流化床原理毕业设计完整版.doc

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书摘要布风系统是流化床中的核心系统之一，布风的均匀性是保证整个系统正常运转的支柱，不合理的布风会影响流化床整体的运行，甚至根本不能实现流化床稳定运行。因此，合理、均匀的布风是保证流化床正常流化、稳定安全运行的关键。本设计主要是进行一个小型流化床反应器布风板的设计，并对流化床原理及其工业应用做了初步的介绍。流化床布风板是流化床中的重要部件之一，主要是由风室、布风板和风帽构成的流化床单元。本文选择普通的平板型风帽布风板和蘑菇型风帽进行设计。通过一些公式完成设计的必要步骤。本设计的目的是通过小型流化床反应器布风板的设计，领会流态化和流化床的基本知识，掌握试验装置的设计方法。关键词：流化床；布风板；风帽内蒙古工业大学本科毕业设计说明书AbstractAirdistributionsystemisamainlypartofafluidizedbed,andtheuniformityofairdistributionisnecessarytoensurethenormaloperationoffluidizedbed.itwillaffectoveralloperationoffluidizationbedwhetherairdistributionisunreasonable,evenfluidizedbedstabilitycannotbesustained.Therefore,reasonableanduniformairdistributionisimportanttoguaranteethenormalflowandstableandsecureoperationoffluidizedbed.Thisdesignismainlyforairdistributionofasmallfluidizedbedreactor,andwereintroducedapreliminarypresentationforfluidizedbedprincipleandindustrialapplications.Airdistributorbelongstoimportantcomponentinfluidizedbed.Thisunitisconsistsofwindroom,airdistributorandaircaps.Thisdesignchoicesordinaryflatairdistributorandmushroom-typeaircaps.Calculatingisnecessaryforthedesign.Thepurposeofthisdesigncatchesthebasicknowledgeoffluidizationandfluidizedbed,andmastersthemethodofthetestequipmentdesignthroughthefluidizedbedreactordesignofairdistributor.Keywords:fluidizedbed；airdistributor；aircaps内蒙古工业大学本科毕业设计说明书目录引言.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流化床的工业应用.31.1.3流化床燃烧的特点.51.2流化床的主要部件.61.2.1概述.61.2.2床体.61.2.3布风装置.7第二章布风系统.82.1布风板基本组成.82.2布风板.92.2.1布风板的类型.92.2.2布风板的作用.92.3风帽.10第三章小型流化床布风系统的设计.123.1流化床布风系统.123.1.1布风板设计要点.123.1.2布风板的选择.123.1.3风帽类型的选择.133.2风帽小孔流速的选取.143.3临界流化速度和终端流化速度.163.4布风方式的确定.173.5风室和风道.183.6排渣管.19总结.20参考文献.21谢辞.22内蒙古工业大学本科毕业设计说明书1引言近几年来，流化床在工业领域得到了广泛的应用，这是由于流化床本身特有的一些优点所决定的。本课题在分析流化床的原理、流化床布风板的作用、流化床燃烧技术的优点以及流化床工业应用的基础上，设计了一个小型流化床流化床布风板。本课题主要设计流化床布风板，主要设计内容是流化床布风板上风帽的类型、风貌的开孔率和小孔流速的选择。介绍了风帽常用的类型和风帽形式对流化床性能的影响。风帽的常用类型有很多种，例如蘑菇型风帽、P型定向风帽、箭型风帽、S型猪尾巴风帽、钟罩型风帽、内嵌逆流柱型风帽等。布风装置是流化床的主要部件，布风板工作性能直接影响流化床的设计、颗粒混合、流动和化学反应过程，以及设备的安全运行。随着流化床容量的增加，床体面积增大，每个给料点给料量的增加，床内颗粒混合情况对燃烧和传热等过程的影响更加突出。因此合理的设计布风板装置应该是保证床内床料浓度的均匀分布、颗粒的排放以及防止漏渣问题的关键。布风板的类型一般分成两类，一类是水平布置的布风板,它具有结构简单的特点，被广泛应用于燃煤循环流化床锅炉中。但当流化床技术应用于固体废弃物混烧技术时，对床内大颗粒等杂物的排放较为困难。还有一种倾斜布风板它可以实现床内颗粒的合理排放。但是目前对倾斜布风板工作特性的研究相对较少，其倾斜角度对床内颗粒流态特性的影响还不是十分清楚。本文主要是设计一个小型的实验装置上安装的布风板，因此选择结构简单的水平布置的布风板就可以满足需求。风帽也是本文主要设计的部件之一，它的作用是增加气流速度以及均匀布风，最主要的作用就是风帽产生的阻力能够使流化床稳定运行。风帽的气流速度需要满足床层内固体能够完全流化，即使得床料达到最小流化速度。根据已给出的流化流速0.52.0m/s以及床料的粒径分布来选择风帽的小孔数，从而了解有关流化床稳定运行的一系列的影响因素，能够更好的掌握流化床的动态特性和流化床在应用中需要注意的一些问题。虽然迄今为止还没有关于风帽结构设计一个较为完整的准则或建议，但是通过人们大量的实验，得出的结论是值得我们去借鉴的。内蒙古工业大学本科毕业设计说明书2第一章流化床固体流态化技术作为一门基础技术已经渗透到国门经济的许多部门，在化工、冶金、石油加工、能源、轻工、生化、机械、环保等领域中得到了非常广泛的应用。利用流化态技术实现的流化床，其独特的传热过程，炽热的颗粒在流化介质的作用下不停的运动，从而不断地与被加热工件进行碰撞，由于颗粒的热容量比气体高的多，使得颗粒与工件之间的传热又快又均匀，正是流化床具有的这种加热均匀、传热系数大、加热速度等特点使得其有了突飞猛进的发展。1.1流化床原理1.1.1流化床的特征流化床的定义：使颗粒通过与气体或液体的接触而转变成类似流体的一种运行状态，当颗粒处于流态化状态时，作用在固体颗粒上的重力与气体的曳力相互平衡，此时颗粒处于一种拟悬浮状态，从而使流化床具有类似于流体的性质，因此流化床主要有以下几点特性1：（1）能使固体颗粒在装置内像液体般自由流动。这就使得对固体进行连续加工成为可能。目前每个小时运输量在百吨以上的装置亦非罕见。（2）由于颗粒与流体间的相对动作频繁而剧烈，因而传热和传质的效率很高。（3）在气泡的作用下流化床中的颗粒亦四而八方运动，类似于搅拌状态，这就使得床层内温度除了近床壁处外，基本均匀。（4）颗粒的热容量大，故可以利用它作为热载体，对于高温的情况，尤为适应。（5）由于颗粒运动的情况近于完全混合，因此在有颗粒连续进出的装置中，颗粒的停留时间有较宽的分布。（6）颗粒运动影响到气体发生返混，使气体沿路的浓度梯度减少，从而使传质和化学反应的推动力有所减小，气体的停留时间分布变宽。（7）由于颗粒的高热容量及其返混，故能防止局部过热或过冷，因此在爆炸范围内的气体组成下操作或燃烧低热值的物料就成为可能，且操作较稳定。（8）因使用的颗粒尺寸小而且具有大的比表面积，有利于液-固两相的传递。如为多孔性颗粒则因颗粒小，微孔短，孔内扩散较易，因而内表面的利用率很高。（9）由于固体颗粒间相互撞击摩擦而生成细粉并被气流带走，故需要高效的捕集设施，以减少经济损失和对环境的污染。（10）由于机械运动部件，故能胜任苛刻的反应条件。上述有的是优点有的是缺点，对于具体的应用要具体分析。工业上流态化技术的内蒙古工业大学本科毕业设计说明书3应用比较广泛，不论是物理的或是化学的过程，不论是催化的或是非催化的过程，也不论是常压的或是非常压放热过程都有应用。流化床的运行主要是一个流态化的过程，流化床主要部件是布风板和其上分布的风帽以及布风板下面的风室所构成。流化气体通过布风板的风帽进入炉床，与所给床料混合。床料以布风板为支撑，流化气体通过布风板对床料、燃料产生向上的推动力，形成流化状态。床料在床层上强烈混合，从而进行剧烈的扰动和传热过程。流化床有几种典型的状态固定床、鼓泡流化床、湍流床、快速流化床，这些都属于流化床的正常状态，但是流化床也有几种不正常的状态例如沟流、气泡与节涌以及分层现象。流态化根据流化介质和它们各自的性质又可以分为散式流态化和聚式流态化2。当流体向上流过颗粒床层时，其运动状态是变化的。流速较低时，颗粒静止不动，流体只在颗粒之间的缝隙中通过。当流速增加到某一速度之后，颗粒不再由布风板支撑，而全部由流体的摩擦力所承托。此时，对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置，相反地，在失去了以前的机械支撑后，每个颗粒可在床层中自由运动；就整个床层而言，具有了许多类似流体的性质。颗粒床层静止状态转变为流态化时最低速度，称为临界流化速度。固体颗粒原本没有流动性，但若采取某种措施，使作用在固体颗粒上的重力和气流的曳力相互平衡，从而使颗粒也能像流体一样呈现流动状态。形成流态化的基本条件：1有一个固定的容器和底部有一个流体的分布器2有适中的足够量的颗粒形成床层；3有连续的供应流体作为流化介质；4流体的流速大于初始流化速度但是不超过流体的终端速度。1.1.2流化床的工业应用下面是流化床在工业上的一些应用3：1.应用于物理操作流化状态下的固体颗粒具有液体的特性，可应用于颗粒的管道运输，并已在水泥、粮食、纯碱、树脂等的输送过程中被广泛的采用。流态化技术也成功地应用于多种固体物料的干燥，有机气体的吸附分离等传质过程；应用于细粉的混合，矿物和煤矸石的分选，抄袭粉体的粉碎、研磨、颗粒表面涂敷包裹以制备缓释农药、缓释肥料和核燃料小球等机械过程；应用于废热回收的热交换技术，金属零件热处理的高温粒子炉内蒙古工业大学本科毕业设计说明书4技术等热过程的一些物理过程。2.应用于矿物资源的综合利用流态化技术还应用于铁矿石的直接还原、贫铁矿的磁化焙烧、有色金属的氯化、氟化焙烧、矿物及焙烧的流态化浸取和浸取液从矿物表面及空隙中的洗涤等都是流态化工业过程。3.煤的燃烧与转化煤的流化燃烧技术发展十分迅速，因为工业实践已证明它的高效率和低污染特性。目前技术进一步处于鼓泡流化床锅炉向新型、高效、清洁的循环流化床锅炉过渡的过程中，加压流化燃煤技术也处在工业化过程。其他如煤的流化、干馏、气化，煤的气-液-固三相反应器直接加氢液化，粉状页岩的干馏等，都是重要的流态化能源转化技术。4.石油加工工业催化裂化流化床反应器是工业最早的流态化反应-再生系统，近年来技术不断完善，20世纪60年代开发成功的提升管反应器把流态化技术的应用推到一个新的技术高度。用下行管超短接触进行催化裂化、同时用提升管进行再生的新一代催化裂化流化床反应器的开发也已取得决定性的进展。此外，如石脑油气相临氢重整，处理重油的流化焦化，砂子炉裂解和以多产烯烃为目的的催化裂化技术都是流态化过程的典型应用。5.有机合成工业在高分子三大合成材料塑料、纤维、橡胶的生产中，许多重要单体的合成，如丙烯丁二烯、三聚氰胺等都是采用了流化床催化反应器；其他许多重要基本有机化合物如苯二甲酸酐等制甲醛。以及百菌清等多种农药的生产也是用到流化床催化反应器。除此之外，近年来流化床气相聚合技术得到了大规模发展。6.生物工程中的应用随着生化技术向工业应用的发展，流态化反应装置在这一领域也得到了越来越广泛的应用，如植物细胞和动物细胞培养、单细胞蛋白的生产、发酵技术、生化法有机废水的处理、都是很有发展前景的工业过程。7.环境工程中的应用流态化技术已开始被引入环境工程领域，如采用流态化电极处理含重金属废水以回收中金属，多层流化吸附装置回收环境中的浓度有机物质，流化焚烧炉处理工业废气、废液、废渣和城市垃圾等。都是在技术上有竞争能力的工业过程。