弹药专业化工原理课程设计

PAGEIIIPAGE28乳化炸药生产线及物料计算学院（部）：化学工程学院专业班级：应用化学学生姓名：徐飞扬学号：20152006102015年11月07日摘要本论文是有关乳化炸药生产线和物料计算方面的知识介绍。通过设计，我们能更好的理解和运用所学的化工知识，了解化工生产的设备，流程。使我们所学的知识学有所用。通过课程设计，发现了理论与实践之间的差距性，也真实的感到了理论不能代表实际，理论上行的通的，在实践操作过程中，可能会出现许多我们未考虑到的问题和难以解决的障碍。所以，这次设计，使我知道了实践的重要性，和理论与实践结合的重要性。本论文主要包括四个方面：一是设计方案的确定和流程图说明；二是物料、热量的计算；三是风机结构的选型及设计；四是气固分离器和工艺流程图。物料的设计步骤大致如下：⒈根据设计任务和工艺要求，确定设计方案;⒉根据设计任务和工艺要求，合理地选择物料；⒊确定参数；⒋计算压降；⒌进行风机的设计与选型；⒍辅助设备的选用。本论文通过章节来设计和说明，尽可能的使结构完整，条理清晰，力求让每一为读者能看懂并理解设计思路，从中获得所需要的知识。在设计的过程中，参考了谭天恩等编的《化工原理》（上册、下册）和天津大学化工原理教研室编的《华工原理课程设计》，同时在陈明功老师及其所带的两位研究生学长的帮助指导下结合各位同学的讨论、研究，经多次修改整理而成。在设计的过程中本人虽花了不少时间和精力力求做好做精，但因本人水平所限，其中难免会存在着不足和缺陷，还望各位研究人员或科研工作者们给予指正。关键词：乳化炸药、风机、物料、热量、预热器目录TOC\o"1-4"\h\u25343第一章—方案的论证说明及工艺流程图 393991、设计方案的论证说明 3240132、工艺流程图 4189413、工艺流程简图 518563第二章—设计计算及说明 610080第一节—有关状态参数 620584（1）物料的状态参数: 617829第二节物料衡算 64450第三节热量衡算 830337第三章附属设备的计算与选型 919982第一节预热器的设计 921209一．有关参数的确定: 9404二．预热器的设计与选择 10245102.计算 10248653、校核压降 11144684、核算传热系数 1221037第二节喷管的设计 1420074采用气流式喷嘴，流体速度一般不超过2m/s。 1417400第三节风机选型 1447811、冷风鼓风机的选型 1535532、换热器前鼓风机的选型 16179143、旋风分离器后鼓风机的选型 1716772第四节气固分离器1的设计及选型 18165321、分离器1的设计及选型 185831(1)、确定旋风分离器的进口速度u1，根据经验可取u1=18m/s 1824761(2)、确定旋风分离器的几何尺寸 1823562、旋风分离器2的设计及选型 1930974(1)、确定旋风分离器的进口速度 1914685(2)、确定旋风分离器的几何尺寸： 199917第五节设计结果一览表 2031255第四章—课程设计个人总结与感想 2130925附:参考资料 23第一章—方案的论证说明及工艺流程图1、设计方案的论证说明设计一个干燥装置，用以干燥平均粒子直径在0.3mm左右的乳化炸药粉末，要求将其从5%湿基含水率降至0.5%的湿基含水率，并且采用冷干风冷却，热风加热。根据以上的设计要求及物料的性质，我们采用喷雾干燥冷风造型进行干燥。喷雾干燥的原理是将料液在热气流中喷成细雾以增大气液两项的接触面积，喷雾干燥具有以下优点：（1）．干燥过程进行极快，而颗粒表面的温度仍接近于介质的湿球温度，故热敏感性的物料不易变质，能得到速溶的粉末或空心颗粒。（2）．可由浆状液料直接获得合乎要求的粉末产品，从而省去蒸发结晶分离粉碎等工序（3）．容易连续化，自动化。能避免干燥过程中粉尘飞扬，改善劳动条件。喷雾干燥是将乳化胶基质通过雾化，脱水和冷却制成粉末状乳化炸药产品。乳化机产出的乳胶基质通过螺杆泵输送至气流式雾化器——喷枪，同时得用热压缩空气的高速气流的剪切作用，通过喷枪将乳化基质雾化分散成微细的基质液滴，与经热风分配器进入的气流在干燥塔内相遇，液滴被脱水，冷却固化成粉末状颗粒，降至干燥塔底，通过星型阀进入风管，由鼓风机提供的气流将药粉输送至主旋风分离器进行气固分离，同时药粉在管道内降温，经星型阀排出即为粉状乳么炸药产品。由于乳化炸药的物料和物性均符合用气流干燥器干燥的特性特点，是用于喷雾干燥式气流干燥，所以我们选用喷雾冷风造型进行干燥。2、工艺流程图新鲜空气湿物料新鲜空气湿物料空气过滤器螺旋加热器新鲜空气去湿机鼓风机加热器干燥器去湿机去湿机鼓风机引风机尾气旋风分离器旋风分离器除尘器水泵流化床产品水池3、工艺流程简图图1-2、乳化炸药干燥工艺设备流程图第二章—设计计算及说明第一节—有关状态参数（1）物料的状态参数:湿物料量=1760颗粒平均直径=0.003物料堆积密度=1200物料晶体密度=1600绝干物料比热Cs=2.10湿物料含水量W1=5%(湿基)干燥后物料含水量W2=0.5%(湿基)物料进口温度=130物料出口温度=25(2)空气的状态参数热空气的进口温度t1=130混合空气出干燥器的温度t3=25冷空气的进口温度t0=15新鲜空气相对湿度φ=74%新鲜空气的温度t2=15新鲜空气的湿度H0=0.0078第二节物料衡算在讨论喷雾干燥时，一般要做以下假设：=1\*GB3①颗粒均匀且成球形，在干燥进程中不变形。=2\*GB3②颗粒在重力场中运动。=3\*GB3③颗粒群的运动以及传热等行为可用单个颗粒的特征来描述。一．水分蒸发量对干燥器作水分的物料衡算，并假设干燥器内无物料损失。则：又由：W1=5%=0.05W2=0.005有：=0.05/（1-0.05）=0.0526kg/kg干物料=0.005/（1-0.005）=0.005kg/kg干物料Gc=G1（1-W1）=1760×（1-0.05）=1672kg干物料/h故水分蒸发量为：W=Gc（X1-X2）=1672×（0.0526-0.005）=79.59㎏水分/h二.空气消耗量假设绝干冷、热风的流量分别L1为和L2，且L1=20L2，出干燥器风量为L3,则：L3=L1+L2=21L2对整个干燥器的水分进行物料衡算，有：L2H0+GcX1+L1H0′=L3H2+GcX2(H0′=0)带入数据得：0.0078L2+1672×0.0526=21L2H2+1672×0.005即：0.0078L2+79.59=21L2H2(1)三．干燥器处理量干燥产品G2是指离开干燥器的物料的流量,即干燥器的生产能力,由进出口的绝干物料量不变有:G1(1-W1)=G2(1-W2)G2=G1(1-W1)/(1-W2)=1760(1-0.05)/(1-0.005)=1680.4第三节热量衡算假设干燥器中不补充热量,即Qd=0,对干燥器进行热量衡算得:L1I1+L2I2+Gc(Cs+CLX1)θ1=L3I3+Gc(Cs+CLX2)θ2+QL其中热量损失QL取预热器提供热量Qp的20%,即:L1I1+L2I2+Gc(Cs+CLX1)θ1=L3I3+Gc(Cs+CLX2)θ2+0.2Q(2)Cs:绝干物料的比热容CL:水的比热容冷风的焓:I1=(1.01+1.88H0ˊ)t0+r0H0ˊ=1.01×15=15.15kJ/kg热风的焓：I2=（1.01+1.88H1)t1+r0H1=（1.01+1.88H0)t1+r0H0=(1.01+1.88×0.0078)×130+×0.0078=152.64kJ/kg干燥器出口处混合空气的焓：I3=（1.01+1.88H2)t2+r0H2=(1.01+1.88H2)×25+2492×H3=2539H2+25.25kJ/kg代入热量衡算式(b),得：152.64L2+15.15×20L2+1672×(2.1+4.187×0.0526)×130=(2539H2+25.25)×21L2+1672×(2.1+4.187×0.005)×25+0.2Qp化简得:74.61L2+53319L2H2+0.2Qp，=415671.5(3)第三章附属设备的计算与选型第一节预热器的设计一．有关参数的确定:物料从热空气中获得的热量：QM=Gc（Cs+C1X1)(θ1-θ0)=1672×(2.1+4.187×0.0526)×(130-15)=446135.0kJ/h热风从预热器中获得的热量:Qp’=L2(I2-I0),其中:I0为空气进入预热器前所具有的焓I1为空气被预热器加热后所具有的焓而I0=(1.01+1.88×H0)×t0+HO×r0=(1.01+1.88×0.0078)×15+2492×0.0078=34.81kJ/㎏由前面计算得I2=152.64kJ/㎏故Qp，=L2×（152.64-34.81）=117.83L2(4)由（1)(3)(4)联立求得：H2=0.0025L1=36208L2=1810.4L3=38018.4Q′=213319.4kJ/h=59.26kw假设预热器的热损失率为5%，则预热器所需补充热量为：Qp=59.26/95%=62.37kw选择150℃，绝压476.24kpa的饱和水蒸气,此水蒸气的相变潜热为2118.5kJ/kg,所以蒸汽用量为qm=213319.4/(0.95×2118.5)=106.0二．预热器的设计与选择1.热负荷Q=62.37kw=106.02.计算逆流时的平均温度差△tmˊ=(△t1-△t2)/㏑(△t1/△t2)=(135-20)/㏑(135/20)=60.22℃R=(T1-T2)/(t2-t1)=0P=(t2-t1)/(T1-t1)=0.85由于R太小,在《化工原理》(上册.谭天恩.化学工业出版社,2002)[1]的图5-19上查不出来温差校正系数,故只能通过式5-37计算,由5-37计算得:=1。则：△tm=φ×△tmˊ=60.22℃取K=250m2.℃)，则可得：=Q/(K△tm)=62.37×/（250×60.22)=4.14m2由《化工原理设计手册》[4]查得，可以选用固定管板换热器，但由于温度大于60度且压力不高使用时需加补偿圈，由表查的可选用G4Ⅱ-1.00-10型固定管板式换热器。其主要参数如下表所示：表2-1G273-2.5-6.4型固定管板式换热器换热器主要性能参数外壳直径273mm公称压力2.5MPa换热面积6.4m2管长2000mm管子规格φ25mm×2.5mm管程数2管子数56管程流通面积0.0049管子排列方式正三角形管间距32mmK需=Q/(S实△tm)=62.37×/(6.4×60.22)=161.83W/(m2.℃)3、校核压降（1）、管程压降-∑Δpi=（Δp1+Δp2）FtNsNpFt=1.4Ns=1Np=4管程流速u=1810.4／（1.0029×3600×0.005）=100.286m/sRe==0.02×100.286×1.0029/(20.6×10-6)=97647.4对于钢管，取管壁粗糙度ε=0.1mmε/d=0.1/20=0.005查莫狄图，得λ=0.037Δp1=λ•L/di•（ρu2/2）=（0.037×2×1.0029×100.2862）/(0.02×2)=18659.93PaΔp2=3(ρu2)/2=3×(1.0029×100.2862)/2=15129.67Pa∑Δpi=（Δp1+Δp2）FtNsNp=(18659.93+15129.67)×1.4×1×2=94610.88Pa∈(10.13kPa～101.3kPa)（2）、壳程压降∑Δpo=（Δp，1+Δp，2）FsNsFs=1.15Ns=1Δp，1=Fƒonc(NB+1)Ρu2/2管子为正三角形排列F=0.5nc=D/t-1=0.273/0.032-1=8取折流挡板间距h=0.2m，则NB=（L/h）-1=（2/0.2）-1=9Ao=h（D-ncdo）=0.2×(0.273-8×0.025)=0.00146m2壳程流速uo=106.0/(3600×0.0146×2.543)=0.822m/sReo=douoρ/μ=0.025×0.822×2.543/（0.0145×10-3）=3476.5ƒo=5.0Reo-0.228=5.0×3476.5-0.228=0.779Δp，1=0.5×0.779×8×（9+1）×2.543×0.8222/2=25.82PaΔp，2=NB（3.5-）ρu2/2=7×（3.5-2×0.2/0.273）×2.543×0.8222/2=12.24Pa∑Δpo=（Δp，1+Δp，2）FsNs=（25.82+12.24）×1.15×1=43.77Pa＜10.3kPa可知，管程和壳程压降都能满足工艺要求。4、核算传热系数（1）、管程对流传热系数αi=0.023Re0.8Prn=0.023×0.822/(0.02)×97647.40.8×1.180.4=9909.5W/(m2·℃)（2）、壳程对流传热系数（凯恩法）αo=0.36()0.55()1/3由于换热管采用正三角形排列，故de===0.02m=0.02×0.822×2.543/(186.3×10-6)=224.4=4.312×103×186.3×10-6/0.6833=1.18壳程水蒸气被冷却，取ψW=0.95αo=0.36××224.40.551.181/3×0.95=242.44W/(m2·℃)(3）、污垢热阻参照表4-4，管内外污垢热阻分别取为Rsi=5.0×10-4m2·℃/WRso=1.72×10-4m2·℃/W(4)、总传热系数忽略壁面热阻，则总传热系数为K计==1/(0.025/(9909.5×0.02)+5.0×10-4+1/213.02)=187.95m2·℃/W因K计/K需=187.95/161.82=1.16（在1.1～1.25之间），故所选换热器是合适的。设计计算结果：选用固定挡板式换热器，型号：G273Ⅱ-2.5-6.4。经过核算压降和传热系数可知选用此型号换热器是合适的。第二节喷管的设计采用气流式喷嘴，流体速度一般不超过2m/s。绝干物料晶体密度为1600kg/m3,堆积密度为ρb=1200kg/m3.体积流量qv=G1/ρ=1760÷1200=1.47m3/h=0.000407m3/s取乳化基质流速u=0.1m/s，实际流截面为环形面积S物料=qv/u=0.000407/0.1=0.00407m2图3-1喷嘴截面示意图第三节风机选型1、冷风鼓风机的选型V1=L1（0.772+1.244Ho,）×（273+to）/273=36208×（0.772+1.244×0.0078）×（273+15）/273=8.32m3/s取管的长度为30m，up=20m/s，鼓风风管径d==0.7315℃时干空气ρ0=1.22kg/m3，黏度μ=17.9×10-6Pa·sRe=duρ/μ=0.73×20×1.22/(17.9×10-6)=995083.8>1000属于湍流区镀锌铁管ε取ε/d=0.2/720=0.00027查《化工原理》上册公式1-60得λ=0.0159所以风机的静风压损失为：Hf=λ（l1/d1）·（ρ0u2/2）=0.0159×30×1.22×400÷(0.73)=318.9Pa1#鼓风机的动风压为：Hb=0.5u02ρ0=0.5×202×1.22=244Pa则我们可以求出全风压为Ht=HJ+Hb=318.9＋244Pa=562.9Pa=57.44mmH20通过查《化工原理》上册书我们可选4-27-6D型离心式通风机（6720㎥.h-1）2、换热器前鼓风机的选型V2=L2（0.772＋1.224H0）（273.15＋t1）=1810.4×（0.772＋1.224×0.0078）×（273.15＋130）÷273=0.5804m3/s取管子的长度为15m，u2=30m·s-1通风管的面积S=V/（2·u2）=0.5804/(2·30)=0.00967m2确定喷嘴的尺寸：d1==（4×0.00967/3.14）1/2=111mm面积为：S2=S＋S物料=0.00967+0.042=0.05167m2得：d2==(4×0.05167/3.14)1/2=0.257m最外环隙的面积S=0.056m2则S3=S2+S=0.05167＋0.00967=0.06134m2得：d3==(4×0.06134/3.14)1/2=0.2796m喷管最外环隙的当量直径为：de=4S／(πd2＋πd3)=0.13m则最外环隙中空气的风压损失为:Hf3=λ（l/de）(u22ρ/2)=0.0159×（15÷0.13）×（1.22×302）÷2=1007.2Pa内管空气的风压损失为Hf4=λ×l／d1×(u22ρ/2)=0.0159×（15/0.111）(1.22×302)/2=1179.6动力风压为Hb=0.5×u02ρ=0.5×302×1.22=549Pa故全风压HT=Hf4＋Hb＋Hf3=1179.6＋549+1107.2=2835.8Pa=289mmH203、旋风分离器后鼓风机的选型V3=L3（0.772+1.244Ho）×（273+t1）/273=38018.4×（0.772+1.244×0.00397）×(273＋25)/273=32242.9m3/h=8.96m3/s取排风口管长60m,流速为20m/s,则其管径为:d=(4v3／πu)1／2=(4×8.96／(20×3.14))1／2=0.755m=755mm风压损失为Hf4=λ（l/d）(u22ρ/2)=0.0159×(60／0.755)×(1.22×202)／2=308.3Pa动风压Hd=0.5u2ρ=0.5×202×1.244=248.8Pa经计算得两个旋风分离器的压力降为1017.44Pa,465.55Pa所以鼓风机3的全风压为:HT=308.3+248.8+1017.44+465.55=2040.09pa=208.17mmH20查书得可选4—72—11—10C型离心式通风机，流量为41300m3/h第四节气固分离器1的设计及选型1、分离器1的设计及选型(1)、确定旋风分离器的进口速度u1，根据经验可取u1=18m/s(2)、确定旋风分离器的几何尺寸按CLT/A-型旋风分离器的尺寸设计A=0.56DB=0.2D，进口面积为F1=V3/u1=8.96/18=0.498m3所以D=1.31mAB=0.112D2=0.192m2D1=0.6D=0.867mD2=0.3D=0.3406mH2=2D=2.62mH1=4.5D=5.895m查化工原理上册得ξ=5.3,t=25℃ρ空气=1.185kg/m3△P=ξρ/2=1017.44pa旋风分离器2的设计及选型图3-2CLT/A-1.5型旋风分离器(1)、确定旋风分离器的进口速度u2，根据经验可取u2=12(2)、确定旋风分离器的几何尺寸：按CLT/A-1.5型旋风分离器的尺寸设计A=0.56DB=0.2DAB=0.112D2=0.192m2D1=0.6D=0.966D2=0.3D=0.4186H2=2D=3.22H1=4.5D=7.245查《化工原理》得ξ=5.3,t=15=1.22△P=ξρu2/2=5.3×1.22×122/2=465.55pa第五节设计结果一览表项目符号单位计算结果处理湿物料量G11760物料温度入口℃130出口℃25热空气为温度入口t1℃130出口t2℃25冷空气为温度入口t0℃15出口t2℃25空气湿度入口H00.0078出口H20.0025热空气用量L136208冷空气用量L21810.4蒸发水分量W79.2冷风的焓I115.15热风的焓I2g152.64风带出的热量Q224546.7干燥器中的热损失Q142663.9第四章—课程设计个人总结与感想本次化工原理课程设计历时一周，是上大学以来第一次独立的工业化设计。从老师以及学长那里了解到化工原理课程设计是培养我们化工设计能力的重要教学环节。通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧、掌握各种结果的校核、能画出工艺流程、塔板结构等图形、在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。由于第一次接触课程设计，起初心里充满了新鲜感和期待。因为自我认为在大学里学到的东西终于可以加以实践了。可是当老师把任务书发到手里是却是一头雾水，完全不知所措。可是在这短短的一周里，从开始的一无所知到同学讨论、再进行整个流程的计算、再到对工业材料上的选取论证和后期的程序的编写以及流程图的绘制等过程的培养。我真切感受到了理论与实践相结合中的种种困难，也体会到了利用所学的有限的理论知识去解决实际中各种问题的不易。我的课程设计题目是乳化炸药的干燥。在开始时，我们不知道如何下手。虽然有课程设计书作为参考，但其书上的计算步骤与我们自己的计算步骤有少许差异，在这些差异面前我们显得有些不知所措。通过查阅《化工原理》、《化工工艺设计手册》、《物理化学》，《化工原理课程设计》等书籍，以及在网上搜索到的理论和经验数据。我们慢慢地找到了符合自己的实验数据。并逐渐建立了自己的模版和计算过程。还有就是我们在设计换热器部分，在试差的过程中，我们大部分人都是经历了几乎一天多的时间才选出了合适的换热器型号，现在还清楚的记得我试差成功后那激动的心情。因为我尝到了自己在付出很多后那种成功的喜悦，因为这些都是我们的“血泪史”的见证。通过本次课程设计的训练，让我对自己的专业有了更加感性和理性的认识。我们了解了工程设计的基本内容、掌握了化工设计的主要程序和方法、增强了分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计还使我们树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风加强工程设计能力的训练和培养严谨求实的科学作风更尤为重要。最后，我还要感谢我的指导老师对我们的教导与帮助，感谢同学们的相互支持，与他们一起对一些问题的探讨和交流让我开拓了思路，也让我在课程设计时多了些轻松、愉快。附:参考资料[1]谭天恩.《化工原理》.上册.上海:化学工业出版社,2002[2]谭天恩.《化工原理》.下册.上海:化学工业出版社,2002[3]蒋维钧等.《化工原理》.北京:清华大学出版社,1992[4]朱有庭等.《化工原理设计手册》.北京:化学工业出版社,2004[5]化学工程师编辑委员会.《化学工程师手册》.北京:机械工业出版社,2000[6]刘相东等.《常用工业干燥设备及应用》.北京:化学工业出版社,2004[7]何劲松,何松杨对乳化基质快速敏化的几点认识[J].爆破器材.2008,37(1):13-14.[8]尹利,郭子如.二级煤矿许用乳化炸药热分解动力学研究[J].含能材料2007,15(2):175-177.[9]陆守香.工业炸药爆轰速度的近似计算[J].爆破器材.1992,21(2):53-55.[10]王牛.关于大直径高温敏化乳化炸药爆速试验的探讨[J].技术管理.2014(1).[11]宋锦泉,汪旭光,刘涛,崔安娜.敏化方式对乳化炸药爆速的影响[J].有色金属2000,52(4):4-6.[12]牛其占.敏化温度影响乳化炸药稳定性的实验分析[J].工程材料与科学.2014(09):73-75.[13]胡坤伦,杨仁树,李冰.敏化温度影响乳化炸药稳定性的实验研究[J].煤炭学报.2008,33(09):1012-1014.[14]Vyazovkin,S.,Wight,C.,Int.ReviewsinphysicalChemistry[J]，2000，19(1)：45—60.[15]estak,J.,Berggem,G,Termochim.,Acta[J].1997.[16]D.ThorburnBurns,RobertJ.Lewis,JaneBridges.SystematicApproachtotheIdentificationofWater-gelExplosives[J].AnalyticaChimicaActa,1998,(375):255-260.[17]HoffmanAS.Conventionalandenvironmentallysensitivehydrogelsformedicalandindustrialuses:areviewpaper[J].PolymPreprAmChemSocDivPolymChem,1990,3(1):220-221.[18]MaitraAN