毕业设计（论文）-振动流化床设计.doc

摘 要 振动流化床是一种成功的改型流化床，是在近几十年里发展起来的一种新型干燥装置。但是现在从设计到工艺还没有一套成熟、系统的理论和经验可以借鉴，它在干燥技术的发展中是一个非常有创造性的领域，在工业应用领域也具有非常大的潜力。振动流化床克服了传统流化床的许多缺点，其应用领域正在不断开拓，应用的行业也由开始时的制药、乳品等行业发展到轻工、化工、饮料、食品、矿冶、饲料、化肥、种籽等行业。本设计是一套用于牛乳干燥的装置，它在普通流化床基础上施加振动，由激振电机提供动力。振动流化床在强化传热传质方面优于普通流化床，在干燥过程中由机械振动帮助物料流化，有利于边界层湍流，强化了传热传质，其干燥效果明显优于普通的流化床。关键词：干燥； 流化床； 振动ABSTRACT Vibrating fluidized bed is a new type of drying device and a successful version of fluidized bed which is developed in recent decades. However, there is not a mature system of theory and experience can draw from design to process. It is a very creative field in the development of drying technology, and it has large development space in Industrial application. The vibrating bed has many advantages comparing to the conventional fluidized bed. And its applications are continually opening up. The applications of the device are not only pharmaceutical and dairy products, but also some other field, such as light industry, chemical industry, beverage, food, mining, forage, fertilizer, seeds and so on. The design of the device is used for drying milk. The vibration is imposed on ordinary fluidized bed, powered by the vibration motor. The vibrating fluidized is superior to the ordinary fluidized bed in heat and mass transfer. The mechanical vibration helps the fluidization of materials in the drying process, contributing to the boundary layer turbulence and strengthening heat mass transfer. So the effect of the vibrating fluidized bed is much better than the ordinary fluidized bed.Keywords：drying; fluidized bed; vibration目 录第一章 文献综述1第二章 振动流化床干燥装置基本参数确定10第一节 生产能力计算10 10第二节 基本参数确定10第三章 振动流化床干燥工艺计算11第一节 多孔板有效尺寸确定11第二节 振动流化床进出风量计算11第三节 振动流化床进风管和出风管管径计算12第四章 振动流化床结构设计14第一节 上箱体结构设计14第二节 下箱体结构设计14第三节 上下箱体法兰的结构设计15第四节 多孔板、编织网、托网结构设计15第五节 均风板结构设计16第六节 支座设计17第七节 保温层设计18第八节 堰高调整装置的设计19第九节 肋板结构设计19第十节 进风管、出风管结构设计20第十一节 进风管、出风管接管法兰结构设计20第五章 振动流化床配套设备选择22第一节 加热装置的选择22第二节 旋风分离器设计23第三节 风机的选择24第四节 空气过滤器26第六章 振动流化床机械设计28第一节 振动流化床重量计算28第二节 激振电机选择31第三节 设备振动参数及弹簧计算33第四节 物料输送速度和振动流化床生产能力35第七章 设备总重及总体尺寸37第八章 设备对厂房的要求38附录39参考文献40致谢41IV天津科技大学2011届本科生毕业设计41第一章 文献综述干燥泛指从湿物料中除去水分或其他湿分的各种操作。如在日常生活中将潮湿物料置于阳光下曝晒以除去水分，工业上用硅胶、石灰、浓硫酸等除去空气、工业气体或有机液体中的水分。在化工生产中，干燥通常指用热空气、烟道气以及红外线等加热湿固体物料，使其中所含的水分或溶剂汽化而除去，是一种属于热质传递过程的单元操作。干燥的目的是使物料便于贮存、运输和使用，或满足进一步加工的需要。例如谷物、蔬菜经干燥后可长期贮存；合成树脂干燥后用于加工，可防止塑料制品中出现气泡或云纹；纸张经干燥后便于使用和贮存。干燥操作广泛应用于化工、食品、轻工、纺织、煤炭、农林产品加工和 建材等各部门。根据热量的供应方式，有多种干燥类型：对流干燥。使热空气或烟道气与湿物料直接接触，依靠对流传热向物料供热，水汽则由气流带走。对流干燥在生产中应用最广，它包括气流干燥、喷雾干燥、流化干燥、回转圆筒干燥和厢式干燥等。传导干燥。湿物料与加热壁面直接接触，热量靠热传导由壁面传给湿物料，水汽靠抽气装置排出。它包括滚筒干燥、冷冻干燥、真空耙式干燥等。辐射干燥。热量以辐射传热方式投射到湿物料表面，被吸收后转化为热能，水汽靠抽气装置排出，如红外线干燥。介电加热干燥。将湿物料置于高频电场内，依靠电能加热而使水分汽化，包括高频干燥、微波干燥。在传导、辐射和介电加热这三类干燥方法中，物料受热与带走水汽的气流无关，必要时物料可不与空气接触。 评价干燥操作的指标，主要是干燥产品质量和干燥操作的经济性。干燥产品的质量指标，不仅是产品的含水量，还有各种工艺要求。例如：蔬菜的干燥要求不破坏营养成分，并保持原来的多孔结构；木材的干燥要求产品不扭曲燥裂；热敏物料的干燥则要求不变质等。干燥是能量消耗很大的操作，单位产品所消耗的能量，是衡量经济性的一个指标。对于对流干燥，热量的利用通常用热效率来衡量。干燥操作的热效率，是指用于水分汽化和物料升温所耗的热量占干燥总热耗的分率。提高热效率的途径，除了减少设备热损失外，主要是降低废气带走的热量。为此应尽量降低气流的出口温度，或设置中间加热器以减少气体的用量。衡量干燥操作经济性的另一指标是干燥器的生产强度（单位干燥器体积或单位干燥面积所汽化的水量或生产的产品量）。为此应设法提高干燥速率。 干燥操作的成功与否，主要取决于干燥方法和干燥器的选择是否适当。要根据湿物料的性质、结构以及对干燥产品的质量要求，比较各种干燥方法和设备的特性，并参照工业实践的经验，才能做出正确的决定。干燥技术有很宽的应用领域。面对众多的产业、理化性质各不相同的物料、产品质量及其他方面千差万别的要求，干燥技术是一门跨行业、跨学科、具有实验科学性质的技术。通常，在干燥技术的开发及应用中需要具备三个方面的知识和技术。第一是需要了解被干燥物料的理化性质和产品的使用特点。第二是要熟悉传递工程的原理，即传质、传热、流体力学和空气动力学等能量传递的原理。第三要有实施的手段，即能够进行干燥流程、主要设备、电气仪表控制等方面的工程设计。显然，这三方面的知识和技术不属于一个学科领域。中国的现代干燥技术是从20 世纪50年代逐渐发展起来的，迄今对于常用的干燥设备，如气流干燥、喷雾干燥、流化床干燥、旋转闪蒸干燥、红外干燥、微波干燥、冷冻干燥等设备，我国均能生产供应市场，对于一些较新型的干燥技术如冲击干燥、对撞流干燥、过热干燥、脉动燃烧干燥、热泵干燥等也都已开发研究，有的已工业化应用。对于干燥技术，有三项目标是学者公认的，即干燥操作要保证产品质量；干燥作业对环境不造成污染；干燥的节能研究。流化技术（亦称流态化技术）起源于1921年。流化床干燥器又称沸腾床干燥器，流化干燥是指干燥介质使固体颗粒在流化状态下进行干燥的过程。 沸腾流化床干燥器由空气过滤器、沸腾床主机、旋风分离器、布袋除尘器、高压离心通风机、操作台组成。由于干燥物料的性质不同，配套除尘设备时，可按需要考虑，可同时选择旋风分离器、布袋除尘器，也可选择其中一种。一般来说，比重较大的冲剂及颗粒物料干燥只需选择旋风分离器。比重较轻的小颗粒状和粉状物料需配套布袋除尘器，并备有气力送料装置及皮带输机供选择。 按照被干燥物料，可分为三类：（1）适用于粒状物料；（2）适用于膏状物料；（3）适用于悬浮液和溶液等具有流动性的物料。按操作条件不同，可分为两类：连续式和间歇式。按结构状态，可分为一般流化型、搅拌流化型、振动流化型、脉冲流化型、碰撞流化型。 散粒状固体物料由加料器加入流化床干燥器中，过滤后的洁净空气加热后由鼓风机送入流化床底部经分布板与固体物料接触，形成流化态达到气固的热质交换。物料干燥后由排料口排出，废气由沸腾床顶部排出经旋风除尘器组和布袋除尘器回收固体粉料后排空。蒸气、电、热风炉均可配用(按用户要求配套)。可实行自动化生产，是连续式干燥设备。干燥速度快，温度低，能保证生产质量，符合药品生产GMP要求。它适用于散粒状物料的干燥，如医药药品中的原料药、压片颗粒料、中药；中剂、化工原料中的塑料树脂、柠檬酸和其它粉状、颗粒状物料的干燥除湿，还用于食品饮料；中剂，粮食加工，玉米胚芽、饲料等的干燥，以及矿粉、金属粉等物料。物料的粒径最大可达6mm，最佳为05-3mm。 系统利用气流在对被干燥物料颗粒群的临界速度与带出速度之间作用时，使颗粒形成流化状运动，从而加强两者的传热与传质，常用于精细化工及医药产品。常见的有振动流化床和卧式流化床。振动流化床作用原理物料自进料口进入，在振动力作用下，物料沿水平流化床抛掷向前连续运动、热风穿过流化床向上穿过同物料换热后，由排风口排出，干燥物料由排料口排出。振动流化床是一种适用于颗料状物料烘干的专用设备。适应各种颗粒物料晶体、粉粒混合料的干燥、冷却、增湿作业。医药化工业：各种打片颗粒，硼酸、硼砂、苯二酚各种添加剂等。食品建材业：酒糟、味精、砂糖、食盐、颗粒状鸡精、矿渣、豆瓣种籽等。 流化技术起源于1921年，振动流化床干燥机又称沸腾床干燥机，流化干燥是指干燥介质固体颗粒在流化状态下进行干燥过程，自流态化技术发明以来，干燥是应用最早的领域之一。流化技术最早应用于干燥工业规模是于1948年在美国建立多尔-奥列弗固体流化装置，该振动流化床直径是1.73m，床层温度74，每小时处理能力50吨白云石颗粒。将粉尘扬析以得到较粗制品。振动流化床干燥在我国是从1958年以后开始发展起来的一门较新技术，首先在食盐工业上应用。目前已广泛应用于化肥，颜料，聚乙烯，对苯二甲酸二酯，药物原料、塑料等方面。 振动流化床最简单是单层圆筒型，这种干燥机的缺点是物料在振动流化床中停留时间分布较广，干燥后所得产品湿度不均匀，直径不宜过大。为了改善这种情况，发展了多层振动流化床干燥机，多层操作可以提高效率，但更重要的是它能得到更理想的固体颗粒的停留分布，并使停留时间分布大大变窄，物料在干燥过程中避免短路。开如是采用溢流管和下流管继后发展成穿流板式多层振动流化床。主要用于内扩散控制物料的干燥,如涤纶树脂、麦粒，石英砂、聚丙烯颗粒等。但它存在操作比较困难，筛板上料层不容易建立，床层阻力大，结构复杂等缺点。为了克服以上缺点，在60年代末70年代初期发展了一种卧式多室流化干燥机，这种振动流化床干燥机设备结构简单，操作方便，适用于各种难干燥的粉粒状物料和热敏性物料的干燥。如聚乙烯、农药、人造肉、硫酸铜、食盐等。经过几十年的广泛应用表明，对各种物料的适用性比较好，它比起箱式烘房来，占地面积小，生产能力大，热效率高，而且干燥后的产品温度均匀。比起气流干燥来，可通过调节物料在振动流化床内停留时间的长短，使成品达到预期含水率。操作易于控制，而且颗粒破损少，近几年用得比较广泛。但卧式多室流化干燥机的热效率比多层振动流化床干燥机低，尤其是在采用较高热空气温度时其热效率将显得更差。同时湿物料在干燥器的第1、2室中往往容易结块，需要经常清扫。颗粒物料在普通流化床干燥机中进行干燥时，物料颗粒应均匀且有一定的规格，不然会形成沟状流和滞动区，颗粒粒度分布宽时，夹带严重，湿度大时易结块，以及由于颗粒返混，颗粒停留时间分布范围大，颗粒含湿量不均，因此限制了普通流化床干燥机的使用范围。为了克服其缺点，国外在改善流化床干燥机性能等方面做了大量研究。特别是在能源紧张的今天强化传质传热过程，节约能源、提高质量，使流化床干燥机具有广泛的适应性和经济上的合理性，振动流化床干燥机具有重大的意义。振动流化床干燥机设计先进、质量可靠、适用范围广、并具有显著的节能性和能干燥在其它干燥机上难以干燥的物料的优点，因此振动流化床干燥机得到各行业的普遍欢迎。 流化床干燥机仅次于喷雾干燥机，分为加料部位设置搅拌器的流化床干燥机和具有内换热的流化床干燥机，当用流化床干燥易于团结或结块的粉粒体物料时，在水分比较大的加料段会产生流化困难现象，这时在加料段设置搅拌器，消除结团问题，能达到正常流化。后者是传导传热和对流传热的组合，当用于正常流化态的热空气量远远不能满足干燥所需的热量时，采用设置内换热器，供给部分或大部分热量，这种操作方式可以显著的节能。内换热器有多种形式，流化床还经常用于组合干燥的第二级和第三级干燥机。在普通流化床上施加振动，称振动流化床。振动流化床干燥器一般有两大类，一类是振动电机直接装在流化床上进行驱动的卧式矩形和立式圆形，其特点是流化床结构简单，安装容易，造价低；另一类是振动部分与电机分离的箱式激振器固定在流化床一端的板弹簧式，振动和传动机构复杂，造价高，一般应用于大尺寸流化床干燥器中，操作稳定，流化态均匀。振动流化床尺寸大时，后者效果较好。流化床喷雾造粒干燥机是流态化技术、雾化技术和干燥技术三者有机结合。它是将雾化的料液喷洒到已流化的晶种床上，使晶种不断长大和干燥，待长大到规定尺寸时排出器外。该设备体积小，生产能力大，能制造大颗粒，该设备的工业应用已日益增加。 普通流化床在干燥颗粒物料时，可能会出现下列问题：当颗粒粒度较小时形成沟流或死床，颗粒分布范围大时夹带会相当严重；由于颗粒的反混，物料在机内的滞留时间不同，干燥后的颗粒含水不均；物料湿度大时会产生团聚和结块现象而使流化恶化等。振动流化床是在普通流化床上施加振动而成的，是普通流化床的一种成功的改进型，克服了普通流化床的上述不足。与普通流化床干燥器相比，振动流化床具有以下优点：（1）物料在激振力及具有一定压力的热风的双重作用下呈现出理想的流化状态，使得物料与热风进行充分接触。（2）由于加入振动，降低了物料的最小流化速度，使流态化现象提早出现，特别是靠近气体分布板底层的颗粒物料首先开始流化，有利于消除壁现象，改善了流化质量。（3）进入干燥器的热风主要用于干燥过程的传热传质。采用较高的进风温度， 提高料层厚度，便可以获得较高的热效率。一般振动流化床干燥器的热效率在30%60% 之间。因此风量大为降低，仅为普通流化床干燥器气量的20%30%。细粉回收系统负荷降低，细粉夹带现象普遍减少。配套的热源、风机、旋风分离器等规格也相应缩小，节能效果显著。（4）振动流化床可以干燥颗粒分布较宽的物料，停留时间比较均匀；也可干燥具有黏性或热塑性的物料，降低了物料均匀性和规律性的要求，易获得均匀的干燥产品。（5）床层结构得到改善，传热系数增大，相界面积增大，并使边界层湍流程度增加，干燥过程得到强化。（6）可以减少流态化的起始沟流问题，操作稳定性好，操作气速和床层压降都较普通流化床干燥器低。由于无激烈返混，对物料粒子损伤小。 振动流化床干燥机广泛应用于化工、制药、农林土特产品、粮食、轻工等领域，属量大面广的通用机械产品。我国振动流化床干燥机行业从形成、发展到逐步走向成熟已经走过了20多年历史。目前国内市场需要的常规振动流化床干燥机，以及国际市场需要的主要振动流化床干燥机，我国基本都能自己制造。这表明，闪蒸干燥机以进口为主的历史已经结束。 目前，我国振动流化床干燥机在国内市场占有率已达80以上。预计“十五”期间，国产振动流化床干燥机在国内市场占有率将达90以上，竞争的焦点主要集中在产品质量、技术水平、售后服务和价格方面。 据滚筒式干燥机中国通用机械振动流化床干燥机行业协会透露，今后几年，我国振动流化床干燥器需求将在以下若干领域增长明显。在粮食烘干领域中，用于水稻、小麦烘干的小型烘干设备(5吨时以下)，预计年需求量将达到千台左右；化工用振动流化床干燥机年需求量将达到3000台(套)左右；制药用振动流化床干燥机年需求量将达到3000台(套)左右；农林土特产品烘干设备年需求量将达到2000台(套)左右；轻工用烘干设备年需求量将达到2000台(套)左右。在振动流化床干燥机类型上，将以热风加热常压振动流化床干燥机、真空耙式干燥机为主，其他诸如远红沸腾干燥器、微波振动流化床干燥机等特殊领域的用户也将逐步扩大应用数量；在食品、药品干燥方面，对真空冷冻振动流化床干燥机中的较大规格设备需求量将会增加；具有功能组合(如制粒干燥、干燥过滤)的设备需求量也将增多；高自动化振动流化床干燥机在一些应用领域将受到欢迎。另外，振动流化床干燥机外观质量将越来越受到重视，腐蚀性物料烘干设备的耐腐能力和可靠的使用寿命，将会受到用户特别关心。振动流化床干燥机，出于其优异的性能，目前已广泛地被应用于国民经济各行各业，自60年代以来，原苏联学者已发表了对振动流化床的报导，此后，东欧加拿大等国学者作广大量探索。但在理论研究方面则于1986年在上海召开的全国第二次干燥技术交流会开始，国内才陆续有振动流化床研究的论文发表。随后，有许多单位建起了初具规模的小型或已接近工业振动流化床的试验装置，对该技术的各个方面展开了系统的研究和探讨。铁岭精工(集团)股份有限公司率先于1983年建起了我国第一套用作试验目的的小型工业试验装置，并随后开发了系列工业用振功流化床干燥机。几所高等院校及科研单位，如天津科技大学、上海化工研究院、中国农业大学等，也分别安装了形式各异的试验装量，对振动流化床的各种参数及其对干燥速率的影响进行了实验研究并开发了各具特色的工业用振动流化休干燥机。目前对振动流化床的研究在流体动力学、传热、传质方面已有大量报导，但对机械结构、刚度和强度方面的研究仍不充分，此外对该机种的模拟放大问题仍主要根据经验，理论研究较为滞后。 振动流化床作为一种成功的改型流化床，在近30年时间里获得厂突飞猛进的发展。国外，如丹麦、瑞士、日本、法国等，均每年向工业界提供大批这种干燥设备，应用在乳品、糖精、盐、化肥、聚酯、饲料、化工产品等各个领域。装置逐渐向专业化及大型化发展。针对具体物料的振动流化床技术日趋成熟如丹麦NIRO公司用在乳品干燥上、瑞士SULZER公司用在化肥和精盐上，即是非常成功的例子。为追求更大的单机生产率和综合经济技术指标，法国高梅萨公司开发了分布板面积26m2的振动流化床，大型化的发展势必会进一步推动研究。 我国到了90年代，我国振动流化床的生产与应用进人了高速发展阶段，相继出现了一些专业化大规模生产振动流化床的工厂。近年来，人们把开发干燥器的重点向开发组合干燥器的方向发展，力图把现有的干燥器进行优化组合，发挥每种干燥器的优点。组合多级干燥器与单级干燥器相比有如下优势：（1）组合干燥器更容易节约能源；（2）组合干燥器更容易保证产品质量，干燥过程可以同时进行分级、粉碎等操作，对热敏性物料干燥后可进行及时冷却；（3）操作更加灵活，可以根据物料干燥的特定规律对多种干燥器进行科学组合。 喷雾振动流化床干燥器属于二级组合式干燥器，第一级为喷雾干燥器，第二级为振动流化床干燥器，自1980年第一台整体喷雾流化床干燥器出现以来，很快在乳粉生产上得到应用，生产各种乳粉（包括脱脂、全职、高脂乳粉、乳清粉、干酪素钠、蛋白浓缩乳、麦芽糖糊精等）。喷雾振动流化床干燥技术之所以迅速得到推广和应用，从干燥动力学的角度分析，它比单级的喷雾干燥更具有合理性。在这里作为第一级干燥的喷雾干燥主要除去雾滴中大量的表面水，完成恒速干燥的操作，而且将物料干造成颗粒状固体，在降速干燥阶段，物料中的含水量较低，但所需要的干燥时间较长，则可以在热效率较高，容积传热蒸发系数较大的振动流化床内完成。另外，振动流化床是在物料水平输送的过程中进行干燥，物料在干燥器内的停留时间可以自由控制，对于特殊热敏性物料，干燥后期还可以进行冷却降温，这样就更增加了设备的操作灵活性和对物料的适应性。虽然使设备的整体费用增加10%左右（需增加振动流化床），但干燥系统的生产能力将提高25%-30%，热损耗降低15%-20%，以一套日产奶粉5t的装置为例，在二次干燥的情况下，所节约的燃料费用大约在18个月内可以全部回收投资。喷雾流化干燥器是一种新机型，在我国使用大约有十几年的时间，目前只有少数设备厂掌握这项技术。喷雾流化干燥器实际是喷雾干燥器和流化干燥器器的有机结合，因此在性能上也就具有两种干燥器的特点。 把喷雾装置组合在气-固流化床中，将溶液或熔融物加工为固体颗粒的方法称为喷雾流化干燥。由于在流化床中固体粒子有良好的混合与较高的传热效能，这种设备无论作为干燥或煅烧器，它的生产强度都比较高。例如处理苯甲酸钠溶液时，其容积蒸发强度达550670kg水/m3 h。 我国在葡萄糖和某些医药、轻工产品使用了这种干燥器，由于它把蒸发、结晶、干燥、造粒、煅烧等过程融合在一个设备中进行。因此，简化了流程，并相应地降低了设备及投资费用，它对溶解度大的溶液干燥以及煅烧造粒是非常合适的。 喷雾流化干燥中，浆液物料经过喷雾器分散成极细的液滴涂布于流化床层的粒子表面，接受床层热量和流化介质热量以气化水分。粒子尺寸则因其表面上固体物料的析出而长大，这种粒子的涂层长大有的称为“正常长大”。在床层中除了正常长大以外，还可能发生另外的情况：粒子涂层后，由于来不及干燥而相互粘合，这种粒子尺寸的增加称为“粘结长大”。除此以外，还有液滴喷入后未与固体颗粒结合即已干燥，这种小粒子或被带出，或存留在床层中成为新粒子长大的“晶种”。 在床层中，由于雾化器的气流机械作用与流化介质的通过，流化床内的粒子发生相互撞击和冷液喷入热床层后粒子内部产生的热应力，使固体粒子在长大的同时又被破碎而减小粒子尺寸。当床层内粒子长大的速度与破碎速度相等时，粒子的平均尺寸不再变化而达到一稳定值，这时的操作趋于稳定而可连续。即料液不断喷入，床层粒子在某一稳定尺寸范围连续卸出。 以上条件决定于下列各因素：喷雾器的型式和工作条件、干燥条件和流化本身的流体力学条件。其中，喷雾器的条件更为重要。如果喷雾器操作不好，或者床层粘结成饼而无法流化，或者粒子长大不能控制，最后可导致流化状态不佳。 在使用气流式喷嘴的喷雾流化干燥装置中，目前比较多的是采用将卸料中一部分尺寸较小的颗粒反回床层作为涂层长大“晶种”的办法来平衡床层中粒子长大，使操作得以连续。返回床层的小粒子量称为返料量，返料量与产品量之比称为返料比。在喷雾流化干燥器操作中，返料比大说明操作效果不佳。因为这时除要增加筛析、返料提升等的电耗外，还会使设备的生产强度降低。 喷雾流化干燥器在干燥的同时进行造粒，经组合后的干燥器有以下特点：喷雾流化干燥器设备容积小，蒸发强度高，真正实现了小设备大生产（一台直径为500mm的喷雾流化干燥器的生产能力可与一台直径为2000mm，高为10000mm的喷雾干燥器相当）；（2）喷雾流化干燥器与喷雾干燥造粒和流化造粒相比，所得产品颗粒均匀，粒径较大，控制操作条件能生产出直径为0.30.5mm的颗粒，如果增加回粉装置， 成粒率大约在90%左右；（3）喷雾流化干燥器热效率高，一般在60%以上；（4）流化床床层温度比较低，而且温度相对稳定，适用热敏性物料的干燥； 所得颗粒状产品的润湿性、溶解性都很好，粉尘少、无污染 ；（6）产品的密度达到0.66g/cm3，具有良好的流动性，节约包装材料。在我国的奶制品生产中，奶粉的生产约占整个奶制品总产量的80左右，原因是奶粉便于贮存和运输。在奶粉生产过程中，干燥工段是奶粉生产的最重要环节之一，仅干燥工序要蒸发掉的水分量几乎与所要生产出来的奶粉质量相当。一般来说，产品的生产工艺决定产品的生产设备及控制系统，但先进设备和控制系统的应用也可以改变产品的生产工艺，振动流化床干燥设备在奶粉生产中的应用就是一个典型的例子。乳粉的二次干燥技术是指将整个乳粉干燥过程分为两部分进行，先用喷雾干燥塔将含水量为45%-50%的浓缩牛奶干燥成含水量为5%-7%的潮粉，然后用振动流化床干燥器将潮粉干燥成含水量为2%的成品奶粉。这项技术是在80年代初发展起来的新技术。二次干燥技术具有节能、降低干燥塔高度，从而降低干燥塔的投资费用和土建费用，并且可对细粉进行“附聚”，增加粒度和乳粉的速溶性。因此，国内外一些先进的奶粉生产线一般都采用多级干燥进行乳粉生产，从而使得振动流化床的应用越发地广阔了。牛奶在干燥过程中很容易损失其营养成分，干燥温度过高，干燥时间过长，牛奶粉末会变黄，口干也会变差。故选择喷雾干燥，因为该干燥方法温度低，时间短，但喷雾干燥主要用来干燥液状物料，容积传热系数较低（83418 kJm-3h-1K-1），所用设备体积大，而且热效率不高。而流态化干燥主要用于固态颗粒的干燥，其热容量系数较大（800025000 kJm-3h-1K-1）。将这两种干燥器组合起来干燥液状物料，和单纯利用喷雾干燥相比，在相同处理量的情况下，喷雾流化床组合干燥减小了喷雾干燥塔的尺寸，节约了操作空间；产品质量较好。喷雾干燥和流化床干燥的组合在食品、医药和轻工产品干燥中均有应用。如奶粉的干燥，微囊化粉末酒的生产等。其组合形式有二级干燥，也有三级干燥。它由一个喷雾干燥器和一个振动流化床干燥器组成。采用此操作时，可适当提到进气温度，降低排气温度，以降低能耗并保证质量。第2章 振动流化床干燥装置基本参数确定第1节 生产能力计算已知牛奶蒸发量G=1500kg/h，初始湿含量Wo=48%（湿基），产品湿含量Wf=3%（湿基）。又有振动流化床的进料湿含量W1=7%。 G(1-Wo)=G1(1- W1)=G2(1- W2) (2-1） 得G1=838.7 kg/h G2=804.12 kg/h 式中G1振动流化床处理量； G2干燥后奶粉产量。 第2节 基本参数确定 一次干燥后的乳粉物料生产能力G1kg/h 838.7 干燥前含水量W1 7干燥后含水量W2 3由12现代干燥技术选定湿料堆积密度kg/m3 700进料温度 70热风进风温度t1 90(选定)空气密度 kg/m3 0.972由12现代干燥技术选定操作流化速度0.4m/s。第三章 振动流化床干燥工艺计算第1节 多孔板有效尺寸确定多孔板有效长度为L，有效宽度为B。一般情况下B=(1/81/10)L 。由G1=60L/干BH （3-1）干干燥时间，由于干燥时间过长会导致蛋白质变性，从而影响奶粉质量,所以干燥时间不宜过长，现取为15min。H静床高度，取H=100mm；湿料堆积密度，kg/m3；838.7 =60L/15B7000.1得L=5.47m,现取L=6m B=0.6m则干燥时间干60LBHG1 15.02min 在合理范围内，故所选多孔板尺寸合理。多孔板面积S=LB=3.6m2第2节 振动流化床进出风量计算1、 进风量计算进风温度：T进=90空床气速：=0.4m/s则振动流化床下箱体总进风量为：V90 =LB=0.460.6=1.44m/s换算成1atm、20时风机的标准风量：V20=V90(273+20)/(273+ T进)=1.16m/s为使风量有一个调节裕度，应将标准风量增加10%，因此风机风量为：V风=1.1V20=1.28m/s换算为：V风=36001.28=4602.76m/h2、 振动流化床的排气量（一） 物料干燥排出蒸汽体积湿物料生产能力G1=838.7kg/h 干燥后奶粉产量G2=804.12 kg/h被干燥水分重量W=G1G2=34.59kg/h由1化工原理查得90下水蒸汽比容=2.36m3/kg则90下水蒸汽体积：V90汽=81.62m/h（二）排风量计算排风温度为70，则振动流化床排风量为： V80= V风+ V100汽 =4700.47m/h 由于引风机的工作温度为70，因此引风机量 V引= V80=4700.47m/h=1.31m/s第3节 振动流化床进风管和出风管管径计算1、 进风管管径计算振动流化床进风量：V风=1.28m/s采用2个进风管进风，则每个进风管进风量 =0.64m/s取D1=250mm,则进风管空气流速为： m/s由2，对于一般装置中的管路，气体在常压管路中的流速范围是1020m/s，可见，=13.04m/s合适。所以选定进风管为DN250标准管，尺寸为2738。2、 出风管管径计算振动流化床排气量：V80=1.31 m/s采用2个排气管，则每个排气管风量：V2=m/s取D2=250mm，则出风管气体流速为： = m/s在1020m/s范围内，且，合适。所以选定出风管为DN250标准管，尺寸为2738。第四章 振动流化床结构设计第一节 上箱体结构设计图4.1 上箱体结构设计简图上箱体是物料与热空气进行热交换的主要场所，物料与上箱体壁直接接触，因此上箱体材料选用不锈钢0Cr18Ni9，厚度取2mm。上箱体横截面形式如下图所示：采用这种结构形式，可以使热空气通过物料层后，由于流通面积的扩大而降低了气速，从而减少了物料夹带现象的产生。同时，上箱体采用这种结构，避免了法兰与物料的接触，是法兰材料选用碳钢，节约不锈钢用量。上箱体设有4个用以观察物料干燥状况和清洗的用的手孔兼视镜，视镜如下图。接近出料口的视镜应靠近出料口，这样便于观察堰高是否合适，以便及时调整。上箱体顶部设有两个排风管，用以排风。进料口在床身一侧，材料也为不锈钢0Cr18Ni9。为了解在干燥过程中温度的变化，在排风管下侧及上法兰上侧共开设8个温度计插口，用以安装温度计测量温度。为了便于观察，再上箱体顶部设4个灯孔。第2节 下箱体结构设计下箱体是热空气进入的气室，同时激振电机也安装在下箱体上，所以下箱体厚度要比上箱体大，取为6mm，材料为304不锈钢。为使气流能均匀进入上箱体，将下箱体用隔板分成两个气室，各气室中都设有相同的均风板均风角钢等。由于下箱体壁厚较薄，在安装电机处，为防止在激振力作用下箱体产生变形，设置一块4mm厚的弧形板，同时在弧形板上开槽，使激振电机能在一定角度范围内进行激振力的调整。为方便与对下箱体内部进行清洗，对下箱体的两个气室分别设置了手孔，同时在两个气室底部都安装了排污管，用来排除清洗时的污水。为保证清洗污水能顺利从排污管排出，整个下箱体底部保持有1100的斜度。第3节 上下箱体法兰的结构设计上下箱体法兰联接时，主要有两种形式，上下箱体法兰图见设计图纸第二张振动流化床干燥装置结点图中的上下箱体法兰图（A）,（B)。图（A）所示的联接形式是在没有多孔板的场合。在设有多孔板的地方，法兰的联接形式就是图（B)所示。根据化工设备设计手册上卷GB9787-1988上下箱体法兰选定热轧等边角钢，尺寸为 10010010，质量15.120kg/m。图4.2 角钢第4节 多孔板、编织网、托网结构设计一、 分布板孔数高速的热空气流通过多孔板使物料在振动流化床内变成流化状态，多孔板开孔率一般为3%-10%，现取5%。分布板孔径一般为1.52.0mm，这里取，则孔数为 （4-1） n=57325个 在分布板上筛孔按等边三角形布置，空心距为 （4-2） 取t=8mm图4.3 多孔板开孔布置图二、 分布板材料与结构分布板结构采用直流型分布。板的厚度一般取大一点较好，取8mm。板材料选用304不锈钢，孔用冲制而成，加工简单。为了不使物料从孔中掉落，在多孔板下设有一编织网。同时，为了在物料较多时不使多孔板发生凹陷变化，在编织网下设有托网，并用角钢支撑。根据4化工设备设计手册上卷GB9787-1988选定热轧等边角钢尺寸为 60608，质量10.75kg/m。第5节 均风板结构设计由于热空气流是以较高的速度进入下箱体，而下箱体气室宽度不大， 因此导致气流分布不均匀，这种不均匀性将直接影响到干燥效果，产生被干燥物料受热不均，最后得到的产品含水量也不均一，所以必须在下箱体气室中设置均风板。图4.4 均风板开孔布置图如上图所示即为均风板开孔图，线，线，线，线上各开9个孔，且孔径分别为0.04m,0.05m,0.06m,0.08m,整板开孔率为： 第6节 支座设计 图4.5 下支座结构设计图下支座采用整体式支座，如上图所示。支座上部焊接支承板，用以放置弹簧，防止弹簧跳出发生故障。纵向的两个支座间也用槽钢通过焊接而成为一体。第7节 保温层设计由于振动流化床使用的干燥介质通常是温度较高的热空气，为防止热损失，应在进风管，箱体外壁等处加保温层。保温层要求无腐蚀性，热阻大，性能稳定，重量轻，有足够强度，吸湿性小，易于施工，成型，成本低。在此次设计中我们采用的保温材料为玻璃棉毡，其技术指标为：种类：2号 体积密度：16 kg/m 热导率：0.058w/m.k最高使用温度为：250 厚度标准为：25、40、50、75、100mm在这里我们是在知道保温层外表面温度的情况下来求保温层的厚度。在外径1米的管道、圆筒型设备或平壁单层保温时 m （4-3）为绝热材料在其温度下的导热系数，Kcal/m h 被绝热管道设备外壁温度， 保温层外表面温度， 在一般情况下保温层外表面的温度可以利用公式来计算： 为被保温设备的外表面温度， （4-4）周围环境的温度，室外总的给热系数 （4-5）对保温或是加热保温绝热结构，一般取=10 W为室外的风速 取0.3m/s 所以我们采用厚度为25mm的就已经足够了。第8节 堰高调整装置的设计堰调整方法如下图： (1)把手 (2)固定盘 (3)转动盘图4.6 堰板结构图 固定盘是一个带有环形导槽的圆盘，固定盘和转动盘间有两颗螺来固定，需要调节堰高时，首先是螺栓松开，通过把手转移转动盘，调到所需堰高后，拧紧螺栓即可。第9节 肋板结构设计 由于上、箱体壁厚较小，在力作用下易发生变形，因此设一些肋板，增加箱体的刚度，防止变形。肋板等间距，均匀分布焊在上下箱体上，焊接方式采用双面交错焊，如下图所示。这种焊接方法对上箱体有很大意义，因为上箱体为不锈钢材料，这样焊可减少对不锈钢的烧损，对下箱体来说，则可较少焊缝面积。图4.7 肋板双面交错焊接第10节 进风管、出风管结构设计进风管、出风管与调节风量的蝶阀相连，而蝶阀是不动的，所以需要在进风管、出风管与蝶阀间设置连接与软连接。在进出风管与接管都采用翻边结构并通过卡线的卡紧联接而连成一体，接管与蝶阀通过法兰联接。第11节 进风管、出风管接管法兰结构设计一、 接管法兰的设计与选择12根据8压力容器和化工设备实用手册上册，选用平焊法兰。如下图所示：图4.8 法兰（一） 进风管DN250的平焊法兰表4-1 DN250法兰参数公称通径DN钢管外径A1法兰内径B1法兰外径D螺孔中心圆直径K螺孔直径L螺孔数量n螺纹法兰的厚度C法兰的质量kg2502732763753351812M162413.8 （二） 出风管DN250的平焊法兰表4-2 DN250法兰参数公称通径DN钢管外径A1法兰内径B1法兰外径D螺孔中心圆直径K螺孔直径L螺孔数量n螺纹法兰的厚度C法兰的质量kg2502732763753351812M162413.8 第五章 振动流化床配套设备选择第1节 加热装置的选择一、 热风锅炉加热风量计算热风锅炉加热风量实际上就是振动流化床在T进=90时的进风量，即热风锅炉加热风量为：V90= V90=1.28m/s二、 提供热量计算风机风量V风=4602.76m/h由1查得t=20下空气密度=1.205kg/则空气质量流量 G= V风=5546.33kg/h考虑到可能出现的较低温度，将室温降到低于20的10来计算所需提供的热量是合理的，这样选择的热风炉具有较好的适应能力。因此，平均温度：又由1查得tm=50时，空气比热Cp=0.24则热风炉所需提供的热量为:Qz=G=106489.54kcal/h （5-1）三、 热风炉选择烟道气间接加热装置，它是将金属伴做成各种类型，直接放入烟道室，依靠金属壁来加热空气。根据现代干燥技术P1147，直流式换热器系列性能表选型。 选用热风炉的台数，型号规格和技术参数如下： 台数：一台 表5.1 热风炉数据 型号规格技术参数最大输出热量（104Kcal/h）输出风量(m3/h)热风温度（）耗煤量（Kg/h）RFL1515120002160603003045第2节 旋风分离器设计选用CLT/AX型旋风分离器。由2可知它的净化能力为17042780，流体阻力为49110mmH2O。一、 气体处理量 旋风分离器的气体处理量QX即为振动流化床的排气量V65即：QX= V80=4700.47m/h。二、 旋风分离器直径由2可知，气体以1520m/s的速度进入旋风分离器，所产生的离心力可以分离出小到5的颗粒及雾沫。因此，初选进口速度为则进出口横截面积F进为F进= （5-2）又进气口高度 A=0.66DX 进气口高度 B=0.26DX 所以有F进=0.66DX0.26DX则DX=0.736m取旋风分离器直径DX=0.7mF进=0.172D=0.172(0.7)=0.0843m2=15.5m/s可见能充分满足分离要求。三、 旋风分离器尺寸确定A=0.66D=0.66=0.462mB=0.26D=0.26=0.182mD1=0.4D=0.4=0.28mH1=2.26D=2.26=