硫酸钾流化床干燥器设计计划书.doc

硫酸钾流化床干燥器设计计划书第一章 概 述1.1 流化床干燥的特点干燥技术是一门跨学科、跨行业、具有实验科学性的技术。传统的干燥器主要有箱式干燥器、隧道干燥器、转同干燥器、带式干燥器、盘式干燥器、桨叶式干燥器、流化床干燥器、喷动床干燥器、喷雾干燥器、气流干燥器、真空冷冻干燥器、太阳能干燥器、微波和高频干燥器、红外热能干燥器等。干燥设备制作是密集型产业，我国的国产干燥设备价格相对低廉，因此具有较强的竞争力。主要包括：（1）物料静止型或物料输送型干燥器；（2）物料搅拌型干燥器；（3）物料热风输送型干燥器；（4）物料移动状态；（5）辐射能干燥器将大量固体颗粒悬浮于运动着的流体之中，从而使颗粒具有类似于流体的某些表观特性，这种流固接触状态称为固体流态化。流化床干燥器就是将流态化技术应用于固体颗粒干燥器德 一种工业设备，目前在化工、轻工医学、食品以及建材工业中得到广泛的应用。 流化干燥器又名沸腾干燥器，是固体流态化技术在干燥器上的应用。流体自下而上通过 颗粒堆成的床层时，若气流速度 较低，则床层仍维持原状，气流从颗粒间空隙流过，这种床层称为固定床。速u提高到大于某一临界值Umf（称为起始流化速度）后，颗粒推理其原来的位置在流体中浮动，并在床内无规则的运动，这种床层称为流化床。在流化床内，由于颗粒分散并做不规则运动，造成了气固两相得良好接触，加速了传热和传质的速度，而且床内温度均匀便于准确控制，能避免局部过热。设备结构简单、紧凑，容易使过程连续化，固得到较广泛的应用。为了改善产品质量，生产上常采用卧式多室流化干燥器，干燥室的横截面做成长方形，用垂直挡板分隔成多室（一般为48室），挡板与多孔板之间留有一定间隙（一般为几十毫米），使物料能顺利通过。湿物料自料斗加入后，一次有第一室流到最后一室，在卸出。由于挡板的作用，可以使物料在干燥器内的停留时间趋于均匀，避免短路。并可以根据干燥的要求，调整各室的热、冷风量以实现最适宜的风量与风速。也可在最后一、二室内只同冷风，以冷却干物料。干燥室截面在上部扩大，一减少粉尘的带出。流化床干燥器还 可以做成多层式。以卧式多室流化床干燥器相比，其优点是热效率较高。但由于压降打，而且物料由上以层流到下一层的装置较复杂，生产上不如卧式用得广泛。流化床干燥有以下特点：1）由于流化床内温度均一，并能自由调节，故可得到均匀的干燥产品。2）因热传递迅速，所以处理能力大。3）由于滞留时间可在几分钟几小时范围内任意选定，故可生产含水分极低的干燥制品。4）因流化床具有相似于液体的状态和作用，所以处理容易。此外，物料输送简单。5）装置无运动部件，结构简单，运转稳定。但被处理物料的形状和粒径有一定限制。6）不适用于易粒结或结状的物料。1.2 设计方案简介一、设计任务所要求的内容 （见附 设计任务书）二、主体设备的选择 考虑到本设计的要求：物料呈颗粒状，圆球形，处理量为30000吨年（以干燥产品计）颗粒平均直径在200微米。本设计采用流单层圆筒型流化床干燥器来干燥物料，可以减少干燥管的高度和节省设备的成本。相对快速运动，增强了干燥的效果并减少了干燥时间。计算管的高度与管径时所需的公式与参数，可由参考文献查得。具体计算见设计书。三、辅助设备的选择 辅助设备在干燥中起着关键的作用。加料装置的选择必须考虑到所加物料的湿度、颗粒的大小和物料的处理量，因此，综合考虑选择装置，可以用旋转式加料装置。风机和热风加热装置的选择稍微有点难，因为没有具体的数据可以选择使用，为了节省整个装置的成本，我们可以选择有同样功能的标准设备，此具体的风机没有，我们就可以选择稍大的现有的标准风机来代替。至于分离装置的，因为是要求达到环保的排放标准，必须选择能处理极小粒径的，例如，旋风分离器，其他离粒径在5微米左右，排放出的颗粒基本达到要求，不需要再安装更好的布袋分离器，同时也可以节省成本。四、整个装置的流程 流程图见附录。风机提供出所需要的风量，经热风加热器到需要的温度后，送入主体设备并带着加入的物料往上走进行干燥过程。因为颗粒有自身的重量要往下运动，就与向上的热风形成逆流运动，加大了干燥的效果。运动流化床干燥装置，减少了干燥的时间和主体设备的高度。最后由分离设备分离器出需要的干物料，并排出难分离的颗粒。五、具体的计算与装置的选择见下面的设计书。第二章 工艺计算及主体设备设计2.1 已知的基本条件2.1.1 物料的基本参数生产能力（进料量）G1=3万吨年（以干燥产品计）颗粒平均粒径=200微米物料密度要求物料从物料进口温度2.1.2 空气的基本参数干燥介质 湿空气离开预热器温度 75气体出口温度可选 t1=50物料出口温度可选 热源 饱和蒸汽，压力自选操作压力 常压2.2 物料衡算和热量衡算2.2.1 物料衡算干燥器生产能力 湿物料量 水分蒸发量 2.2.2 蒸发水消耗热量Q1加热物料消耗热量Q2,物料出口湿度可认为稍低气体出口湿度基本相等，可认为则其中总的热消耗量Q,2.3 主体设备的计算2.3.1 所需的气体量L气体比热容按平均温度65计算则所需的气体量2.3.2 排气状态的确定这里要求确定x2，然后由x2及t2确定相对湿度2已知t2=50，从L-X图中可查得：故 排气后经除尘设备不会产生由冷凝水的现象。2.3.3 流体力学计算阿基米德数这里定性温度t=50该温度下气体的运动粘度为按计算临界速度，根据查得：流化速度流化数可按下式确定：其中LY可根据和从LY与Ar之间的关系图中查出，查得：流化床层空隙率核算：固体床层空隙率其中假比重2.3.4 流化床层高度的计算一般取静床层高度，这里取故2.3.5 床层直径的计算先确定床层的面积：其中空气速度u根据化工厂实验数据，一般，这里取则床层直径实际取床层直径为2.3.6 分离段直径其中：干燥后的硫酸钾最小粒径为，这里ut是指粒径为的颗粒的带出速度，为了要使这种粒子沉降下来，其速度要低于ut。先计算粒径为粒子的ut当时，从图中可查得李森科准数为： 故 所以 则分离段直径为：实际分离段直径取2.3.7 设备高度的计算分离段高度的计算：可根据曲线图来确定，当时，查得=1.4所以扩大段直径应根据实际需要来确定，有一半的经验，扩大段高度大致等于扩大段直径，故又床层高度故该设备的总高度为 2.3.8 分布板开孔率 分布板实际开孔率确定可按下列方法进行计算： 先计算床层压降 分布板孔速按下列公式计算： 其中比例系数，先取 则 若按实际操作速度1.2m/s来考虑，则开孔率为： 若取，则 则开孔率为： 2.3.9 颗粒在流化床层中平均停留时间=36.2min第三章 辅助设备的选择3.1 物料供给器的选择 由生产任务可知，所干燥的物料为散状粒，圆球形。可选用星型加料器，旋转式星形供料器的供料量G(kg/h)可按下式计算：式中 转子旋转一周排除的物料量，kg/r 转子转速，r/min 容积效率一般取=0.750.85，在这里取=0.8则该供料器的理论供料量=3997.5kg/h这里可选用供料量为4000 kg/h的旋转式星型供料器。3.2 空气预热器 计算空气预热器每小时所提供的热量可按下式： 重庆地区年平均相对湿度=78，平均气温=30， 则湿度H=上式中=1.013Pa，查得=30时，=4247.4 Pa所以=3.81 =1.996kJ/h考虑设备的热损失，以计算值增加15作为空气预热器的最大供热量 则 kJ/h故应该选用每小时大约可产生2.295106kj/h的加热炉进行加热3.3 送风机和抽风机当风量 时即 故送风机的送风量应为610，考虑到有少量大气漏入，抽风机的排风量应为6203.4 捕集器为了获得较高的固体回收率，同时减少不必要的设备投资，拟用标准型分离器。一般选用旋风分离器，其分离效率很高，能分离的最小粒径在5 左右，基本满足环保排放的标准，故不需要用更精细的分离设备。这里应该采用一台直径为1200mm的旋风分离器对飞粉进行捕集，由旋风分离器捕集下来的粉末可直接作为产品。第四章 对设计的评述单层圆筒型流化床干燥器有处理量大，热效率高（6080），密封性好，传动机械不接触物料，不会有杂质混入，经济等优点，特别适合处理表面水分的干燥，因此在化工的干燥技术中经常用到。此次设计的重点是在其主体设备的计算和辅助设备的选择。由于在主体设备的计算和辅助设备的选择中，有许多的不确定因素，我们在设计时对其进行了以下的假设：主体设备的计算中，粒子为圆球形，颗粒在干燥过程中，由于除去水分而引起颗粒的大小的改变及重度忽略不计，在流化床干燥器中，颗粒均匀悬浮分布于气流中，无互相黏结现象，颗粒在进入气流干燥管后，颗粒浓度对其运动轨迹的影响忽略不计。根据很多资料最终假设了物料干燥后的直径为1mm，物料的假比重没有查到，根据其他于硫酸钾相似物料估算出了假比重，可能不够准确，再有就是气体和物料的进口温度选定可能于实际中的有差别，造成一定误差。像设备的高度计算，有的部分由长期的经验而得到，例如扩大段高度就近似取了扩大段的直径。因此可能会有一些不够理想的地方。在辅助设备的选择中，只是大致的计算出一些设备所能提供的工艺要求，并没有明确选择出所需要设备的型号，并考虑到设备的成本等问题大致对其进行了选择，可能会出现一些考虑不到的问题。在整个设计过程中，思路与方法是正确的。因此，对整套设备的设计，基本上是合理的。参考文献1. 陈敏恒，丛德兹等. 化工原理(上、下册)(第二版). 北京：化学工业出版社，2000.2. 大连理工大学化工原理教研室. 化工原理课程设计. 大连：大连理工大学出版社，1994.3. 柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，1995.4. 化工设备设计全书编辑委员会编. 干燥设备设计，北京：化学工业出版社，1986.5. 时钧，汪家鼎等. 化学工程手册，北京：化学工业出版社，1996.6. 上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下). 北京：化学工业出版社，1986.附录附录一主要参数说明物料进口量物料出口量水分蒸发量物料密度物料干基空气用量、物料进出口温度、气体进出口温度干物料比热热消耗量物料湿含量温度雷诺数空气速度空气的湿比容物料重度空气相对湿度固体床层空隙率床层面积D床层直径分布板开空率平