流化床干燥器的设计

流化床干燥器的设计
——化工原理课程设计
第一节 概述
一、流态化现象
Pressure drop
B Fixed D Fluidized C
A
E Umf
Velocity
C
Height of bed
E Fixed A B
Fluidized D Umf
流化床的操作范围：umf ~ut
Velocity
第一节 概述
第一节 概述
三、流化床干燥器的形式及流程
流程
第一节 概述
三、流化床干燥器的形式及流程
1、单层圆筒形流化床干燥器
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。
第二节 附属设备的设计与选型
一、风机 二、空气预热器 三、加料器 四、气固分离器
二、流化床干燥器的特性
优点： （1）床层温度均匀，体积传热系数大（2300~7000W /m3·℃）。生产能力大，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。
五、干燥器的结构设计
2∆Pd 或，uor = Cd ρ
12
分布板的开孔率为
ϕ = u uor
分布板的开孔数为
n=
π
4
V d or uor
2
若分布板上筛孔按等边三 角形布置，则孔心距为，
πd or t = 2 3ϕ
2
12
第二节 流化床干燥器的设计
第二节 流化床干燥器的设计
一、流化床干燥器的设计步骤
（一）确定设计方案 包括干燥方法及干操器结构型式的选择、干燥装置 流程及操作条件的确定。 （二）干燥器主体设计 包括工艺计算，设备尺寸和结构设计计算。 （三）辅助设备的计算与选型
第二节 流化床干燥器的设计
二、干燥条件的确定
（1）空气进入预热器的状态 由当地年平均气象条件或 根据当地最不利条件确定。 （2）干燥介质进入干燥器的温度 t1 为了提高经济性、 强化干燥过程以及设备小型化， t1 应保持在物料允许的 最高温度范围内。对于非热敏性物料且除去非结合水时， t1 可高达700℃以上；对于热敏性物料，应选择较低的 t1， 必要时可在床层内装置内热构件。 （3）干燥介质离开干燥器的温度t1 和相对湿度ϕ2 提高 干燥介质出口相对湿度ϕ2，可以减少空气消耗量，降低操 作费，但 ϕ2 提高，降低了干燥过程的平均推动力，使干 操器尺寸增大，即加大了设备费用。因此，适宜的ϕ2 值 应通过经济权衡和具体的干燥器对气速的要求来决定。
第二节 流化床干燥器的设计
五、干燥器的结构，物料出口通 常采用溢流方式。溢流堰的高度可取50~200mm，其值可 用下式计算，即
h 2.14 z0 − Ev = 18 − 1.52 Re t 13 5h 1 Gc E ρ b v b
Qw η= Q p + Qd
第二节 流化床干燥器的设计
四、流化床干燥器的设计计算
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。 （一）操作速度的确定 （1）临界流化速度与沉降速度 ①应用经验公式计算 （参见《化工原理》第四章） ②图解法（李森科关系图） （参见《化工原理课程设计》） （2）操作速度
第一节 概述
四、干燥器选形时应考虑的因素
（4）操作方便．劳动条件好。 （5）适应建厂地区的外部条件(如气象、热源、场地)，做到 因地制宜。
第二节 流化床干燥器的设计
干燥器的设计是在设备选型和确定工艺条件基础上， 进行设备工艺尺寸计算及其结构设计。设计的基本依据 是物料衡算、热量衡算及干燥速率方程。设计的基本原 则是物料在干燥器中的停留时间等于或略大于所需的干 燥时间。
五、干燥器的结构设计
（2）预分布器
第二节 流化床干燥器的设计
五、干燥器的结构设计
（二） 隔板(分隔板) 为了改善气固接触情况和使物料在床层内停留时间分 布均匀，常常采用分隔板沿长度方向将整个干燥室分用 成4~8室(隔板数为3~7块)。隔板与分布板之间的距离为 30~60mm。隔板做成上下移动式，以调节其与分布板之 间酌距离。
第一节 概述
二、流化床干燥器的特性
缺点： （1）床层内物料返混严重，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 料随着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30µm、不大于6mm。 （4）对产品外观要求严格的物料不宜采用。干燥贵重 和有毒的物料时，对回收装量要求苛刻。
第二节 流化床干燥器的设计
二、干燥条件的确定 （4）物料的出口温度θ2 物料的出口温度θ2 与许多因素
有关，但主要取决于物料的最终湿含量X2、临界湿含量Xc 和内部迁移控制段的传质系数。 如果X2≥Xc ，则θ2=tw（空气的湿球温度）。 如果X2< Xc ，若物料的临界湿含量Xc低于0.05，则对 于悬浮或薄层物料可用下式计算：
第一节 概述
四、干燥器选形时应考虑的因素
（1）物料性能及干燥持性 其中包括物料形态(片状、纤维 状、粒状、液态、膏状等)、物理性质(密度、粒度分布、粘 附性）、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面影响产品质量，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，以减小干燥器除湿的热负荷。机械脱水的操作费用要 比干燥去水低廉的多，经济上力求成少投资及操作费用。
上式与物料恒算方程联解可得：H2，L，l，Qp， 加热蒸汽消耗量。
第二节 流化床干燥器的设计
三、干燥过程的物科衡算和热量衡算 （三）干燥器的热效率η
干燥过程的经济性主要取决于热量的有效利用程度。 通常用热效率来表示干燥过程热量利用的经济性。 目前，对于干燥器热效率的定义很不一致，许多资 料和教科书是以直接用于干燥目的的Qw来计算热效率
三、干燥过程的物科衡算和热量衡算
（一）物料衡算
W = G1 − G2 = Gc ( X 1 − X 2 ) = L( H 2 − H1 )
W L= H 2 − H1 l= L 1 = W H 2 − H1
第二节 流化床干燥器的设计
三、干燥过程的物科衡算和热量衡算
（二）热量衡算
Qw = W (r0 + cv t 2 − c wθ 1 ) Ql ′ = Lc H 0 (t 2 − t 0 ) Q p = LcH 0 (t1 − t0 ) Q = Q p + Qd = QW + Qm + Ql + Ql ′ LcH 0 (t1 − t 2 ) + Qd = W (r0 + cv t 2 − cwθ1 ) + Gc cm 2 (θ 2 − θ1 ) + Ql Qm = Gc c m 2 (θ 2 − θ 1 ) Ql = (10% ~ 15% )(QW + Qm )
X − X∗ rw ( X − X ∗ ) − cs (t − t w ) X − X∗ t −θ c = t − tw rw ( X c − X ∗ ) − cs (t − t w )
rw ( X c − X ∗ ) cs ( t −t w )
第二节 流化床干燥器的设计
L CH 0 αaz0 = L C H 0 (t1 − t w )A1 −1 Gc ( X 1 − X c )rw
第二节 流化床干燥器的设计
四、流化床干燥器的设计计算
（二）流化床截面积的计算
Nu p = 0.03 Re p
Nu p =
1.3
0.1 < Re p < 100
αd p
k
ρud p Re p = µ
第二节 流化床干燥器的设计
五、干燥器的结构设计
主要讨论布气板、隔板和溢流堰的设计。 （一）布气装置 （1）分布板
∆Pb = z0 (1 − ε 0 )(ρ s − ρ )g ∆Pd = (0.1 ~ 0.2)∆Pb ∆Pd u = ς or 2 ρ
2
ζ—分布板阻力系数，一般为1.5~2.5。
第二节 流化床干燥器的设计
第二节 流化床干燥器的设计
四、流化床干燥器的设计计算
（四）设备高度 （1）浓相段高度 z1
z1 1 − ε 0 R= = z0 1 − ε
ε =
18 Re+ 36 Re Ar
2
0.12
（2）分离段高度 z2
第二节 流化床干燥器的设计
四、流化床干燥器的设计计算
（四）设备高度 为了进一步减小流化床粉尘带出量，可在分离段高度 之上再加一扩大段，降低气流速度使固体颗粒得以较彻 底的沉降。扩大段的高度一般可根据经验视具体情况选 取。 设备的总高度通常为1一l.5m。
a = 6 (1 − ε 0 ) d p , 静止床层的比表面积（球形颗粒）