完整word版流化床干燥器课程设计.docx

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完整word版流化床干燥器课程设计

×××大学

《材料工程基础》课程设计

设计题目：

2700kg/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：

学号：

姓名：

日期：

指导教师：

设计成绩：

日期：

卧式多室流化床干燥器设计任务书

（一）设计题目

2700kg/h卧式多室流化床干燥器的设计

（二）操作条件与条件

细颗粒物料初水分为3%，要求在卧式多室流化床中干燥至0.3%（以上均为湿基）

1、生产能力（按进料量计）2700kg/h

2、颗粒密度1400（kg/m3）

3、堆积密度450（kg/m3）

4、干物料比热容1.256kj/㎏.℃

5、临界湿含量0.015（干基）

6、平衡湿含量近似取为0

7、颗粒平均直径0.15mm

8、进口温度40℃

9、在干燥系统要求收率99.5%（回收5um以上颗粒）

10、干燥介质---湿空气参数：

进预热器温度t025℃

进干燥器温度t1105℃

初始湿度H00.018kg水/kg干气

11、热源392.4kPa的饱和水蒸汽

（三）要求

卧式多室流化床干燥器主体结构设计、工艺流程及主排风机的选型计算

2.概述

借助于固体的流态化来实现某种处理过程的技术，称为流态化技术。

流态化技术已广泛应用于固体颗粒物料的干燥、混合、煅烧、输送以及催化反应过程中。

目前绝大多数工业应用都是气－固流化系统。

流化干燥就是流态化技术在干燥上的应用。

2.1流态化现象

当流体以不同速度由下向上通过固体颗粒床层时，根据流速的不同，可能出现以下几种情况。

1.固定床阶段

当流体速度较低时，颗粒所受的曳力较小，能够保持静止状态，不发生相对运动，流体只能穿过静止颗粒之间的空隙而流动，这种床层称为固定床。

2.流化床阶段

当流速增至一定值时，颗粒床层开始松动，颗粒位置也在一定区间内开始调整，床层略有膨胀，但颗粒仍不能自由运动，床层的这种情况称为初始流化或临界流化。

此时床层高度为Lmr，空塔气速称为初始流化速度或临界流化速度。

如继续增大流速，固体颗粒将悬浮于流体中作随机运动，床层开始膨胀、增高，空隙率也随之增大，此时颗粒与流体之间的摩擦力恰好与其净重力相平衡。

此后床层高度将随流速提高而升高，这种床层具有类似于流体的性质，故称为流化床。

在流态化时，通过床层的流体称为流化介质。

3.稀相输送床阶段

若流速再升高达到某一极限时，流化床的上界面消失，颗粒分散悬浮于气流中，并不断被气流带走，这种床层称为稀相输送床，颗粒开始被带出的速度称为带出速度，其数值等于颗粒在该流体中的沉降速度。

2.2流化床干燥器的特性

在流化床中，气、固两相的运动状态就象沸腾的液体，因此流化床也称为沸腾床。

流化床具有液体的某些性质，如具有流动性，无固定形状，随容器形状而变，可从小孔中喷出，从一个容器流入另一个容器；具有上界面，当容器倾斜时，床层上界面将保持水平，当两个床层联通时，它们的上界面自动调整至同一水平面；比床层密度小的物体被推入床层后会浮在床层表面上；床层中任意两截面的压差可用压差计测定，且大致等于这两截面间单位面积床层的重力。

因此，流化床干燥器的优点有：

（1）流化干燥具有较高的传热和传质速率。

体积传热系数可高达2300～7000W/（m3.℃）。

由于干燥速率大，干燥器中停留时间短，适用于热敏性物料的干燥。

（2）物料在干燥器中停留时间可自由调节，因此可以得到含水量很低的产品。

当物料干燥过程存在降速阶段时，采用流化床干燥器也较为有利。

（3）流化床干燥器结构简单，造价低，活动部件少，操作维修方便。

（4）流化床干燥器的流体阻力较小，对物料的摩损较轻，气固分离较易，热效率较高（对非结合水的干燥为60%～80%，对结合水的干燥为30%～50%）。

流化床干燥器的缺点有：

（1）床层内物料纵向反混严重，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）对被干燥物的粒度有一定限制，一般适用于处理粒径为30μm～6mm的粉粒状物料。

（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，对回收装置要求苛刻。

2.3流化床干燥器的型式及干燥流程

流化床干燥器又称沸腾床干燥器，是流态化技术在干燥操作中的应用。

流化床干燥器种类很多，大致可分为以下几种：

单层流化床干燥器、多层流化床干燥器、卧式多室流化床干燥器、喷动床干燥器、旋转快速干燥器、振动流化床干燥器、离心流化床干燥器和内热式流化床干燥器等。

对单层圆筒流化床干燥器，待干燥的颗粒物料放置在分布板上，热空气由多孔板的底部送入，使其均匀地分布并与物料接触。

气速控制在临界流化速度和带出速度之间，使颗粒在流化床中上下翻动，彼此碰撞混合，气固间进行传热和传质，气体温度下降，湿度增大，物料含水量减少，被干燥。

最终在干燥器底部得到干燥产品，热气体则由干燥器顶部排出，经旋风分离器分出细小颗粒后放空。

当静止物料层的高度为0.05--0.15m时，对于粒径大于0.5mm的物料，适宜的气速可取为（0.4～0.8）ut；对于较小的粒径，因颗粒床内可能结块，采用上述的速度范围稍嫌小，一般对于这种情况的操作气速需由实验确定。

由于流化床中存在返混或短路，可能有一部分物料未经充分干燥就离开干燥器，而另一部分物料又会因停留时间过长而产生过度干燥现象。

因此单层沸腾床干燥器仅适用于易干燥、处理量较大而对干燥产品的要求不太高的场合。

对于干燥要求较高或所需干燥时间较长的物料，一般可采用多层（或多室）流化床干燥器。

对两层流化床干燥器。

物料从上部加入，由第一层经溢流管流到第二层，然后由出料口排出。

热气体由干燥器的底部送入，向上依次通过第二层及第一层的分布板，与物料接触后的废气由器顶排出。

物料与热气流逆流接触，物料在每层中相互混合，但层与层间不混合。

3流化床干燥器的设计简介

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。

不同物料、不同操作条件、不同型式的干燥器中气固两相的接触方式差别很大，对流传热系数α及传质系数ｋ不相同，目前还没有通用的求算α和ｋ的关联式，干燥器的设计仍然大多采用经验或半经验方法进行。

另外，各类干燥器的设计方法也不相同，各干燥器的设计方法可参阅有关设计手册。

3.1流化床干燥器的设计步骤

对于一个具体的干燥任务，一般按下列步骤进行设计：

1．确定设计方案

包括干燥方法及干燥器结构型式的选择、干燥装置流程及操作条件的确定。

确定设计方案时应遵循如下原则：

（1）满足生产工艺的要求并且要有一定的适应性保证产品质量能达到规定的要求，且质量稳定。

装置系统能在一定程度上适应不同季节空气湿度、原料含湿量、颗粒粒度的变化。

（2）经济上的合理性使得设备费与操作费总费用降低。

（3）安全生产注意保护劳动环境，防止粉尘污染。

2．干燥器主体设计

包括工艺计算，设备尺寸设计。

3．辅助设备的计算与选型

各种结构型式的流化床干燥器的设计步骤和方法基本相同。

3.2流化床干燥器干燥条件的确定

干燥器的设计依据是物料衡算、热量衡算、速率关系和平衡关系四个基本方程。

设计的基本原则是物料在干燥器内的停留时间必须等于或稍大于所需的干燥时间。

干燥器操作条件的确定与许多因素（如干燥器的型式、物料的特性及干燥过程的工艺要求等）有关。

并且各种操作条件之间又是相互关联的，应予以综合考虑。

有利于强化干燥过程的最佳操作条件，通常由实验测定。

下面介绍干燥操作条件一般的选择原则。

１．干燥介质的选择

干燥介质的选择，决定于干燥过程的工艺及可利用的热源，此外还应考虑介质的经济性及来源。

基本的热源有热气体、液态或气态的燃料以及电能。

在对流干燥中，干燥介质可采用空气、惰性气体、烟道气和过热蒸汽。

热空气是最廉价易得的热源，但对某些易氧化的物料，或从物料中蒸发出的气体易燃、易爆时，则需用惰性气体作为干燥介质。

烟道气适用于高温干燥，但要求被干燥的物料不怕污染、且不与烟气中的SO2和CO2等气体发生作用。

由于烟道气温度高，故可强化干燥过程，缩短干燥时间。

２．流动方式的选择

气体和物料在干燥器中的流动方式，一般可分为并流、逆流和错流：

在并流操作中，物料的移动方向与介质的流动方向相同。

湿物料一进入干燥器就与高温、低湿的热气体接触，传热、传质推动力都较大，干燥速率也较大，但沿着干燥器管长干燥推动力下降，干燥速率降低，因此，并流操作时前期干燥速率较大，而后期干燥速率较小，难以获得含水量很低的产品。

并流操作适用于①当物料含水量较高时，允许进行快速干燥而不产生龟裂或焦化的物料；②干燥后期不耐高温，即干燥产品易变色、氧化或分解等的物料。

在逆流操作中，物料移动方向和介质的流动方向相反，整个干燥过程中的干燥推动力变化不大，它适用于①在物料含水量高时，不允许采用快速干燥的场合；②在干燥后期，可耐高温的物料；③要求干燥产品的含水量很低时。

若气体初始温度相同，并流时物料的出口温度可较逆流时为低，被物料带走的热量就少，就干燥经济性而论，并流优于逆流。

在错流操作中，干燥介质与物料间运动方向相互垂直。

各个位置上的物料都与高温、低湿的介质相接触，因此干燥推动力比较大，又可采用较高的气体速度，所以干燥速率很高，它适用于①无论在高或低的含水量时，都可以进行快速干燥，且可耐高温的物料；②因阻力大或干燥器构造的要求不适宜采用并流或逆流操作的场合。

３．干燥介质进入干燥器时的温度

提高干燥介质进入干燥器的温度可提高传热、传质的推动力，因此，在避免物料发生变色、分解等理化变化的前提下，干燥介质的进口温度可尽可能高一些。

对于同一种物料，允许的介质进口温度随干燥器型式不同而异。

4.干燥介质离开干燥器时的相对湿度2ϕ和温度t2

增高干燥介质离开干燥器的相对湿度，可以减少空气消耗量，即可降低操作费用；但2ϕ增大，介质中水汽的分压增高，使干燥过程的平均推动力下降，为了保持相同的干燥能力，就需增大干燥器的尺寸，即加大了投资费用。

所以，最适宜的2ϕ值应通过经济衡算来决定。

不同的干燥器，适宜的2ϕ值也不相同。

例如，对气流干燥器，由于物料在器内的停留时间很短，就要求有较大的推动力以提高干燥速率，因此一般离开干燥器的气体中水蒸汽分压需低于出口物料表面水蒸汽压的50%。

对于某些干燥器，要求保证一定的空气速度，因此应考虑气量和2ϕ的关系，即为了满足较大气速的要求，只得使用较多的空气量而减小2ϕ值。

干燥介质离开干燥器的温度t2与2ϕ应综合考虑。

若t2增高，则热损失大，干燥热效率就低；若t2降低，而2ϕ又较高，此时湿空气可能会在干燥器后面的设备和管路中析出水滴，破坏了干燥的正常操作。

对气流干燥器，一般要求t2较物料出口温度高10～30℃，或t2较入口气体的绝热饱和温度高20～50℃。

在工艺条件允许时，可采用部分废气循环操作流程。

５．物料离开干燥器时的温度

物料出口温度θ2与物料在干燥器内经历的过程有关，主要取决于物料的临界含水量值及干燥第二阶段的传质系数。

若物料出口含水量高于临界含水量，则物料出口温度θcXcX2等于与它相接触的气体湿球温度；若物料出口含水量低于临界含水量，则值愈低，物料出口温度θcXcX2也愈低；传质系数愈高,θ2愈低。

目前还没有计算θ2的理论公式。

有时按物料允许的最高温度估计，即

式中θ2——物料离开干燥器时的温度，℃；

θmax——物料允许的最高温度，℃。

显然这种估算是很粗略的，因为它仅考虑物料的允许温度，并未考虑降