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1、XXX 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：目录1 设计任务书12 概述22.1.流态化现象22.2 流化床干燥器的特性32.3 流化床干燥器的型式及干燥流程43 流化床干燥器的设计简介53.1 流化床干燥器的设计步骤53.2 流化床干燥器干燥条件的确定54 干燥过程的物料衡算和热量衡算简介184.1 主体设备的工艺设计计算84.1.1 物料衡算84.1.2 空气和物料出口温度的确定94.1.3 干燥器的热量衡算94.2 干燥器的设计104.2.1 流化速度的确定104.2.2 流化床底层面积的计
2、算 114.2.3 干燥器的宽度和长度124.2.4 干燥器的高度124.2.5 干燥器的结构设计 124.2.6 干燥流程的确定135 干燥装置附属设备简介145.1 风机 145.2 空气加热器 155.3 供料器 错误!未定义书签。55.4 气固分离器176 干燥过程的计算256.1 主体设备的设计计算176.1.1 物料衡算176.1.2 空气和物料出口温度的确定186.1.3 干燥器的热量恒算186.1.4 预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量196.2 干燥器的设计196.2.1 流化速度的确定 196.2.2 流化床层底面积的计算266.2.3 干燥器的宽度和长度216.2.4干燥器高
3、度216.2.5干燥器结构设计226.3 附属设备的选型 错误!未定义书签。6.3.1 送风机和排风机256.3.2 气-固分离设备 256.3.3 供料装置266.3.4 除尘设备 266.3.5 换热器选型 266.3.6 空气过滤器 226.3.7 管路计算及管道选择 错误!未定义书签。符号说明29计算结果汇总表错误!未定义书签。认识与体会错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。附录错误!未定义书签。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、
4、生产能力（按进料量计） 2700kg/h2、颗粒密度P s1400（kg/m3）3、堆积密度P b450（kg/m3）4、干物料比热容Cs1.256 kj/kg. C5、临界湿含量 X 00.015（干基）6、平衡湿含量近似取为07、颗粒平均直径dm0.15mm8、进口温度9 140C9、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t025C进干燥器温度t1105C初始湿度H0.018 kg 水/kg 干气011、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
5、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
6、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。41-购fc反应器进口段2 -文丘里曾盟，3 -脱帝血端扩融
7、. 4 -脱就反应署】裤Q-黑邯测扎6 -墜面尊脛测孔,7 -布變 除尘番，8 - 虽调节闵口 9 引叽机，1-叶杓式蛤料机翔】试齡系统声怠刘Fig. 1. Scliemade- of e-KpenmeEtai sEem2.2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
8、 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23007000W/(m3.毛)。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
9、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30 口 m6mm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
10、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0.050.15m时，对于粒径大于0.5mm的物料，适宜的气 速可取为（0.40.8）ut；对于较小的粒径，因颗粒床内
11、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
12、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a及传质系数k不相同，目前还没有通用的求算a 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
13、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
14、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S02和CO2等气体发生作用。由于烟道
15、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 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；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，它适用于在物料含水量高时，不允许采用快速干燥的场合； 在干燥后期，可耐高温的物料；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
