2900-卧式多室流化床干燥器设计(DOC).doc
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1、2900-卧式多室流化床干燥器设计(DOC)南 京 工 业 大 学材料工程基础课程设计设计题目: 2900kg/h卧式多室流化床干燥器的设计专 业: 材料科学与工程 班 级: 材科1102学 号: 1110110205 姓 名: 王林秀 日 期: 2013.12.23-2014.1.3 指导教师: 方莹 设计成绩: 日 期: 设计任务书专业 材料科学与工程 班级 材科1102 姓名 王林秀 学号1110110205设计题目:2900kg/h卧式多室流化床干燥器的设计设计时间:2013.12.232014.1.3指导老师: 方莹操作条件:从气流干燥器来的细颗粒状物料,初始含水量为3%要求在卧式多
2、室流化床干燥器中干燥至 0.3%(以上均为湿基)。已知参数如下:被干燥物料颗粒密度 1400 kg/m堆积密度 450 kg/m干物料比热容 1.256kJ/kgK平衡湿含量 近似取为 0临界湿含量 0.015(干基)颗粒平均粒径 0.15 mm进口温度 40在干燥系统要求收率99.5%(回收5m以上颗粒)干燥介质湿空气进预热器温度t0 25初始湿度 0.018 kg水/kg干空气进干燥器温度t1 105热源 392.4kPa的饱和水蒸气试设计干燥器主体并选择合适的风机及气固分离设备。作图:Auto CAD目 录前言41概述61.1流化态现象61.2流化床干燥器简介7 1.2.1流化床干燥器的
3、特性 7 1.3 流化床干燥器的型号及干燥流程.8 1.3.1 单层圆筒形流化床干燥器9 1.3.2 多层圆筒形流化床干燥器9 1.3.3 卧式多室流化床干燥器 10 1.3.4 惰性离子流化床干燥器 11 1.4 干燥器选型时应考虑的因素 112设计方案简介112.1.流化床干燥器设计步骤112.1.1.确定设计方案112.1.2干燥器主体设计112.1.3 辅助设备的计算与选型112.2 干燥过程的设计方案(流程图)123 工艺计算123.1物料与热量衡算133.1.1 物料衡算133.1.2 空气和物料出口温度的确定133.1.3 干燥器的热量衡算143.1.4预热器的热负荷和加热蒸汽消
4、耗量153.2 干燥器的设计153.2.1 流化速度的确定153.2.2 流化床层底面积的计算173.2.3 干燥器的宽度和长度183.2.4 干燥器高度183.2.5 干燥器结构设计19 3.3计算结果汇总表214 附属设备的选型22 4.1送风机和排风机22 4.2气固分离设备22 4.3供料装置225 个人体会与感悟23符号说明24参考文献26前言材料工程导论课程设计是材料工程导论课程教学实践性教学环节,是综合应用本门课程和有关先修课程基本知识,完成以某一单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计,培养学生的独立工作和分析问题的能力,使学生体会工程实际问题复杂性的初次尝试。为学生今后从事研
5、究、开发、设计及操作打下良好的专业基础。干燥过程广泛用于工农业生产和生活中。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。干燥过程的特点是,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。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。
6、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。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。由于被干
7、燥物料的形状(如粒状、片状、块状、溶液等)及性质(耐热性、分散性、酸碱性、含湿性、防爆性等)的千差万别,生产能力大小悬殊,干燥产品质量要求各不相同,为此设计出多种性能各异、适用于各种用途的的干燥器。干燥器可按照多种方法进行分类,按操作方式可以分为连续式和间歇式。连续式干燥器的优点是生产能力大,生产质量均匀,热效率高,劳动条件好,适合于大规模生产。间歇操作的干燥装置主要适用于小批量、多品种或要求干燥时间较长、干燥产品含湿量均匀的场合。按照加热方式可分为对流干燥、传导干燥、辐射干燥、介电加热干燥以及由上述两种或三种方式组合的联合干燥。化工生产中使用最广泛的是热风对流干燥。随着工农业生产的发展,干燥
8、技术和干燥设备得到了很大的发展。对于散粒状物料的干燥,流态化干燥技术得到了更为广泛的应用。其中尤以卧室多室连续操作的流化床干燥器的发展更为迅速。第一章 概述利用流动气体的作用,将颗粒状物料悬浮起来并使之呈现类似于流体的状态特性,这就是固体流态化。借这种流化状态实现某种生产过程的操作,称为流态化技术。流化干燥(或称沸腾干燥)是流态化技术在干燥上的应用。1.1流态化现象当流体以不同速度向上通过颗粒床层时,可能出现以下几种情况:(1)固定床阶段 当流速较低时,颗粒静止不动,流体穿过颗粒之间的空隙而流动,这种床层称为固定床。随流速增加,床层间空隙率o保持不变,而床层压强降则相应增加。(2)流化床阶段
9、当流速增大至某一定值,使流体通过床层的压强降近似等于单位面积床层上物料所受净重力时,流体在垂直方向给予床层的作用力刚好把全部床层颗粒托起,颗粒开始松动,床层略有膨胀,固体颗粒仍保持接触不能自由运动。此时,床层处于初始或临界流化状态。如果流速升高到使全部颗粒刚好悬浮在向上流动的流体中而能随机运动,床层高度随流速加大而升高,这种床层称为流化床。此时,床层空隙率加大,颗粒与流体间的摩擦力恰与其净重力相平衡。(3)稀相输送床 若流速再增至某一极限值(称为带出速度或最大流化速度)后,床层上界面消失,所有颗粒分散悬俘于气流中并被气流带走。这时,气流中颗粒浓度降低,由密相变为稀相,这种床层称稀相输送床。在这
10、个阶段,由于固相密度变稀,单位高度床层压强降随气速升高而下降。显然,要使固体颗粒床层在流化状态下操作,必须使流化的速度高于临界流化速度,同时,为避免大量颗粒被气流带走,最大流速又不得超过按床层平均粒径计算的沉降速度(或带出速度)。1.2流化床干燥器简介 流化床干燥器是将湿物料放置在多孔板上,由下方吹送热风使之形成流化状态而进行干燥的设备。在流化床层内,颗粒在热气流中上下翻动,互相混合与碰撞,与热气流进行传热和传质而达到干燥的目的。流化床干燥装置一般都包括鼓风机(或抽风机)、加热器、流比床干燥器、粉尘捕集器、加料器、卸料器等。1.2.1流化床干燥器的特性流化床干燥器的优点有: (1)由于颗料物料
11、和流体在床层内进行充分的混合和碰撞,表面更新频繁,使气固间传热传质系数及两相接触面积均较大,设备生产能力高,可在小装置中处理大量的物料。(2)物料干燥速度大,在干燥器中停留时间短,所以适用于某些热敏性物料的干燥。(3)物料在床层内的停留时间可根据工艺要求任意调节故对难干燥或要求干燥产品含湿量低的过程非常适用。(4)设备结构简单,造价低,可动部件少,便于制造、操作和维修。(5)在同一设备内,既可进行连续操作,又可进行间歇操作。流化床干燥器的缺点有:(1)床层内物料纵向返混严重,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产品一起排出床层外。(2)一般不适用于易粘结或
12、结块、含湿量过高物料的干燥,因为容易发生物料粘结到设备壁面上或堵床现象。(3)对被干燥物料的粒度有一定限制,一般要求不小于30um、不大于6mm。(4)对产品外观要求严格的物料不宜采用。干澡贵重和有毒的物料时,对回收装置要求苛刻。1.3流化床干燥器的型式及干燥流程1.3.1单层圆筒形流化床干燥器 这种流化床干燥器的基本结构如图1所示,床体为直立圆筒形,底部有一层分布板。它既可河歇操作也可连续操作。间歇操作时,被干燥物料一次加入干燥器,在床层中,热干燥介质与湿物料整体接触是一致的,干燥产品含湿量均匀,且每批的干燥时间可根据工艺要求进行调节。由于间歇操作,进出料耗时较多,劳动强度大,不适宜于干燥大
13、批量的物料。连续操作的单层流化床干燥器可用于初步干燥大量的物料,特别适用于表面水分的干燥。然而,为了获得均匀的干燥产品,则需延长物料在床层内的停留时间,与此相应的是提高床层高度从而造成较大的压强降。在内部迁移控制干燥阶段,从流化床排出的气体温度较高,干燥产品带出的显热也较大,故干燥器的热效率很低。1.3.2多层圆筒形流化床干燥器为了克服单层流化床中物料停留时间不均匀及热效率低的缺点,开发了多层流化床干燥器。在图2所示的设备中,湿物料从顶部加入,逐层向下移动,由底部排出,热空气由底部送入,向上通过各层,从顶部排出。热空气与物料逆向流动,因而物料在器内停留时间及干燥产品的含湿量比较均匀,最终产品的
14、质量易于控制。由于物料与热空气多次接触,废气中水蒸气的饱和度较离,热利用率得到提高。此种干燥器适合于内部水分迁移控制的物料或产品要求含湿量很低的场合。多层流化床干燥器的结构,类似气液传质设备的板式塔,可分为溢流管式和穿流管式。1.3.3卧式多室流化床干燥器图3为连续卧式多室流化床干燥器示意图。这种干燥器使物料自进人第1室后,依次通过间隙从上一室向下一室移动,干燥后的产品由最后一室越过溢流堰经出料口卸出。同时,挡板的存在又可防止物料的短路现象以使产品质量均匀。每一小室下部有一进气支管,支管上有调节气体流量的阀门,热空气由各进气支管分别送入各室的下部,通过多孔筛板进入各干燥室,使多孔板上之物料处于
15、流态化状态。与多层流化床干燥器相比,卧式多室流化床干燥器高度较低,结构筒单操作方便,易于控制,流体阻力较小,对各种物料的适应性强,不仅适用于各种难于干燥的粒状物料和热敏性物料,而且已逐步推广到粉状、片状等物料的干燥,干燥产品含湿量均匀。因而应用非常广泛。1.3.4惰性粒子流化床干燥器溶液、悬浮液或膏糊状物料往往可以在惰性粒子流化床干燥器中进行干燥。床体一般为锥形,于其中先放人一定量的惰性颗粒,当惰性颗粒流化后,将浆状或膏糊状物料喷入或挤入床层,在惰性粒子表面结成干燥外层,由于惰性粒子在床内相互磷撞而粉碎脱落,细粉产品由气体带出,经旋风分离器收集。这种干燥器对于热敏性物料或要求得到粉状产品时特别
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