卧式多室流化床干燥装置的设计

卧式多室流化床干燥装置的设计（总15页）-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-#TOC\o"1-5"\h\z一．设计任务书 2二．设计内容概述 2设计目的 2干燥流程简介及卧式多室流化床干燥意义简述 3三．工艺计算 4物料和热量衡算 4流化速度的确定 5流化床层底面积的计算 6干燥器的长度和宽度 7干燥器的高度 7干燥器的结构设计 8四．附属设备的选型 9送风机和排风机 9气固分离设备 9供热设备 9供料设备 9五．数据汇总 10六．认识与体会 11七．参考文献 11

卧式多室流化床干燥装置的设计．设计任务书综合工程设计任务书设计题目：年产22000吨肥料卧式多室流化床干燥装置的设计学号：姓名：专业：化学工程与工艺指导教师：系主任：一、主要内容及基本要求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，将其含水量从干燥至（干基），生产能力（以干燥产品计）为3000kg/h。2.操作条件（1）干燥介质热空气初始湿度H0 kg水/kg干气TOC\o"1-5"\h\z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61 30℃（3（3）加热介质（4）操作压强（5）设备工作日（6）厂址常压每年330天，每天24小时连续运行根据需要选定3.设计基础数据（1）物料参数颗粒平均粒径d mm颗粒密度p颗粒密度ps1730kg/m3堆积密度p堆积密度pb800kg/m3临界湿含量X0 （干基）干物料比热容c （kg.℃）s（2）物料静床层高度z0 m（3）干燥装置热损失为有效传热量的15％。二、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1文献资料、调研制订设计方案、设计计算、写初稿核算、修改编写设计说明书、绘制图纸三、应收集的资料及主要参考文献《化工设计》；《化学反应工程》；《化工工程及设备》；《化工工艺手册》；《化工工艺设计手册》；《化工原理》；《化工设备图册》；《化工工程制图》；《化工仪表及自动化》等。参考文献：.《化学工程基础》，北京大学化学系，化学工业出版社。.《化工过程及设备设计》，中南工业大学出版社，涂伟萍，陈佩珍编。.《化工工程制图》，化学工业出版社，1994。.《化工设备选择与工艺设计》，中南工业大学出版社，刘道德编，1992。.《化工工艺设计手册》，国家医药管理局上海医药设计院编，1992。.《化工工艺设计概论》，原子能出版社，赵国芳编，1990。.《化工设计》，化学工业出版社，黄璐等编。.《化工单元过程及设备课程设计》，化学工业出版社，匡国柱，史君才编。.《化工设备结构图册》，上海科学技术出版社，1978。、前言1、产品简介提供一种或一种以上植物必需的营养元素，改善土壤性质、提高土壤肥力水平的一类物质。农业生产的物质基础之一。中国早在西周时就已知道田间杂草在腐烂以后，有促进黍稷生长的作用.《齐民要术》中详细介绍了种植绿肥的方法以及豆科作物同禾本科作物轮作的方法等；还提到了用作物茎秆与牛粪尿混合，经过践踏和堆制而成肥料的方法。在施肥技术方面，《氾胜之书》中有详细叙述，强调施足基肥和补施追肥对作物生长的重要性。唐、宋以后随着水稻在长江流域的推广，施肥经验日益积累，从而总结出“时宜、土宜和物宜”的施肥原则，即施肥应随气候、土壤、作物因素的变化而定。随着近代化学工业的兴起和发展，各种化学肥料相继问世。18世纪中叶，磷肥首先在英国出现。1870年德国生产出钾肥。20世纪初合成氨研制成功。随后，复合肥料、微量元素肥料和长效肥也先后出售。由于化肥数量和品种的增多及质量的提高，农业生产中的肥料总投入量日益增大，作物产量也相应提高。肥料品种繁多，根据肥料提供植物养分的特性和营养成分，分为无机肥料、有机肥料、有机无机肥料三大类。无机肥料分大量元素肥料（N、P、K）,中量元素肥料（Ca、Mg、S、）和微量元素肥料（Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、B、Cl）。大量元素肥料又按其养分元素的多寡，分为单元肥料（仅含一种养分元素）和复合肥料（含两种或两种以上养分元素），前者如氮肥、磷肥和钾肥；后者如氮磷、氮钾和磷钾的二元复合肥以及氮磷钾三元复合肥。有机肥料包括有机氮肥、合成有机氮肥等。中国习惯使用的有人畜禽粪尿、绿肥、厩肥、堆肥、沤肥和沼气肥等。有机无机肥料即半有机肥料，是有机肥料与无机肥料通过机械混合或化学反应而成的肥料。由于一种肥料常有多种属性，除上述分类外，还有常见的其他分类方法：①按肥料物理状态可分为固体和流体肥料。固体肥料又分为粉状和粒状肥料。流体肥料是常温常压下呈液体状态的肥料。②按肥料的化学性质，可分为化学酸性、化学碱性和化学中性肥料。③按肥料被植物选择吸收后对土壤反应的影响，可分为生理中性、生理碱性和生理酸性肥料。④按肥料中养分对植物的有效性，可分为速效、迟效和长效肥料。为适应农业现代化发展的需要，化学肥料生产除继续增加产量外，正朝着高效复合化，并结合施肥机械化、运肥管道化、水肥喷灌仪表化方向发展。液氨、聚磷酸铵、聚磷酸钾等因具有养分浓度高或副成分少等优点，成为大力发展的主要化肥品种。很多化学肥料还趋向于制成流体肥料，并在其中掺入微量元素肥料和农药，成为多功能的复合肥料，便于管道运输和施肥灌溉（喷灌、滴灌）的结合，有省工、省水和省肥的优点。随着设施农业（如塑料大棚等）的发展，蔬菜、瓜果对二氧化碳肥料的需求量将逐步增多。但是，长期大量地施用化学肥料，常导致环境污染。为了保持农业生态平衡，应提倡有机肥与化肥配合使用，以便在满足作物对养分需要的同时避免土壤性质恶化和环境污染。2、科学发展农业生产中种植业的发展离不开肥料。我国的农业已经有了1万年的悠久历史，古代称肥料为粪，施肥则成为粪田。我国的农田施肥大约开始于殷商朝代，主要根据出土文物中当时已有罱河泥的木制工具以及殷商甲骨文中已有表示屎、壅等字形记载，并有施肥可以增产的卜词。到战国时期已经重视并强调农田施肥了。我国古代最多是利用动物粪便作为肥料，到战国和秦汉又利用腐熟人、畜粪尿、蚕粪、杂草、草木灰、豆萁、河泥、骨汁等。在汉朝已很重视养猪积肥。《汜胜之书》已记述作物施基肥、种肥河特殊的溲种法。宋、元朝已开始使用石灰、石膏、硫磺、食盐、卤水等无机肥料。此时的农业书籍中已有粪壤篇各论，把肥料分为六大类。到18世纪杨灿又把肥料增为十类，施肥技术上提出了”时宜、土宜和物宜”的观点。在欧洲国家，整个中世纪经济发展很慢，农业技术停滞不前，如在《马耕农业》一书中提到，耕作碎土的作用是使土壤成为极细颗粒便于进入作物根系的小口。当时普遍流行的观点认为土壤供给作物的营养物质是”精”和”油”。燃素学说在中世纪后期也盛行一时。自文艺复兴时期的到来，随着经济的发展，欧洲国家中有人开始探素植物营养理论，在燃素学说之后出现了腐殖质营养学说，认为土壤腐殖质是农作物营养的唯一来源。近代农业化学家李比希提出的无机植物营养学说，认为保持土壤肥沃，必须把植物摄取并移出农田的无机养分和氮素以肥料的形式还给土壤的归还学说等。1843年世界上第一个化学肥料一过磷酸钙研制成功。随着智利硝石和钾盐矿的发现，到合成氨的发明，在世界上建立起巨大的化肥工业。据有关资料记载，我国进口化肥始于1905年，20世纪30年代开始组织全国性肥效试验，称为地力测定。测定结果表明，氮素极为缺乏，磷素养分仅在长江流域或长江以南各省缺乏，钾素在土壤中很丰富。新中国成立以后，1958年和1980年先后两次组织了全国性的土壤普查，对我国的土壤类型、特性、肥力状况等进行了系统的调查测定，促进了化肥的施用和农业化学研究工作。建国以前我国只有两座规模不大的氮肥厂和两个回收氨的车间，1949年氮肥年产量只有万吨，1990年国产化肥产量已达万吨，跃居世界第三位，1998年化肥产量已达2956万吨，占世界总产量的19％，居世界第一位。化肥已成为我国一项重要的农用物资，在农业生产中发挥重大的作用。二．设计内容概述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．干燥流程简介及卧式多室流化床干燥意义简述卧式多室流化床干燥器的横截面制成长方形。用垂直挡板分隔成多室（一般为4-8室），挡板与多孔板间留有一定间歇（一般为几十毫米）使物料能够通过。湿物料加入后好像液体一样由第一室依次流经各室，至最后一室卸出。由于挡板的作用，各室的物料不可能像单室干燥那样互相交混。物料由一室依次流经各室时其湿含量亦依次减小。所以产品的干燥程度均匀，这是卧式干燥器的主要优点。来自气流干燥器的颗粒状物料用星型加料器加到干燥器的第一室，依次经各室后，于℃下离开干燥器。湿空气由送风机送到翅片加热器升湿到80℃后进入干燥器，经过与悬浮物料接触进行传热传质后温度降到67℃。

废气经旋风分离器净化后由抽风机排至大气。空气加热器以的饱和水蒸气作载热体。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。国A27酊式多室型流化床干燥机I.出国A27酊式多室型流化床干燥机I.出口料 2.隔板3.蟀风机4,旋风分离居5.据环下料管6.多孔板工空rSi热器B,空气过墟器 9.戢风机成品三．工艺计算1.物料衡算和热量衡算（1）物料衡算

Gc=G2G一Q=3056X(1—0.0004)=305网/h0.04X= =0.041671-0.04X2°.°004=X2°.°004=0,00041-0.0004W=GV=c(X1-X2)=B0554,04167-0.0004)=126.08kg/hW126.08H2-H1H2-0.01（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20〜50℃（这里取35℃）即t=t+35w2=t=32℃，于是：ww21由t=80℃及H==t=32℃，于是：ww21t=32+35=67℃2X-XX-X* -0八r(X-X*)-C(t-1)(^ )Cs(12</t-0 ; 2 )s2屋'x-X* 2w2 2 2-= 0 -t)

w2t-t r(X-X*)-t)

w22w t0 s22 w2由水蒸气表查得r=247205kJ/kg,tw2将有关的数据代入上式，即- X _0 2472.5x( —4—x(一)x( )1.47x(-2-———= ： =1 67—32 x. -3—x7 —2解得0=40.3℃2（3）干燥器的热量衡算干燥器中不补充热量，故Q=0，因而可用下式进行计算，即dQ=Q=Q+Q+Q+Qp123L式中Q=卬(r+Ct-C0)=112.56x(2500+1.88x67-4.19x30)=86.04kw1 0pv2pl1Q2=GcCpm?(02-01)=Gc(Cs+4」9X2,2-01)=3055x(1.47+4.19x0.0004)x(40.3-30)=46.31kWQ=VG.01+1.88H0)x(t2-t)=0.0105VkWQ3=VG.01+1.88x0.01)x(80-30)=0.014VkWp因为干燥装置热损失为有效传热量的15%，即QL=0.15Q+Q)=0.15x(86.04+46.31)=19.85kW12QL将上面各式代入热量衡算式，便可解得空气耗用量，即0.0143V=86.04+46.31+0.01057V+19.85解得V=40804^/h又由V=126，08=40804nH=0.013孜且水/kg干气H—0.01 22(4)预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量Q=0.0143V=583.5kWp由水蒸气表查得，392.4kPa水蒸气的温度T=142.9。。冷凝潜热r=2140kJ/kg479.92140479.92140义0.85=0.2638kg/s=949.8kg/h干燥器的热效率为QQ|+Q、86.04+46.31「二-1 2= =22.68%Q583.5p2.流化速度的确定(1)临界流化速度沅时的计算在80℃下空气的有关参数：P=1.00(kg/浪,粘度=21.1|4尸。s导热系数九=3.044402w/m・°cA=

r(21.1X10-6)2d3(P-p)Pg(0.14X10-3)3X(1730-1)X1xA=

r(21.1X10-6)2取球形颗粒床层在临界流化点£ =0.4，由£和A的数值查图得mf mfrLy=3X10-6，mf_LyNPg_：3X10-6X21.1X10-6X1730x9.81临界流化速度为uf=3f2s=3 12=0.01024m/s(2)颗粒带出速度ut由£=1和A值查图得Ly=0.70rt带出速度为0.7x21.1x10-6x1730x9.81 =0.6305m/s12(3)操作流化速度u取操作流化速度为0.7u,,即u=0.7x0.6305=0.4414m/s3.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1) (1.01+1.88H)LaaZ= ——0 0 (1.01+1.88H)LA(t-1) 0' 11耳—1G(X—X)r

c1 2tw2

式中有关参数计算如下：取静止床层厚度为Z=0.15m0干空气得质量流速取为pu，即L=pu=1x0.4414=0.4414kg/m2•s6(1—e)6x(1—0.4)a= 0—= d 0.14x10-3=25714.3m2/m3dupR=m eN0.14x10-3x0.4414x121.1x10-6=2.929a=4x10-3—(R)1.5=4x10-3x'°、,xl°2乂2.9291.5=4.36w/m2•cde 0.14x10-3maa=4.36x25714.3=112114w/m3•c由于d=0.14mm<0.9mm,对aa予以校正，由d值查得C=0.11mm=0.11x112114=12333W/m3•c12333x0.15=(1.01+1.88x0.01)x0.4414 、.01+1.88x0.01)x0.4414ax(80—32)1-1 x6.04167—0.0004)x247253600解得A1=3.974m2(2)物料升温阶段所需底面积A由下式计算，即2aaz二

0(1.01+1.88H)L式中(1.01+1.88H)LA八t-9 0 2-/ln^——GC t-9cm 12q=a十4一193=1.47+4.19x0.004=L4£7W挺-飞(1.01+1.88x0.01)x0.441412333X0.15=6.01+1.88x0.01)x0.4414A once 1-1 5x1.487x0.23073600解得A=0.641m22床层总的底面积为A=A+A=3.974+0.641=4.615m2124.干燥器的宽度和长度今取宽度b=，长度l=,则流化床的实际底面积为m2沿长度方向在床层内设置四个横向分隔板,板间距物料在床层内的停留时间为ZApT=—0_乙G20.15x4.62x800 =10.9mm30565.干燥器高度(1)向高度由下式计算，即--1-8Z=Z 01 01-8而8由下式算出，即18R+0.36R2Z=0.15x1Ar1-0.4)0.21=(18x2.929+0.36x2.9292104.5)0.21=0.8771-0.877=0.7317m(2)分离段高度Z24(1.85x2.5/5)D=r \=0.7872me211.85+2.5/5)由u=0.4414m/s及D=0.7872m，从图中查得，

eZ=3.0义D=3.0*0.7872=2.63m2e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新6.干燥器结构设计(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AP=0.15AP=0.15Z(1-8)(p-p)gd b 0 0s=0.15x0.15x(1-0.4)x(1730-1)x9.81=229Pa再取阻力系数C=2,则筛孔气速为:u0,12X22922x1=15.13m/s干燥介质的体积流量为：40804u0,12X22922x1=15.13m/s干燥介质的体积流量为：40804/ 、80+273V= S.722+1.244x0.01Jx =10.647m2/ss3600 273选取筛孔直径d=2mm，则总筛孔数为:0V 10.647moo在n= s——= =223996个0兀， 兀 __d2u x0.0022x15.13400 4分布板的实际开孔率为：兀 /x0.0022x223996&=4 =15.25%4.615在分布板上筛孔按等边三角形布置，孔心距为：0.952t=——d“=VP 00.952"5.25%x0.002=4.9mm(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20-40mm(可调节)，提供室内物料通路，分隔板宽，高，由5mm厚钢板制造。(3)物料出口堰高hnduP 1.4X10-4X0.6305x1Re=t—= =4.183t日 21.1x10-6EE—1 25—V = u一u Re0.4425 二13.324.1830.44mf t=13.32nE=6.743VE一1

=13.32nE=6.743V用下式求溢流堰高度h,即h2.14Z)0E R- —二18一1.52ln(—)/1、/G、 5h(——)1/3(——)2/3EbpVb

将有关数据代入上式，即h2.14(0.15—――)6.743h2.14(0.15—――)6.743(—1—)1/3(

6.74329883600x1.7x8002.929——二18一1.52ln(--))2/3 5h整理得，65.4746=83.3334h+1.52lnh经试差得，h=四．附属设备的选型1.送风机和排风机（1）送风机V=V(0.772+1.244xh)10-273=40804x(0.772+1.224x0.01)x30-273=35516.6m3/h0273 273 m根据经验，取风机全风压为4000Pa。由风机的综合特性曲线图可选9-27-101N08型风机。（2）排风机V=40804x（0.772+1.224x0.0137）x@+"7=40083.8m3/h273根据经验，取风机全风压为3000Pa。由风机的综合特性曲线图可选9-27-101N08型风机。.供热设备根据设计要求拟选用SRZ型螺旋翅片加热器。.气固分离设备为获得比较高的固相回收率，拟选用XLP/型旋风分离器。其圆筒直径820mm，入口气速20m/s。压强降为1150p，单台生产能力8650m3/h。a.供料设备根据物料性质（散粒状）和生