化工原理课程设计 最终模板.doc

合 肥 学 院 Hefei University化工原理课程设计题 目: 硫酸钾流化床干燥器设计 系 别: 化学与材料工程系 专 业:_ 化学工程与工艺 学 号: 1003022020 姓 名: 王冰桐 指导教师: 孙虹 2013年 1 月 13 日 目录设计任务书设计任务书化工原理课程设计任务书 一、设计题目硫酸钾流化床干燥器设计二、设计任务及操作条件1.设计任务生产能力（进料量） 20000 吨/年操作周期 7200 小时/年进料组成 10% （质量分率，下同）塔顶产品组成 38% 塔底产品组成 0.9% 2.操作条件操作压力 塔顶为常压 进料热状态 自选 加热蒸汽 低压蒸汽 3.设备型式 4.厂址 三、设计内容1.设计方案的选择及流程说明2.塔的工艺计算3.主要设备工艺尺寸设计（1）塔径、塔高及塔板结构尺寸的确定（2）塔板的流体力学校核（3）塔板的负荷性能图（4）总塔高、总压降及接管尺寸的确定4.辅助设备选型与计算5.设计结果汇总6.工艺流程图及精馏工艺条件图7.设计评述第一章 概 述干燥过程广泛用于生产和生活中。最初利用自然界的太阳能及风力，对物料及农副产品进行缓慢的干燥加工。而后，随着农业 发展，这种天然的、劳动强度极大而又不能受人们意志控制的干燥方法，逐步让位给各种人工去湿方法和人工干燥过程。去湿方法和干燥过程：在工农业生产中，经常会遇到从各种物料中除去湿。分的过程，各种物料可以是固体，液体或气体，而湿分则常常是水或水蒸气，但在某些情况下，也可以是有机液体或有机蒸汽等其他湿分。 从物料中除去湿分的操作称为去湿。去湿方法按作用原理来分，可分为：机械法，热物理法，物理化学法。干燥过程的特点：固体物料的干燥包括两个基本过程，首先是对固体加热以使湿分气化的传热过程，然后是气化后的湿分蒸汽由于其蒸汽分压较大而扩散进入气相的传质过程，而湿分从固体物料内部借扩散等的作用而源源被输送到达固体表面，则是一个物料内部的传质过程。因此，干燥过程的特点是传热和传质过程同时并存，两者相互影响而又相互制约，有时热传可以加速传质过程的进行，有时传热又能减缓传质的速率。干燥操作的目的：在物料或制成品的工艺加工过程中，干燥操作的目的可分为下列五种：1.对原材料行干燥。为防止某些高分子材料成型加工时产生气泡及物料降解，事先必须经过干燥。为改进工艺生产过程，提高产品收率而使用干燥操作。为防止在生产过程中存在引起腐蚀的湿分而应用干燥，例如煤气的干燥或苯在氯化之前的干燥等。各种生产工艺的要求：如:提高粉末加工效率，在粉末前必须2.为提高或强化大型设备的生产能力而应用干燥操作，如炼焦煤采用预热干燥，可使焦炉的生产能力提高50%，且还能提高焦碳的质量。3.干燥原材料或产品：以减轻中路 ，降低运输费用，或使物料变干，以便于运输。如食盐干燥以保持其自然流动的特征。 4.提高燃料的热值，以使劣质燃料能有效地应用于高温工业用炉，或增加产品的有效成分以使其便于处理及销售。如肥皂粉，染料以及各种化学肥料等。5.使产品便于保藏，而不至于中途变质腐烂而应用干燥操作。如各种抗生素药品，各种生化制品，各种食品，蔬菜等水分的存在，有利于微生物的繁殖，因而使产品分解或变质。干燥对这类物品的储存是十分必要的。传统的干燥器主要有箱式干燥器、隧道干燥器、转筒干燥器、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。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，以减少粉尘的带出。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。但由于压降大，而且物料由上一层流到下一层的装置较复杂，生产上不如卧式用得广泛。流化床干燥器的特性：1) 物料干燥速度大,在干燥器中停留时间短,所以使用于某些热敏性物料的干燥.2）由于流化床内温度均匀，并能自由调节，故可得到均匀的干燥产品。3）因热传递迅速，所以处理能力大。4) 在同一设备中,既可进行连续操作,又可进行间歇操作.5）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。6）因流化床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。7）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。8）不适用于易黏结或结块的物料。9)床层内纵向返混严重,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着产品一起排出床层外.10) 对被干燥物料的粒度有一定的限制,一般要求不小于30、不大于6。11）对产品外观要求严格的物料不易采用。干燥贵重和有毒的物料时，对回收装置要求苛刻。干燥器选型时应考虑以下因素：1） 被干燥物料的性质，如热敏性、粘附性、颗粒的大小形状、磨损性以及腐蚀性、毒性、可燃性等物理化学性质。2） 对干燥产品的要求：干燥产品的含水量、形状、粒度分布、粉碎程度等。如干燥食品时，产品的几何形状、粉碎程度均对产品的质量及价格有直接的影响。3） 物料的干燥速率曲线与临界含水量：确定干燥时间时，应先由实验做出干燥速率曲线，确定临界含水量。物料与介质接触状态、物料尺寸与几何形状对干燥速率曲线的影响很大。4） 回收问题：固体粉粒的回收及溶剂的回收。5） 干燥热源：可利用的热源的选择及能量的综合利用。6） 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 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=2万吨年（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 80气体出口温度可选 t1=55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=4.55 =5.30kJ/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6.09106kj/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721，考虑到有少量大气漏入，抽风机的排风量应为7303.4 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 对设计的评述在这两周的课程设计里，我们由开始的一脸茫然，到合理分工，硬着头皮去查找资料，进行大量计算，画图，写任务书。是的，一开始，我们极不情愿地“迎接”了这门课的到来，因为我们正在准备两门难度较大的考试。老师第一次给我们开完会后，我们便开始忙起来。我（王冰桐）负责找资料、陈男负责计算数据，舒豪彬负责画图。其间，我们遇到了不少麻烦，比如陈男计算时，往往算到关键步骤，却又缺少数据，这使得我们不得不暂时停下，去翻阅资料或是向其他小组求助，在这里谢谢他们；由于Auto CAD 是我们早已修完的课，一直也没派上用场，知识难免有些淡忘，所以舒豪彬同学特地用了一下午的时间复习了Auto CAD 知识。两周的课程设计，的确让我们学到了很多东西，直接点的，为我们四年级的毕业设计奠定了一个基础；在这过程中，我觉得我们更多是学会了耐心做事以及如何分工、如何合作，这对我们将来步入工作岗位都是很有帮助的。在这两周课程设计里，我们要特别感谢指导老师朱仁发老师，他给与了我们很大帮助，抽时间给我们讲解，和我们交流，帮我们解决麻烦。所以，在这里，我们感谢孙虹老师给予了我们这一大组全体同学的帮助指导！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.