卧式多室流化床干燥器doc.docx

1、卧式多室流化床干燥器doc中原工学院化工原理课程设计卧式多室流化床干燥器2013/01/15： 支玉惠学院： 纺织学院班级： 轻化 101学号： 1指导老师：瑾课程设计设计任务书（一）设计题目设计一台卧式多室流化床干燥器，用于干燥颗粒状肥料。将其湿含量从0.04+0.001 1=0.041 干燥至 0.0003+0.0001=0.0004 （以上均为干基），生产能力（以干燥产品计） 3000+100=3100kg/h。（二）操作条件1干燥介质：湿空气。其初始湿度和温度根据地区的气候条件来选定。离开预热器的温度 t1 为 80。2物料进口温度： 1=30。3热源：饱和蒸汽，压力 400kPa。4

2、操作压力：常压。5设备工作日 每年 330 天，每天 24 小时连续运行。6厂址：新市龙湖地区。（三）、设计容（1）干燥流程的确定和说明。（2）干燥器主体工艺尺寸计算及结构设计。（3）辅助设备的选型及核算（气固分离器、空气加热器、供风装置、供料器）。（三）基础数据1被干燥物料颗粒密度 s=1730kg/m3；绝干物料比热 Cs=1.47kJ/(kg 临界湿含量 Xc=0.013（kg/kg)；绝干料）；堆积密度 b=800kg/m3；颗粒平均直径 dm=0.14 ；平衡湿含量 X*=0。2物料静床层高度 0 为 0.15m。3 干燥装置热损失为有效传热量的 15%。（一）、设计方案简介： 3（

3、二）、干燥过程的流程说明 4( 三) 、干燥过程的计算 43.1 主体设备的工艺设计计算 43.1.1 物料衡算 43.1.2 空气和物料出口温度的确定 53.1.3 干燥器的热量衡算 53.1.4 预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量 63.2 干燥器的设计 73.2.1 流化速度的确定 73.2.2 流化床层底面积的计算 83.2.3 干燥器的宽度和长度 93.2.4 干燥器高度 93.2.5 干燥器结构设计 10（四）辅助设备的选择及计算 11一、风机 12二、供料装置 13三、除尘设备 14四、换热器选型 15五、 空气过滤器 16六、管路计算及管道选择 17（五）、优化分析 185.1.1

4、.干燥器年总费用 G 185.1.2 干燥设备投资折旧费用 GD 185.1.3 空气年预热费用 Gh 195.1.4 风机年运转费用 195.2 .1 干燥器优化设计工艺分析 205.2.2 风机风量 205.2.3 干燥器体积的计算 20（六）、设计一览表 22（七）、评述 24(八)、参考文献 25（一）、设计方案简介：在化学工业中，为了满足生产工艺中对物料含水率的要求或便于储存、运输，常常需要用到干燥过程。本次化工原理课程设计的任务是设计一种卧式多室流化床干燥器，将颗粒状物料的含水量从 0.041 降至 0.0004 ，生产能力为3100 h。来自气流干燥器的颗粒状物料用星形加料器加入

5、干燥器的第一室，再经过其余的四个室，在 42 下离开干燥器。湿度为 0.00988 的空气经翅片换热器（热载体为 400kPa 饱和水蒸气）加热至 80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 0.02 ，温度降至 43。最后将尾气通过旋风分离器和袋滤器，以提高产品的收率。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。通过查阅资料和选用公式设计，干燥器较好的设计结果为：床层底面积 3m2，长度与宽度分别取 4m和 1.5m，高度3.5m，隔板间距 0.8m，物料出口堰高 1.54m。分布板开孔率 4.3%，总筛孔数120509 个，孔心距 6.8mm。挡板与多孔

6、板之间留有一定间隙（一般为几十毫米），使物料能顺利通过。湿物料自料斗加入后，一次有第一室流到最后一室，在卸出。由于挡板的作用，可以使物料在干燥器的停留时间趋于均匀，避免短路。并可以根据干燥的要求，调整各室的热、冷风量以实现最适宜的风量与风速。也可在最后一、二室只同冷风，以冷却干物料。干燥室截面在上部扩大，以减少粉尘的带出。此外，还确定了合适的送风机、排风机、旋风分离器、袋滤器、换热器和空气过滤器等附属设备及型号。（二）、干燥过程的流程说明湿物料由星型供料器加入、通过空气过滤器，后利用送风机的旋转产生的负压的推动使物料进入管路。然后，净化后温度为 25的空气进入换热器，与压力为 400kPa 的

7、饱和水蒸气进行热量交换，空气被加热，饱和水蒸气冷却被液化。出口处的空气温度，即进干燥器温度为 80。工艺流程图如下：( 三) 、干燥过程的计算3.1 主体设备的工艺设计计算3.1.1 物料衡算W=G(X1-X2)=L(H2-H1) 2= = =0.0003998Gc=G2(1-2)=3100（ 1-0.0003998 ） =3098.76 绝干料 /hW=G(X1X2)=3098.76 (0.041-0.0004)=125.8kg/hH1=H0= =3.1.2 空气和物料出口温度的确定=0.00988kg/kg 绝干气空气的出口温度 t2 应比出口处湿球温度高出 13，即T2=43物料离开干燥

8、器的温度2 的计算，即r( XCX *)X 2-X*t w2（*）（CS (t2 t w 2 )）（*）t2rt w 2X 2 -X -c st2 -t w2XC-X1t 2t w2rt ( XCX * ) cs(t2tw2 )1w 2由水蒸气查表得 rtw 2=2423将有关数据代入上式，即=解得： 2=423.1.3 干燥器的热量衡算干燥器中不补充热量， QD 0 ，因而可用下式进行衡算，即Q QP Q1 Q2 Q3 QL式中 :Q3=W(2490+1.88t2)=125.8 (2490+1.88 43)=323436.5KJ/hQ2=Gcm2( 2 1)=G(cs+4.187X2)(2

9、1)= 3098.76(1.47+4.1870.0004)（ 42-30 ）=54941.4KJ/hQ1=L(1.01+1.88H0)(t2-t0)=L(1.10+1.88 0.0099) （ 43-25 ）=18.51LQp=L(1.01+1.88H0)(t1-t0)=L (1.01+1.88 0.0099) (80-25)=56.57L取干燥器的热损失为有效耗热量 Q2 Q3 的15%，QL=0.15(Q2+Q3)=56756.7KJ/h将上面各值代入式 Q QP Q1 Q2 Q3 QL 中，便可解得空气耗用量，即56.57L=18.51L+54941.4+323436.5+56756.7

10、解得： L=11433.7kg 绝干气 /h由式W求的空气离开干燥器的湿度H2，即LH1H2H2=0.021 水 / 绝干气3.1.4 预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量QP=L(1.01+1.88H0)(t1-t0)=11433.7 （ 1.01+1.88 0.0099 ）（ 80-25 ）=646821.8KJ/h由水蒸汽表查得， 400kPa 水蒸气的温度 TS 143.4 ，冷凝热r 2138.5kJ / kg ，取预热器的热损失为有效传热量的 15% ，则蒸汽消耗量为：Wh=646821.8/(2138.5 0.85) =355.84干燥器的热效率为 h= =0.333.2 干燥器的设计

11、3.2.1 流化速度的确定1.临界流化速度 umf 的计算o在 80 C 下空气的有关参数为密度 =1 /m3，黏度 =2.11 10-5Pa.s ，导热系数 =3.047 10-2W/m. 。Ar=0.00014 (1730-1) 1 9.81)/(0.0211)2=104.54取球形颗粒床层在临界流化点 MF=0.4。由 MF和 Ar 数值查图 6-101得。Lymf=5 10-6临界流化速度计算：Umf= =0.0121m/s2.颗粒带出速度 ut由1 及 Ar 值查图得 Lyt=0.55带出速度计算：Ut= = =0.582m/s3.操作流化速度 u取操作流化速度为 0.7 ut ，即

12、u=0.7 0.582=0.4073m/s3.2.2 流化床层底面积的计算1.干燥第一阶段所需底面积 A1 计算，得aZ 0(1.01 1.88H 0 )L(1.01 1.88H 0) LA1(t1tw1)Gc( X 1 X 2 )r tw式中有关参数计算如下：1取静止床层厚度 Z0=0.15m，干空气的质量流速取为 u ，即L=u=1.0 0.4073=0.4073 = =6 (1-0.4)/0.00014=25714.3m2/m3Re= =0.00014 0.4073 1/0.0211=2.702流化床的对流传热系数 =4 =0.004 (0.03047/0.00014) 2.7021.5

13、= 3.867 W/ 流化床层的体积传热系数 = a= 99443.04W/ 由于 dm=0.14 0.9 ，所得 a 值应予以校正，由 dm 值从图中查得。C=0.1 a=0.1 99443.04=9944.304 W/ 9944.304 0.15=解得 A1=4.044m2物料升温阶段所需底面积 A2 计算，得(1.011.88H 0 )LaZ 0ln t1(1.01 1.88H 0)LA 211Gccm2t12式中 Cm2=cs+4.187X2= 1.47kJ= ln=0.2769944.304 0.15=解得 ；A2=0.834 床层总的底面积为： A=A1+A2=4.88 3.2.3

14、 干燥器的宽度和长度今取宽度 b=1.63m ，长度 l= 3m ，则流化床的实际底面积为 4.89 。沿长度方向在床层设置个横向分隔板，板间距 0.5m。物料在床层中的停留时间为： =0.189 h3.2.4 干燥器高度1.浓度相高度 Z1 计算，得1 0Z1 Z01而 由下式计算，前已算出， Re 2.09995 ， Ar 75.657于是由 = = =0.861Z1=Z0 0.15 =0.432m分离段高度 Z2De= 0.877m由 u=0.4073m/s 及 De=0.877, 从图中查得：为了减少气流对固体颗粒的带出量，取分布板以上的总高度为 3.5m。3.2.5 干燥器结构设计1

15、.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 15% ，则Pd=0.15 Pb=0.15Z0（ 1- 0）（ s- ） g=0.15 0.15 (1-0.4) (1730-1) 9.81=228.98Pa再取阻力系数 2 ，则筛孔气速为：= = =15.132 m s干燥介质的体积流量为：VS0t 2731.013 105L(0.772 1.244H )273P=11433.7/3600 (0.772+1.244 0.00988) = /s选取筛孔直径 d0 1.5mm , 则筛孔总数为：= = =120509.67分布板的实际开孔率为：= = 0.044即在分布板上筛孔按等边

16、三角形布置，孔心距为：t= = （ =0.00684mm2分隔板沿长度方向设置 4 个横向分隔板，隔板与分布板之间的距离为 3050mm（可调节），提供室物料通路。分隔板宽 1.5m ，高 3m ，由 5mm 厚钢板制造。3.物料出口堰高 hRet= = =3.86= =将 u 及 umf 代入上式，解得 Ev=6.452用式=求溢流堰高度 h ，即将有关数据代入上式，经试差解得：h= 1.54 m（四）辅助设备的选择及计算一、风机按气体的出口压力或者进、出口压强比将其分为通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。1送风机风机按其结构形式有轴流式和离心式两类。轴流式的特点是排风量大而风压很小，一般仅用于

17、通风换气，而不用于气体输送。故选择离心式通风机。其风机进口体积流量 V1 为V10t 0 273101L(0.772 1.224 H )273P=9788.52压头 HT为22)HT ( z2z1) g ( p2 p1)(u2u12g H f 1 2上式中 z2z1 可忽略， p2p1 ， u1u2 ，所以上式可简化为H T g H f 1 2因为整个干燥过程的压降主要有气固分离器、换热器、干燥器和旋风分离器的压降，其总和大约为 13000Pa。为前半段提供动力的风机取 HT7000Pa根据所需风量 V 1 =9788.52m3/h 和经验，从风机样本中查得9-26NO.6.3 的离心通风机满

18、足要求，电动机型号为 Y225M-2。该风机性能如下风量 8588-11883 m3/h全风压 9698-8615 pa轴功率 45kw2排风机同理可得到物料出干燥塔的温度下的体积流量 V2t 2 273101V 2 L(0.772 1.224H 2)P273= 10560.93 m 3/h根据所需风量 V 1 =10560.93m3/h 和经验，从风机样本中查得9-26NO.6.3的离心通风机满足要求，电动机型号为 Y225M-2。该风机性能如下风量8588-11883 m3/h全风压9698-8615 pa轴功率45kw二、供料装置根据物料性质（散粒状）和生产能力（ 3100kg/h ）选

19、用星形供料装置（加料和排料）。供料器是保证按照要求定量、连续（或间歇）、均匀地向干燥器供料与排料。供料器有各种不同的形式和容量，必须根据物料的物理性质和化学性质（如含湿量、堆积密度、粒度、黏附性、吸湿性、磨损性和腐蚀性等）以及要求的加料速度选择适宜的供料器。常用的固体物料供料器有圆盘供料器、旋转叶轮供料器、螺旋供料器、喷射式供料器等。将这些供料器相比较：对于圆盘供料器，虽然结构简单、设备费用低，但是物料进干燥器的量误差较大，只能用于定量要求不严格而且流动性好的粒状物料；对于旋转叶轮供料器，操作方便，安装简便，对高达 300oC的高温物料也能使用，体积小，使用围广，但在结构上不能保持完全气密性，

20、对含湿量高以及有黏附性的物料不宜采用；对于螺旋供料器，密封性能好，安全方便，进料定量行高，还可使它使用于输送腐蚀性物料。但动力消耗大，难以输送颗粒大、易粉碎的物料；对于喷射式供料器空气消耗量大，效率不高，输送能力和输送距离受到限制，磨损严重。我们本次设计的任务是干燥细颗粒物料，它在进入干燥器之前的温度下为固态颗粒状，颗粒平均直径 dm=0.14mm，硬度和刚性应较高。因为圆盘供料器只能用于定量要求不严格的物料，所以通常情况下不选用。又因为螺旋供料器容易沉积物料，不宜用于一年 330 天，每天 24 小时的连续工作。另外喷射式供料器效率不高，且磨损严重，输送能力和输送距离受到限制，也不宜采用。综

21、上，应选用星型供料装置。物料供料量 V=G/ =3098.76/800=3.87m3/h计算星型加料器每转加料量为=2.69参考旋转闪蒸干燥与气流干燥技术手册554页，选择CLDHX4 型星型加料器 ，该加料器主要参数如下：每转体积 4L / r电机 Y801 4/0.55转速 24r / min工作温度 80o C三、除尘设备由于对于粒径小于 5 m 的细粉在旋风分离器的除尘效果较差，为了回收有价值的尘粒和保护卫生，工业上常采用除尘效率更高的设备进行二次除尘。二次除尘设备中常用的有袋滤器和湿式除尘器，其中袋滤器应用最多，具有以下特点：对于微米或亚微米数量级尘粒的除尘效率一般可达 99%，甚至

22、可达 99.9%以上；处理气体量围大，根据需要， 可设计制造出处理每小时几立方米到几百万立方米气流量的袋式除尘器。适应性强，可以捕集多种干性粉尘；不受粉尘比电阻的限制， 特别对于高比电阻粉尘，除尘效率比电除尘器高得多； 进口含尘气体在相当大的围变化，对除尘效率和阻力影响不大。结构简单， 使用灵活，运行稳定可靠，不存在水污染和污泥处理等问题。因此本次设计采用袋滤器。参考常用化工单元设备设计 6212-213 页知，对于脉冲袋滤器QFu式中 ： F 所需过滤面积， m2 ；Q含尘气体处理量， m 3 / min ；u过滤风速， m / min 。对于脉冲振打 u 3.0 4.0m / min 18

23、0.0 240.0m / h取风速 u=200m/h3已知含尘气体处理量 Q=V2=10560.93m/h故 F=10560.93/200=52.8查表后选用 MC-72型脉冲袋滤器四、换热器选型用来加热干燥介质（空气）的换热器称为空气加热器。一般可采用烟道气或饱和水蒸气作为加热介质，且已饱和水蒸气应用更广泛。在干燥系统中，常用的蒸汽加热器有两种主要形式，一种是 SRZ 型；另一种是 SRL 型。这两种结构形式的热媒都在管子流动，通过管子的外表面加热空气，由于空气侧的换热系数要比管侧热媒的换热系数低很多，所以管外侧都加工成翅片，用以提高管外空气的湍流程度以及增加单位管长的换热面积，提高传热性能

24、。两种加热器操作压力围一般为 0.03 1.6MPa ，被加热的空气温度在 140以下，迎面气速为 2.5 3.8m/ s ，最高不超过 7.6m/ s 。对于此次设计任务来说，操作压力为 400kpa，被加热空气最高温度为 80，符合加热器操作围要求。从蒸汽性能表中查得，当蒸汽压力P400kPa 时，饱和蒸汽温度 TS 143.4 。空气平均温度 T=t 0+t 1=(25+80)/2=52.5 , 此时空气密度 =1.087 。根据其中蒸汽加热器性能规格表 12-1 ，初选型号为 SRZ 10 7D ，单元组件的散热面积 A a28.59m2，通风净截面积 A f0.45m2，受风面积A

25、s AB 717.51001 10 60.72 m2确定空气从 43升至 80 所需热量Q=V1CP(t 1-t 0)=9788.52 1.087 1.02 （ 80-25 ）=595447.76KJ/h实际风速： u= = =3.786m/s空气的质量流速： ur =u=3.786 1.087=6.568m/s根据所查公式求排管的传热系数 K：K=51.5(u r ) 0.510 =51.5 (6.568) 0.51 =134.49kJ/m 2.h. 传热温差 tm ：t m= 88.056 所需传热面积 Ac ：AC= = =50.28m2所需单元排管数 n：n= = =1.76实际选取

26、2 组，总传热面积 A=2 28.59=85.77m2性能校核迎面风速 U s= = =3.78m/s2.5m/s u s=3.78m/s 3.8m/s 故合适传热面积安全系数， = =1.7加热空气侧总阻力 P=31.76u r =3 1.76 6.57=4.14pa五、 空气过滤器空气动力设备吸入含有灰尘的空气之后，由于所用加热介质空气中有可能会含有各种煤尘、颗粒，如随空气进入到干燥系统中将造成设备的磨损，缩短设备的使用寿命，吸入的灰尘会在风机叶片表面上结垢，造成设备中转子的动平衡精度下降，使其工作寿命大大减短，灰尘中的有害化学成分会使设备生锈、腐蚀，因而，空气动力设备必须要配高精度空气过滤器。已知空气流量为 9788.52m3/h, 查相关资料知， ZKL180型自洁式空气过滤器较为完善，过滤面积大、流速低、阻损小，可实现空气过滤元件的自动清洁，自动化程度高，过滤原价使用寿命长，因此选用此种型号作为我们干燥系统的空气过滤设备。其性能参数如下：ZKL180 空气过滤器的主要性能参数最大空气过滤量过滤精度 um/效消耗功率 W电源 AC3率 %m/min 吸入状态