料顆粒密度 1200 kg/m堆積密度 400 kg/m干物料比熱容 1.20kJ/kgK平衡濕含量 近似取為 0臨界濕含量 0.013（干基）顆粒平均粒徑 0.15 mm進口溫度 30在干燥系統(tǒng)要求收率99.5%（回收5m

4、以上顆粒）干燥介質(zhì)濕空氣進預熱器溫度t0 45初始濕度 0.02 kg水/kg干空氣進干燥器溫度t1 105加熱介質(zhì)飽和水蒸氣，壓力自選。年工作日300天，連續(xù)生產(chǎn)。試設計干燥器主體，,選擇并核算氣固分離設備、空氣加熱器、供風裝置、供料器。圖紙：帶控制點工藝流程圖一張（3#圖紙）；主體設備工藝條件圖一張（1#圖紙）。目 錄專心-專注-專業(yè)前 言 干燥過程廣泛用于生產(chǎn)和生活中。最初利用自然界的太陽能及風力，對物料及農(nóng)副產(chǎn)品進行緩慢的干燥加工。而后，隨著農(nóng)業(yè) 發(fā)展，這種天然的、勞動強度極大而又不能受人們意志控制的干燥方法，逐步讓位給各種人工去濕方法和人工干燥過程。 去濕方法和干燥過程：在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

5、中，經(jīng)常會遇到從各種物料中除去濕。分的過程，各種物料可以是固體，液體或氣體，而濕分則常常是水或水蒸氣，但在某些情況下，也可以是有機液體或有機蒸汽等其他濕分。 從物料中除去濕分的操作稱為去濕。去濕方法按作用原理來分，可分為：機械法，熱物理法，物理化學法。干燥過程的特點：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(zhì)過程，而濕分從固體物料內(nèi)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(nèi)部的傳質(zhì)過程。因此，干燥過程的特點是傳熱和傳質(zhì)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(zhì)過程的進行，有

6、時傳熱又能減緩傳質(zhì)的速率。干燥操作的目的：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(chǎn)生氣泡及物料降解，事先必須經(jīng)過干燥。為改進工藝生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品收率而使用干燥操作。為防止在生產(chǎn)過程中存在引起腐蝕的濕分而應用干燥，例如煤氣的干燥或苯在氯化之前的干燥等。各種生產(chǎn)工藝的要求：如:提高粉末加工效率，在粉末前必須2.為提高或強化大型設備的生產(chǎn)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(chǎn)能力提高50%，且還能提高焦碳的質(zhì)量。3.干燥原材料或產(chǎn)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

7、然流動的特征。 4.提高燃料的熱值，以使劣質(zhì)燃料能有效地應用于高溫工業(yè)用爐，或增加產(chǎn)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(chǎn)品便于保藏，而不至于中途變質(zhì)腐爛而應用干燥操作。如各種抗生素藥品，各種生化制品，各種食品，蔬菜等水分的存在，有利于微生物的繁殖，因而使產(chǎn)品分解或變質(zhì)。干燥對這類物品的儲存是十分必要的。傳統(tǒng)的干燥器主要有箱式干燥器、隧道干燥器、轉(zhuǎn)筒干燥器、帶式干燥器、盤式干燥器、槳葉式干燥器、流化床干燥器、噴動床干燥器、噴霧干燥器、氣流干燥器、真空冷凍干燥器、太陽能干燥器、微波和高頻干燥器、紅外熱能干燥器等。干燥設備制作是密集型產(chǎn)業(yè)，我國的國產(chǎn)干燥設備價

8、格相對低廉，因此具有較強的競爭力。主要包括：（1）物料靜止型或物料輸送型干燥器；（2）物料攪拌型干燥器；（3）物料熱風輸送型干燥器；（4）物料移動狀態(tài)；（5）輻射能干燥器。為了改善產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)上常采用臥式多室流化干燥器，干燥室的橫截面做成長方形，用垂直擋板分隔成多室（一般為48室），擋板與多孔板之間留有一定間隙（一般為幾十毫米），使物料能順利通過。濕物料自料斗加入后，一次有第一室流到最后一室，在卸出。由于擋板的作用，可以使物料在干燥器內(nèi)的停留時間趨于均勻，避免短路。并可以根據(jù)干燥的要求，調(diào)整各室的熱、冷風量以實現(xiàn)最適宜的風量與風速。也可在最后一、二室內(nèi)只同冷風，以冷卻干物料。干燥室截面在上部

9、擴大，以減少粉塵的帶出。流化床干燥器還 可以做成多層式。以臥式多室流化床干燥器相比，其優(yōu)點是熱效率較高。但由于壓降大，而且物料由上一層流到下一層的裝置較復雜，生產(chǎn)上不如臥式用得廣泛。流化床干燥器的特性：1) 物料干燥速度大,在干燥器中停留時間短,所以使用于某些熱敏性物料的干燥.2）由于流化床內(nèi)溫度均勻，并能自由調(diào)節(jié)，故可得到均勻的干燥產(chǎn)品。3）因熱傳遞迅速，所以處理能力大。4) 在同一設備中,既可進行連續(xù)操作,又可進行間歇操作.5）由于滯留時間可在幾分鐘幾小時范圍內(nèi)任意選定，故可生產(chǎn)含水分極低的干燥制品。6）因流化床有相似于液體的狀態(tài)和作用，所以處理容易。此外，物料輸送簡單。7）裝置無運動部件

10、，結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。但被處理物料的形狀和粒徑有一定限制。8）不適用于易黏結(jié)或結(jié)塊的物料。9)床層內(nèi)縱向返混嚴重,對單級式連續(xù)干燥器,物料在設備內(nèi)停留時間不均勻,有可能使部分未干燥的物料隨著產(chǎn)品一起排出床層外.10) 對被干燥物料的粒度有一定的限制,一般要求不小于30、不大于6。11）對產(chǎn)品外觀要求嚴格的物料不易采用。干燥貴重和有毒的物料時，對回收裝置要求苛刻。干燥器選型時應考慮以下因素：1） 被干燥物料的性質(zhì)，如熱敏性、粘附性、顆粒的大小形狀、磨損性以及腐蝕性、毒性、可燃性等物理化學性質(zhì)。2） 對干燥產(chǎn)品的要求：干燥產(chǎn)品的含水量、形狀、粒度分布、粉碎程度等。如干燥食品時，產(chǎn)品的幾何形狀、粉碎

11、程度均對產(chǎn)品的質(zhì)量及價格有直接的影響。3） 物料的干燥速率曲線與臨界含水量：確定干燥時間時，應先由實驗做出干燥速率曲線，確定臨界含水量。物料與介質(zhì)接觸狀態(tài)、物料尺寸與幾何形狀對干燥速率曲線的影響很大。4） 回收問題：固體粉粒的回收及溶劑的回收。5） 干燥熱源：可利用的熱源的選擇及能量的綜合利用。6） 干燥器的占地面積、排放物及噪聲是否滿足環(huán)保要求。摘要:在化學工業(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3%降至0.02%，生產(chǎn)能力為1.3萬t/a。來自氣流干燥器的顆粒狀物料用

12、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68.5下離開干燥器。濕度為0.02%的空氣經(jīng)翅片換熱器（熱載體為400kPa飽和水蒸氣）加熱至105后進入干燥器，經(jīng)過與懸浮物料接觸進行傳質(zhì)傳熱后，濕度增加到0.02，溫度降至70.8。最后將尾氣通過旋風分離器和袋濾器，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壓下工作。通過查閱資料和選用公式設計，干燥器較好的設計結(jié)果為：床層底面積3m2，長度與寬度分別取2.5m和1.2m，高度2.3m，隔板間距0.5m，物料出口堰高0.3m。分布板開孔率7%，總篩孔數(shù)個，孔心距5.5mm。此外，還確定了合適的送風機、排風機、旋風分

13、離器、袋濾器、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Abstract: In Chemical industry, the process of drying is usually required in order to meet the demand of the rate of water content of material as well as the storage and transportation. The task in the course of Design for the Course of Principles of

14、Chemical Engineering was to fulfill designing a drying equipment of multi-compartment fluidized dryer, which could handle 13,000-ton granular materials a year with water content 3% to an extent of water content of 0.02%. Solids coming from gas-dryer were injected to the first compartment with a star

15、-like feeder, which then past other three compartments one by one and left at 68.5. Air, which heated to 105 by a fin type heat exchanger (heat carrier, 400kPa moist steam), exchanged heat and mass with granular materials in fluidized bed and discharged from dust collector as clean gas, with humidit

16、y increased from 0.02 to 0.05 and temperature decreased from 105 to 70.8. Blowing fan and exhaust fan were used together in the process flow to keep dryer working under little subatmospheric pressure. After resourcing and calculating, the optimum parameters of multi-compartment fluidized dryer deter

17、mined in our design work were as follows: fluidized bed area 3m2 with 2.5m in length and 1.2m in width, compartment height 2.3m, distance between division plate 0.5m, weir height for dry product discharge 0.3m, opening ratio 7% in distributor plate with total number of holes and hole distance 5.5 mm

18、. Furthermore, model number of other accessory equipments such as blowing fan, exhaust fan, cyclone, bag filter, heat exchange and air filter were also chosen to meet drying requirements.Keywords：drying; multi-compartment fluidized bed; solid material; heat carrier1干燥過程的設計方案及流程說明1.1干燥過程的設計方案（流程圖）圖1.

19、1 干燥過程設計流程圖 1.1.1 主體設備的設計本次設計任務是：年處理量為1.3萬噸某顆粒狀物料的干燥。從氣流干燥器來的細顆粒物料，初始含水量為3%，要求在臥式多室流化床干燥器中干燥至0.02%。根據(jù)設計任務及操作條件，首先要物料及熱量衡算，并確定出空氣和物料出口溫度。在干燥器的設計過程中，依次根據(jù)條件與已知量求出流化速度和流化床層底面積，以及干燥器的寬度、長度和高度，最后是干燥器結(jié)構(gòu)設計，包括布氣裝置，分隔板，及物料出口堰高的計算。進而確定臥式多室流化床干燥器主體設備的結(jié)構(gòu)及尺寸，臥式的選擇，從高度方面大大節(jié)省了設備的成本，從經(jīng)濟上帶來了一定的效益！ 1.1.2 輔助設備的選擇流化干燥的附

20、屬設備主要包括風機、空氣加熱器、氣固分離器及供料器，這些設備的合理選擇對干燥具有重要的作用。對于風機的選擇首先根據(jù)所輸送氣體的性質(zhì)（如清潔器，含塵器）與風壓范圍，確定風機的材質(zhì)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。因為其選擇要同時滿足全風壓和所需風量兩者的條件，但由于參照樣本中沒有合理的風機可供選擇，故可選擇風壓稍大的機型以滿足條件。對于空氣加熱器的選擇，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(cè)的傳熱面積，從而提高了傳熱效果。至于供料器，選擇的是星型供料器，該供料器是應用最廣泛的供料器之一。其操作原理是：電動機通過減速器帶動星型葉

21、輪轉(zhuǎn)動，物料進入葉片之間的空隙中，借助葉輪旋轉(zhuǎn)由下方排到受料系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，物料顆粒幾乎不受破碎，對高達300高溫物料也能使用，體積小，安裝簡便，可用耐磨、耐腐蝕材料制造，適用范圍很廣，但其結(jié)構(gòu)不能保持完全的氣密性，對含濕量高以及有粘附性物料不宜采用。最后，是氣固分離器的選擇，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(jié)構(gòu)比例關系確定其他尺寸。本次設計所選的旋風分離器的型號是：XLT/B-9.4。1.2干燥過程的流程說明濕物料由星型供料器加入、通過空氣過濾器，后利用送風機的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的負壓的推動使物料進入管路。然后，凈

22、化后溫度為45oC的空氣進入換熱器，與壓力為400kPa的飽和水蒸氣進行熱量交換，空氣被加熱，飽和水蒸氣冷卻被液化。出口處的空氣溫度，即進干燥器溫度為105oC。2 優(yōu)化設計 干燥廣泛應用于化工，醫(yī)藥，冶金，建材，食品等領域，是一種能耗高的單元操作系統(tǒng)。常規(guī)干燥設計是按經(jīng)驗確定干燥介質(zhì)（通常為空氣）的出口溫度，即出口溫度應比絕熱飽和溫度高2050oC，然后進行干燥器其他工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸的設計。干燥介質(zhì)出口溫度選擇不當，會增加干燥過程設備投資費用與操作費用，因為干燥介質(zhì)出口溫度是干燥器設計的重要參數(shù)之一，出口溫度高則干燥介質(zhì)出口濕度降低，干燥介質(zhì)耗用量增加。出口溫度升高使平均傳熱推動力增大；出

23、口濕度降低，使傳質(zhì)推動力增大，平均傳熱和傳質(zhì)推動力增大使干燥設備體積減少，而干燥器出口溫度降低，使干燥介質(zhì)耗用量減少，干燥器體積增大。因而有必要對干燥器進行優(yōu)化設計。本次優(yōu)化設計以年總費用最小為目標，編寫程序來其確定干燥介質(zhì)的最佳出口溫度。2.1.優(yōu)化分析2.1.1.干燥器年總費用以球形顆粒和空氣為例建立干燥器優(yōu)化設計的數(shù)學模型。臥式多室流化床干燥器（干燥介質(zhì)和被干燥物料呈錯流）的流程示意圖如下： 圖2.1臥式多室流化床干燥器流程示意圖在考慮了干燥器，空氣預熱器，風機，除塵器等設備的投資折舊費用和空氣預 熱費用，風機運轉(zhuǎn)費用等操作費用的情況下，建立了干燥介質(zhì)出口溫度優(yōu)化設計數(shù)學模型，它以年總費

24、用為目標函數(shù)，總費用為：;式中：總費用，萬元/年；Gd干燥設備投資折舊費，萬元/年；空氣預熱費，萬元/年；風機運轉(zhuǎn)費，萬元/年。2.1.2干燥設備投資折舊費用干燥設備投資折舊費用包括干燥器，預熱器，風機和除塵器設備的投資折舊費。設年投資折舊費為：式中： 干燥器體積，；設備年折舊率，；美元和人民幣的兌換系數(shù)。為綜合指數(shù)，它隨企業(yè)規(guī)模，加工能力，產(chǎn)品質(zhì)量，信譽，服務水平等不同而不同，一般可取0.20.4，為通貨膨脹系數(shù)，設2005年為1500.1， 若以后各年不知，可按5%遞增速度計算，為經(jīng)驗系數(shù)，一般可取4555，為指數(shù)，一般可取11.5，為設備折舊率，一般取0.080.125,即干燥器使用年限

25、一般為812年。由式得干燥系統(tǒng)的設備折舊費是干燥器體積的函數(shù)。2.1.3 空氣年預熱費用 若干燥介質(zhì)溫度低于1600C時，較適合采用蒸汽預熱干燥介質(zhì)?？諝忸A熱費用實際上是所消耗蒸汽的費用，它與干燥物料時的流量，預熱空氣的流量等有關，由物料衡算和熱量衡算得到飽和水蒸氣的用量，水蒸氣用量越大，則空氣年預熱費用越多，因此空氣預熱費用為：式中：飽和水蒸氣的流量，； 年工作時間，； 飽和水蒸氣的價格，一般可取160200/噸。2.1.4風機年運轉(zhuǎn)費用 風機年運轉(zhuǎn)費用為風機運轉(zhuǎn)所消耗的電能的費用，它與風機的風量成正比，若干燥系統(tǒng)阻力較小，可采用一臺送風機，其年運轉(zhuǎn)費用為:若干燥系統(tǒng)的阻力較大或防止干燥器中

26、干燥介質(zhì)中干燥介質(zhì)向外泄露，使干燥器內(nèi)產(chǎn)生一定的負壓，則必須在干燥系統(tǒng)出口增加一臺排風機，其年運轉(zhuǎn)費用可用下式計算：式中，送風機，排風機的風量，;0.0004經(jīng)驗比例系數(shù)。2.2 干燥器優(yōu)化設計工藝分析由以上分析得要求干燥系統(tǒng)的總費用，必須求得風機用量，；飽和水蒸氣的用量；干燥器體積。而這三個變量是空氣出口溫度的函數(shù)，在空氣出口溫度t2確定的情況下，是可以通過工藝衡算得到。2.2.1 風機風量對臥式多室干燥系統(tǒng)在干燥器出口要采用除塵裝置分離空氣中的固體顆粒，故干燥系統(tǒng)的阻力較大，除在干燥系統(tǒng)進口安裝送風機外還要在干燥系統(tǒng)出口處安裝排風機，送風機安裝于預熱器之前，此時濕空氣的狀態(tài)為（，），而排風

27、機安裝于干燥器之后，其濕空氣狀態(tài)為（，），所以送風量和排風量分別為：2.2.2 干燥器體積的計算由于多室流化床的干燥速度快，物料在干燥器中停留的時間短，其整個過程可認為由恒速干燥和降速干燥兩個階段組成。按體積給熱系數(shù)法計算其體積，為。要求得干燥器的體積，必須求的干燥過程的傳熱量，體積給熱系數(shù)以及對數(shù)平均推動力。下面分別敘述：2.2.3 干燥器的物料和熱量衡算 圖2.2如圖,進入干燥器的新鮮的空氣的絕干空氣的消耗量為，空氣進出干燥器時的濕度為，濕物料進出干燥器時的干基含水量為濕物料進出干燥器時的流量。為單位時間內(nèi)水分的蒸發(fā)量。則單位時間內(nèi)絕干物料的流量為：式中：絕干空氣的消耗量，絕干空氣；空氣進

28、出干燥器時的濕度，絕干氣；濕物料進出干燥器時的干基含水量，水分干料；濕物料進出干燥器時的流量，kg物料；單位時間內(nèi)水分的蒸發(fā)量，；單位時間內(nèi)絕干物料的流量，絕干料。圖2.3對如圖所示干燥裝置作熱量衡算，則得在本設計中的干燥器沒有補充熱量，故，所以，干燥器中的熱量衡算可表達為： （b）由上式得加入干燥系統(tǒng)的的熱量用于以下四個方面：以汽化水分，以加熱物料，以補償設備的熱損失，以Ql加熱空氣。其中:又 =因為干燥器的熱損失為有效耗熱量的15%，即：將上面各式代入(b)式，即為解得L，將代入;解得 。2.2.4 預熱器熱負荷及加熱蒸汽消耗量由分析的預熱器的熱消耗量為：用飽和水蒸氣加熱，自定飽和水蒸氣的

29、飽和蒸汽壓，確定飽和蒸汽的溫度為 ，冷凝熱 。取熱損失為有效傳熱量的15%，則有；即蒸汽消耗量為：2.2.5體積傳熱系數(shù)的確定流化床由于干燥介質(zhì)和物料充分接觸，傳熱效率高，其體積傳熱系數(shù)一般在之間，其值和雷諾數(shù)，干燥介質(zhì)的物理化學性質(zhì)及干燥器的結(jié)構(gòu)有關。推薦公式如下： 1式中：靜止時床層的比表面積，；靜止床層的空隙率；顆粒平均直徑，m。臨界雷諾數(shù)為為操作流化速度，具體計算方法參考教材1。為空氣的密度，流化床的對流傳數(shù)， 流化床層的體積傳熱系數(shù)或熱容量系數(shù)，由于， 對 校正（）得:。2.2.6 總對數(shù)平均推動力的計算干燥過程中恒速段和降速段的對數(shù)平均推動力和有較大的差別，所以應分別計算恒速段和降

30、速段的對數(shù)平均推動力。而的計算與干燥過程中恒速段與降速段交界處的空氣和濕物料的狀態(tài)有關。故作如下假設：假設物料的傳熱和傳質(zhì)只發(fā)生在高度為H,空隙率為0.4的靜止床層內(nèi)，且其過程分為兩個部分，一，恒速蒸發(fā)階段，二，降速段。具體過程如下：第一階段：在恒速蒸發(fā)階段濕物料溫度由升到，水分含量由（初始濕含量）降為（臨界濕含量），干燥介質(zhì)溫度由降到，物料和熱量衡算為： （干燥介質(zhì)在恒速階段釋放的熱量）；第二階段：濕物料溫度由升到，含水量由降到（最終含水量），干燥介質(zhì)溫度由到，物料和熱量衡算關系為： （降速階段水蒸發(fā)和濕物料升溫需要的熱量）。上式中空氣流量，物料流量等由總的物料和熱量衡算得到，其他臨界條件由

31、已知得到。由上兩式子分別得到不同階段的溫度（，），將物料和介質(zhì)的流向假認為逆流，計算得到逆流傳熱平均溫差，：帶入，得到，考慮干燥器實際體積比傳熱體積大和熱損失等因素，由經(jīng)驗取實際體積和傳熱體積的比值為6。即干燥器體積。 由附錄的程序可以算出從空氣出口溫度59.8度到88.8度時的設備折舊費、空氣預熱費、風機運轉(zhuǎn)費及總費用，通過比較可知在出口溫度為70.8度時為最優(yōu)狀態(tài)。結(jié)果如下：設備折舊費Gd=32.13 萬元 ,空氣預熱費Gh=28.78 萬元 ,風機運轉(zhuǎn)費Gp=3.52 萬元總費用最少值J=64.42 萬元 最佳出口溫度t2=70.80相應的費用-溫度圖如下：圖2.4 費用-溫度圖3 干燥

32、過程的計算3.1主體設備的工藝設計計算3.1.1 物料衡算 3.1.2 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(jīng)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：絕干氣/h 由式 可求得空氣離開干燥器的濕度H2，即 水/絕干氣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，400水蒸氣的溫度，冷凝熱，取預熱器的熱損失為有效傳

33、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6-101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（6-10）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(zhì)量流速取為，即由于，所得值應予以校正，由值從圖6-111查得 。解得1. 物料升溫階段所需底面積

34、，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=1.2 ，長度l= 2.5，則流化床的實際底面積為。沿長度方向在床層內(nèi)設置4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2. 分離段高度由及,從圖6-121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2.69m。3.2.5 干燥器結(jié)構(gòu)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(zhì)的體積流量為：選取篩孔直徑

35、,則篩孔總數(shù)為：個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： 12分隔板沿長度方向設置4個橫向分隔板，隔板與分布板之間的距離為3050mm（可調(diào)節(jié)），提供室內(nèi)物料通路。分隔板寬 1.2m ，高 2.3m ，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(jīng)試差解得：。3.3 附屬設備的選型3.3.1 送風機和排風機為克服整個干燥系統(tǒng)的阻力以輸送干燥介質(zhì)，必須選用合適類型的風機并確定其安裝方式。風機的安裝方式基本有三種，即送風式、后抽式、前送后抽式，此處選用前送后抽式，選擇兩臺風機分別安裝在換熱器的

36、前面和除塵器的后面，調(diào)節(jié)前后壓強，可使干燥室處于略微負壓，整個系統(tǒng)與外界壓強差可很小。1.送風機已知體積流量4 壓頭4式中 可忽略, 則整個干燥過程的壓降主要有空氣過濾器、換熱器、干燥器、旋風分離器和袋濾器的壓降，由相關信息估算干燥器壓降為，則總和壓降為取總壓降為，為前半段提供動力的風機取已知標準條件下空氣密度為查表知進口空氣密度為；標準條件下體積流量為：4標準條件下風壓為：4根據(jù)所需風量和風壓參考旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥與氣流干燥技術(shù)手冊5209頁，查9-19No.6.3A型離心通風機滿足要求，電動機型號為Y200L1-2。該風機性能如下：風量 56906978全風壓 88578148軸功率 30kW

37、2.排風機已知體積流量4為后半段提供動力的風機取，已知干燥器出口空氣溫度為t2=70.8，查表知此時空氣密度為則標準條件下體積流量和風壓分為：44根據(jù)所需風量和風壓參考旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥與氣流干燥技術(shù)手冊5209頁，查9-19No.6.3A型離心通風機滿足要求，電動機型號為Y200L1-2。該風機性能如下：風量 56906978全風壓 88578148軸功率 30kW 3.3.2 供料裝置根據(jù)物料性質(zhì)（散粒狀）和生產(chǎn)能力（1805.56kg/h）選用星形供料裝置（加料和排料）。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。供料器有各種不同的形式和容量，必須根據(jù)物料的物理性質(zhì)和化

38、學性質(zhì)（如含濕量、堆積密度、粒度、黏附性、吸濕性、磨損性和腐蝕性等）以及要求的加料速度選擇適宜的供料器。常用的固體物料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(zhuǎn)葉輪供料器，操作方便，安裝簡便，對高達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

39、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。我們本次設計的任務是干燥細顆粒物料，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，硬度和剛性應較高。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300天，每天24小時的連續(xù)工作。另外噴射式供料器效率不高，且磨損嚴重，輸送能力和輸送距離受到限制，也不宜采用。綜上，我們選用星型供料裝置，如下圖所示： 圖3.1 星型加料器物料供料量 計算星型加料器每轉(zhuǎn)加料量為參考旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥與氣流干燥技術(shù)手冊554頁，選擇型星型加料器 ，該加料器主要參數(shù)如下

40、：每轉(zhuǎn)體積 電機 轉(zhuǎn)速 工作溫度 質(zhì)量 主要尺寸：A-280,B-240,C-180,H-280,F-140,E-530,n-d-3.3.3 除塵設備由于對于粒徑小于的細粉在旋風分離器內(nèi)的除塵效果較差，為了回收有價值的塵粒和保護衛(wèi)生，工業(yè)上常采用除塵效率更高的設備進行二次除塵。二次除塵設備中常用的有袋濾器和濕式除塵器，其中袋濾器應用最多，具有以下特點：對于微米或亞微米數(shù)量級塵粒的除塵效率一般可達99%，甚至可達99.9%以上；處理氣體量范圍大，根據(jù)需要， 可設計制造出處理每小時幾立方米到幾百萬立方米氣流量的袋式除塵器。適應性強，可以捕集多種干性粉塵； 不受粉塵比電阻的限制， 特別對于高比電阻粉

41、塵，除塵效率比電除塵器高得多； 進口含塵氣體在相當大的范圍內(nèi)變化，對除塵效率和阻力影響不大。結(jié)構(gòu)簡單， 使用靈活，運行穩(wěn)定可靠，不存在水污染和污泥處理等問題。因此本次設計采用袋濾器。目前應用最多的袋濾器有兩種形式，一種為電磁脈沖反吹式袋濾器，另一種為機械回轉(zhuǎn)反吹式袋濾器。兩種袋濾器各有優(yōu)缺點，脈沖式可以自動控制反吹周期及反吹時間，但反吹量較少，如果濾袋較長時，末端的反吹效果不佳。機械回轉(zhuǎn)反吹量較大，反吹效果較好，但對系統(tǒng)有一定影響，使系統(tǒng)壓力波動。綜合以上優(yōu)缺點，我們選用具有自動控制的脈沖袋濾器。參考常用化工單元設備設計6212-213頁知，對于脈沖袋濾器 6式中 ：所需過濾面積，； 含塵氣體

42、處理量，； 過濾風速，。對于脈沖振打 已知含塵氣體處理量 故 2查表后選用DMC-48型脈沖袋濾器 3.3.4 換熱器選型用來加熱干燥介質(zhì)（空氣）的換熱器稱為空氣加熱器。一般可采用煙道氣或飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)，且已飽和水蒸氣應用更廣泛。在干燥系統(tǒng)中，常用的蒸汽加熱器有兩種主要形式，一種是型；另一種是型。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，由于空氣側(cè)的換熱系數(shù)要比管內(nèi)側(cè)熱媒的換熱系數(shù)低很多，所以管外側(cè)都加工成翅片，用以提高管外空氣的湍流程度以及增加單位管長的換熱面積，提高傳熱性能。兩種加熱器操作壓力范圍一般為，被加熱的空氣溫度在以下，迎面氣速為，最高不超過。對于此次設

43、計任務來說，操作壓力為，被加熱空氣最高溫度為，符合加熱器操作范圍要求。從蒸汽性能表中查得，當蒸汽壓力時，飽和蒸汽溫度。空氣平均溫度,此時空氣密度。參考干燥裝置設計手冊2303-307頁，根據(jù)其中蒸汽加熱器性能規(guī)格表12-1，初選型號為，單元組件的散熱面積，通風凈截面積，受風面積確定空氣從45升至105所需熱量 2實際風速：空氣的質(zhì)量流速：根據(jù)所查公式求排管的傳熱系數(shù)K：傳熱溫差：所需傳熱面積A：所需單元排管數(shù)n：實際選取3組，總傳熱面積性能校核迎面風速 ，故合適。傳熱面積安全系數(shù) ，加熱空氣側(cè)總阻力 SRZ型換熱器結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3.2 SRZ型換熱器SRZ型換熱器：這種形式的傳熱單元組件是

44、順空氣流向的三排交叉排列螺旋翅片管束組成，其翅片管均用無縫鋼管繞制上的皺褶鋼帶而成，呈螺旋狀，片距有5mm、6mm、8mm三種共38種規(guī)格，為了消除翅片與管子接觸處的間隙，繞片之后進行熱鍍鋅。采用這種加工工藝的散熱排管，翅片與管子緊密接觸，熱阻小，傳熱性能良好，穩(wěn)定并且耐腐蝕。3.3.5 空氣過濾器空氣動力設備吸入含有灰塵的空氣之后，由于所用加熱介質(zhì)空氣中有可能會含有各種煤塵、顆粒，如隨空氣進入到干燥系統(tǒng)中將造成設備的磨損，縮短設備的使用壽命，吸入的灰塵會在風機葉片表面上結(jié)垢，造成設備中轉(zhuǎn)子的動平衡精度下降，使其工作壽命大大減短，灰塵中的有害化學成分會使設備生銹、腐蝕，因而，空氣動力設備必須要

45、配高精度空氣過濾器。已知空氣流量為查相關資料9知，無錫市宏嘉凈化設備有限公司生產(chǎn)的型自潔式空氣過濾器較為完善，過濾面積大、流速低、阻損小，可實現(xiàn)空氣過濾元件的自動清潔，自動化程度高，過濾原價使用壽命長，因此選用此種型號作為我們干燥系統(tǒng)的空氣過濾設備。其性能參數(shù)如下：表3.1 ZKL180空氣過濾器的主要性能參數(shù) 最大空氣過濾量m3/min吸入狀態(tài)過濾精度um/效率%消耗功率W電源AC1801/99.96100220V反吹氣量m3/min結(jié)構(gòu)形式初阻損Pa反吹氣壓MPa0.1單層1500.4-0.63.3.6 管路計算及管道選擇空氣流動適宜流速為取流速；計算空氣入口管路管徑：故選用管路管徑，材質(zhì)

46、為不銹鋼，壁厚。計算空氣出口管路管徑：選用管路管徑，材質(zhì)為不銹鋼，壁厚， 飽和蒸汽在管路中適宜流速為取流速。計算飽和蒸汽管路管徑：已知飽和蒸汽為，溫度為，查表3知，流量 查表8知選取無縫鋼管為輸送管道外徑為，壁厚，材質(zhì)為不銹鋼。計算蒸汽冷凝水管路管徑：飽和蒸汽經(jīng)換熱器冷凝后變?yōu)槔鋮s水，溫度為，查表3知其密度，冷凝水在管道中適宜流速為取 查表知選取有縫鋼管為輸送管道，外徑為，壁厚為，材質(zhì)為碳鋼。3.3.7 氣固分離器為了獲得較高的回收率，同時避免環(huán)境污染，需將從干燥器中出來的空氣進行氣固分離，在干燥系統(tǒng)中使用的分離器主要有旋風分離器、袋濾器、濕式洗滌器等。在一級分離中選用應用較廣泛的旋風分離器作

47、為氣固分離設備。旋風分離器是利用慣性離心力的作用從氣流中分離出顆粒的設備。其上部為圓筒形，下部為圓錐形。它內(nèi)部的靜壓力在器壁附近最高，僅稍低于氣體進口處的壓強，越往中心靜壓力越低，中心處的壓力可降到氣體出口壓力以下。旋風分離器的分離效率通常用臨界粒徑的大小來判斷，臨界粒徑越小，分離效率越高。表3.2 旋風分離器的結(jié)構(gòu)與性能列表 型號性能型型型（擴散型）適宜氣速/(m/s)12-1812-2012-20除塵粒度/ 1055含塵濃度/（g/m3）4.0-5.00.51.7-200阻力系數(shù)5.0-5.54.8-5.87-8由表（化工原理課程設計1176頁）中可知，型旋風分離器除塵粒度不滿足設計任務的

48、要求，因此不能選擇；型旋風分離器雖滿足粒度要求但其阻力系數(shù)偏大，綜合考慮后選擇型旋風分離器作為干燥系統(tǒng)中的氣固分離設備?？諝獾捏w積流量 1查旋風分離器性能參數(shù)表（常用化工單元設備設計6第二版206頁）后選擇型旋風分離器，采用最常用的標準切線進口。綜上：本次設計所選氣固分離器為型旋風分離器，進口氣速為時氣體處理量為,進口氣速為時氣體處理量為, 進口氣速為時氣體處理量為, 標準切線進口，旋風分離器各部分尺寸如下(干燥裝置設計手冊2313頁）：圓柱體直徑D 940mm圓柱體高度L1 D圓錐體高度L2 1.8D進口寬度b 0.2D進口高度a 0.4D排氣管直徑d 0.3D排氣管深度l 0.8D圖3.3

49、 旋風分離器簡圖由估算壓力損失為=584.2-1694.2Pa3.3.8干燥器主體材質(zhì)的選擇由于干燥器需要與濕物料接觸，長期使用易導致殼體生銹，殼層變薄，影響干燥器的使用性能，縮短干燥器的使用壽命，因此，干燥器中與物料接觸的主殼體應使用不銹鋼材料，防止生銹。查得奧式體型0Cr18Ni9不銹鋼（化工設備用鋼8360頁）廣泛使用，適用于一般化工設備，因此本次設計選用此種型號不銹鋼。干燥器采用微負壓操作，接近常壓，選取5mm壁厚即可。干燥器中不與物料接觸的部分如殼體外部的螺栓、螺母采用造價較低的碳鋼，支腳采用槽鋼，而不使用造價較高的不銹鋼。4 計算結(jié)果匯總表計算結(jié)果匯總表項目符號計算數(shù)據(jù)單位處理濕物

50、料量18056物料溫度入口30出口68.5空氣溫度入口105出口70.8氣體用量4885.8kg絕干氣/h熱效率43%流化速度0.33165床層底面積第一階段1695加熱段1.2939設備尺寸長2.5寬1.2高3.0布氣板型號單層多孔布氣板孔徑1.5孔速10.64孔數(shù)個開孔率6.84%分隔板寬1.2與布氣板距離30-50物料出口堰高0.295 說明與體會 彈指一揮間，為期三周的課程設計結(jié)束了，回首這三周來歷經(jīng)的種種坎坷，不禁有太多的感受與體會。這三周，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，老師為我們請來了化工設計院的老師蒞臨指導，在化工制圖方面對我們進行了一定的規(guī)范，對此我們深表感激。因為在此之前，我們畫圖都比較隨意，對于一些管件和閥門等的畫法都沒有統(tǒng)一的規(guī)定。我們知道，化工生產(chǎn)是關乎國計民生的大計，容不得一點馬虎，即便是一著之失，也會導致滿盤皆輸，甚至會釀成大禍，因此，即便是