多孔板式多层流化床干燥器设计(66页).doc
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1、-摘要 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。本次毕业课程设计的任务是设计一种多孔板式多层干燥器,将颗粒状物料的含水量从23%降至3%,生产能力为21.6万t/a。来自加热器的颗粒状物料用星形加料器加入干燥器,在55.5下离开干燥器。湿度为0.02%的空气经电加热器加热至200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0.059,温度降至95。将尾气通过旋风分离器,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7m,直径为3m,高度2.
2、99m,隔板间距0.3m,物料出口堰高0.49m。分布板开孔率35%。此外,还确定了合适风机、排风机、旋风分离器、换热器等附属设备及型号。关键词:干燥;多孔板式多层流化床;颗粒状物料;热载体Abstract In the chemical industry, in order to satisfy the production process in the moisture contento- f material requirements or facilitate storage, transportation, often need to use the drying process.
3、The principles of cour- se design task is to design a porous plate multilayer dryer, the moisture c -ontent of granular materials fell to 23% from 3%, production capacity of 216000 t/a. From flash drying part of granular materials with star feeder and join dryer, in 55.5 out thedryer.Humidity for 0.
4、02% of the air after electric heater heated to 200 to dryer, after and suspended material c -ontact after mass transfer heat transfer, humidity increases to 0.054, the temperature drops to 9 5 . Finally they will exhaust through the cyclone separator, in order to improve the yield of pro -duct. Proc
5、ess before the send smoke after cooking gas supply system type, maintain the dryer in slightly negative pressure. Through the data access and select the formula design,dryer better des -ign of the results: bed bottom area of 7, diameter for 3 m, 2.99 m high, clapboard spacing 0. 3m, 0.49 m high expo
6、rt weir materials. Distribution plate opening rate 35%. In addition, still dete -rmined the appropriate supply and exhaust fan, cyclone separator, heat exchanger and affiliated equipments and model.Keywords:Dry; Porous plate multilayer fluidized bed; Granular material; Heat carrier目录前言11.绪论22干燥过程的设计
7、方案及流程说明82.1 主体设备的设计82.2 辅助设备的选择82.3干燥过程的流程说明82.4优化设计92.4.1优化分析92.4.2干燥器年总费用J92.5 干燥器优化设计工艺分析122.5.1 风机风量122.5.2 干燥器体积的计算122.5.3 干燥器热量衡算122.5.4 预热器热负荷及耗电量133.干燥器设计143.1干燥设计已知条件的确定143.2风量的确定153.3塔径的决定173.4温度区分布173.5床层压力损失183.6热容系数213.7多孔板层数213.8预热器的热负荷和干燥器的效率224 辅助设备的选型244.1供料装置的选型244.2电加热器264.2.1结构形式
8、及使用范围264.2.2.电加热器的设计选型274.3旋风分离器选型原则和步骤284.4干燥器主体材质的选择304.5管道设计及管道损失计算304.5.1管径的选择304.5.2气体的管路摩擦压力损失与局部压力损失324.6 送风机和排风机334.6.1送风机334.6.2排风机345 结论365.1干燥器系统经济性分析365.2计算结果汇总表37致谢39参考文献40附录A41附录B49-第 60 页-前言 褐煤内部存在许多毛细孔,湿褐煤就像吸足水分的海绵;而干燥(指仅脱除表面水的情况)后的褐煤就像拧干后的海绵。当干燥(指仅脱除表面水的情况)后的褐煤遇到水时,就会吸潮,与拧干后的海绵吸水的原因
9、一样。这就是为什么干燥(指仅脱除表面水的情况)后的褐煤在放置过久或运输过程会吸潮的原因。 褐煤在常温下加热到 100 度以上时,大部分的自由水能够被蒸发。当褐煤水分低于 15%时,若需要继续干燥和脱水,即脱除结合水时,由于褐煤与结合水有较强的结合力,则需要较高的温度和能量才能够进行。当褐煤在常压下继续加热到 180 度以上时,褐煤结合水(内在水)能够被脱除。当褐煤温度高于 150 度时,羟基官能团(主要是-COOH)发生分解,析出 CO气体,同时将褐煤的结合水(内在水)排除。进一步提高温度,将导致越来越多的羟基官能团分解,从而引起褐煤的表面性质改变。在这种干燥温度条件下,由于大量的羟基官能团分
10、解,导致褐煤内部的毛细孔倒坍和产生交联。毛细孔倒坍可以阻止水分进入毛细孔;而交联反应则能够对毛细孔进行密封,阻止倒坍的毛细孔在吸收水分时再膨胀。另外,当褐煤温度被加热到 200 度以上时,其表面积会大大减少。表面积减少的主要原因是由于在高温干燥条件下引起褐煤内部的焦油的强烈迁移,即焦油由毛细孔内部向毛细孔外部迁移。迁移到毛细孔外部的焦油在冷却过程中,由于焦油冷凝从而对毛细孔进行密封,从而一起褐煤的表面积减少。由于上述过程,即毛细孔倒塌,交联反应和焦油迁移对毛细孔形成密封,结果褐煤变得越来越疏水,同时也能够观察到褐煤的硬化,这也导致褐煤的刚性结构的形成。其结果就是褐煤能够从软煤转换为硬煤,由亲水
11、性转换为疏水性,从而可以实现褐煤的长途运输。1.绪论 褐煤是一种高挥发分、高水分、高灰分、低热值(14MJ/kg左右)、低灰熔点、污染重且利用率相对较低的资源。目前,我国烟煤、无烟煤等优质煤资源已被充分利用,拓展空间有限,而对褐煤的大规模开发利用刚刚开始。我国褐煤资源相对比较丰富,己探明的储量达1303亿吨,占全国煤炭储量的13%,开采成本低,其中内蒙古占全国褐煤总储量的77%。我国的褐煤普遍存在湿度大(30%50%)而导致的燃点低和二氧化碳排放量大的缺点,直接燃烧未提质的褐煤原煤,会产生严重的环境污染问题(二氧化碳排放量比普通烟煤高15%左右),增加电厂和煤化工项目的建设和运行的成本;同时,
12、较高的含水量导致褐煤运输费用增加,限制了内蒙地区丰富的褐煤资源外运至南方沿海城市利用的空间。 提质工艺是指通过合理的干燥过程,降低褐煤的含水量,提高褐煤能量密度的技术。目前,国内褐煤干燥的工业应用还没有大规模展开。国内准工业规模褐煤预脱水装置分为:燃煤烟气直接接触:链板式,移动床式,转筒干燥和蒸汽间接干燥:过热蒸汽内加热流化床, (过热)蒸汽回转圆筒两种。 国内褐煤电厂多采用高温烟气通过磨煤机达到干燥煤粉的目的。但高温烟气与煤粉直接接触存在安全隐患、造成炉膛温度和锅炉效率降低,而且褐煤水分过高导致调节复杂,动力消耗和维护费用高。 干燥过程广泛用于生产和生活中。最初利用自然界的太阳能及风力,对物
13、料及农副产品进行缓慢的干燥加工。而后,随着农业 发展,这种天然的、劳动强度极大而又不能受人们意志控制的干燥方法,逐步让位给各种人工去湿方法和人工干燥过程。 去湿方法和干燥过程:在工农业生产中,经常会遇到从各种物料中除去湿。分的过程,各种物料可以是固体,液体或气体,而湿分则常常是水或水蒸气,但在某些情况下,也可以是有机液体或有机蒸汽等其他湿分。 从物料中除去湿分的操作称为去湿。去湿方法按作用原理来分,可分为:机械法,热物理法,物理化学法。干燥过程的特点:固体物料的干燥包括两个基本过程,首先是对固体加热以使湿分气化的传热过程,然后是气化后的湿分蒸汽由于其蒸汽分压较大而扩散进入气相的传质过程,而湿分
14、从固体物料内部借扩散等的作用而源源被输送到达固体表面,则是一个物料内部的传质过程。因此,干燥过程的特点是传热和传质过程同时并存,两者相互影响而又相互制约,有时热传可以加速传质过程的进行,有时传热又能减缓传质的速率。干燥操作的目的:在物料或制成品的工艺加工过程中,干燥操作的目的可分为下列五种:1)对原材料行干燥。为防止某些高分子材料成型加工时产生气泡及物料降解,事先必须经过干燥。为改进工艺生产过程,提高产品收率而使用干燥操作。为防止在生产过程中存在引起腐蚀的湿分而应用干燥,例如煤气的干燥或苯在氯化之前的干燥等。各种生产工艺的要求:如:提高粉末加工效率,在粉末前必须2)为提高或强化大型设备的生产能
15、力而应用干燥操作,如炼焦煤采用预热干燥,可使焦炉的生产能力提高50%,且还能提高焦碳的质量。3)干燥原材料或产品:以减轻中路 ,降低运输费用,或使物料变干,以便于运输。如食盐干燥以保持其自然流动的特征。 4)提高燃料的热值,以使劣质燃料能有效地应用于高温工业用炉,或增加产品的有效成分以使其便于处理及销售。如肥皂粉,染料以及各种化学肥料等。 5)使产品便于保藏,而不至于中途变质腐烂而应用干燥操作。如各种抗生素药品,各种生化制品,各种食品,蔬菜等水分的存在,有利于微生物的繁殖,因而使产品分解或变质。干燥对这类物品的储存是十分必要的。 传统的干燥器主要有箱式干燥器、隧道干燥器、转筒干燥器、带式干燥器
16、、盘式干燥器、桨叶式干燥器、流化床干燥器、喷动床干燥器、喷雾干燥器、气流干燥器、真空冷冻干燥器、太阳能干燥器、微波和高频干燥器、红外热能干燥器等。干燥设备制作是密集型产业,我国的国产干燥设备价格相对低廉,因此具有较强的竞争力。主要包括:a,物料静止型或物料输送型干燥器;b.物料搅拌型干燥器;c.物料热风输送型干燥器;d.物料移动状态;e.辐射能干燥器。 流化床干燥器还 可以做成多层式。以卧式多室流化床干燥器相比,其优点是热效率较高,流化床干燥器的特性: 1) 物料干燥速度大,在干燥器中停留时间短,所以使用于某些热敏性物料的干燥. 2)由于流化床内温度均匀,并能自由调节,故可得到均匀的干燥产品。
17、 3)因热传递迅速,所以处理能力大。 4) 在同一设备中,既可进行连续操作,又可进行间歇操作. 5)由于滞留时间可在几分钟几小时范围内任意选定,故可生产含水分极低的干燥制品。 6)因流化床有相似于液体的状态和作用,所以处理容易。此外,物料输送简单。 7)装置无运动部件,结构简单,运转稳定。但被处理物料的形状和粒径有一定限制。 8)不适用于易黏结或结块的物料。 9)床层内纵向返混严重,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. 10) 对被干燥物料的粒度有一定的限制,一般要求不小于30um、不大于6mm。 11)对产品外观要求严格的物料不易
18、采用。干燥贵重和有毒的物料时,对回收装置要求苛刻。干燥器选型时应考虑以下因素: 1)被干燥物料的性质,如热敏性、粘附性、颗粒的大小形状、磨损性以及腐蚀性、毒性、可燃性等物理化学性质。 2)对干燥产品的要求:干燥产品的含水量、形状、粒度分布、粉碎程度等。如干燥食品时,产品的几何形状、粉碎程度均对产品的质量及价格有直接的影响。 3)物料的干燥速率曲线与临界含水量:确定干燥时间时,应先由实验做出干燥速率曲线,确定临界含水量。物料与介质接触状态、物料尺寸与几何形状对干燥速率曲线的影响很大。 4)回收问题:固体粉粒的回收及溶剂的回收。 5)干燥热源:可利用的热源的选择及能量的综合利用。 6)干燥器的占地
19、面积、排放物及噪声是否满足环保要求。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。湿物料与低湿的热气体接触,传热、传质推动力都较大,干燥速率也较大,干燥推动力下降,干燥速率降低,但沿着干燥器管长的增大,因此,并流操作时前期干燥速率较大,而后期干燥速率较小。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,因此于燥推动力比较大,又可采用较高的气体速度,所以干燥速率很高。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
20、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。在流化床、气流等干燥器中,由于物料不断地翻动,致使物料温度较均匀,干燥速率快、时间短,因此介质进口温度可高些;热敏性物料,宜采用较低入口温度,可加内热构件。不同阶段流化床的状态: 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,如图1-1图所示,床层高度L。保持不变。 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
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