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文档简介

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日要1一.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2纸2介1.4设计图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43.2介43.3优化后的流程图及说明.6四工艺计71.1物料和热量衡算71.2流化速度的确定91.3流化床层底面积计算101.4干燥器的宽度和长度111.5干燥器高度121.6干燥器结构121.7管径的计算及管道的选择.14五 .附属设备型.155.1送风机和排风机15备165.2固分离设5.3备

2、175.4供料设备175.5空气净化装置以及各种阀门18六 .卧式多室流化床干燥装置的设计计算结果汇总19七 .认识与体会20八 .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40.3C下离开干燥器。湿度为0.01的空气经翅片换热器(热载体为400kPa饱和水蒸气)加热至80c后进入干燥器, 经过与悬浮物料接触进行传质传热后,

3、温度降至67Co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止匕外,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

4、: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3000kg/h2 .操作条件(1)干燥介质热空气预热器入口温度t025C离开预热器温度ti80C30C饱和蒸汽、压强392.4kPa常压每年330天,每天24小时连续运行3 .设计基础数据(1)物料参数颗粒平均粒径d=0.14mm干物料比热容Cs=1.47kJ/(kg.C)初始湿度H)0.01kg水/kg干气(2)物料入口温度1(3)加热介质(4)操作压强(5)设备工作日固相密度s=1730kg/m3堆积密度b=800kg/m3临界湿含量x

5、0=0.013(干基)(2)物料静床层高度Z0=0.15m(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

6、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

7、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问接加热式两类;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 .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

8、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44 .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、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

9、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。11一抽风机;12视镜2 .干燥流程简介卧式多室流化床干燥器(图1-4)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

10、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

11、加料斗;3一流化床干燥室;4一干品出贮槽;5空气过滤器;6翅片加热器;7一进气支管;8多孔板;9一旋风分离器;10一袋式过滤器;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,

12、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G=3000kg/h绝干物质质量流率为干燥器单位时间汽化水分量为水在25c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WhV而H0H10.01H2H1112.56

13、所以VH20.01(2)空气和物料出口温度的确定空气的出口温度12应比出口处湿球温度高出2050c(这里取35C)即t2tw235由白80c及H10.01查焰湿图,得t32C,近似取t叫tw32C,于是:t2323567C解彳32=40.3C(3)干燥器的热量衡算干燥器中不补充热量,故Q0,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V30527kg/h又由V112.5630527H20.0137kg水/kg干气H20.01为*!5二/料夏蕉-,6I。_(4)预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量由水蒸气表查得,392.4kPa水蒸气的温度Ts142.9,冷凝潜热r=2

14、140kJ/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Umf的计算在80c下空气的有关参数:l.ookg/m3,粘度=21.1Pas一一2导热系数 3.04410w/mc3.04410w/mc取球形颗粒床层在临界流化点mf0.4,由出和丹的数值查图得Lymf3106,3Lymfsg3310621.110617309.81临界流化速度为Umf2120.01024m/s(2)颗粒带出速度Ut带出速度为(3)操作流化速度u取操作流化速度为0.7ut,即3 .流化床层底面积的计算(1)干燥第一阶段底面积A由下式计算,即式中有关参数计算如下:取静止床层厚度为Zo0.15m干空气

15、得质量流速取为u,即由于dm0.14mm0.9mm,对a予以校正,由dm值查得C=0.11解得A3.547m2(2)物料升温阶段所需底面积A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4.25m2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)分离段高度乙由u0.4414m/s及De0.7727m,从图中查得,干燥器总高度ZZ1Z22.630.73173.3617为了减少气流对固体颗粒的带出量,取分布板以上的总高度为3.5m6

16、.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2,则筛孔气速为:干燥介质的体积流量为:选取筛孔直径do2mm,则总筛孔数为: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20140mm(可调节),提供室内物料通路,分隔板宽1.7m,高2.5m,由5mnS钢板制造。(

17、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,65.474683.3334h1.52lnh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:8.601nod0uo40.002215.134180951个4Vi426139.5故d10.680m680mm.u13.14360020选用700mn路管径,材质为不锈钢,壁厚3mm计算空气出口管路管径:选用750mn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=3

18、0m/so?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tn273252733V1V(0.7721.244H0)上30527(0.7721.2240.01)一一26139.5m/h273273压头Hr为上式中z2z1可忽略,p2p1,u1u2,所以上式可简化为取风机全风压Hr为4000Pa已知标准状况下空气密度01.239kg/m3空气进口密度P=1.0kg/m3标准状况下体积流量V11V一26139.51

19、21097.2601.2391_标准状况下风压HTHT40003093.5801.293根据计算2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HT为3000Pa,则1HTHT一30002320.19,所以9-27-101N08型风机满足要求01.2932 .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。具圆筒直径820mm,入口气速20m/s。压强降为1150Pa,单台生产能力8650m3/h0旋风分离器各部分尺寸如下圆柱体直径D820mm圆柱体高度L1圆锥体高度L21.8D进口宽度b0.2D进口高度a0.4D排气管直径d

20、0.3D排气管深度l0.8D3 .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,

21、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3000c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,输送能力和输送距离受到限制,磨损严重我们本次设计的任务是干燥PVG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=140m?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(3t/h)选用星型供料装置(加料和排料)。其规格和操作参数如下:项目符号单位计算数据规格:200200mm生产能力:4m3/h叶轮转速:20r/min链轮传动齿轮减速电机:型号JTC561,功率1kW,输出转速31r/min5空气净化装置以及各种阀门除烟尘的空气净化器以及

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