卧式多室流化床干燥器的项目设计方案.doc

卧式多室流化床干燥器的项目设计方案第一章 概述利用流动气体的作用，将颗粒状物料悬浮起来并使之呈现类似于流体的状态特性，这就是固体流态化。借这种流化状态实现某种生产过程的操作，称为流态化技术。流化干燥（或称沸腾干燥)是流态化技术在干燥上的应用。1.1流态化现象当流体以不同速度向上通过颗粒床层时，可能出现以下几种情况：（1）固定床阶段 当流速较低时，颗粒静止不动，流体穿过颗粒之间的空隙而流动，这种床层称为固定床。（2）流化床阶段 当流速增大至某一定值，使流体通过床层的压强降近似等于单位面积床层上物料所受净重力时，流体在垂直方向给予床层的作用力刚好把全部床层颗粒托起，颗粒开始松动，床层略有膨胀，固体颗粒仍保持接触不能自由运动。此时，床层处于初始或临界流化状态。如果流速升高到使全部颗粒刚好悬浮在向上流动的流体中而能随机运动，床层高度随流速加大而升高，这种床层称为流化床。（3）稀相输送床 若流速再增至某一极限值(称为带出速度或最大流化速度)后，床层上界面消失，所有颗粒分散悬俘于气流中并被气流带走。这时，气流中颗粒浓度降低，由密相变为稀相，这种床层称稀相输送床。在这个阶段，由于固相密度变稀，单位高度床层压强降随气速升高而下降。显然，要使固体颗粒床层在流化状态下操作，必须使流化的速度高于临界流化速度，同时，为避免大量颗粒被气流带走，最大流速又不得超过按床层平均粒径计算的沉降速度（或带出速度）。1.2流化床干燥器简介 流化床干燥器是将湿物料放置在多孔板上，由下方吹送热风使之形成流化状态而进行干燥的设备。在流化床层内，颗粒在热气流中上下翻动，互相混合与碰撞，与热气流进行传热和传质而达到干燥的目的。流化床干燥装置一般都包括鼓风机(或抽风机)、加热器、流比床干燥器、粉尘捕集器、加料器、卸料器等。1.2.1流化床干燥器的特性流化床干燥器的优点有： （1）由于颗料物料和流体在床层内进行充分的混合和碰撞，表面更新频繁，使气固间传热传质系数及两相接触面积均较大，设备生产能力高，可在小装置中处理大量的物料。（2）物料干燥速度大，在干燥器中停留时间短，所以适用于某些热敏性物料的干燥。（3）物料在床层内的停留时间可根据工艺要求任意调节故对难干燥或要求干燥产品含湿量低的过程非常适用。（4）设备结构简单，造价低，可动部件少，便于制造、操作和维修。（5）在同一设备内，既可进行连续操作，又可进行间歇操作。流化床干燥器的缺点有：（1）床层内物料纵向返混严重，对单级式连续干燥器，物料在设备内停留时间不均匀，有可能使部分未干燥的物料随产品一起排出床层外。（2）一般不适用于易粘结或结块、含湿量过高物料的干燥，因为容易发生物料粘结到设备壁面上或堵床现象。（3）对被干燥物料的粒度有一定限制，一般要求不小于30um、不大于6mm。（4）对产品外观要求严格的物料不宜采用。干澡贵重和有毒的物料时，对回收装置要求苛刻。1.3流化床干燥器的型式及干燥流程1.3.1单层圆筒形流化床干燥器 这种流化床干燥器的基本结构如图1所示，床体为直立圆筒形，底部有一层分布板。它既可河歇操作也可连续操作。间歇操作时，被干燥物料一次加入干燥器，在床层中，热干燥介质与湿物料整体接触是一致的，干燥产品含湿量均匀，且每批的干燥时间可根据工艺要求进行调节。由于间歇操作，进出料耗时较多，劳动强度大，不适宜于干燥大批量的物料。连续操作的单层流化床干燥器可用于初步干燥大量的物料，特别适用于表面水分的干燥。然而，为了获得均匀的干燥产品，则需延长物料在床层内的停留时间，与此相应的是提高床层高度从而造成较大的压强降。在内部迁移控制干燥阶段，从流化床排出的气体温度较高，干燥产品带出的显热也较大，故干燥器的热效率很低。1.3.2多层圆筒形流化床干燥器为了克服单层流化床中物料停留时间不均匀及热效率低的缺点，开发了多层流化床干燥器。在图2所示的设备中，湿物料从顶部加入，逐层向下移动，由底部排出，热空气由底部送入，向上通过各层，从顶部排出。热空气与物料逆向流动，因而物料在器内停留时间及干燥产品的含湿量比较均匀，最终产品的质量易于控制。由于物料与热空气多次接触，废气中水蒸气的饱和度较离，热利用率得到提高。此种干燥器适合于内部水分迁移控制的物料或产品要求含湿量很低的场合。多层流化床干燥器的结构，类似气液传质设备的板式塔，可分为溢流管式和穿流管式。1.3.3卧式多室流化床干燥器图3为连续卧式多室流化床干燥器示意图。这种干燥器使物料自进人第1室后，依次通过间隙从上一室向下一室移动，干燥后的产品由最后一室越过溢流堰经出料口卸出。同时，挡板的存在又可防止物料的短路现象以使产品质量均匀。每一小室下部有一进气支管，支管上有调节气体流量的阀门，热空气由各进气支管分别送入各室的下部，通过多孔筛板进入各干燥室，使多孔板上之物料处于流态化状态。图3与多层流化床干燥器相比，卧式多室流化床干燥器高度较低，结构筒单操作方便，易于控制，流体阻力较小，对各种物料的适应性强，不仅适用于各种难于干燥的粒状物料和热敏性物料，而且已逐步推广到粉状、片状等物料的干燥，干燥产品含湿量均匀。因而应用非常广泛。1.3.4惰性粒子流化床干燥器溶液、悬浮液或膏糊状物料往往可以在惰性粒子流化床干燥器中进行干燥。床体一般为锥形，于其中先放人一定量的惰性颗粒，当惰性颗粒流化后，将浆状或膏糊状物料喷入或挤入床层，在惰性粒子表面结成干燥外层，由于惰性粒子在床内相互磷撞而粉碎脱落，细粉产品由气体带出，经旋风分离器收集。这种干燥器对于热敏性物料或要求得到粉状产品时特别适用。其干燥强度，要比普通喷雾干燥器大几十倍。1.4干燥器选型时应考虑的因素图4 惰性粒子流化床干燥器（1)物料性能及干燥特性 其中包括物料形态(片状、纤维状、粒状、液膏状等)、物理性质(密度、粒度分布、粘附性等)、干燥特性（热敏性、变形、开裂等)、物料与水分的结合方式等因素。（2）对干燥产品质量的要求及生产能力 其中包括对干燥产品特殊的要求(如保持产品特有的香味及卫生要求);生产能力不同，干燥设备也不尽相同.（3）湿物料含湿量的波动情况及干燥前的脱水 应尽量避免供给干燥器湿物料的含湿量有较大的波动，因为湿含量的波动不仅使操作难以控制而影响产品质量，而且还会影响热效率;对含湿量高的物料，应尽可能在干燥前用机械方法进行脱水，以减少干燥器除湿的热负荷。（4）操作方便，劳动条件好。（5）干燥器的占地面积、排放物及噪声是否满足环保要求。第二章 设计方案简介 干燥器的设计是在设备选型和确定工艺条件的基础上，进行设备工艺尺寸计算及其结构设计。设计的基本依据是物料衡算、热量衡算及干燥速率的方程。设计的基本原则是物料在干燥器中的停留时间等于或略大于所需的干燥时间。2.1流化床干燥器的设计步骤2.1.1 确定设计方案（1）干燥方法（2）干燥器结构型式的选择（3）干燥装置流程（4）干燥条件的确定2.1.2.干燥器主体设计1.工艺计算：物料衡算 空气和物料出口温度的确定 热量衡算 预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量2.设备尺寸：流化速度的确定流化床层截面积的计算根据床层底面积确定干燥器的宽度和高度干燥器高度的计算3.结构设计计算：1）布气装置：分布板预分布器2）隔板（分隔板）3）溢流堰2.1.3.辅助设备的计算与选型1.风机（确定风机的材质和类型，然后根据计算的风量和系统所需要的风压，参照风机样本选用合适的型号）2.空气加热器（螺旋式翅片管加热器即可，该种加热器在光滑管外加上了翅片，增大了空气侧的传热面积，从而提高了传热效果）3.供料器（加料和排料器）4.气固分离器（选择的是旋风分离器，选型时，根据含尘器的处理量和允许压强降，定出合适的入口气速，由此确定入口管截面积，然后按结构比例关系确定其他尺寸）2.2干燥过程的设计方案（流程图）第三章 工艺计算设计一台卧式多室流化床干燥器，将从气流干燥器来的细颗粒物料，其湿含量从3%干燥至0.3%（以上均为湿基），生产能力2700kg/h。已知参数如下：1、物料参数 颗粒密度=1400kg/m；堆积密度=450kg/m3；绝干物料比热=1.256kJ/kg；颗粒平均直径dm=0.15；临界湿含量=0.05（干基）；平衡湿含量0。物料静床层高度为0.10m。干燥装置热损失为有效传热量的15%。2、干燥条件确定1）干燥介质湿空气，将空气进预热器温度定为t0=25，初始湿度H0=0.018kg水/ kg干气。2）干燥介质进入干燥器温度=105。3）物料进入干燥器温度=404）干燥介质离开干燥器的相对湿度和和：一般要求较物料出口处湿球温度高2050。5）热源：饱和水蒸汽，压力392.4kPa。6）物料出口温度 ：物料出口温度主要取决于物料的最终湿含量、临界湿含量，和内部迁移控制段的传质系数。如果，则，若，物料的临界湿含量低于0.05 则可用下式计算。7）操作压力：常压。3.1干燥流程的确定及说明 根据干燥任务，采用下图所示的卧式流化床干燥装置系统。来自气流干燥器的颗粒状物料用星形加料器加到干燥室的第一室，依次经过各室后，于51.5离开干燥器。湿空气由送风机送到翅片型空气加热器，升温到105后进入干燥器，经过与悬浮物料接触进行传热传质后温度温度降到了71.5。废气经旋风分离器净化后由抽风机排除至大气。空气加热器以392.4kPa的饱和水蒸气作热载体。流程中采用前送后抽式供气系统，维持干燥器在略微负压下操作。3.2物料衡算和热量衡算3.2.1 物料衡算 3.2.2空气和物料出口温度的确定空气的出口温度应比出口处湿球温度高出 （这里取)，即 由及查湿度图得,近似取,于是物料离开干燥器的温度 由下式计算，即 由水蒸气查表得将有关数据代入上式，即 解得 3.2.3 干燥器的热量衡算如图所示，干燥器中不补充热量，因而可用下式进行衡算，即式中 ： 取干燥器的热损失为有效耗热量的，将上面各值代入式中，便可解得空气耗用量，即 解得：绝干气/h 由式 可求得空气离开干燥器的湿度H2，即水/绝干气3.2.4预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量 由水蒸汽表查得，392.4水蒸气的温度，冷凝热，取预热器的热损失为有效传热量的，则蒸汽消耗量为： 干燥器的热效率为第四章 流化床干燥器的设计计算4.1流化速度的确定 4.1.1临界流化速度的计算在105下空气的有关参数为密度，黏度 ，导热系数。1取球形颗粒床层在临界流化点。由和数值查下图5得临界流化速度由下式计算，即图54.1.2颗粒带出速度由1 及值查图5得带出速度由下式计算，即4.1.3操作流化速度取操作流化速度为，即4.2流化床层底面积的计算4.2.1干燥第一阶段所需底面积由式 计算式中有关参数计算如下：取静止床层厚度，干空气的质量流速取为，即由于，所得值应予以校正，由值从下图查得 。的校正系数图解得4.2.2物料升温阶段所需底面积由式 计算式中解得床层总的底面积为： 。4.3干燥器的宽度和长度今取宽度b=1.2m ，长度l= 2m，则流化床的实际底面积为。沿长度方向在床层内设置3个横向分隔板，板间距。物料在床层中的停留时间为： 4.4干燥器高度4.4.1浓度相高度由式 计算，前已算出，于是4.4.2分离段高度由及,从下图查得：为了减少气流对固体颗粒的带出量，取分布板以上的总高度为3m。第五章 干燥器结构设计5.1布气装置布气装置包括分布板和预分布器两部分。其作用除了支撑固体颗粒、防止漏料以及使气体均匀分布外，还有分散气流使其在分布板上产生较小气泡的作用，以造成良好的起始流化条件与抑制聚式流化床的不稳定性。这里主要讨论分布板的选取，多采用单层多孔布气板，且取分布板压强降为床层压强降的，则 再取阻力系数，则筛孔气速为： 干燥介质的体积流量为：选取筛孔直径,则筛孔总数为：个分布板的实际开孔率为： ，即8.37%在分布板上筛孔按等边三角形布置，孔心距为： 5.2分隔板沿长度方向设置3个横向分隔板，隔板与分布板之间的距离为2040mm（可调节），提供室内物料通路。分隔板宽 1.2m ，高 2.5m，由 5mm厚钢板制造。5.3物料出口堰高 1 将及代入上式，解得 溢流堰高度用下式计算，即 将有关数据代入上式的 整理上式得经试差解得：。5.4卧式多室流化床干燥器设计计算结果总表项目符号单位计算数据处理湿物料量2700物料温度入口40出口51.5气体温度入口105出口71.5气体用量绝干气体/7565热效率%30.39%流化速度0.4034床层底面积第一阶段1.816加热段0.457设备尺寸长a2宽b1.2高Z3.0布气板型号单层多孔板孔径1.5孔速11.5孔数个113719开孔率%分隔板宽1.2与布气板距离20-40物料出口堰高0.313第六章 附属设备的选型6.1送风机和排风机为了保持干燥室基本维持常压操作，采用前送后抽式系统。6.1.1送风机风机按其结构形式有轴流式和离心式两类。轴流式的特点是排风量大而风压很小，一般仅用于通风换气，而不用于气体输送。故选择离心式通风机。其风机进口体积流量V1为 根据经验，取风机的全风压为。有风机的综合特性曲线图可选型风机。6.1.2排风机 同理可得到物料出干燥塔的温度下的体积流量V2： 根据经验，取风机压为。由风机的综合特性曲线图可选型风机6.2气固分离设备为获得比较高的固相回收率，可选用型旋风分离器。其圆筒直径。入口气速为，压力降，单台生产能力为。其结构如下图所示 旋风分离器简图6.3供料装置根据物料性质（散粒状）和生产能力（2.7t/h）选用星行供料装置（加料和排料）。结构如下所示其规格和操作参数为：规格 生产能力链轮传动 叶轮转速齿轮减速电机：型号,功率 ,输出转速第七章 设计评述 本次设计任务是生产能力卧式多室流化床干燥装置，通过这次设计我接触到了很多原本对我来说很陌生的东西，对干燥器、流化床等有了一些认识，了解了设计一个设备的大概流程。想想两周前的我们，课程设计对我们来说完全是个新生事物，起初真的可谓是无从下手。我们只能从课本开始做起，并配合我们由图书馆借来的有关资料，先对整个课程设计过程做个大致的了解。功夫不负有心人，经过两周的艰苦奋斗，设计任务终于完成了初步的草稿，心中不禁感到由衷的高兴，不免有一种发自内心的成就感。除了专业方面的知识，这次课程设计，我也学到了很多其他方面东西。但是就word而言，这些office软件是我们平时工作学习经常用到的东西，通过这次课程设计让我对word的使用更加灵活，对于公式的输入、排版等也有所掌握。并对CAD制图有了更加灵活的应用，CAD制图是今后在我们的工作学习中必不可少的实用工具，在此，我们要更加进一步的掌握和熟悉这个软件的实用方法以及使用。另外，我发现我的耐心也好了很多，此次计算量较大，要求我们务必处处要小心谨慎，否则一步错了的话，可能会连带很多数据都算错，这对我们的耐心是一个考验。同时，也让我感到团队合作的重要，在今后的学习工作中的作用不可小觑。这次课程设计也锻炼了我们个人独立思考的能力以及能够及时解决相关问题的方案的能力。经过我们的不懈努力，最后获得成功的时候，我们收获的不仅仅是一份说明书和图纸，更是对自己的信心以及在未来的人生路上迈出的更坚定的脚步。最后，我们要向指导老师以及一起合作的同学们表示最诚挚的谢意。因为所有人的齐心协力，本次课程设计才得以顺利完成。也因为这次难得的锻炼机会，我们才更明白了自己的职责所在，并深刻领会到了学问的博大精深！附1 卧式多室流化床干燥器设计流程图序号名称序号名称1摇摆颗粒机7进支气管2加料斗8多空板3流化干燥室9旋风分离器4干品贮槽10袋式过滤器5空气过滤器11抽风机6翘片加热器12视镜附2 本设计主要符号说明27英文字母：单位体积物料所提供的干燥面积，m2 /m3；A 流化床干燥器层截面积；Ar 阿基米德数，量纲为一；b 卧式多室流化床床层宽度，m；c 比热容，kJ/（kg）；C 修正系数，量纲为一；d 颗粒直径，筛孔直径，m；D 设备直径，m；当量直径，m；床层膨胀率，量纲为一；g 重力加速度，；G固体物料的质量流量，kg/s或kg/h；h 干燥器中物料出口堰高，m；H空气的湿度，kg水/kg干空气；风机的风压，Pa；I 空气的焓，kJ/kg干空气；固体物料的焓，kJ/kg干物料；K常数；l 单位空气的消耗量，kg干空气/kg水；L绝干空气的流量，kg/s或kg/h；空气的质量流量；Ly李森科数，量纲为一；n转数，r/min；分布板开孔数；P操作压强，Pa；Q传热速率，W或kW；r 汽化热，kJ/kg；R膨胀比，量纲为一；Re雷诺数，量纲为一；螺旋叶片的螺距，m；t 温度，k或；u速度，m/s；v湿空气的比体积， 干空气；空气的体积流量，；w物料的湿基含水量；W水分蒸发量，kg/s或kg/h；X物料的干基含水量；Z流化床层的高度，m。希腊字母：-对流传热系数，W/（）；阻力系数；效率；固体物料的温度，；导热系数，W/（m）；粘度，；密度，；分布空开孔率；平均停留时间，s。下标 ：0进预热器的，开孔的，静止的；1进干燥器或离干燥器的，干燥第一阶段的；2离开干燥器，干燥第二阶段的；b 堆积的；C绝干的，临界的；H湿的；L 热损失的；m平均的