卧式多室流化床干燥器的设计

化工原理

课程设计

设计题目卧式多室流化床干燥器的设计

学生姓名刘伟

学号 20113040 专业班级高分子材料与工程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

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：设计说明书一份

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 (3)

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 (8)

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mf u 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 (13)

3.5干燥器结构设计 (14)

3.5.1.布气装置 (14)

3.5.2分隔板 (15)

3.5.3物料出口堰高h (15)

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 (16)

4.1.2 排风机 (17)

4.2 供料装置 (177)

4.3 换热器选型 (19)

4.4空气过滤器 (200)

4.5管路计算及管道选择 (211)

4.6气固分离器 (222)

4.7干燥器主体材质的选择 (244)

5.卧式多室流化床干燥装置的设计计算结果汇总 (244)

6. 主要参数说明 (255)

7.参考文献 (288)

8.总结 (288)

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，将除湿方法分为蒸发、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。