卧式多室流化床干燥器的设计

化工原理 课 程 设 计 设计目卧式多室流化床干燥器的设计 学生姓名      刘伟 学    号20113040        专业班级高分子与11-2班 指导教师 刘雪霆 2014年6月23日至7月4日 化工原理课程设计成绩评定表 设计题目 卧式多室流化床干燥器的设计 成绩   课 程 设 计 主 要 内 容 本次课程设计我们采用卧式多室流化床干燥器将颗粒状PVC的干基含水量从42%减少至0.26%，生产能力为1400kg/h（以干燥产品计）。经过对总费用包括设备折旧费、空气预热和风机运转费优化设计后，该流程可概括为：来自气流干燥器的颗粒状物料用星型加料器加入干燥器的第一室，再经过其余的四个室，在67.17℃下离开干燥器。湿度为0.02的空气经翅片换热器（热载体为400kPa饱和水蒸气）加热至105℃后进入干燥器，经过与悬浮物料接触进行传质传热后，湿度增加到0.03，温度降至70.5℃。尾气经过旋风分离器和布袋式除尘器，提高了产品的收率之后排放。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。 我主要进行 Visio的做图工作。为了后期画图的正常进行，前期我配合计算的同学把主要精力放在计算上面，中期我便全身心的投入到流程图的绘制之中，幸好之前参加过数学建模对Visio比较熟悉，况且之前电脑上都不能装CAD，我便果断用这个软件进行画图。刚开始我满怀热情，可是画着画着，自己的信心也渐渐消磨掉，好不容易画完了流程图，可是当让老师看过之后，各种错误还是会有，我原来愿相信做图需要仔细仔细再仔细，认真认真再认真。特别是在画装备图的时候，当画完一个主视图后，便很不想画了，可是当我看到别人的进度后，便又拿出电脑继续画图。后期完成写论文。在这期间，我对各种软件又有了深的了解，也学到了很多知识技能。 指 导 教 师 评 语 签名： 2014 年 月 日         化工原理课程设计任务书 学院 化学与化工学院专业高分子材料与工程  班级11级2班 姓名刘伟    学号    20113040  设计题目：卧式多室流化床干燥器的设计 设计时间：2014.6.23—2014.7.4 指导老师：刘雪霆 设计任务：1400kg/h（以干燥产品计） 操作条件：原料进干燥器的干基含水量：42%， 温度：50℃， 产品出干燥器的干基含水量：0.26% 工艺参数：颗粒密度：1180kg/ m3， 堆积密度：510kg/ m3， 产品平均颗粒直径：0.62mm， 干物料比热容：2.23kj/kg·℃， 临界干基含水量：3.2%， 平衡含水量：0.061% ， 新鲜空气温度：25℃， 干燥器进口空气的温度：110℃， 湿度：0.016kg水/kg干空气， 物料静床层高度：0.15m， 干燥器热损失为有效传热量的10%， 年工作日：330天， 设计成果：设计一份 带控制点的工艺流程图（3#图纸）1张 主题设备装配图（1#图纸）1张 目  录 前 言    2 一、 流态化的定义    2 二、 流态化的分类    3 三、 流态化开发与应用实例    4 四、卧式多室流化床干燥器的特点    4 摘要    5 Abstract    6 1 干燥过程的工艺流程说明    7 2 干燥过程的物料衡算和热量衡算    7 2.1 物料衡算    7 2.2 空气和物料出口温度的确定    8 2.3  干燥器的热量衡算    9 2.4预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量    10 3 流化床干燥器的设计计算    10 3.1临界流化速度 的计算    10 3.2 流化床层底面积的计算    12 3.3 干燥器的宽度和长度    13 3.4 干燥器高度    14 3.5干燥器结构设计    15 3.5.1.布气装置    15 3.5.2分隔板    16 3.5.3物料出口堰高     16 4.附属设备的选型    16 4.1 送风机和排风机    16 4.1.1送风机    17 4.1.2 排风机    17 4.2 供料装置    17 4.3 换热器选型    19 4.4空气过滤器    20 4.5管路计算及管道选择    21 4.6气固分离器    22 4.7干燥器主体材质的选择    24 5.卧式多室流化床干燥装置的设计计算结果汇总    24 6. 主要参数说明    25 7.参考文献    28 8.总结    28 前 言 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。 一、 流态化的定义 什么叫流态化？简而言之，就是利用流体（气体或液体）对固体颗粒的作用，将通常处于相对静止的颗粒物料转变为具有液体属性的运动状态，使许多物理或化学过程更为有效的进行。由广义而言，流态化技术是研究不同工艺过程中气固、液固、气液固相态之间相对运动，混合、离析、接触、传热、传质和反应的强化操作的学科，实践证明，在为工业生产服务中，已取得巨大成效。由于流态化技术具有一系列突出优点： 1. 固体颗粒与流体充分接触，阻力小而传质速率高，特别有利于传递率控制的化学反应过程或纯粹的物理过程操作，生产强度能够得到大幅度提高。 2. 具有流动性能的固体颗粒可以如同流体一样顺利地加入或引出设备，有于实现生产操作连续化，并可实现固体颗粒的流体输送。 3. 流化床层具有良好的传热性能，可以在床层内保持轴向温度均匀，避免出现局部过热等不利现象。 4. 流化床设备结构比较简单，适于大规模生产操作。由于流态化上述的一系列优点使流态化技术已在化工、石油炼制、冶金、环保、能源工程，材料以及生物化工等众多领域内广泛应用。流态化所显示的优点，表现出类似流体的不寻常特性，通过多种流型交联与多种床形几何结构的巧妙组合，可以较好地实现在颗粒加工向制造工程转化种的智能化控制与保证规模放大后产品的性能，流态化技术的应用将起着至关重要的作用。 二、 流态化的分类 实践中根据不同的方法对流态化操作加以分类、按构成物系，流态化可分为液固流态化、气固流态化和气液固三相流态化。液固流化床中固体颗粒可均匀分散在流体中，因而一般称为散式或理想流态化。气固流态化与液固流态化存在很大差别，研究发现，气固流态化存在两种要特征：在低气速条件下，气体凝聚成气泡，即气泡现象；在高气速条件下，颗粒易于聚集成颗粒团，即颗粒团聚现象。因而，在总体上表现不明显的不均匀性或非理想性。早在1948年威尔海姆(wilhelm)和郭慕孙指出，根据无因次数群Fr准数可将流态化区分为散式与聚式： 当<0.13,为散式流态化；当>1.3,为聚式流态化。 作为流态化重要参数之一的临界流化速度Umf,通常可通过实验方法测定。文献中有多种Umf的经典关联式，但相互之间有差异，王尊孝等（1987）概括了常用的Umf计算关联式。他们最早将这类有别于散式流态化的气固流态化统称为聚式或非理想式流态化。 近年来，附加外力场（磁场、电场、惯性力场、振动力场、脉动流场等）的液固，气固和三相流态化已有不少研究，形成了流态化技术的新领域。 三、 流态化开发与应用实例 与传统固定床相比，流化床采用的固体颗粒尺寸要小的多，相际接触面积大为增加而且悬浮在流体中的颗粒处于强烈的湍动、强化了热、质传递，提高了生产效率，加之能像流体一样的自由流动；便于物料转移和控制，实现自动化操作。这些特性对大规模现代化生产具有诱人的吸引力，得到工业部门的广泛应用。流态化技术不仅是用于颗粒物粒的加热、冷却、物料输送、矿物的分选和产品的分级，分料制粒、表面浸渍和包膜；干燥脱水、工件恒温热处理等物理过程，而且适用于催化合肥催化、吸热和放热多种化学过程，在能源转换、石油化工、生物化工，化工冶金，功能材料、环境防治等工业部门中已经开发了多种流态化新工艺、新设备。主要应用在一下领域中：能源转换中的流态化技术、石油化公众的流态化技术、化工冶金内的流态化技术、环境保护中的流态化技术、生物化工中的流态化技术：生物化工是流态化技术应用的新领域，但前景广阔。利用三相流化床或锥形流化床将葡萄糖酶液用固定化微生物，转为乙醇工艺，已通过重视，接近工艺规模。 可见，流态化技术的进展与我国国民经济建设密切相关，研究成果在工业生产过程中的应用已为国家创造了大量经济效益，又为节约外汇、装置国产化作出了贡献，体现了科技为第一生产力的突出作用。近几年来流化床、喷动床以及流化与移动组合床等技术都有不同程度的提高，其中尤以流化床发展得最快。