流化床干燥设备设计与选型（PPT30页)

流化床干燥设备设计与选型第一节概述一、流态化现象VelocityPressuredropFixedFluidizedADBCEUmfVelocityHeightofbedFixedFluidizedADBCEUmf流化床的操作范围：umf~ut第一节概述二、流化床干燥器的特性优点：（1）床层温度均匀，体积传热系数大（2300~7000W/m3·℃）。生产能力大，可在小装置中处理大量的物料。（2）物料干燥速度大，在干燥器中停留时间短，所以适用于某些热敏性物料的干燥。（3）物料在床内的停留时间可根据工艺要求任意调节，故对难干燥或要求干燥产品含湿量低的过程非常适用。（4）设备结构简单，造价低，可动部件少，便于制造、操作和维修。（5）在同一设备内，既可进行连续操作，又可进行间歇操作。第一节概述缺点：（1）床层内物料返混严重，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。（2）一般不适用于易粘结或结块、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）对被干燥物料的粒度有一定限制，一般要求不小于30m、不大于6mm。（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，对回收装量要求苛刻。二、流化床干燥器的特性第一节概述流程三、流化床干燥器的形式及流程第一节概述1、单层圆筒形流化床干燥器三、流化床干燥器的形式及流程连续操作的单层流化床干燥器可用于初步干燥大量的物料，特别适用于表面水分的干燥。然而，为了获得均匀的干燥产品，则需延长物料在床层内的停留时间，与此相应的是提高床层高度从而造成较大的压强降。在内部迁移控制干燥阶段，从流化床排出的气体温度较高，干燥产品带出的显热也较大，故干燥器的热效率很低。第一节概述2、多层圆筒形流化床干燥器三、流化床干燥器的形式及流程热空气与物料逆向流动，因而物料在器内停留时间及干燥产品的含湿量比较均匀，最终产品的质量易于控制。由于物料与热空气多次接触，废气中水蒸气的饱和度较高，热利用率得到提高。此种干燥器适用于内部水分迁移控制的物料或产品要求含湿量很低的场合。多层圆筒型流化床干燥器结构较复杂，操作不易控制，难以保证各层板上均形成稳定的流比状态以及使物料定量地依次送入下一定。另外，气体通过整个设备的压强降较大，需用较高风压的风机。第一节概述3、卧式多室流化床干燥器三、流化床干燥器的形式及流程与多层流化床干燥器相比，卧式多室流化床干燥器高度较低，结构筒单操作方便，易于控制，流体阻力较小，对各种物料的适应性强，不仅适用于各种难于干燥的粒状物料和热敏性物料，而且已逐步推广到粉状、片状等物料的干燥，干燥产品含湿量均匀。因而应用非常广泛。第一节概述四、干燥器选形时应考虑的因素（1）物料性能及干燥持性其中包括物料形态(片状、纤维状、粒状、液态、膏状等)、物理性质(密度、粒度分布、粘附性）、干燥特性（热敏性、变形、开裂等)、物料与水分的结合方式等因素。（2）对干燥产品质量的要求及生产能力其中包括对干燥产品特殊的要求(如保持产品特有的香味及卫生要求)；生产能力不同，干燥设备也不尽相同。（3）湿物料含湿量的波动情况及干燥前的脱水应尽量避免供给干燥器湿物料的含湿量有较大的波动，因为湿含量的波动不仅使操作难以控制面影响产品质量，而且还会影响热效率，对含湿量高的物料，应尽可能在干燥前用机械方法进行脱水，以减小干燥器除湿的热负荷。机械脱水的操作费用要比干燥去水低廉的多，经济上力求成少投资及操作费用。第一节概述四、干燥器选形时应考虑的因素（4）操作方便．劳动条件好。（5）适应建厂地区的外部条件(如气象、热源、场地)，做到因地制宜。第二节流化床干燥器的设计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。设计的基本依据是物料衡算、热量衡算及干燥速率方程。设计的基本原则是物料在干燥器中的停留时间等于或略大于所需的干燥时间。第二节流化床干燥器的设计一、流化床干燥器的设计步骤（一）确定设计方案包括干燥方法及干操器结构型式的选择、干燥装置流程及操作条件的确定。（二）干燥器主体设计包括工艺计算，设备尺寸和结构设计计算。（三）辅助设备的计算与选型第二节流化床干燥器的设计二、干燥条件的确定（1）空气进入预热器的状态由当地年平均气象条件或根据当地最不利条件确定。（2）干燥介质进入干燥器的温度t1为了提高经济性、强化干燥过程以及设备小型化，t1应保持在物料允许的最高温度范围内。对于非热敏性物料且除去非结合水时，t1可高达700℃以上；对于热敏性物料，应选择较低的t1，必要时可在床层内装置内热构件。（3）干燥介质离开干燥器的温度t1和相对湿度2提高干燥介质出口相对湿度2，可以减少空气消耗量，降低操作费，但2提高，降低了干燥过程的平均推动力，使干操器尺寸增大，即加大了设备费用。因此，适宜的2值应通过经济权衡和具体的干燥器对气速的要求来决定。第二节流化床干燥器的设计二、干燥条件的确定（4）物料的出口温度2物料的出口温度2与许多因素有关，但主要取决于物料的最终湿含量X2、临界湿含量Xc和内部迁移控制段的传质系数。如果X2≥Xc，则2=tw（空气的湿球温度）。如果X2Xc，若物料的临界湿含量Xc低于0.05，则对于悬浮或薄层物料可用下式计算：)()()()()()(wscwttcXXrcwswwttcXXrXXXXttcXXrtttwscw第二节流化床干燥器的设计三、干燥过程的物科衡算和热量衡算（一）物料衡算)()(122121HHLXXGGGWc12HHWL121HHWLl第二节流化床干燥器的设计三、干燥过程的物科衡算和热量衡算（二）热量衡算)(120wvwctcrWQ)(122mcmcGQ)(020ttLcQHl)(%15~%10mWlQQQ)(010ttLcQHpllmWdpQQQQQQQlmcwvdHQcGctcrWQttLc)()()(122120210上式与物料恒算方程联解可得：H2，L，l，Qp，加热蒸汽消耗量。第二节流化床干燥器的设计三、干燥过程的物科衡算和热量衡算（三）干燥器的热效率干燥过程的经济性主要取决于热量的有效利用程度。通常用热效率来表示干燥过程热量利用的经济性。目前，对于干燥器热效率的定义很不一致，许多资料和教科书是以直接用于干燥目的的Qw来计算热效率dpwQQQ第二节流化床干燥器的设计四、流化床干燥器的设计计算流化床干燥器的设计，包括床层截面积、设备高度等主体尺寸的计算。（一）操作速度的确定（1）临界流化速度与沉降速度①应用经验公式计算（参见《化工原理》第四章）②图解法（李森科关系图）（参见《化工原理课程设计》）（2）操作速度tuu8.0~4.0第二节流化床干燥器的设计四、流化床干燥器的设计计算（二）流化床截面积的计算（1）表面汽化段所需截面积A1在忽略热损失条件下，列出热量衡算和传热速率方程有，wccHrXXGAttCLQ112101111000wccwHHrXXGAttCLCLazwttzaAQ201第二节流化床干燥器的设计四、流化床干燥器的设计计算（二）流化床截面积的计算kdNupp100Re1.0Re03.03.1pppNuppudRe球形颗粒）静止床层的比表面积（,160pda第二节流化床干燥器的设计四、流化床干燥器的设计计算（二）流化床截面积的计算（2）物料升温阶段所需截面积A2在此段物料由湿球温度升到排出温度2。对干燥器的微元面积dA列热量衡算和传热速率方程得，dAtazdAttCLdcGdQHmc2021021ln211122000ttcGACLCLazmcHH（3）流化床层总的底面积21AAA第二节流化床干燥器的设计四、流化床干燥器的设计计算（三）物料在流化床中的平均停留时间20GAzb（四）流化床的宽度和长度宽度的选取，以保证物料在设备内均匀散布为原则，通常不超过2m。若需设备宽度很大，在物料分散性不良的情况下，则应该设置特殊的物料散布装置。设备中物料前进方向的长度受到热空气均匀分布的条件限制，一般取2.5~2.7m以下为宜。在设计中，往往需要通过反复调整以确定最佳的长度比例。第二节流化床干燥器的设计四、流化床干燥器的设计计算（四）设备高度（1）浓相段高度z111001zzR12.02Re36Re18Ar（2）分离段高度z2第二节流化床干燥器的设计四、流化床干燥器的设计计算（四）设备高度为了进一步减小流化床粉尘带出量，可在分离段高度之上再加一扩大段，降低气流速度使固体颗粒得以较彻底的沉降。扩大段的高度一般可根据经验视具体情况选取。设备的总高度通常为1一l.5m。第二节流化床干燥器的设计五、干燥器的结构设计主要讨论布气板、隔板和溢流堰的设计。（一）布气装置（1）分布板gzPsb001bdPP2.0~1.022orduP—分布板阻力系数，一般为1.5~2.5。第二节流化床干燥器的设计五、干燥器的结构设计212ddorPCu或，分布板的开孔率为oruu分布板的开孔数为ororudVn24若分布板上筛孔按等边三角形布置，则孔心距为，21232ordt第二节流化床干燥器的设计五、干燥器的结构设计（2）预分布器第二节流化床干燥器的设计五、干燥器的结构设计（二）隔板(分隔板)为了改善气固接触情况和使物料在床层内停留时间分布均匀，常常采用分隔板沿长度方向将整个干燥室分用成4~8室(隔板数为3~7块)。隔板与分布板之间的距离为30~60mm。隔板做成上下移动式，以调节其与分布板之间酌距离。第二节流化床干燥器的设计五、干燥器的结构设计（三）溢流堰为了保证流化床层内物料厚度的均匀性，物料出口通常采用溢流方式。溢流堰的高度可取50~200mm，其值可用下式计算，即hbGEEhztbcvv5Re52.118114.2310第二节附属设备的设计与选型一、风机二、空气预热器三、加料器四、气固分离器