卧式多室流化床干燥器设计.doc

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1、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%要求在卧式多室流化床干燥器中干燥至 0.3%（以上均为湿

2、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流化床干燥器的特性 7 1.3 流化床干燥器的型号及干燥流

3、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耗量153.2 干燥器的设计153.2.1

4、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。为学生今后从事研究、开发、设计及操作打下良好的专业基础。干燥

5、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。为防止某些高分子材料成型加工时产生气泡及物料

6、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。由于被干燥物料的形状（如粒状、片状、块状、溶液等）及

7、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，干燥技术和干燥设备得到了很大的发展。对于散粒状物

8、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 当流速增大至某一定值，使流体通过床层的压强降

9、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。在这个阶段，由于固相密度变稀，单位高度床层压强降

10、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)由于颗料物料和流体在床层内进行充分的混合和碰撞，表面更新

11、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结块、含湿量过高物料的干燥，因为容易发生物料

12、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，不适宜于干燥大批量的物料。连续操作的单层流化床干燥器可用于

13、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，最终产品的质量易于控制。由于物料与热空气多次接触，废气

14、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流态化状态。与多层流化床干燥器相比，卧式多室

15、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适用。其干燥强度，要比普通喷雾干燥器大几十倍

16、。1.4干燥器选型时应考虑以下因素（1)物料性能及干燥特性 其中包括物料形态(片状、纤维状、粒状、液膏状等)、物理性质(密度、粒度分布、粘附性等)、干燥特性（热敏性、变形、开裂等)、物料与水分的结合方式等因素。（2）对干燥产品质量的要求及生产能力 其中包括对干燥产品特殊的要求(如保持产品特有的香味及卫生要求);生产能力不同，干燥设备也不尽相同.（3）湿物料含湿量的波动情况及干燥前的脱水 应尽量避免供给干燥器湿物料的含湿量有较大的波动，因为湿含量的波动不仅使操作难以控制而影响产品质量，而且还会影响热效率;对含湿量高的物料，应尽可能在干燥前用机械方法进行脱水，以减少干燥器除湿的热负荷。（4）操作方

17、便，劳动条件好。（5）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 设计方案简介2.1流化床干燥器的设计步骤2.1.1 确定设计方案（1）干燥方法（2）干燥器结构型式的选择（3）干燥装置流程（4）干燥条件的确定2.1.2.干燥器主体设计1.工艺计算：物料衡算 空气和物料出口温度的确定 热量衡算 预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量2.设备尺寸：流化速度的确定流化床层截面积的计算根据床层底面积确定干燥器的宽度和高度干燥器高度的计算3.结构设计计算：1）布气装置：分布板预分布器2）隔板（分隔板）3）溢流堰2.1.3.辅助设备的计算与选型1.风机（确定风机的材质和类型，然后根据计算的风量和系统所

18、需要的风压，参照风机样本选用合适的型号）2.空气加热器（螺旋式翅片管加热器即可，该种加热器在光滑管外加上了翅片，增大了空气侧的传热面积，从而提高了传热效果）3.供料器（加料和排料器）4.气固分离器（选择的是旋风分离器，选型时，根据含尘器的处理量和允许压强降，定出合适的入口气速，由此确定入口管截面积，然后按结构比例关系确定其他尺寸）2.2干燥过程的设计方案（流程图）第三章 工艺计算根据设计干燥任务，采用图6-24所示的卧式多室流化床干燥装置系统（简化）。来自气流干燥器的颗粒状物料用星形加料器加到干燥器的第一室，依次经各室后，于51.5下离开干燥器。湿空气由送风机送到翅片型空气加热器升温到105后

19、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71.5。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392.4KPa的饱和水蒸气作热载体。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操作。3.1物料与热量衡算3.1.1 物料衡算2900（1-0.003）=2813kg/h 3.1.2 空气和物料出口温度的确定空气的出口温度应比出口处湿球温度高出 (经优化可取)，即 由及查湿度图得,近似取,于是物料离开干燥器的温度 的计算，即 1由水蒸气查表得将有关数据代入上式，即 解得 3.1.3 干燥器的热量衡算干燥器中不补充热量，因而可用下式进行衡算，即式中 ： 取干燥器的热损失为有

20、效耗热量的，将上面各值代入式中，便可解得空气耗用量，即 解得：由式 可求得空气离开干燥器的湿度H2，即 3.1.4预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量 由水蒸汽表查得，392.4水蒸气的温度，冷凝热，取预热器的热损失为有效传热量的，则蒸汽消耗量为： 干燥器的热效率为3.2 干燥器的设计3.2.1 流化速度的确定 1.临界流化速度的计算在105下空气的有关参数为密度，黏度 ，导热系数。1取球形颗粒床层在临界流化点。由和数值查图6-101得。临界流化速度由式（6-16）1计算，即2.颗粒带出速度由1 及值查图6-61得带出速度由式（6-17）1计算，即3.操作流化速度取操作流化速度为，即3.2.2 流化

21、床层底面积的计算1.干燥第一阶段所需底面积由式（6-25）1计算，即式中有关参数计算如下：取静止床层厚度，干空气的质量流速取为，即由于，所得值应予以校正，由值从图6-71查得 。解得1. 物料升温阶段所需底面积，由式（6-26）1 计算，即式中解得；床层总的底面积为： 。3.2.3 干燥器的宽度和长度今取宽度b=1.2 m，长度l= 2.2m，则流化床的实际底面积为。沿长度方向在床层内设置3个横向分隔板，板间距。物料在床层中的停留时间为： 3.2.4 干燥器高度1.浓度相高度由式（6-28）1计算，即而由式（6-29）1计算，前已算出，于是2. 分离段高度由及,从图6-81查得：为了减少气流对

22、固体颗粒的带出量，取分布板以上的总高度为3m。3.2.5 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，则 再取阻力系数，则筛孔气速为： 1干燥介质的体积流量为：选取筛孔直径,则筛孔总数为：1分布板的实际开孔率为： 1，即在分布板上筛孔按等边三角形布置，孔心距为： 1 2分隔板沿长度方向设置3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 1.2m ，高 2.5m ，由 5mm 厚钢板制造。3.物料出口堰高 1 1将及代入上式，解得 用式 1求溢流堰高度，即 将有关数据代入上式，经试差解得：。3.3 计算结果汇总表干燥

23、器的设计结果如下：卧式多室流化床干燥器计算结果总表项目符号计算数据单位处理湿物料量2900物料温度入口40出口51.5空气温度入口105出口71.5气体用量8125.72kg绝干气/h热效率30.39%流化速度0.4043床层底面积第一阶段1951加热段0.491设备尺寸长2.2宽1.2高3.0布气板型号单层多孔布气板孔径1.5孔速11.5孔数122167个开孔率8.178%分隔板宽1.2与布气板距离20-40物料出口堰高0.2973第四章 附属设备的选型4.1送风机和排风机为保持干燥室基本维持常压操作，采用送风和排风系统。1 送风机 根据经验，取风机的全风压为。有风机的综合特性曲线图可选型风

24、机。2 排风机根据经验，取风机压为。由风机的综合特性曲线图可选9-27-101N08型风机4.2气固分离设备为获得比较高的固相回收率，可选用型旋风分离器。其圆筒直径。入口气速为，压力降，单台生产能力为。4.3供料装置根据物料性质（散粒状）和生产能力（2.9t/h）选用星行供料装置（加料和排料）。其规格和操作参数为：规格 生产能力叶轮转速链轮传动 齿轮减速电机：型号,功率 ,输出转速第五章 个人体会和感悟弹指一挥间，为期两周的课程设计结束了，回首这两周来历经的种种坎坷，不禁有太多的感受与体会。这两周，对我们而言不仅仅是一次普通的课程设计，更是一次意志力与人生的磨砺。在进行课程设计之前，课程设计对

25、我们来说完全是个新生事物，起初真的可谓是无从下手。但我们深知：“合抱之木，生于毫末，九层之台，始于累土，千里之行，始于足下。”的道理。万事开头难。我们只能从课本开始做起，并配合我们上由图书馆借来的有关资料，先对整个课程设计过程做个大致的了解。首先，在开始课程设计的前一周，我们的材料工程基础老师已经将需要借阅的书刊发给我们，还提前告知了我们要做的主题和大致的设计过程，在此很感谢钱海燕钱老师！设计流程图及其设备装置图，需要我们必须用Auto CAD完成，这就要求我们在短期内熟练掌握此软件的使用，这真是个不小的挑战。为了学好Auto CAD，我们从网上下载了视频教程，一点一点地学起，经过不懈努力，我

26、们终于画出了一张流程简图，此后，在老师与同学的帮助下，我们的流程图精益求精！这真是一不小的进步啊，课程设计，让我们又掌握了一门软件的使用。这次课程设计不但是化工原理知识技能的大比拼，更是对心理承受能力和耐力的一次考验，只有那些耐得住寂寞、善于利用时间的人才能取得最终的成功。当我们熬过那一个个不眠之夜，挺过常常向我们袭来的放弃的念头，最后获得成功的时候，我们收获的不仅仅是一份说明书和CAD图纸，更是对自己的信心以及在未来的人生路上迈出的更坚定的脚步。最后，我们要向指导老师方莹,材料工程基础老师钱海燕以及一起合作的同学们表示最诚挚的谢意。因为所有人的齐心协力，本次课程设计才得以顺利完成。也因为这次

27、难得的锻炼机会，我们才更明白了自己的职责所在，并深刻领会到了学问的博大精深！符号说明英文字母：单位体积物料所提供的干燥面积，m2 /m3；A 流化床干燥器层截面积，；Ar 阿基米德数，量纲为一；b 卧式多室流化床床层宽度，m；c 比热容，kJ/（kg）；C 修正系数，量纲为一；d 颗粒直径，筛孔直径，m；D 设备直径，m；当量直径，m；床层膨胀率，量纲为一；g 重力加速度，；G固体物料的质量流量，kg/s或kg/h；h 干燥器中物料出口堰高，m；H空气的湿度，kg水/kg干空气；风机的风压，Pa；I 空气的焓，kJ/kg干空气；固体物料的焓，kJ/kg干物料；K常数； l 单位空气的消耗量，k

28、g干空气/kg水；L绝干空气的流量，kg/s或kg/h； 空气的质量流量，；Ly李森科数，量纲为一；n转数，r/min；分布板开孔数；P操作压强，Pa；Q传热速率，W或kW；r 汽化热，kJ/kg；R膨胀比，量纲为一；Re雷诺数，量纲为一；螺旋叶片的螺距，m；t 温度，k或；u速度，m/s；v湿空气的比体积，干空气；空气的体积流量，；w物料的湿基含水量；W水分蒸发量，kg/s或kg/h；X物料的干基含水量；Z流化床层的高度，m。希腊字母：对流传热系数，W/（）；阻力系数；效率；固体物料的温度，；导热系数，W/（m）；粘度，；密度，；分布空开孔率；平均停留时间，s。下标 ：0进预热器的，开孔的，

29、静止的；1进干燥器或离干燥器的，干燥第一阶段的；2离开干燥器，干燥第二阶段的；b 堆积的；C绝干的，临界的；H湿的；L 热损失的；m平均的；mf流化的；P 预热的；S 绝干物料，固体物料的；t 沉降的；湿球的。参考文献1 天津大学化工原理教研室编，化工原理上、下册(第二版) M. 天津: 天津科技出版社,19962 柴诚敬.化工原理课程设计M. 天津: 天津科学技术出版社, 2000 3 伟萍. 化工过程及设备设计M. 北京：化学工业出版社, 20004 潘国昌,化工设备设计M. 北京：清华大学出版社.20015 娄爱娟,吴志泉,吴叙美编,化工设计M. 上海：华东理工大学出版社, 20026

30、黄璐主编.化工设计 M. 北京：化学工业出版社, 20007 兰州石油机械研究所. 现代塔器技术M. 北京: 中国石化出版社, 20058 化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书塔设备设计M. 上海:上海科学技术出版社,19889 童景山. 流态化干燥工艺与设备M. 北京 : 科学出版社, 1989 10 童景山. 流体的热物理性质M. 北京: 中国石化出版社,1996材料学院课程论文（设计）答辩记录及评语姓名专业班级学号成绩王林秀材料科学与工程材科110205号题目2900kg/h卧式多室流化床干燥器的设计答辩记录1、 干燥系统设计选型时，需要考虑哪些因素？答：（1）物料性能及干燥特性

31、 （2）对干燥产品质量的要求及生产能力 （3）湿物料含湿量的波动情况及干燥前的脱水 （4）操作方便，劳动条件好 （5）适应建厂地区的外部条件，做到因地制宜。2、 干燥器的设计计算主要包含哪几个方面的内容？答：流化床干燥器的设计，包括床层截面积、设备高度等主体尺寸的计算。计算步骤如下：（一）操作流化速度的确定、（二）流化床层截面积的计算、（三）卧式多室流化床的宽度和长度（四）设备高度。3、 简述流化床干燥器中气体分布板的作用。答：分布板的作用除了支乘固体颗粒、防止漏料以及气体均匀分布外，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。指导教师评语指导教师（签字） 年 月 日系（教研室）意见系主任（签字） 年 月 日学院意见院长（签字） 年 月 日