合工大-化工原理课程设计卧式多室流化床

1、课 程 设 计设计题目 卧式多室流化床干燥器的设计 学生姓名 学 号 专业班级 指导教师 2013年06月22日目 录 摘要. .11 设计任务书.21.1设计题目.21.2操作条件.21.3设计基础数据.21.4设计图纸.2二干燥简介.32.1干燥技术.32.2干燥设备.32.3我国干燥设备特点.32.4干燥设备的发展趋势.4三卧式流化床干燥实验.43.1设计目的.43.2干燥流程简介.4 3.3优化后的流程图及说明 .6四工艺计算.74.1物料和热量衡算.74.2流化速度的确定.94.3流化床层底面积计算.104.4干燥器的宽度和长度.114.5干燥器高度.124.6干燥器结构.124.7

2、管径的计算及管道的选择.145 附属设备的选型.155.1送风机和排风机.155.2气固分离设备.165.3供热设备.175.4供料设备.175.5空气净化装置以及各种阀门.186 卧式多室流化床干燥装置的设计计算结果汇总.197 认识与体会.208 参考文献.20摘要:在化学工业中，为了满足生产工艺中对物料含水率的要求或便于储存、运输，常常需要用到干燥过程。本次化工原理课程设计的任务是设计一种卧式多室流化床干燥器，将颗粒状物料的含水量从0.04降至0.004，生产能力为1.3万吨。来自气流干燥器的颗粒状物料用星形加料器加入干燥器的第一室，再经过其余的四个室，在40.3下离开干燥器。湿度为0.

3、01的空气经翅片换热器（热载体为400kPa饱和水蒸气）加热至80后进入干燥器，经过与悬浮物料接触进行传质传热后，温度降至67。最后将尾气通过旋风分离器，以提高产品的收率。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工作。通过查阅资料和选用公式设计，干燥器较好的设计结果为：床层底面积4.25m2，长度与宽度分别取2.5m和1.7m，高度3.5m，隔板间距0.5m，物料出口堰高0.79m。分布板开孔率13.38%，总筛孔数180951个，孔心距5.2mm。此外，还确定了合适的送风机、排风机、旋风分离器、换热器和空气过滤器等附属设备及型号。关键词：干燥；卧式多室流化床；颗粒状物料；热载体卧

4、式多室流化床干燥装置的设计一设计任务书设计题目： 年产23000吨卧式多室流化床干燥装置的设计 学号： 姓名： 专业：制药工程 指导教师： 金老师 1.设计题目试设计一台卧式多室流化床干燥器，用于干燥颗粒状化肥，将其含水量从0.04干燥至0.004，生产能力（以干基产品计）为3000 kg /h。2.操作条件（1）干燥介质 热空气 初始湿度H0 0.01 kg水/ kg干气 预热器入口温度t0 25 离开预热器温度t1 80（2）物料入口温度 30（3）加热介质 饱和蒸汽、压强392.4kPa（4）操作压强 常压（5）设备工作日 每年330天，每天24小时连续运行3.设计基础数据（1）物料参数

5、 颗粒平均粒径d=0.14 干物料比热容=1.47kJ/(kg. ) 固相密度 =1730 堆积密度 =800 临界湿含量=0.013（干基）（2）物料静床层高度=0.15（3）干燥装置热损失为有效传热量的15。 4.设计图纸 现场工艺流程图一张二干燥简介 1.干燥技术在人类的生产和生活中，经常遇见需要把一种物体的湿分除去的情况。这种物体可能是固态，还可能是气态或液态。而湿分在大多数情况下是水分，当然还可能是其他的成分，例如无机酸、有机溶剂等。这种除去物体湿分的过程就称为“除湿”。人们根据原理的不同，将除湿方法分为蒸发、机械脱水和干燥等。一般情况下干燥去湿又称为热物理法，干燥就是利用热能使湿物

6、料中的湿分(水分或其他溶剂)汽化，水汽或蒸汽经气流带走或由真空泵将其抽出除去，而获得固体产品的操作过程。干燥过程通常伴随着热量传递、质量传递、动量传递和相变等。一般情况下，物料干燥过程可以分为三个阶段。第一阶段为物料预热阶段，亦初始阶段，在此期间主要是对湿物料进行预热,同时也有少量湿分汽化, 物料的温度很快升到近似等于湿球温度； 第二阶段为恒速干燥阶段, 此阶段主要特征是热空气传给物料的热量全部用来汽化湿分, 物料表面温度一直保持不变, 湿分则按一定速率汽化。这个阶段主要是受外部影响，例如空气的参数和物料与空气的接触情况； 第三阶段为降速干燥阶段, 此时物料的干燥速率由内部扩散过程控制,热空气

7、所提供的热量只有一小部分用来汽化湿分, 而大部分则用来加热物料, 使物料表面温度上升, 但是干燥速率则逐步降低, 直至达到平衡含湿量为止。这个阶段主要是受物料的性质与自身的结构的影响。2.干燥设备干燥设备的种类繁多, 根据操作压力、操作方式、传热原理、加热方式、构造等的不同可以将干燥设备归于不同的类别。按操作压力可以分为常压式和真空式两类； 按操作方式可分为间歇操作和连续操作两类； 按传热原理可分为传导加热式、对流加热式、辐射传热式和高频加热式等几类； 按加热方式可分为直接加热式和间接加热式两类； 按构造可以分为喷雾干燥器、流化床干燥器、气流干燥器、桨式干燥器、箱式干燥器及旋转闪蒸干燥器等。3

8、. 我国干燥设备的特点我国干燥设备的生产基本上是小规模的,不能形成较大的批量, 技术含量低, 成熟机型不多, 在干燥工艺、生产能力、能源种类及测控技术等方面比较落后, 且主要是以传统的加热方式进行干燥, 即依靠热力通过传导、热对流和热辐射等途径对物料进行加热, 这种由表及里的干燥过程延长了干燥时间, 影响了物料的品质4。4. 干燥设备的发展趋势(1) 干燥设备向大型化、连续化、封闭化的方向发展。所谓大型化, 就是提高设备的水分蒸发量, 这样有利于产品质量的稳定, 降低能耗, 提高干燥热效率, 设备造价、厂房费用、设备运转费用都较经济；(2) 进一步开发膏糊状物料干燥设备, 对物料的性质及其输送

9、、干燥规律进行探索, 从而更有效地解决这类物料的干燥；(3) 针对物料的热敏性, 开发真空干燥等低温干燥设备, 保证低熔点物料在干燥过程中不变质；(4) 研制开发新的多功能设备,集过滤、干燥、粉碎等单元操作于一机, 简化操作程序；(5) 设备制造厂进行设备的系列化设计和计算机辅助设计,对系统进一步优化,使之发挥更大作用；(6) 加强理论研究和物料试验,不断推出新设备,以推动干燥生产的发展。三.卧式流化床干燥实验 1设计目的 （1）培养学生运用化工原理课程及有关知识进行化工工艺设计的能力；（2）在培养学生设计能力的同时，建立正确的设计思路和设计方法。2干燥流程简介卧式多室流化床干燥器（图1-4）

10、 卧式多室流化床干燥器适合干燥各种难以干燥的颗粒状粉状、片状等物料和热敏性物料。其所干燥的物料，大多是经造粒机制成的414目散粒状物料，初湿量一般在10%30%，干燥后物料的终湿量一般在0.02%0.3%。由于物料在床层内相互剧烈的碰撞摩擦，干燥后物料粒度变小（一般为12目约占20%30%）。当被干燥的物料颗粒度在80100目或更细地物料时，如聚氯乙烯，则干燥器上部须加以扩大，以减少细粉夹带；其分布板德孔径及开孔率也相应减小，以改善流化。卧式多室流化床干燥器的一般流程如下：干燥器为一长方形箱式流化床，底部为多孔筛板，筛板的开孔率一般为4%13%，孔径1.52.0mm。筛板上方有竖向挡板，将流化

11、床分隔成8个小室，每块挡板可上下移动，以调节其与筛板的间距。每一小室的下部，有一进气支管，支管上有调节气体流量的阀门。图1-4卧式多室流化床干燥器 1摇摆颗粒机；2加料斗；3流化床干燥室；4干品出贮槽；5空气过滤器； 6翅片加热器；7进气支管；8多孔板；9旋风分离器；10袋式过滤器； 11抽风机；12视镜湿物料由摇摆颗粒机连续加料于干燥器右边的第一室内，由第一室逐渐向左边的第八室移动。干燥后的物料由左边第八室卸料口卸出。而空气经过滤器到加热器加热后，分别从8个支气管进入8个室的下部，通过多孔板进入干燥室，流化干燥物料。其废气由干燥器顶部排出，经旋风除尘器、袋式除尘器，由抽风机排到大气。卧式多室

12、流化床干燥器对多种物料适应性较大。它较厢式干燥器占地面积小，生产能力大，热效率高，干燥后产品湿度叶较均匀。同气流式干燥器比较，可以调节物料在床层内的停留时间，易于操作控制，而且物料颗粒粉碎率小，因此应用较为广泛。但他的热效率比多层流化床干燥器为帝，特别是采用较高热风温度时更为明显。若在不同室调整进风量及风温，逐室降低风量、风温和热风串联通过各室，可提高热效率。另外，物料过湿会在前两室内易产生结块，需经常清扫。3.优化后的流程图及说明（附：设计图纸一张及说明）四工艺计算1.物料衡算和热量衡算（1）物料衡算由给定的任务条件已知，生产能力为3000kg/h(以干燥产品计)，即为G2=3000kg/h

13、绝干物质质量流率为干燥器单位时间汽化水分量为水在25下的饱和蒸汽压由表可查Ps=3.1684kPa空气湿度为绝干气体质量流率为而所以（2） 空气和物料出口温度的确定空气的出口温度t2应比出口处湿球温度高出2050（这里取35）即 及，近似取，于是：解得（3）干燥器的热量衡算干燥器中不补充热量，故，因而可用下式进行计算，即 将上面各式代入热量衡算式，便可解得空气耗用量，即 解得 又由（4）预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量，冷凝潜热r=2140kJ/kg蒸气消耗量为干燥器的热效率为2.流化速度的确定（1）临界流化速度的计算在80下空气的有关参数： 导热系数 取球形颗粒床层在临界流化点，由的数值查图得

14、，临界流化速度为（2）颗粒带出速度带出速度为 （3）操作流化速度取操作流化速度为，即3.流化床层底面积的计算 （1）干燥第一阶段底面积由下式计算，即式中有关参数计算如下：取静止床层厚度为干空气得质量流速取为，即 由于，由解得 （2）物料升温阶段所需底面积由下式计算，即式中床层总的底面积为 4.干燥器的宽度和长度今取宽度b=1.7m,长度l=2.5m,则流化床的实际底面积为4.25沿长度方向在床层内设置四个横向分隔板,板间距0.5m物料在床层内的停留时间为 5.干燥器高度（1）向高度由下式计算，即 而由下式算出，即（2）分离段高度由，从图中查得， 干燥器总高度为了减少气流对固体颗粒的带出量，取分

15、布板以上的总高度为3.5m6. 干燥器结构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。如图4所示： （1）布气装置 采用单层多孔布气板，且取分布板压强降为床层压强降的15%，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，则总筛孔数为： 个 分布板的实际开孔率为： 在分布板上筛孔按等边三角形布置，孔心距为： （2）分隔板 沿长度方向射至四个横向分隔板，隔板与分布板之间的距离为（可调节），提供室内物料通路，分隔板宽1.7m，高2.5

16、m,由5mm厚钢板制造。（3）物料出口堰高h 用下式求溢流堰高度h，即 将有关数据代入上式，即 整理得， 经试差得， h=0.79m为了便于调节物料的停留时间，溢流堰的高度设计成可调节结构。7. 管径的计算及管道选择空气流动适宜流速为1520m/s取流速u=20m/s计算空气入口管路管径：故选用700mm管路管径，材质为不锈钢，壁厚3mm计算空气出口管路管径：选用750mm管路管径，材质为不锈钢，壁厚3mm饱和蒸汽在管路中适宜流速为2030m/s取流速u=30m/s。 计算饱和蒸汽管路管径：查表知选取无缝钢管为输送管道外径为80mm，壁厚3.5mm，材质为不锈钢。同理可得查表知蒸汽冷

17、凝水管道选取无缝钢管为输送管道外径为80mm，壁厚3.5mm，材质为不锈钢。五附属设备的选型 1.送风机和排风机 （1）送风机 压头HT为 上式中可忽略，所以上式可简化为 取风机全风压HT为4000已知标准状况下空气密度空气进口密度=1.0kg/m3标准状况下体积流量标准状况下风压根据计算结果所得9-27-101N08型风机满足要求 （2）排风机由上式计算同理可得取风机全风压为为3000，则，所以9-27-101N08型风机满足要求2.气固分离设备为获得比较高的固相回收率，拟选用XLP/B-8.2型旋风分离器。其圆筒直径820，入口气速20。压强降为1150，单台生产能力8650。旋风分离器各

18、部分尺寸如下圆柱体直径D 820mm 圆柱体高度L1 D 圆锥体高度L2 1.8D 进口宽度b 0.2D 进口高度a 0.4D 排气管直径d 0.3D 排气管深度l 0.8D 3.供热设备用来加热干燥介质的换热器称为空气加热器。本设计采用饱和水蒸汽作为加热介质。常见的加热器有两种形式，一种是SRZ；另一种是SRL。这两种结构形式的热媒都在管子内流动，通过管子的外表面加热空气，由于空气的换热系数要比管内侧热媒的换热系数低得多，所以管外侧都加热成翅片，用以提高管外的湍流程度以及增加单位管长的换热面积，提高性能。所以根据设计要求拟选用SRZ型螺旋翅片加热器。4. 供料设备供料器是保证按照要求定量、连

19、续（或间歇）、均匀地向干燥器供料与排料。常用的供料器有圆盘供料器、旋转叶轮供料器、螺旋供料器、喷射式供料器等。 将这些供料器相比较：对于圆盘供料器，虽然结构简单、设备费用低，但是物料进干燥器的量误差较大，只能用于定量要求不严格而且流动性好的粒状物料；对于旋转叶轮供料器，操作方便，安装简便，对高大300oC的高温物料也能使用，体积小，使用范围广，但在结构上不能保持完全气密性，对含湿量高以及有黏附性的物料不宜采用；对于螺旋供料器，密封性能好，安全方便，进料定量行高，还可使它使用于输送腐蚀性物料。但动力消耗大，难以输送颗粒大、易粉碎的物料；对于喷射式供料器空气消耗量大，效率不高，输送能力和

20、输送距离受到限制，磨损严重。 我们本次设计的任务是干燥PVC，它在进入干燥器之前的温度下为固态颗粒状，颗粒平均直径md=140mm，且硬度和刚性都较高。 因为圆盘供料器只能用于定量要求不严格的物料，所以通常情况下不选用。又因为螺旋供料器容易沉积物料，不宜用于一年330天，每天24小时的连续工作。另外我们较高硬度和刚性的PVC对设备存在磨损，如果再加上空气流的喷射作用，磨损将会更大，故不能选用喷射式供料器。 根据物料性质（散粒状）和生产能力（3）选用星型供料装置（加料和排料）。其规格和操作参数如下： 规格： 生产能力： 叶轮转速： 链轮传动齿轮减速电机：型号JTC561，功率，输出转速。5空气净化装置以及各种阀门 除烟尘的空气净化器以及各种配套阀门六. 卧式多室流化床干燥装置的设计计算结果汇总项 目符 号单 位计算数据处理产品量 3000物料温度入 口30 出 口40.3气体温度入 口80出 口67气体用量绝干气