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机械毕业设计全套
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JX03-206@直接加热转筒式干燥机,机械毕业设计全套
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鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 I 页 直接加热转筒式干燥机 摘 要 时代在发展，人类在进步。环境保护已经越来越多的被人们所重视。解决煤燃烧产生的大气污染问题是目前一个很重要也很紧迫的问题，随着人类对煤的研究，发现原煤和生物量的混合物燃烧后几乎不含有污染性气体。本设计的目的是为无污染生物煤的生产提供低成本的原煤干燥设备，为生物煤的推广打下坚实的基础，同时也为环保事业做出贡献。 本设计采用如下方案：采用转筒式，直接传热方式，主要靠对流传热，采取 并流操作，使用高温烟道气作为载体。由一般异步电动机，圆柱齿轮减 速器和齿轮齿圈传动组成动力传动装置。由重油燃 烧产生烟道气，石棉做保温层，尾气除尘设备选择旋风分离器。物料进、出传送均采用皮带传输机。密封方式颈向迷宫式密封。 在设计任务给定后，确定了设计所需的基本参数。进行了物料衡算和热量衡算，解决了需要消耗多少干燥介质和热量的问题。依据物料衡算和热量衡算的结果计算并确定了设备的规格参数。对干燥设备作了结构设计的详细计算和必要的强度校核。并选择配套的附属装置，如物料的传输方式选择、热风系统加热方式选择、引风机选型等，更加完善了设计的完整性。 关 键 词 ： 直接传热，转筒式，干燥，原煤 nts鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 II 页 Direct heating transfers the cylinder drying machine Abstract As the time going ,the environmental protection is getting more and more important in the new century. The output of coal burns is one kind of the things that course the environments pollution. However, scientists find that the output of the mixture burns ,which is the raw coal and creature, s mixture, hardly doesn, t contains pollutions. The purpose of this design is to study out one kind of dry equipments for raw coal, which makes the first step from the raw coal to creature coal. This design adopted the tube type dehydrator ,and transmitting heat directly by the main way of convection .and in this design adopted the parallel flow operation ,used the heat flue gas to carry the heat .the general asynchronous motor, cylinder gear speed reducer and tooth ring transmission composite the power transmission apparatus .the bure of the heavy oil create the flue gas and the heat preservation lamella is made by asbestos .the same time tornado separator can remove the dust tail gases. The strap delivers, machine carries out the in and out transmissions of the material. The seal method is diameter faces the maze type seal. After the design mission given ,I made out all the data that must be compute out. To resole the problem how much medium for dry and the calorific value would be consumed, I have done the material calculates and the sum calorific value calculates. And according them I work out the specification parameter of the equipment. And more I have made some additional deal design, such as hot blast system and the breeze machine etc ,which made the design more perfect the complete. Key Words:Transmit heat directly , cylinder ,Dry , Raw coal nts鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 III 页 目 录 1 绪论 1 1.1 干燥技术的概况 1 1.2 干燥技术发展的总趋势 2 1.3 干燥器的分类和选型 3 1.3.1 干燥器的分类 3 1.3.2 干燥器的选型 3 1.4 回转圆筒干燥器的特性 4 1.5 回转圆筒干燥器在工业上的应用 5 1.6 回转圆筒干燥器的设计概论 5 2 设计初始参数的确定 7 2.1 已知参数 7 2.2 其他所需参数的确定 7 2.2.1 并流适用于下列物料的干燥 7 2.2.2 逆流方式适用于下列物料 7 2.3 混合气的参数计算 12 3 物料衡算和热量衡算 14 3.1 水分蒸发量 14 3.2 空气消耗量 14 4 设备规格参数的设计和确定 16 4.1 筒体直径 16 4.2 容积散热系数 16 4.3 筒体长度 16 4.3.1 预热段长度 16 4.3.2 蒸发段长度 18 4.3.3 加热段长度 18 4.4 转筒得转速喝倾斜度得选择 19 4.4.1 转速 19 nts鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 IV 页 4.4.2 筒体地斜度 19 4.5 停留时间 19 4.6 填充系数 20 4.7 热风系统加热形式的选择 21 4.8 鼓风机或引风机的选型 21 4.9 旋风分离器和进、出料装置 22 5 回转圆筒干燥器的 结构设计 与计算 24 5.1 筒体设计 24 5.1.1 筒体结构组成 24 5.1.2 筒体载荷计算 29 5.1.3 筒 体弯矩与应力计算 32 5.1.4 筒体变形计算 35 5.2 滚圈设计 38 5.2.1 滚圈的结构型式 38 5.2.2 滚圈的设计与计算 39 5.3 托轮及轴承设计 41 5.3.1 结构设计 41 5.3.2 托轮及轴承的计算 42 5.4 挡轮及轴的设计 46 5.4.1 挡轮 46 5.4.2 挡轮受力 46 5.4.3 挡轮参数的确定 47 5.4.4 挡轮轴及轴承的选择 48 5.5 传动装置的确定设计依据 49 5.5.1 电动机选型 49 5.5.2 齿轮配置 49 5.5.3 传动装置计算 50 5.6 减速器的选型 53 5.6.1 按强度选用减速器 53 nts鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 V 页 5.6.2 校核热功率 53 5.7 联 轴器的选型 54 5.7.1 联轴器的计算转矩 54 5.7.2 联 轴器的工作转速 54 5.7.3 轴孔直径 54 5.8 进、出料端设计 54 6 回转圆筒干燥器 的密封 56 7 回转圆筒干燥器的安装、调整和运转 57 8 经济性分析 58 结论与思考 60 致谢 61 参考文献 62 nts鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页 转筒式干燥机结构改进 鞍山科技大学机械工程及其自动化机械设计 02.3 吴大永 摘要 本文介绍了对老式干燥机密封结构进行的几项技术改造，并与国内使用的同类型干燥设备进行了对比。改进后的干燥机应用应该较为广泛并且不因该发生漏料现象。 工作原理 ： 湿物料由皮带运输机或斗式提 升机送到料斗，由进料口加入。转筒干燥器主体是略带倾斜并能回转的 筒 圆 体。物料进入 圆 筒内部时，与通过筒内的热风成顺流接触或逆流或与加热壁面进行有效接触而被干燥，干燥后产品从另一端下部出料。在干燥过程中，物料借助于 圆 筒的缓慢转动，在重力作用下从高的一 端向较低一端移动。筒体内壁上装有顺向抄板，它不断把物料抄起又洒下，使物料的热接触面大大增强，提高了干燥速度率并促使物料向前移动。热载体（热空气、烟道气）干燥物料后，通过旋风除尘器收集其夹带的粉尘后排空。 产品特点： （ 1） 生产能力大，可连续操作； （ 2） 结构简单，故障少，操作方便，维修费用低，运行稳定； （ 3） 适用范围广，可干燥粉状、颗粒状、条、块状物料、操作弹性大，生产上允许产品产量有较大波动，而不影响产品的质量； （ 4） 设备庞大，安装、拆卸困难 热容量系数小，热效率相对较低（但蒸汽管式转筒干燥器热效 率较高）。 关键词： 干燥设备 ， 技术改造 具资料，大庆 30 万吨 /年乙烯工程高密度聚乙烯装置的两台间接式干燥机（筒体外径 2400mm，筒体长 21000mm），具资料记载，系由日本三井造船玉野工厂 1981 年制造。该机经过一年零五个月的运行，从未发生漏料现象。其主要原因是日方对该机的密封结构进行了几项技术改造。本文将该设备与国内几家工厂使用的同类型干燥机进行比较，以分析其密封性能得到改善的主要原因。 并进一步进行设备完善。 常用的间接式转筒式干燥机，它的主要部件为一个与水平线略成倾斜旋转圆筒。这种结构的干燥机的 出料箱密封处尺寸很大（与筒体外径相等），密封不可靠。填料的使nts鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 2 页 用寿命不足一年，长因漏料而被迫停车检修。北京一家名为燕山石化公司长征化工厂从联邦德国两台干燥机即属同类型机 。 老式干燥机结构示意图见图 1。本文在其基础上对其密封结构做了如下改进： 1、出料的改进 由于转筒的旋转和重力的作用，转筒底部的物料（见图 1）随径向叶片一起旋转，当上升到转筒上半部后便滑向反向螺旋叶片，经反向螺旋叶片止逆之后，连续均匀的排出物料箱。由于物料不是从转筒底部排出，从而密封尺寸大大减小（本机密封尺寸缩小到 1150），使密封可靠性大大增加。 2、出料箱支承的改进 如图 1所示，出料箱和转筒之间设有大型滚动轴承出料箱的另一侧则采用弹簧支撑，弹簧的固定为铰支连接，以保证筒体的伸缩这样转筒在悬转过程中，密封填料的两侧接触面相对偏心较小，所以密封就比较容易。另外，与出料箱相连的所有管线均采用挠性管，以减小管线对出料箱的作用力。具资料，上海石化中厂涤纶二厂的两台干燥器与本文的尺寸基本相同，本文干燥机除未采用大型滚动轴承外。其余结构、操作参数基本与日方基本相同， 所以 密封效果 较日方的能更理想一些 。 密封性会更强。 3、密封填料的改进 通常，往复运动的密封采用 V 型填料。该填料除具有密封作用外，还具有抗震动力强、容易安装、寿命长和两密封面相对偏心要求不严等优点。因本厂干燥机转速低（ 0.21rad/s），故能获得良好的密封效果。然而 V 型填料的摩擦阻力大，还需采用如下改进措施：在密封的外环和第二环之间加入润滑脂，每两个月补充一次；出料箱与填料接触的环面喷 3/100mm 的镀铬层，以减小摩擦阻力；在填充的支承环处加氮气nts鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 3 页 （ 0.29Mpa）冲洗，以免粉料进入 V 型填料内，同时也加强了填料的自封作用（筒内压力 0.0049Mpa），这也是实现密封的重要 措施之一。另外为使 V 型填料始终保持一定的预紧力，还在填料压盖处有补偿弹簧，见图 2。 同样，对进料处也进行了上述（ 2、 3 项）改进。本文研制的两台转筒式干燥机，由于进行了上述改造，基本解决了该设备的密封问题，从而充分发挥了这一老式干燥机的生产能力 nts 第 1 页 1 绪论 随着时代的发展，环境问题已经越来越多的被人们重视。燃料煤是近现代的主要燃料，取暖、照明、工业无处不用。而煤燃烧所生成的污染物排放到大气中，对环境造成了很大的污染。这个问题有待解决。随着人类对煤的研究，发现 了原煤和生物量的混合物，燃烧几乎不含污染性气体物。这个发现，不仅 是科技的进步人类的发展，更重要的是可以在很大程度上解决煤的污染问题。 生物煤的生产流程：原煤和生物量分别干燥、粉碎，然后混合造粒。本设计就是为生物煤的生产提供原煤的干燥设备。 沈阳某厂家生产生物煤，要求把含水量 15%的精煤加尾煤 的 混 合煤干燥成含水量小于或等于 3%；处理量是 3t/h。重点要求处理后的煤含水量一定不能大于 3%对于煤的干燥，在我国也有不少应用， 50 60 年代所用的转筒式、管式、洒落（竖井）式干燥机。70 80 年代我进引进了沸腾床式，螺旋式以及不久前 研制的 NXG（内部新结构）型转筒式干燥器，取代了一些老设备，效果良好。 针对本设计的实际应用性，考虑到燃料煤的市场价格 较低，生物煤的成本就不能高，否则将会大大影响市场销售。生物煤之所以没有能够得到普及推广，一个不可忽视的重要问题就是生产成本高导致价格市场价格高。所以本设计在完成干燥 任务的基础上，着重考虑经济性，降低生产成本，为生物煤的推广打下基础为环保事业作出贡献。 1.1 干燥技术的概括 干燥的目的是除去某些原料、半成品中的水分和溶剂，干燥方法有三类：机械除湿法、加热干燥法、化学除湿法。机械除湿法，是用压 榨机对湿物料加压，将其中一部分水分挤出。物料中除去的水分量主要决 定 于 施加压力的大小。物料经机械除湿后仍保留很高的水分，一般为 40% 60%左右粒状物料或不许受压的物料可用离心机脱水，经离心机除去水分后，残留在物料中的水分为 5% 10%左右。其他，还有各种类型的过滤机，也是机械除湿法常 用的设备。机械除湿法只能除去物料中部分水分，结合水分仍残留在物料中。因此，物料经机械除湿后含水量仍然很高，一般不能达到化学工艺上所要求的较低的含水量。加热干燥法，实际化学工业中常用的干燥方法，它借助热能加热物料、气化物料中的水分。除去 1kg 的水分，需要消耗一定的热量。例如用空气来干燥物料时。空气预先被加热，送入干燥器。物料经过加热干燥，能够除去物料中的水分，形nts 第 2 页 成水蒸气，并随空气带出干燥器。物料经过加热干燥，能够除去物料中的结合水分，达到化学工艺上所要求的含水量。化学除湿法，是利用吸湿剂除去气体、液体和固体物 料中少量的水分。由于吸湿剂的除湿能力有限，仅用于除去物料中的微量水分，生产中应用极少。 工业中固体物料的干燥，一般上先用机械除湿法，除去物料中大量的非结合水分，在用加热干燥法除去残留的部分（包括非结合水分和结合水分）。 1.2 干燥技术发展的总趋势 1、 干燥设备研制向专业化方向发展； 干燥设备 应用极广，需求量大。 2、 干燥设备的大型化、系列化和自动化； 从干燥技术经济的观点来看，大型化的装置，具有原材料消耗低、能量消耗少、自动化水平高、生产成本低的特点。设备系列化，可对不同生产规模的的工厂及时提供成套设备和部 件，具有投产快维修容易的特点。 3、 改进干燥设备，强化干燥过程： a 改造设备内物料的流动状况（或干燥介质的流动力学状况），强化和改造干燥过程。 b 增添附属装置，改善干燥器的操作扩大干燥设备的使用范围。 4、 采用新的干燥方法及组合干燥方法； 5、 降低干燥过程中能量的消耗： a 对现有的干燥设备，加强管理。 b 改善设备的保温。 c 防止残产品的过度干燥 d 减少被干燥物料的初水分含量。 c 回收被废气带走的热量。 f 提高干燥器的进口空气温度。 g 采用过热蒸汽干燥。 6、 闭路开发循环干燥流程的开发和应用： 7、 消除干燥所 造成的公害问题； nts 第 3 页 8、 粉尘回收、减少风机产生的噪音。 1.3 干燥器的分类及选型 1.3.1 干 燥器的分类 干燥器有很多种分类方式： （ 1） 按照干燥器的操作压力可分为长压式和真空式； （ 2） 按照干燥器的的操作方式可分间歇操作式和连续操作式； （ 3） 按照被干燥物料的状态可分为块状物料、带状物料、粒状物料、膏状物料、溶液或浆状物料干燥器等； （ 4） 按照干燥器供给物料热量的方法可分为传导加热干燥器、对流加热干燥器、辐射加热干燥器、高频加热干燥器等。 （ 5） 按照干燥器使用干燥介质可分为空气、烟道气、过热水蒸气、惰性气体为干燥介质的干燥器等； （ 6） 按照 干燥器的构造可分为喷雾干燥器、硫化床干燥器、气流干燥器回转圆筒干燥器、滚筒干燥器、各种箱式干燥器等； （ 7） 最近有一种新的分类方法，把干燥器分为两大类、五小类，两大类是绝热干燥过程和非绝热干燥过程。绝热干燥过程又分为两类：一类是小颗粒物料干燥器，例如喷雾、气流干燥器、硫化床干燥器、移动床干燥器及回转圆筒干燥器等。二是块状物料干燥器，例如箱式干燥器中的洞道式干燥器、多带式及带式干燥器等。非绝热过程，又可分为三小类：真空干燥、传导传热干燥、辐射传热干燥，其特点是非绝热系统 1.3.2 干燥器的选型 干燥器的选型，一般要 考虑多种因素，如湿物料的状态、性质，干燥产品的要求（产品终湿含量、结晶形状及光泽等）， 以 产量的大小以及所采用的热源等为出发点，结合干燥器的分类，参考干燥器的选型表（表 1.1）确定所适合干燥器的类型。但是对于炼焦、低温干馏，煤的气化以及特殊用处的燃烧煤粉，为了改善其使用性能（提高发热量、改善研磨性能）需要进行干燥。在选型时可根据物料是块状，又是大量连续生产的， “ 查干燥选型表 ” 可以采用气流干燥、回转圆筒干燥器、单室硫化床干燥器、竖式nts 第 4 页 （移动床）硫化床干燥器等。又如，涤纶切片的干燥，根据物料的状态、处理方式 可用气 流干燥器、回转圆筒干燥器、多成硫化床干燥器、卧式硫化床干燥器等。至于选用何种干燥器一方面可借鉴目前生产采用的设备，另一方面，可利用干燥设备的最新发展选择适合该任务的新设备。如果这两方面都无资料，就应该在实验的基础上，再经技术经济核算后在作结论，才能保证选用的干燥器在技术上可行，经济合理，产品质量优良。 本设计为生物煤的生产提供干燥的原煤，物料为块状，需大量连续生产，根据设计 的要求，参考干燥器的选型表摘自 11，选择回转圆筒干燥方式。 1.4 回转圆筒干燥器的特性 回转圆筒干燥器的流程如下：它由低速旋转的倾 斜圆筒（筒内壁安装有翻动物料的各式抄板）及燃烧炉、加热器、旋风分离器、洗涤器等主要设备构成 。 并流操作时，湿物料从回转圆筒高的一端加入，干燥用 烟道气与物料并流进入，湿物料在抄板的作用下，把物料分散在干燥用的 烟道气中，同时向前移动，物料在移动中直接从气流中获得热量，使水分汽化，达到干燥的目的，直接回转圆筒干燥器低的一端卸出产品。 回转圆筒干燥器内，物料与气流的流动方向，随物料的性质和产品要求的最终湿含量而定。通常回转圆筒干燥器采用逆流操作。逆流操作时，干燥器内的传热与传质推动力比较均匀，适用于不允许快速干燥的 非热敏性物料。一般逆流操作的干燥产品的含水量较低。并流操作只适用于含水量较高，允许干燥速度快，不分解，在干燥完成时不能耐高温的热敏性物料。 对于耐高温及清洁度没要求的矿产品、粘土及耐火材料等，可用烟道气为干燥介质；对于产品清洁度要求高的物料，则可采用热空气作干燥介质。干燥介质的温度可以在100 1400 范围内。如果气体进口温度为 200 湿物料的含水量较高，回转圆筒干燥器的容积汽化强度为 2.8103 4.2103 （ 水） /（ sm3 ） （干燥器），热效率为 30% 50%左右；若气体进口温度为 500 ，容积汽化强度在 9.7 （水） /（ sm3 ） (干燥器 )，热效率约为 60%左右。回转圆筒干燥器的抄板如果设计合理，可使物料粒子 90%处于悬浮状态，回转圆筒干燥器的操作气流，与粒子的物性和形状大小有关，一般粒子直径约为1mm 时。气流可取 0.3 1m/s，若粒子直径在 5mm 左右，气流可 取 3 4m/s，回转圆筒 nts 第 5 页 干燥器的容积传热系数约为 161 233W/（ m3 ） 。 回转筒干燥器在化学工业中，广泛地应用于各种粒状物料和小块物料的干燥，如硫酸铵、石灰石、黄铁矿、磷酸盐等，若在转筒中的内部结构设计恰当（如在转筒的物料进口端挂上链条等）还可用于膏状物料的干燥。由于转筒的转速可在 1 10r/min 和倾角可在 2 10范围内调节，因此可以调节物料在干燥过程中的停留时间，所以被干燥物料的含水量范围广泛。回转圆筒干燥器直径约为 0.3 5.2m，长达 20m 左右，由于转速很低，回转线速度约为 0.2 0.3m/s，流体阻力小，鼓风机动力消耗少，操作连续，生产能力适用范围大。其缺点是结构复杂，钢材消耗多，设备占地面积大。 1.5 回转圆筒干燥器在工业上的应用 回转圆筒干燥器是一种处理大量物料干燥的干燥器。由于运转可靠、操作弹性大、适应性强、处理能力大，广泛使用于冶金、建材、轻工等部门。目前硫酸铵、硫化碱、草酸、重铬酸钾、聚氯乙烯、二氧化锰、磷酸铵、硝酸铵、硝酸磷肥、尿素、焦亚硝酸、钠钙镁磷肥、普通过磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸三钠、三局磷酸钠、轻 质碳酸钙、氮磷复合肥料、石棉矿、磷矿、精硫矿及碳酸钙等物料的干燥，大多是用回转圆筒干燥器。 1.6 回转圆筒干燥器的设计概论 回转圆筒干燥器的生产流程如下： 需要干燥的湿物料由皮带输送机或者斗式提升机送到料斗，然后经料斗的加料机构通过加料管进入进料端。加料管的斜度要大于物料的自然倾角，以便物料顺利流入干燥器内。干燥器圆筒是一个与水平线略成倾斜的旋转圆筒。物料从较高的一端加入，载热体由低段进入，与物料成逆流接触，也有载热体和物料并流进入筒体的。随着圆筒的转动，物料受重力作用运行到较低的一端。湿物料在筒内前移过程 中，直接或间接的得到了载热体的 给热，使物料得以干燥，然后，在出料端经皮带机或螺旋输送机输出。在 圆筒的内壁上装有抄板，它的作用是把物料抄起来有洒下，湿物料与气流的接触面积大，以提高干燥速率并促进物料前进。载热体一般为热空气、烟道气等。载热体经干燥器以后，一般需经旋风除尘器将气体内所带物料捕集下来。如需进一步减少尾气含尘量，还应用过袋式除尘器或湿法除尘器后在放空。 回转圆筒干燥器一般适用于颗粒状物料，也可用部分掺 入干物料的办法干燥粘性膏状物料或含水量较高的物料，并已成功的用于溶液物料（料浆）的造粒干燥中。国内回nts 第 6 页 转圆筒干燥其直径一般在 0.4 3m 个别的达 5m。干燥器长度一般在 2 30m，也有高达50m 的。甚至更长的。一般 L/D 在 6 10。所处理的物料含水量范围为 3% 25%， 也有高达 50%的干燥后的含水量可达到 0.5%左右，甚至可以达到 0.1%。 物料在干燥器内的停留时间在 5min 到 2h。气流速度，对粒径为 1mm 左右的物料，气速在 0.3 1.0m/s范围，对粒径在 1 5mm 的物料，气速在 1.2 2.2m/s 范围内。 回转圆筒干燥器的优点是生产能力大、适用范围广、流体阻力小、操作上允许波动的范围较大、操作方便。缺点是设 备复杂庞大、一次性投资大、占地面积大、填充系数小、热损失较大。 回转圆筒干燥器载物料和载物体并流操作时，筒体内物料温度即使在出口处也很接近气体的湿球温度，这说明干燥过程基本上是在等速干燥阶段进行。即水分主要从粒子表面蒸发而无降速干燥阶段。这是因为当粒子与气流接触时，水分从表面蒸发，但当粒子埋入料层后，水分几乎停止蒸发。这时粒子内部的水分继续想表面扩散，当粒子在漏出料层与气流接触时，粒子表面又有自由水分存在。使粒子温度一直维持在气流的湿球温度附近。故可认为此干燥过程仅仅是物料与气体之间的外部传热，传质过程。 筒壁和抄板与气流接触时被加热，而与物料接触时被冷却，但是由于变化周期短，温度变化幅度很小所以筒壁 温度基本上可认为是一个常数。此外由于物料对筒壁传热系数大于气体 对筒壁的传热系数，故筒壁温度实际上接近料温，另外物料只有很薄的物料被加热，故此料层中心升高的温度极少。根据许多资料表明，热传导的热量所占比例很小，只有在分格式转筒中才占 30%左右。 回转圆筒干燥器中一部分热量是颗粒辐射传热，这时粒子表面接受辐射热。在化工干燥作业中，气体温度一般不太高，故辐射的热量在最佳条件下不超过物料在干燥器中的热量的 6%所以在大多数 场合下，在热力计算中不予考虑。回转干燥主要是属于对流干燥，热能以对流方式由热气体传给与气流直接接触的湿物料表面，再到表面传质物料内部这是一个传热过程。水分从物料内部以液态或气态扩散，透过物料层而达到表面，然后水分通过物料表面的气膜而扩散到载热体的主体 ，这是一个传质过程。所以干燥是由传热和传质两个过程组成，两者之间是相互联系的。干燥过程得以进行 的条件， 必须使被干燥物料表层所产生的水分或其他蒸汽的压力大于载热体中水分或其他蒸汽的分压，压差越大，干燥过程进行的越迅速。为此，载热体需及时的将汽化的水气带走，以保持 一定的汽化水分的推动力。所以，在回转圆筒干燥器中都设有鼓风机和引风机 。 nts 第 7 页 2 设计初始参数的确定 2.1 已知参数 （ a） 被干燥物料名称：原煤（精煤加尾煤混合煤）； （ b） 产量： G1 =3t/h; （ c） 物料进口含水量： 1 =15%； （ d） 物料出口含水量： 2 3%； （ e） 流 向的确定：并流 湿物料和载热体的流向有并流和逆流两种，也有并流和逆流合用的。 注：以上为设计题目给定的已知条件。 2.2 其他所需参数的确定 2.2.1 并流适用于下列物料的干燥 （ a） 物料在湿度较大时，允许快速干燥而不会发生裂纹或焦化现象。 （ b） 干燥后物料不能耐高温，即产品遇高温会发生分解、氧化等变化。 （ c） 干燥后的物料吸湿性很小，否则干燥后的物料会从载热体中吸回水分，降低产品质量。 2.2.2 逆流方式适 用于下列物料 （ a） 物料在湿度很大时，不允许快速干燥， 否则 物料发生龟裂现象。 （ b） 干燥后的物料可以耐高温，不会发生分解氧 化等现象。 （ c） 干燥后的物料具有很大的吸湿性。 （ d） 要求干燥的速度大，同时又要求物料干燥程度大。 （ e） 被干燥的物料为原煤，为了避免着火，采用并流操作。在物料的入口处 nts 第 8 页 干燥介质温度高，而物料的湿含量也较高，不宜发生着火现象。 （ f） 载热体的确定：烟道气 载热体及其最高温度的确定在于被处理固体物料的性质及其是否允许被污染等因素。被处理物料为原煤，不怕污染，但温度不能太高。采用混入空气（得到适当的温度）的烟道气作为载热体，可以得到较高的体积蒸发率，还可以节省能源，降低成本。 （ g） 物料的视比重 :ARDad=1.75t/m3 真比重 TRDd：褐煤： 0.8 1.35t/m3 烟煤： 1.25 1.50t/m3 无烟煤： 1.30 1.80t/m3 考虑到作为生物煤的原料，煤质不是很好，大致介于烟煤和褐煤之间，而又无定量的比例，拟取真密度为 1.25t/m3 ， 根据经验公式： ARDad=0.2+0.78TRDd（ 2.1） =0.2+0.781.25 =1.175t/m3 (h)物料粒度分级： Rs 50mm 煤炭粒度分级：摘自 文献 8 nts 第 9 页 表 2.1 烟煤和无烟煤的粒度等级 粒度名称 粒度（ mm） 特大块 100(50 100 混大块 50 中块 25 50,25 80 小块 13 25 混中块 13 50,13 80 混块 13,25 混粒煤 6 25 粒煤 6 13 混煤 100 大块 50 100 混大块 50 中块 25 50,25 80 小块 13 25 末煤 2 1 3 3 5 4 8 6 10 7 12 摘自 文献 15 被干燥物料的堆积密度为 810kg/m3 小于 1000kg/m3 粒度大于 2，查表，拟取气流速度为 3kg/sm2 。 (n) 掺入冷空气的湿含量： x=0.00065kg 水 /kg 干空气。 (o) 掺入冷空气的温度： 10 空气干燥冷空气的 含量较低，取 0.0065kg 水 /kg 干空气（参考资料鞍钢工业炉设计资料有关烟道气与空气混合气的计算）。冷空气的温度，大致取平均气温 10 。 (p) 燃烧原料：重油 厂家推荐重油，选用密度较大发热量较低的重油 C 造价相对较低，还可以在降低成本。 (q) 重油的有关参数 密度： 0.93 1.00g/cm3 化学成分（ %质量）： C83.03、 H： 10.48、 O： 0.48、 NO：41、 S： 3.5、 H2 O： 2、灰粉： 0.1； 发热量（ kcal/kg）：（高） 10400、（低） 9760； 燃料理 论空气量（ m3 /kg） :10.3; 燃料气量（ m3 /kg） :CO2 :1.549、 H2 O： 1.176； S2 O： 0.0245、 N2 ： 8.15；计：10889；最大 CO2 ： 16.34。 2.3 混合气的参数计算 nts 第 13 页 烟道气的入口温度初步定为 600 ，新鲜空气的温度取环境温度 10 ， 1kg 重油 C燃烧生成气体总量为 10.889m3 ，烟道气的比热容 1.26kj/（ m3 ） ,重油 C 的发热量按保守算法取 9760kcal/kg=97604.2kj/kg,设燃烧 1kg 重油需要加入新鲜空气量为 W3m3 。 计算则 97604.21= （ W3+10.889） 1.26（ 600-10） 由文献 15 可知 。得：3= 1060026.1 2.49760 -10.889=55.141-10.889=44.252m3 则：冷空气的百分比为141.55252.44100%=80.25% 烟道气的百分比为141.55889.10100%=19.75% 混合气的湿含量： x= kgkg /019.0100 4 0 2 2 5.15216.0100 071.075.190065.025.80 水湿气体 查高温烟道气的 1 X 图，可得湿球温度为 tw=66.5 ,考虑到干燥过程中有降速干燥阶段，物料有升温，物料出口温度定为 75 ，干燥介质的出口温度定为 80 。 nts 第 14 页 3 物料衡算和热量衡算 在干燥的任务给定后，进行物料衡算和热量衡算，来解决去除多少湿分，消耗多少干燥介质，需要多少热量定额问题。 3.1 水分蒸发量 已知以产品来表示的产量为 G2 =3t/h=3000kg/h=0.84kg/s 已知物料进口含水量和出口含水量为1=15%、 2 =3% 转换为以湿物料来表示的产量 G1 =0.84 skg /96.0%1511 %31 （ 3.1） 将湿基含水量换算成为干基含水量： c1 = 干物料；水 kgkg /176.015100 15 c2 = 干物料；水 kgkg /0 3 1.031 0 0 3 绝干物料量 Gc： Gc=G1 （ 1- 1 ） =0.84（ 1-0.15） =0.816kg/s （ 3.2） 则水分蒸发量： W=Gc （ c1 -c2 ） =0.816 (0.176-0.031)=0.12kg/s （ 3.3） 3.2 空气消耗量 已 经 查 得 热 气 体 的 湿 球 温 度 tw=66.5 ，另 外 已 知 物 料 的 比 热 容Cs=0.4kcal/(kg ), 1 =10 , 2 =75 ,t2 =80 ,由此无法求出离开干燥器的气体含水量x2 , 所以要有热量衡算求出空气消耗量 L（ kg/s）。（水的比热 Cw=1kcal/(kg )） (1)蒸发水分量所需的热量 q1 : q1 =W(595+0.46 t2 - 1 ) （ 3.4） =0.12 (595+0.46 80-10) =74.62kcal (2)物料升温（ 1 =10升到 2 =75）所需的热量 q2 : q2 =Gc Cm( 2 - 1 ) （ 3.5） nts 第 15 页 = Gc（ Cs+C2 Cw） ( 2 - 1 ) =0.816 (0.4+0.031 1 ) (75-10) =22.86kcal (3).热损失 q3: q3=0.2 (q1 +q2 ) =0.2 (74.62+22.86) =19.5kcal 需要的总热量： q=q1 +q2 +q3=74.62+22.86+19.5=116.98lcal (4)空气的消耗量 L=)(46.024.0( 21 ttxq （ 3.6） =)80600)(019.046.024.0( 98.116 =0.91(kg/s) 离开干燥器的气体含水量： x2 = 干空气）水 kgkgxL /(149.0019.091.0 12.01 （ 3.7） 由此查得露点 td=58 ,气体温度 80，露点温度 58 22 ，满足要求。（参照文献 15， 实际 设计时，在干燥器的出口气体 比露点温度约高 15左右）。 nts 第 16 页 4 规格参数的设计和确定 4.1 筒体直径 回转圆筒的直径可根据气体的最大流量计算。 气体离开回转圆筒干燥器时的流量 v 为： v =L )1( 2x =0.91（ 1+0.149） =1.047（ kg 湿气体 /s） （ 4.1） D=)1(4 2xL =3047.14 =0.67m。取 D=1.0m。 （ 4.2） 式中：空气消耗量 L=0.91kg/s;尾气湿度 x2 =0.149kg 水 /kg 干空气； 气流湿度 v=3kg/(m2 )。 4.2 容积散热系数 a=DFv 16.0)(07738.0 =0.1)0.141047.1(077 38.02 =0.081kcal/(m3 ) （ 4.3） 式中： v 离开转筒式的流量， v =1.047kg(湿气体 )/s; F 圆筒横截面积 ， F=4D2 ，（ D=1m）。 4.3 筒体长度 物料在转筒的每一部分都有水分蒸发，为了计算方便，将物料在转筒中的移动分成三段，给预热段、蒸发段、加热段。 4.3.1 预热段长度 z1 预热段物料接受自干燥介质传给的热量 1q ，即将物料的温度由 10 加至干燥介质的湿球温度 tw，此段水分不蒸发。 1q =GC Cm (tm -Q )1 =GC (CS C1 WC )(tw -Q1 ) （ 4.4） =0.816 (0.4+0.176 )1 105.66( ) nts 第 17 页 =26.56kcal 设预热段内加热损失 20%，则，高温烟道气传给物料的热量为 1.2 1q ，所以 q1 =1.2 1q =1.2 872.3156.26 kcal q1 =a 124 ZDt1m（ 4.5） 2 )()( 1111 wm ttQtt （ 4.6） 式中 :t1 热介质进口温度，； Gc 绝 干物料量， kg； 1t 热介质在预热段下降后的温度，； wt 干燥介质的湿球温度，； 1 湿物料进口温度 , ； cm 物料的比热容 ,kJ/(kg )； x0 初始湿含量 ,%； C1 物料进口时干基含 水量， %。 L 空气消耗量， kg/s。 1t 可由下式求得： q1 =1.2 1q =L(0.24+0.46x0)(t1 -1t ) 31.872=0.91 (0.24+0.46 0.019)(600- 1t ) 解得， 1t =446 t1m= 75.4842 )5.66446()10600( z1 =mtDqma034.175.48414081.0782.3142121 （ 4.7） nts 第 18 页 4.3.2 蒸发段长度 z2 在蒸发内，干燥速率为一常数。热量全部用于蒸发水分。水分的汽化量与传给物料的热量成正比。热风状态铅等焓线变化，水分蒸发量为 W，蒸发温度在 tw时，水的蒸发潜热w，此段内的蒸发热量为cq水分蒸发量为 0.118kg/s ，蒸发温度在 tw=66.5 , 此时水的蒸发潜热为w=2342kj/kg=2342/4.2=557.6kcal/kg.（摘自文献 12 插值） 此段内的热量cq=w=0.118 557.6=65.80(kcal/s). （ 4.8） 加热损失率 20%，则空气传给物料的热量： qc=1.2cq=1.2 65.80=78.96(kcal/s) qc1.2cq=L(0.24+0.46x0 x2 )（ 1t -tc） 式中： tc 干燥介质在蒸发段下降后的温度。 解得： tc=110 2mt=5.158)5.66110 5.66446ln ()5.66110()5.66446()ln ()()(11 wcwwcwtttttttt （ 4.9） z2 =mtDqmac 83.75.15814081.096.78422 （ 4.10） 4.3.3 加热段长度 z3加热段内物料自 tw=67.5升至 2 =80，此段内热量fq为： fq=GcCm（ )2 wtGc（ Cs+C2 C )w(wT2) （ 4.11） =0.816 (0.4+0.031 )5.66600)(1 =4.75kcal 式中： C2 物料出口时干基含水量。 nts 第 19 页 加热损失 20%，则空气传给物料的热量： k c a lqq ff 7.575.42.12.1 8.17)7580 5.66110ln ()7580()5.66110()ln ()()(2222 tttttttwcwcm （ 4.12） z3=mtDqmaf 03.58.1714081.07.54232 （ 4.13） 4.筒体总长度 z z=z1 +z2 +z3=1.034+7.83+5.03=13.89m 取 z=14m. 4.4 转筒的 转速和倾斜度的 选择 4.4.1 转速 回转圆筒干燥器的 转速范围 n 为 18rpm,设计转速时控制筒体外径圆周线速度不超过 1m/s。 筒体的 转速一般为： n= rp mnmDD 6161106 取，4.4.2 筒体的 斜度 筒体的 斜度习惯上取筒体轴线倾斜 角 的正弦， S= sin ,倾角的大小与筒体的长短及物料地停留时间有关，干燥器的 斜度一般为 S=00.1，相当于与水平线成 0 8 角，一般取 1.5 3 而不超过 6 。 取 S=5%=0.05，则 =arcsinS=arcsin0.05=2.87 修正 3 ，则 S=sin3 =0.05234 4.5 停留时间 物料在转筒内的 停留时间，必 须大于物料干燥所用的时间，才能保证产品的干燥要求，物料在筒体内的停留时间与筒体的 长度、内径、转速、水平倾角、结构（有无抄 板）nts 第 20 页 及物料自然倾角等因素有关，筒内有抄板、并流操作地物料平均停留时间 ： = 601023.05.09.0 pc dGlzDSnz （ 4.14） 式中： z 转筒长度， z=14m； S 转筒倾斜度， S=0.05234； n 转筒转速， n=6prm； D 转筒直径， D=1m; l 气体流量， l =1.047kg/s； cG 绝干物料量，cG= skg/816.0 ； pd 颗粒平均直径， mmmdp 126006.125230531 则： 601 2 6 0 08 1 6.0 0 4 7.11410160 5 2 3 4.0 1423.0 5.09.0 =（ 12.3-1.6） 60 =742=12.4min 依据文献 13，物料的平均停留时间在 530min，满足要求。 4.6 填充系数 某一截面上的填充系数 等于物料层的截面积与整个筒体截面积之比；某一段长度内的平均填充系数等于该段长度内装填物料占有体积与该段长的有效容积之比；干燥器内的填充系数也等于平均停留时间和单位时间内加料体积和转筒干燥器的体积之比，即 VVDGDF Smsmm 224604（ 4.15） 式中：mF 物料层截面积， 2m mG 物料流通量， GCGm ，（ C 为系数， G 为产量）， t/h； （ 4.16） （一般 45.11.1C ） s 物料密度， 3/81.0 mts ； nts 第 21 页 sV 单位时间内的加料体积， smGVss/0012.01081.0 96.0 331 ； （ 4.17） 平均停留时间， s， s742 ； m 物料移动速度， min/, mzm ； （ 4.18） z 筒体长度， m 则， %1.81417 8 5.0 0 0 1 2.07 4 2 2 转筒干燥器的适宜填充系数为 8%13%，一般不超过 25%。满足要求。 4.7 热风系统加热形式的选择 热风发生器是回转圆筒干燥器等热风型干燥装置中不可缺少的辅助设备之一。被干燥物料中的水分主要是借助热风来传递热量、蒸发水分。所以热风生成方式除与干燥物料的性质、成品质量要求、干燥工艺以及燃料供应条件外，还要结合装置投资费用及操作、自动化控制程度等各方面的因素综合考虑，合理选择适当的热风加热型式通常有两种加热型式；直接烟道气式和间接换热式。选择直接烟道气式。直接式热风加热装置，采用燃料直接燃烧形成热风。它将直接与物料接触加热干燥。该种方法燃料的消耗量约比用蒸汽或其他 间接加热器减少一半左右。因此，基于不影响产品质量（煤的清洁度不要求）指标，选择使用直接式烟道器。燃料选择液体原料：重油，造价低可以降低成本。重油经燃烧反映后得到的高温燃烧气体进一步与外界空气接触，混合得到所需的温度后进入回转圆筒。 4.8 鼓风机或引风机的选型 选择风机装在回转圆筒之后。在干燥装置中，风机所需要的风量是根据湿空气的体积流量 V2 而定的。 湿空气的体积可由干空气的质量与湿容积的乘积求取，湿容积 VH 为： VH =（ 0.773+1.244x）273273 t（ 4.19） 式中： x 风机所在处的空气湿度， x=0.149； t 风机所在处空气的温度，小于尾气温度，取 t=80； L 空气消耗量， L=0.91kg/s; nts 第 22 页 因此，湿空气的体积流量 V2 为： V2 =LVH （ 4.20） =0.91273 80273)149.0244.1773.0( =1.13（ L/s） 选择风机需考虑漏风及储备，所以上述的实空气流量需乘以 系数 1.5，即：)/(70.113.15.15.1 22 sLVV （ 4.21） 选择风机 时，所需的风量参数， 根据流体的阻力而定。表 4.1 干燥系统各部分的流体阻力： 表 4.1 干燥系统各部分得流体阻力 项 目 流体阻力（ pa） 燃烧室负压 炉箅下有鼓风机 -20 炉箅下没有鼓风机 -500 -600 回转圆筒干燥器流体阻力 100 150 旋风除尘器得流体阻力 600 800 干燥装置中所用的风机一般都采用离心式风机。回转圆筒一般时在负压下进行操作。选择低压离心通风机。风机制造厂把离心通风机 的 传动方式规定为六种形式： A 式 无轴承箱，以电机直连传动； B 式 悬臂支撑，皮带传 动，皮带轮在轴承之间； C 式悬臂支撑，皮带传动，皮带轮在轴承外侧； D 式 悬臂支撑，以连轴器传动； E 式 双支撑装置，皮带轮在外侧； F 式 双支撑装置，连轴器传动。无特殊要求选择 A 式即可，结构简单，占地少。离心式通风机 的 旋转 方向和风口位置，可以自主选择。视操作观察方便而定。推荐干燥装置中 常用 的 离心式通风机得型号有： 4.72.11、 T4.72、 4.49。 4.9 旋风分离器和进、出料装置 在干燥过程中，会产生粉尘，在煤的干燥过程中，粉尘也是 产品，粉尘飞失，不仅nts 第 23 页 增加各种原料、燃料和动力消耗，增加产品成本，而且污染环境，因 此回收粉尘时关系到低成 本保护环境的 重要问题。所以需根据物料特性 、含物料量和物料颗粒度，以及物料温度和所要求得压力损失选用适当的旋风分离器，将被干燥取料回收。旋风分离器是广泛应用的 一种除尘设备。其特点时结构简单、造价低廉、制作容易管理方便、操作可靠、普及性能好。对于含尘量很高的气体 也 同样可以直接分离，并且压力损失也小。 而且旋风分离器对数微米以上粗粉尘非常有效，很适合回转圆筒干燥器的 粉尘回收。使用旋风分离器时注意防止卸灰时漏风， 影响除尘效率，要在下部设集灰斗，集灰斗下配闪动阀或回转阀。常用的 旋风分离器主要有 XLT/A 型旋风除尘器、 CLG 型多管除尘器、XLP 型旋风除尘器等。 XLT/A 型除尘器净化能力从 170 42780m3/h，能满足不同的 要求，采用较为普遍。这里我们也选择 XLT/A 型旋风分离器。 进料选择用皮带机运到料斗，经料斗的 控制机构、定量加料器通过加料斜管进入干燥器。出料也选择用皮带输送机。 nts 第 24 页 5 回转圆筒干燥器得结构设计 回转圆筒干燥器的主要部件有筒体、滚圈、托轮、当轮和传动装置，还包括筒体上的齿圈和减速器、密封装置及其他附属设备。 5.1 筒体设计 筒体是回转圆筒干燥器的基体。筒体内既进行热和质得传递又输送物料，筒体得大小标志着干燥器的规格和生产能力。筒体应具有足够得刚度和强度。在安装和运转中应保持轴线得直线性和截面的圆度，这对减少运转阻力及功率消耗，减轻不均匀磨损，减少机械事故，保证长期安全高效运转延长回转圆筒寿命都十分重要 ，必须根据这一要求来设计圆筒。筒体得刚度主要是筒体的截面在巨大的 横向切力作用下，抵抗径向变形的能力。筒体的强度问题表现在载荷作用下产生裂纹，尤其时滚圈附近筒体。 筒体材料选用 Q235 钢，筒体采用焊接结构，焊接采用对 接焊，焊接结构按 GB985 88 规定。 5.1.1 筒体结构组成 1、 跨度及筒体厚度 干燥器采用双挡支承，确定两端悬伸长度支点位置除考虑结构要求外，应按等弯矩原则设计，一般取（ 0.56 0.6） Z。 取： zm=0.57 m98.714 ,圆整为 zm=8m=8000mm 筒体材料取 Q235A。 nts 第 25 页 表 5.1 干燥器得筒体厚度与直径得关系（统计值） 筒体直径 D（ m） 2m 的圆筒体或平壁面 1016.1 2016.1 3016.1 4016.1 室内操作，直径 小于 2m，选择a=1.16 44.109 W/（ ） D )1(20011aaQ TTDDLn （ 5.6） D1 Ln )44.10 180 1080(054 4.02020.1 1 D（ 5.7） 计算得： D1 =1.102m 则：21（ D1 -D0） = mmm 41041.0)020.1102.1(21 （ 5.8） 按保温材料产品规格，查表：“室内保温通用厚度”，取 mm50 。 5.1.2 筒 体载荷计算 1、 筒体自重的估算 筒体的材料为 Q235A 钢，内径为 D=1.0m，筒体的壁厚为 mm10 ，筒体每米长的自重为： sq=7.85 0 1 0.0)0 1 0.01( =0.248（ t/m） =2430.4(N/m) （ 5.9） 抄板可加入筒体内按均匀分布载荷，另考虑滚圈下加垫板，筒体单位长度的重量折合为： qs=1.25sq=1.25 248.0 =0.310（ t/m） =3038(N/m)=310kgf/m 2、 物料重量 qmqm= )/(4.568)/(05684.014091.081.04 22 mNmtDs （ 5.10） nts 第 30 页 式中：s 物料容重，s=0.81t/m3 ； 填充率， =0.091 D 转筒内径， D=1m； 3、 齿圈质量估算 Gz =f221 fC dmB（ 5.11） 式中： f1 计算系数， f 41 101.2 m 齿圈模数， m=10mm； B2c 齿圈宽度， B2c=160 200cm=1600 1800mm； d2f 齿圈分度圆直径， d2f=1600 1800mm； 由杜马 公式 估算传动功率 N0 0.25D3 zn K （ 5.12） =0.25 kw48.26.1091.081.06141 式中： N0 回转圆筒传动功率， kw； D 回转圆筒直径， D=1m； z 回转圆筒长度， z=14m； n 回转圆筒转速， n=6rpm; 物料容重， 3/81.0 mt ； 填充系数， 091.0 ； K 抄板系数，对于升举式抄板， K=16； 表 5.6 模数和功率 的关系 N， kW 200 200 125 100 55 50 25 3.5 3000 1.70 10 4 则： G221 fcz dmBf（ 5.13） =2.1 9518001010 4 =400kg 估算值加上一定的余量，齿圈质量按 800kg 计算。 齿圈位置设在靠近前端托轮 1m 处。 保温层重量 4、 保温层重量 qb为： qb= hhDb )( 1 （ 5.14） = 05.0)05.0020.1(05.0 =8kg/m nts 第 32 页 式中：b 保温材料泡沫石棉的容重，b=50kg/m 33 /05.0 mt D1 保温层内径， D1 =D+2 m020.1010.02000.1 （ 5.15） h 保温层厚度， h=50mm=0.05m 外用金属保护层厚度为 0.5mm，重量 qa估算为： qa= hhhDa )( 1（ 5.16） = 0005.0)0005.005.0020.1(82.7 =13kg/m 均布载荷重 q=qs+abm qqq （ 5.17） =0.310+0.058+0.008+0.013 =0.389kg/m 5.1.3 筒 体弯矩与应力计算 1、 支点位置的确定 支点位置处考虑结构要求外，应按等弯矩原则设计，如下图： Zt Zm ZhZ 1图 5.2 支点位置 取 zh=zpt z,按照等弯
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